一种微扰动搅拌桩的浆管防堵智能控制装置及其控制方法与流程

本发明涉及桩工机械领域，具体涉及一种微扰动搅拌桩的浆管防堵智能控制装置及其控制方法。

背景技术：

1、微扰动搅拌桩工法作为一种喷气、喷浆结合的桩基础施工工法，主要应用于地下工事开挖中作防水挡土墙施工、河流改造工程中防水墙施工、埋设管道时的保护墙施工、大坝底部防河流水渗入加固及对软地基的改良加固，尤其在周边环境保护要求较高的桩基础施工项目中更能发挥施工优势和独有的施工特性。

2、现有技术的微扰动搅拌桩钻机，存在着以下问题：1、由于微扰动搅拌桩成桩采用水灰比的较低浆液，如果上下喷浆的间隔较长且长时间不向土体喷浆，会使浆液凝结滞留导致喷浆管堵塞，影响微扰动搅拌桩施工过程中浆液的正常喷射，从而与钻具周围土体的充分搅拌混合。2、钻机在喷浆时，由于搅拌不均或其搅拌杆升降过快，导致喷浆过程中极易混入空气，而现有技术中，喷浆口位置无法调节，因此，无法及时实现对已经喷浆过的位置及时弥补喷浆以消除喷浆缺陷。3、钻机工作环境恶劣，钻头在工作时埋入泥浆中，钻头极易损坏，且也不易及时观察钻头是否损坏而无法工作；而采用其他例如编码器、电子检测机构等精密装置极易在恶劣环境中损坏，因此，设计一种耐久的、安全的钻头监控机构非常必要。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于克服现有搅拌钻机存在的缺点，提供一种微扰动搅拌桩的浆管防堵智能控制装置及其控制方法，解决微扰动搅拌桩钻机上下喷浆作业模式切换时造成的钻杆内置浆管堵塞问题，保证搅拌桩钻机正常施工，减少设备维护保养时间，大幅提高微扰动搅拌桩成桩施工效率。

2、本发明通过以下技术方案来实现：

3、一种微扰动搅拌桩的浆管防堵智能控制装置，包括含驱动头、回转接头、钻杆、钻头的钻机、含立柱导轨、卷扬机、滑轮机构的桩架、上下喷浆控制单元、供浆单元、后台供水单元、钻头监控单元、控制显示单元，用于微扰动搅拌桩施工过程中钻具上下喷浆模式切换时对滞留浆液进行智能控制和防止浆管堵塞。

4、所述钻机通过驱动头可移动地安装于桩架的立柱导轨上；从所述桩架的卷扬机引出的钢丝绳穿过桩架的滑轮机构与钻机的驱动头连接；所述驱动头包括齿轮箱、以穿越齿轮箱方式设置的多个中空输出轴；钻头监控单元包括信号处理装置、线圈、永磁体一和永磁体二；下喷钻杆与钻头转动连接；下喷钻杆底部固定有环形底座，环形底座底部上固定有信号处理装置，信号处理装置底部连接有线圈；钻头顶部开设有环形槽体，环形槽体与环形底座滑动配合；钻头顶部位于环形槽体的两侧相对设置有永磁体一和永磁体二，且永磁体一的n极与永磁体二的s极相对，线圈位于永磁体一与永磁体二之间。优选地，还包括喷浆口调节机构，调节机构包括微型电机、丝杆、t型滑块、t型槽；上喷钻杆侧壁上固定有微型电机，微型电机一端连接有丝杆；上喷钻杆侧壁上开设有t型槽，t型槽与t型滑块滑动连接，t型滑块的凸部与丝杆螺接，上喷浆管底部连接有软管，软管连通上喷浆口。优选地，所述钻机的回转接头包括位于其外壳的下喷浆液接口、上喷浆液接口、具有与下喷浆液接口、上喷浆液接口贯通的下浆内置通道、上浆内置通道的接头转轴，该回转接头的接头转轴、外壳分别固装于驱动头的中空输出轴端部、齿轮箱上端面；在所述驱动头的中空输出轴的下端部分别依次固装多节单元钻杆、上喷钻杆、下喷钻杆及钻头后构成钻机的钻具，用于下沉切削土体、提升搅拌土体；所述单元钻杆的内腔均设置包括下喷浆管、上喷浆管的多通道硬管，所述下喷钻杆的内腔设置包括下喷浆管、穿过该下喷钻杆外壁且与下喷浆管连通的下喷浆口，所述上喷钻杆设置下喷浆管、上喷浆管、穿过该上喷钻杆外壁且与上喷浆管连通的上喷浆口；所述最上部一节单元钻杆的下喷浆管、上喷浆管分别与中空输出轴的中空轴下浆管、中空轴上浆管，以及回转接头的下浆内置通道、上浆内置通道贯通，实现由供浆单元泵送的配制浆液或后台供水单元泵送的清水在管路内的顺畅输送。

5、优选地，所述上下喷浆控制单元包括多个下喷浆阀、上喷浆阀；所述下喷浆阀、上喷浆阀的输出端分别固装软管后与钻机的各个回转接头的下喷浆液接口、上喷浆液接口连通，其输入端分别通过注浆软管与浆液泵送装置的出浆泵连接；通过控制显示单元实现上下喷浆控制单元的各个上喷浆阀、下喷浆阀的开启/关闭。

6、优选地，所述供浆单元包括含搅拌桶、浆阀的浆液搅拌装置、含贮浆桶、出浆泵的浆液泵送装置；所述浆液搅拌装置通过搅拌桶高速搅拌制作符合微扰动搅拌桩水灰比要求的配制浆液，通过浆阀输送至浆液泵送装置；所述浆液泵送装置贮存来自浆液搅拌装置的配制浆液且其贮浆桶低速搅拌以保持配制浆液处于流动状态。

