专利名称：灌注桩机械式扩底钻动态可视装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种桩孔扩底可视装置，特别是一种灌注桩机械式扩底钻动态可视装置。
背景技术：
随着我国公路、铁路、桥梁、高层建筑等大型基建工程的建设和发展，具有独特优势的钻孔灌注桩施工技术已被广泛应用。近几年来，扩底钻孔灌注桩已悄然兴起，并有快速发展趋势。因扩底钻孔灌注桩具有单桩承载力高、抗震性好、沉降小、成本低等优点，深受设计和建设单位的青睐。钻孔灌注桩和扩底钻孔灌注桩两种桩型大体一致，二者不同点在于桩底，扩底钻孔灌注桩的底部需要加大直径，增加桩底截面。工艺要求:在满足钻孔深度后，钻机再换上扩底钻头，按要求把桩底扩大。一般扩孔高度和扩孔直径均在桩径的1.2至2.0倍之间。到目前为止，在我国钻孔灌注桩桩基行业中要完成桩孔扩底大致有如下两种方法:一)国内少数厂家采用的“AM”工法做灌注桩扩底施工，使用日本进口具有可视功能的旋挖钻机和扩底钻头，这种方法操作员可以将扩底基本数据输入随机电脑进行监控。但是价格昂贵。二)大部分旋挖钻机的所有者都是使用国内钻具生产厂家生产的扩底钻头做灌注桩扩底。这种钻头按照动力源又可分为两类。一类是液压涨开式；即液压油驱动扩底钻头内的液压油缸，液压油缸涨开双翼扩刀，依靠钻杆旋转切削泥土，实现扩孔目的。如果采用该方法就要再投入数十万元对旋挖钻机改装。因此使用的并不广泛。另一类是机械涨开式，即扩底钻的双翼扩刀依靠钻杆的重力或压力逐渐涨开，钻杆旋转带动双翼扩刀切削泥土，以实现扩孔目的。这种方法只需买个扩底钻头即可施工，投资小、施工成本低，所以使用较为广泛。机械涨开式和液压式双翼扩刀原理一样，只是采用的驱动力不同而已。但是一些建设方对机械涨开式扩孔因无法监控而心有余悸。请参见图2和图3，机械涨开式扩底钻工作原理:当钻杆安装上扩底钻头后，钻机提起钻杆和钻头，钻头在重力作用下，使双翼扩刀3下垂合拢成闭合状态，对准桩孔将钻头放入桩底，靠内节钻杆和钻头的自重或压力(机锁杆)使双翼扩刀3向外扩张，开动动力头使钻杆、钻头旋转，双翼扩刀3切削泥土，随着泥土下落，扩刀逐渐张开，滑动主轴I向下滑动直至碰到滑动轴上的固定限位挡4，钻头呈全面张开状态；钻机提起钻杆和钻头，扩孔结束。当前的问题:是扩底钻头工作在地下数十米、甚至近百米的恶劣环境中，水和泥浆充满整个桩孔，根本无法观测和检查地下土质情况；双翼扩刀进尺状态；滑动主轴是否确实触到滑动轴上的固定限位挡，(即全部张开)，如果仅依据操作人员个人经验和感觉确实难以证明扩孔结果符合设计要求。桩扩底部分隐藏性极强，检测也困难，据我们了解国家目前尚无此类桩型扩底部分的施工规范。在实际施工中难免存在建设单位、监理单位、施工单位的疑虑与怀疑。
实用新型内容本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种灌注桩机械式扩底钻动态可视装置，可以真实、直观、准确地反映扩底钻在桩孔底部双翼扩刀由逐渐进尺到全部打开的全过程，并以动态画面的形式表现在屏幕上，既能直观监视扩孔工作面又可作为是否符合设计要求的依据。本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:一种灌注桩机械式扩底钻动态可视装置，包括安装在扩底钻头滑动主轴和其下限位挡之间的位移传感器、信号采集发射单元和信号接收显示单元，所述信号采集发射单元采集来自所述位移传感器的位移信号，并发射至所述信号接收显示单元进行显示。