长螺旋钻机桩头控制机构的制作方法

本实用新型涉及施工机械技术领域，尤其涉及长螺旋钻机桩头控制技术。

背景技术：

灌注桩是一种就位成孔，灌注混凝土或钢筋混凝土而制成的桩。钻孔灌注桩施工工艺根据成孔方法，可以分为沉管灌注桩、钻孔灌注桩和挖孔灌注桩等几类。其中长螺旋钻孔灌注桩技术操作简便，既能钻孔又能压灌混凝土，避免多种机械交叉作业，混凝土灌注桩速度快，成桩质量好，而且具有成本低，噪音小的优点，得到了广泛应用。

虽然混凝土灌注桩在建筑工程上应用的越来越多，但在建筑工程桩基施工过程中，准确控制桩头高度是灌注桩施工中的一项难点。这是因为目前施工中工作人员对于桩顶标高的精确控制没有有效的确定方法，都是凭借工作人员的经验判定，即凭借听混凝土降落的声音确定钻杆内混凝土的高度，同时由于工地现场环境的复杂，这些方法受工地现场作业环境影响较大，使得判断精度进一步降低。尤其施工螺杆桩时所选用钻杆的壁厚较大时判断更加困难，所以目前施工中的判断依据很模糊，受环境影响较大，很难精确控制。对于混凝土的用量也是通过统计每车混凝土的载量来计算，忽略了材料的损耗，不够精确。

针对上述上述问题，大部分施工企业只能通过加大桩顶标高的方式来保证成桩质量，但这样一来，增加了后续开挖工作的难度，也增加了桩体被扰动导致浅层断桩的概率。同时还增加了灌注成本，也造成了资源的浪费，废弃的桩头成为建筑垃圾，污染环境。

如果在钻杆的中下部安装无线传输信号的传感器，则具有信号传输不稳定、信号失真甚至无信号的问题。如果采用有线传感器，则在钻进过程中连接线路极易被损坏，而且连接线路会随同钻杆和传感器一同旋转，难以对外连接。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种长螺旋钻机桩头控制机构，便于工作人员精准监测钻杆内混凝土的实时高度，防止连接线路在转动中损坏。

为实现上述目的，本实用新型的长螺旋钻机桩头控制机构包括与动力输入装置相连接的钻杆，钻杆内设有中心孔，钻杆上设有螺旋叶片，螺旋叶片的顶端低于钻杆顶端从而形成裸杆部分；钻杆底端设有开口，

裸杆部分设有无线发射装置，钻杆中下部间隔设有混凝土传感器，钻杆外壁沿钻杆长度方向固定连接有保护管，保护管穿过螺旋叶片的根部；保护管上端与无线发射装置相接，保护管下端与混凝土传感器相接；

保护管内设有连接线束，混凝土传感器通过连接线束与无线发射装置相连接；

长螺旋钻机外设有第一无线接收装置。

所述混凝土传感器在钻杆中下部上下间隔均匀设有两个，分别为上混凝土传感器和下混凝土传感器。

所述无线发射装置包括固定连接在钻杆的裸杆部分上的壳体，壳体内设有无线发射器和与无线发射器相连接并为无线发射器供电的蓄电池。

所述钻杆中下部间隔设有上保护套和下保护套，上保护套和下保护套均固定连接在钻杆上；

以指向钻杆中心孔内端的方向为内向，上保护套的内端和下保护套的内端均与钻杆中心孔的孔壁相平齐，上保护套的外端和下保护套的外端均伸出钻杆外并均位于螺旋叶片外端的内侧；

上保护套和下保护套均设有内螺纹，上混凝土传感器螺纹连接在上保护套内且其内端与钻杆中心孔的孔壁相平齐，下混凝土传感器螺纹连接在下保护套内且其内端与钻杆中心孔的孔壁相平齐。

所述第一无线接收装置包括外壳，外壳内设有电控装置和第一无线接收器，电控装置连接有显示屏、第一声光报警器和第二声光报警器，第一声光报警器和第二声光报警器具有不同的报警音与不同颜色的报警灯；显示屏位于外壳表面，第一声光报警器和第二声光报警器或者位于外壳表面或者位于外壳外部。

还包括有第二无线接收装置，第二无线接收装置包括笔记本电脑，笔记本电脑通过usb连接线连接有usb接口模块，usb接口模块通过信号线连接有第二无线接收器。

所述上保护套的外端和下保护套的外端均螺纹连接有端盖。

本实用新型具有如下的优点：

本实用新型通过上混凝土传感器和下混凝土传感器可以准确获取钻杆内混凝土的高度。本实用新型中无线发射装置位于钻杆的螺旋叶片上方（位于裸杆部分），因而其位置高于地面，相较从钻杆底部直接发射无线信号相比，能够更稳定地与操作人员操作的第一无线接收装置进行通信，避免通信不可靠导致不实用的缺陷，且通信距离提高十倍以上，进一步提高了技术的实用性。