7、所述后台供水单元的出水端设置出水阀，该出水阀与供浆单元的浆液搅拌装置的浆阀连接，当操控关闭供浆单元的浆阀、打开后台供水单元的水阀后，向上下喷浆控制单元的上喷浆阀或下喷浆阀泵送清水，对位于钻机内腔的下喷浆管或上喷浆管进行清洗。

8、优选地，所述控制显示单元包括控制器、显示器，所述控制器通过线缆连接上下喷浆控制单元和显示器；所述显示器用于显示实时制浆量、桩架卷扬机速度、钻具转速、上/下喷浆阀状态、水阀状态；通过在所述显示器上分别设定上下喷浆控制单元的上喷浆阀、下喷浆阀的打开持续时间，上喷浆阀、下喷浆阀的前后打开间隔时间，以满足微扰动搅拌桩钻机分别实现旋转下沉、提升过程中进行下喷浆作业、上喷浆作业；通过所述控制器操控上下喷浆控制单元的上喷浆阀、下喷浆阀、供浆单元的浆阀、后台供水单元的水阀的开启/关闭，从而实现对喷浆切换单元的各个下喷浆阀、上喷浆阀的流出介质控制，以使经由钻机的各个回转接头的下喷浆液接口、上喷浆液接口进入钻杆内腔的下喷浆管、上喷浆管的介质分别为配制浆液+配置浆液或清水+配置浆液或配制浆液+清水。

9、一种微扰动搅拌桩的浆管防堵智能控制装置的控制方法，利用前述的微扰动搅拌桩的浆管防堵智能控制装置实现，所述钻机带动多节钻杆、钻头旋转下沉时通过下喷浆口喷浆作业，操控钻机启动运行，同时操控提桩机的卷扬机放出钢丝绳，钻杆、钻头随驱动头旋转下沉作业；所述供浆单元的浆液搅拌装置完成配制浆液的制作、通过浆液泵送装置输送至上下喷浆控制单元；操控控制显示单元发出指令，将上下喷浆控制单元中的下喷浆阀打开、上喷浆阀关闭，此时配制浆液经由钻机的各个回转接头的下浆内置通道、中空输出轴的中空轴下浆管、单元钻杆、下喷钻杆的下喷浆管、下喷浆口向周围土体喷射。

10、所述钻机带动多节钻杆、钻头旋转提升时通过上喷浆口喷浆作业，操控钻机启动运行，同时操控提桩机的卷扬机收紧钢丝绳，钻杆、钻头随驱动头旋转提升作业，供浆单元的浆液搅拌装置完成配制浆液的制作、通过浆液泵送装置输送至上下喷浆控制单元；操控控制显示单元发出指令，将上下喷浆控制单元中的上喷浆阀打开、下喷浆阀关闭，此时配置浆液经由钻机中的回转接头的上浆内置通道、中空输出轴的中空轴上浆管、单元钻杆、上喷钻杆的上喷浆管、上喷浆口向周围土体喷射。

11、所述微扰动搅拌桩的浆管防堵智能控制装置的控制方法包括：微扰动搅拌桩施工前，预先在控制显示单元上设定参数，其中上下喷浆控制单元的下喷浆阀、上喷浆阀的打开时间为20秒，下喷浆阀、上喷浆阀的打开间隔时间6分钟；当钻机旋转下沉作业过程较长时，通过控制显示单元执行控制程序，在钻机运行开始计时6分钟后自动打开上下喷浆控制单元的上喷浆阀，此时保持上下喷浆控制单元的上喷浆阀、下喷浆阀同时打开，按设定时间持续打开20秒后，关闭上下喷浆控制单元的上喷浆阀，仅维持微扰动搅拌桩正常施工的上下喷浆控制单元的下喷浆阀打开；当钻机旋转提升时，控制显示单元继续判断钻杆的喷浆口累计时间，在上下喷浆控制单元的上喷浆阀、下喷浆阀间隔时间再次累计6分钟后，上下喷浆控制单元的下喷浆阀就自动打开，此时保持该上喷浆阀、下喷浆阀同时打开，持续打开设定时间20秒后，关闭上下喷浆控制单元的下喷浆阀，仅维持微扰动搅拌桩正常施工的上喷浆阀打开；重复循环此上述步骤，对钻杆内的上喷浆管中滞留过久的配制浆液进行流动置换，直至微扰动搅拌桩成桩结束，避免浆液凝结造成浆管堵塞。

12、与现有技术相比，本发明微扰动搅拌桩的浆管防堵智能控制装置及其控制方法具有以下有益效果：

13、1)、采用设定钻具的喷浆时间方式控制，在钻具的下喷浆口、上喷浆间隔一定时间喷浆作业，操控控制显示单元打开上下喷浆控制单元上与钻具内停止喷浆作业的喷浆管对应的喷浆阀，由浆液制备单元连续输送水泥浆液到钻具内停止喷浆的喷浆管内，防止停止喷浆作业的钻具喷浆管出现水泥浆液凝结后堵塞喷浆管。

14、2)、通过对喷浆口位置的实时控制，能根据实际喷浆工况，及时调整喷浆口位置，弥补喷浆缺陷；同时，设置了钻头监控装置，钻头在转动时，线圈会切割磁场，从而线圈中会产生电流，信号处理装置将上述电信号经过一定处理，并将信号无线发送给控制器；当钻头损坏而无法转动时，控制器无法接收到电信号，且在钻头开关在开启的前提下，判断出钻头已经损坏；控制器在预设时间内关闭供浆单元；所述预设时间内，能够保证各喷浆管内剩余泥浆可以喷出搅拌桩。