所述位移信号通过信号线传输至所述信号采集发射单元，所述信号线缠绕在卷线盘上，所述卷线盘支撑在支架上，所述支架固定在钻杆的旋转压盘上，所述卷线盘由安装在所述支架上的卷线电机驱动。所述信号采集发射单元固定在所述卷线盘的中心处。所述信号采集发射单元包括单片机A和无线发射与接收模块A，所述位移信号由所述信号线输送至所述单片机A，所述单片机A输出相应的信号至所述无线发射与接收模块A ;所述信号接收显示单元包括单片机B、无线发射与接收模块B和可编程智能LCD模块，所述无线发射与接收模块B接收来自所述无线发射与接收模块A的信号，并发送信号至所述单片机B，所述单片机B处理后输出信号至所述可编程智能LCD模块进行显示；所述单片机B接收来自所述可编程智能LCD模块的卷线指令信号，依次通过所述无线发射与接收模块B和所述无线发射与接收模块A，传输卷线指令信号至所述单片机A，所述单片机A处理后输出信号控制所述卷线电机工作。所述无线发射与接收模块A和所述无线发射与接收模块B均为全双工无线发射与接收模块。所述信号采集发射单元的工作电源和所述信号接收显示单元的工作电源均为电池。本实用新型具有的优点和积极效果是:一)通过安装动态可视装置，延伸了旋挖钻机的功能；二)与进口设备相比，成本低；三)操作安全、方便、直观。本装置采用低压直流电池供电，不存在安全隐患。显示和控制器的人机界面采用触摸屏控制，只需按几个按键就可完成操作，无须专业培训；四)便于保证扩孔质量、促进共识。桩基工程是百年大计，特别是隐蔽项目。在使用机械式扩底钻扩桩底时，不论是建设方、监理方还是施工方都会严谨对待。但是任何一方都拿不出令大家信服的依据，正因如此，很多钻机被扩底桩型拒之门外。如果有扩桩底动态可视装置，工程三方的任何一方都可以对扩桩底工程直观地监视、控制、检查、验证。
图1为本实用新型的结构示意图；图2为应用本实用新型的扩底钻头闭合状态示意图；[0019]图3为应用本实用新型的扩底钻头涨开状态示意图。图中:1、滑动主轴；2、位移传感器；3、双翼扩刀；4、限位挡。
具体实施方式
为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下:请参阅图1 图3，一种灌注桩机械式扩底钻动态可视装置，包括安装在扩底钻头滑动主轴I和其下限位挡4之间的位移传感器2、信号采集发射单元和信号接收显示单元，所述信号采集发射单元采集来自所述位移传感器2的位移信号，并发射至所述信号接收显示单元进行显示。在本实施例中，所述位移信号通过信号线传输至所述信号采集发射单元，所述信号线缠绕在卷线盘上，所述卷线盘支撑在支架上，所述支架固定在钻杆的旋转压盘上，所述卷线盘由安装在所述支架上的卷线电机驱动。所述信号采集发射单元固定在所述卷线盘的中心处。所述信号采集发射单元包括单片机A和无线发射与接收模块A，所述位移信号由所述信号线输送至所述单片机A，所述单片机A输出相应的信号至所述无线发射与接收模块A ;所述信号接收显示单元包括单片机B、无线发射与接收模块B和可编程智能LCD模块，所述无线发射与接收模块B接收来自所述无线发射与接收模块A的信号，并发送信号至所述单片机B，所述单片机B处理后输出信号至所述可编程智能LCD模块进行显示；所述单片机B接收来自所述可编程智能LCD模块的卷线指令信号，依次通过所述无线发射与接收模块B和所述无线发射与接收模块A，传输卷线指令信号至所述单片机A，所述单片机A处理后输出信号控制所述卷线电机工作。所述无线发射与接收模块A和所述无线发射与接收模块B均为全双工无线发射与接收模块。