本实用新型既能够防止提钻速度过快导致拔空脱料，又能防止提钻速度过慢导致钻杆内混凝土过高，保证了桩身质量，又能更加准确的控制标高，减少了材料的浪费，降低了后期开挖工作的难度，并且整个过程更加规范自动化，受人为因素影响小，从而提高了桩顶标高的控制精度和施工效率。

上保护套的外端和下保护套的外端均位于螺旋叶片外端的内侧，使得上保护套和下保护套均不会接触未经螺旋叶片旋转钻进的地下物质，从而保护上保护套、下保护套及其内部的混凝土传感器。

上混凝土传感器和下混凝土传感器的内端均与钻杆中心孔的孔壁相平齐，既使上混凝土传感器和下混凝土传感器均不会受到钻杆内混凝土的冲击，也使上混凝土传感器和下混凝土传感器直接与钻杆内的混凝土相接触，从而准确感知钻杆内混凝土带来的压力。

附图说明

图1是去掉第一和第二无线接收装置后本实用新型的结构示意图；

图2是第一无线接收装置的结构示意图；

图3是第二无线接收装置的结构示意图；

图4是上保护套与钻杆相连接的结构示意图；

图5是本实用新型的电控原理图；

图6是下保护套与钻杆相连接的结构示意图。

具体实施方式

如图1至图6所示，本实用新型的长螺旋钻机桩头控制机构包括与动力输入装置1（俗称动力头）相连接的钻杆2，钻杆2内设有中心孔3，钻杆2上设有螺旋叶片4，螺旋叶片4的顶端低于钻杆2顶端从而形成裸杆部分5；钻杆2底端设有开口，开口处设有活门。

裸杆部分5设有无线发射装置，钻杆2中下部间隔设有混凝土传感器，本实施例中，所述混凝土传感器在钻杆中下部上下间隔均匀设有两个，分别为上混凝土传感器6和下混凝土传感器7。钻杆2外壁沿钻杆2长度方向固定连接（如焊接）有保护管8，保护管8穿过螺旋叶片4的根部；保护管8上端与无线发射装置相接，保护管8下端与下混凝土传感器7相接；

保护管8内设有连接线束9，上混凝土传感器6和下混凝土传感器7均通过连接线束9与无线发射装置相连接；

长螺旋钻机外设有第一无线接收装置。

当然，混凝土传感器除了设置两个，也可以设置一个或3个以上。

由于混凝土高于混凝土传感器的高差越大，混凝土传感器检测到的压力也越大，因此可以只设置一个混凝土传感器，并通过混凝土传感器所检测到的压力值来计算钻杆内混凝土的高度，这样有利于节约设备成本。

根据待监测点数量的多少，设置在钻杆内相应位置对应设置与监测点数量相同的混凝土传感器，无须根据压力值进行高度值的换算，检测结果更加直接准确。

所述无线发射装置包括固定连接在钻杆2的裸杆部分5上的壳体10，壳体10内设有无线发射器11和与无线发射器11相连接并为无线发射器11供电的蓄电池12。

所述钻杆2中下部间隔设有上保护套13和下保护套14，上保护套13和下保护套14均固定连接在钻杆2上；

以指向钻杆中心孔3内端的方向为内向，上保护套13的内端和下保护套14的内端均与钻杆中心孔3的孔壁相平齐，上保护套13的外端和下保护套14的外端均伸出钻杆2外并均位于螺旋叶片4外端的内侧；

上保护套13和下保护套14均设有内螺纹，上混凝土传感器6螺纹连接在上保护套13内且其内端与钻杆中心孔3的孔壁相平齐，下混凝土传感器7螺纹连接在下保护套14内且其内端与钻杆中心孔3的孔壁相平齐。

上保护套13的外端和下保护套14的外端均位于螺旋叶片4外端的内侧，使得上保护套13和下保护套14均不会接触未经螺旋叶片4旋转钻进的地下物质，从而保护上保护套13、下保护套14及其内部的混凝土传感器。

上混凝土传感器6和下混凝土传感器7的内端均与钻杆中心孔3的孔壁相平齐，既使上混凝土传感器6和下混凝土传感器7均不会受到钻杆2内混凝土的冲击，也使上混凝土传感器6和下混凝土传感器7直接与钻杆2内的混凝土相接触，从而准确感知钻杆2内混凝土带来的压力。