所述信号采集发射单元的工作电源和所述信号接收显示单元的工作电源均为电池。在本实施例中，将扩底钻滑动主轴的有效行程均分若干等份，与设定在位移传感器2内部点相对应，滑动主轴I上下滑动，带动位移传感器发出不同信号。上述发射与接收模块均采用全双工数据传送，传送距离较远，抗干扰强。信号接收显示单元包括可编程智能IXD模块、发射与接收模块B和单片机B，可编程智能IXD模块是一种包含TFT、IXD显示屏、IXD控制器、触摸屏、人机界面处理系统和通讯接口于一体的可编程智能显示模组。上述单片机均选用单片机系列工业品级。上述信号线卷线盘:具有阻尼功能、当扩底钻升起时，卷线盘由卷线电机提供动力收起信号线，当扩底钻下落时线盘自然阻尼放线。线盘中心处安装单片机A的线路板、发射与接收模块A、卷线电机和直流电源等，通过支架固定在钻杆的旋转压盘上。本实用新型的工作原理:机械式扩底钻品种、型号虽然多种多样，但它们都具有一个共同点，就是往复循环一个运动周期，即闭合——张开——闭合。对应扩底钻头零部件动作是滑动主轴I在最高位，——然后逐渐向下滑动，直到压上滑动轴上的限位挡4，——滑动主轴I再回到最高位。这样的周期运动使发明人找到了控制和观察机械式扩底钻的方法。即:滑动主轴I作上下的往复运动。最高位扩底钻全部闭合，最低位全部打开。按照这一原理，根据扩底钻的型号不同选择相应的位移传感器，经过计算后，安装在滑动主轴I与其限位挡4之间，限位挡4固定在滑动轴上，滑动主轴I上下滑动，带动位移传感器2发出不同的信号，信号由信号线送至单片机A，C语言编程，输出十六进制编码信号，由全双工无线发射与接收模块A发出。全双工无线发射与接收模块B接收，经单片机B处理后输出扩刀位移信号给可编程智能LCD模块进行显示。可编程智能LCD模块还用于向卷线电机发出卷线指令。通讯接口采用串行口连接，发射与接收模块之间采用485通讯协议，其它采用RS232。水下部分应做好防水。钻机扩孔:首先将位移传感器和信号线保护管安装在扩底钻头已计算好的位置上，然后将传感器信号线上的接头与线盘信号线接头对接，再将线盘安装在动力头下的旋转压盘上，打开线盘上的信号采集发射单元的工作电源开关。打开信号接收显示单元的工作电源开关，选择桩型图，这时准备工作已完成，具备开机条件。第一根桩扩底要做试验。操作人员指挥钻机，提起钻头，检查可编程智能LCD模块所显示的图形，看双翼扩刀3是否垂直，然后钻机缓慢放下钻头，观察图像双翼扩刀3是否逐渐张开，当钻头全部被放下时，双翼扩刀图形要与显示桩基图形外延重合。如果有不一致的地方说明位移传感器要上下微调，否则，是行程计算不准。如果正常，试验结束可以开钻。从第二根桩开始，往后只要是同型号扩底钻头就可以不做试验了。钻机将钻杆移至钻孔中心，缓慢将钻头送入桩底，这时信号线卷线盘不断放线，当钻头到达桩底，线盘停止转动，操作人员点动可编程智能LCD模块触摸屏上的线盘控制按钮，单片机B编码，由发射与接收模块B发射出去。发射与接收模块A接收，送给单片机A，单片机A控制卷线电机适当收紧信号线。开动钻机钻杆旋转，位移传感器、信号线、线盘随钻杆同时旋转，双翼扩刀3切削泥土。机械式扩底钻头由于受重力或压力影响，滑动主轴I带着位移传感器逐渐向下滑动，双翼扩刀3不断向外扩张，泥土不断下落，位移传感器也不断发出信号，单片机A根据接到的信号编译成编码信号，由发射与接收模块A发射出去。发射与接收模块B接收，送给单片机B编码，去控制可编程可编程智能LCD模块，由可编程智能LCD模块按照不同的编码信号显示不同的图像，实现对扩底钻动态跟踪显示。当滑动主轴I带着位移传感器触到限位挡4，说明双翼扩刀3全部打开，显示模块上的双翼扩刀与桩基图形外延重合，这时桩基图形变色闪烁表示扩孔结束。钻机停车，提起钻头，这时操作人员点动可编程智能LCD模块触摸屏上的卷线电机控制按钮，驱动线盘转动，根据钻头提升速度收起信号线。钻机将钻头放在地面，操作人员断开信号线接头，收起传感器和线盘，关掉信号采集发射单元的工作电源开关，关掉信号接收显示单元的工作电源开关，扩孔彻底结束。钻机更换其它钻头做下一道工序。从第二根桩扩孔开始，只需连接信号线接头、打开信号采集发射单元的工作电源、打开信号接收显示单元的工作电源开关。尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式
，上述的具体实施方式
仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种灌注桩机械式扩底钻动态可视装置，其特征在于，包括安装在扩底钻头滑动主轴和其下限位挡之间的位移传感器、信号采集发射单元和信号接收显示单元，所述信号采集发射单元采集来自所述位移传感器的位移信号，并发射至所述信号接收显示单元进行显/Jn ο
2.根据权利要求1所述的灌注桩机械式扩底钻动态可视装置，其特征在于，所述位移信号通过信号线传输至所述信号采集发射单元，所述信号线缠绕在卷线盘上，所述卷线盘支撑在支架上，所述支架固定在钻杆的旋转压盘上，所述卷线盘由安装在所述支架上的卷线电机驱动。
3.根据权利要求2所述的灌注桩机械式扩底钻动态可视装置，其特征在于，所述信号采集发射单元固定在所述卷线盘的中心处。
4.根据权利要求2所述的灌注桩机械式扩底钻动态可视装置，其特征在于，所述信号采集发射单元包括单片机A和无线发射与接收模块A，所述位移信号由所述信号线输送至所述单片机A，所述单片机A输出相应的信号至所述无线发射与接收模块A ； 所述信号接收显示单元包括单片机B、无线发射与接收模块B和可编程智能LCD模块，所述无线发射与接收模块B接收来自所述无线发射与接收模块A的信号，并发送信号至所述单片机B，所述单片机B处理后输出信号至所述可编程智能LCD模块进行显示； 所述单片机B接收来自所述可编程智能LCD模块的卷线指令信号，依次通过所述无线发射与接收模块B和所述无线发射与接收模块A，传输卷线指令信号至所述单片机A，所述单片机A处理后输出信号控制所述卷线电机工作。
5.根据权利要求4所述的灌注桩机械式扩底钻动态可视装置，其特征在于，所述无线发射与接收模块A和所述无线发射与接收模块B均为全双工无线发射与接收模块。
6.根据权利要求1所述的灌注桩机械式扩底钻动态可视装置，其特征在于，所述信号采集发射单元的工作电源和所述信号接收显示单元的工作电源均为电池。
专利摘要本实用新型公开了一种灌注桩机械式扩底钻动态可视装置，包括安装在扩底钻头滑动主轴和其下限位挡之间的位移传感器、信号采集发射单元和信号接收显示单元，所述信号采集发射单元采集来自所述位移传感器的位移信号，并发射至所述信号接收显示单元进行显示。本实用新型可以真实、直观、准确地反映扩底钻在桩孔底部双翼扩刀由逐渐进尺到全部打开的全过程，并以动态画面的形式表现在屏幕上，既能直观监视扩孔工作面又可作为是否符合设计要求的依据。
文档编号E21B47/002GK203035187SQ20132001644
公开日2013年7月3日 申请日期2013年1月12日 优先权日2013年1月12日
发明者刘树全, 丛翠芳, 包克发, 张晓恒, 许德祥 申请人:刘树全, 天津中泰华一地基基础工程有限公司