所述第一无线接收装置包括外壳16，外壳16内设有电控装置17和第一无线接收器18，电控装置17连接有显示屏19、第一声光报警器20和第二声光报警器21，电控装置17或者接入外部电源，或者自带蓄电池。第一声光报警器20和第二声光报警器21具有不同的报警音与不同颜色的报警灯，从而便于区分；显示屏19位于外壳16的表面，第一声光报警器20和第二声光报警器21或者位于外壳16的表面或者位于外壳16的外部。

其中，电控装置17优选采用单片机，如51或52单片机。混凝土传感器采用防水型且零敏度较高的压力传感器。

蓄电池12优选采用可充电锂电池。所述无线发射器11可以采用wifi发射模块或zigbee发射模块或蓝牙发射模块，其中zigbee模块具有相对较远的通信距离。第一无线接收器18采用相应的wifi接收模块或zigbee接收模块或蓝牙接收模块。

第二无线接收装置包括笔记本电脑22，笔记本电脑22通过usb连接线23连接有usb接口模块24，usb接口模块24通过信号线25连接有第二无线接收器26。

在泵送混凝土的过程中，工作人员可以通过笔记本电脑22接收信号，将每根桩的混凝土用量以动态图的形式展示出来，非常直观。

所述上保护套13的外端和下保护套14的外端均螺纹连接有端盖15。

使用时，根据桩顶标高的需要将钻杆2的进尺标记固定到长螺旋钻机塔身上的预定位置。打开无线发射装置和第一无线接收装置，进入工作状态。

当钻杆2钻进到达预定标高时，开始向钻孔内泵送混凝土，混凝土由钻杆2底端开口进入钻杆2的中心孔3；当中心孔3内混凝土到达下混凝土传感器7时，下混凝土传感器7通过连接线束9中的连接线向无线发射装置发出信号，无线发射装置将信号发射至钻孔外。由于本实用新型中无线发射装置位于钻杆2的螺旋叶片4上方（位于裸杆部分5），因而其位置高于地面，相较从钻杆2底部直接发射无线信号相比，能够更稳定地与操作人员操作的第一无线接收装置进行通信，避免通信不可靠导致不实用的缺陷，且通信距离提高十倍以上，进一步提高了技术的实用性。

第一无线接收装置收到钻杆2的中心孔3内的混凝土到达下混凝土传感器7时，电控装置17控制第一声光报警器20发出声光报警。由于第一声光报警器20和第二声光报警器21具有不同的报警音与不同颜色的报警灯，因此工作人员非常容易就能识别出此时的声光报警意味着混凝土到达下混凝土传感器7。此时工作人员开始进行提钻（拔钻）操作，即将钻杆2向上提升；一边提钻一边继续泵送混凝土，提钻过程中保持第一声光报警器20持续工作。

如果提钻时第一声光报警器20停止工作，意味着提钻过快，需要立刻停止提钻，直到第一声光报警器20重新发出声光报警后再进行提钻，此时应注意相较此前放慢提钻速度，从而避免拔空脱料现象。如果提钻时第二声光报警器21也开始工作，则意味着提钻过慢，需要立刻提高提钻速度，使第二声光报警器21停止工作。提钻过程中，注意保持提钻速度与泵送混凝土的速度相匹配。

当钻杆2提升至预定的进尺标记时，停止提钻操作，继续泵送混凝土，当混凝土到达上混凝土传感器6时，上混凝土传感器6通过连接线束9中的连接线向无线发射装置发出信号，无线发射装置将信号发射至钻孔外的第一无线接收装置，第二声光报警器21开始工作，此时工作人员立即停止泵送混凝土，将钻杆2完全提升出钻孔外，结束成桩作业。

本发明通过混凝土传感器检测到钻杆2内混凝土不同高度时的压力值，进而得出钻杆2内混凝土的成桩高度，通过声光报警器的指示，提醒工作人员达到特定标高后停止泵送混凝土，确保钻杆2内的混凝土达到设计标高。这样一来，根据下混凝土传感器7的指示预防了拔钻速度过快导致的拔空脱料，保证了桩身质量，又能更加准确的控制标高，减少了材料的浪费，降低了后期开挖工作的难度，并且整个过程更加规范自动化，受人为因素影响小，从而提高了桩顶标高的控制精度和施工效率。同时，实时监测混凝土灌注量可为后期桩检提供有效的数据做综合桩检分析。

以上实施例仅用以说明而非限制本实用新型的技术方案，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。