详情

原文传递一种挤密桩施工质量监控系统及方法

专利名称：	一种挤密桩施工质量监控系统及方法
摘要：	本发明公开了一种挤密桩施工质量监控系统及方法，该系统包括齿轮传动机构和测量机构，所述挤密桩夯实机构包括底座、卷扬机卷筒和夯击锤，所述齿轮传动机构包括传动齿轮机构和测动齿轮机构，所述传动齿轮机构包括第一半圆部大齿轮和第二半圆部大齿轮，所述测动齿轮机构包括缓冲底座、转轴和测动齿轮，所述测量机构包括安装编码器和控制盒；该方法包括以下步骤：一、系统安装与设置；二、数据采集与处理。本发明设计合理且成本低，省时，省力，花费小，对挤密桩夯填过程中的施工质量进行实时监控，确保挤密桩的施工参数满足夯击要求，减少挤密桩施工的返工，提高了挤密桩的质量，实用性强。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	机械工业勘察设计研究院有限公司
发明人：	刘争宏;于永堂;郑建国;张龙;王建安;徐传召;王俊茂
专利状态：	有效
申请日期：	2019-09-25T00:00:00+0800
发布日期：	2019-12-27T00:00:00+0800
申请号：	CN201910912439.4
公开号：	CN110616702A
代理机构：	西安创知专利事务所
代理人：	谭文琰
分类号：	E02D1/00(2006.01);E;E02;E02D;E02D1
申请人地址：	710043 陕西省西安市咸宁中路51号
主权项：	1.一种挤密桩施工质量监控系统，其特征在于:包括安装在挤密桩夯实机构上的齿轮传动机构和与所述齿轮传动机构连接的测量机构，所述挤密桩夯实机构包括底座(24)、安装在底座(24)上的卷扬机卷筒(25)和与缠绕在卷扬机卷筒(25)上的缠绕绳(26)连接的夯击锤(27)，所述底座(24)上设置有第一定滑轮(28)，第一竖直架(30)上设置有第二定滑轮(29)，所述缠绕绳(26)的一端缠绕在卷扬机卷筒(25)上，所述缠绕绳(26)的另一端依次通过第一定滑轮(28)和第二定滑轮(29)与夯击锤(27)固定连接；所述齿轮传动机构包括安装在卷扬机卷筒(25)的端部的传动齿轮机构和与所述传动齿轮啮合的测动齿轮机构，所述传动齿轮机构包括第一半圆部大齿轮(9)和第二半圆部大齿轮(14)，所述第一半圆部大齿轮(9)和第二半圆部大齿轮(14)可拆卸连接，所述测动齿轮机构包括缓冲底座、设置在缓冲底座上的转轴(17)和与转轴(17)传动连接的测动齿轮(6)，所述缓冲底座上设置有两个对称布设且供转轴(17)安装的外球面带座轴承(16)，所述测动齿轮(6)安装在转轴(17)伸出外球面带座轴承(16)的一端，所述测动齿轮(6)能随缓冲底座靠近或者远离传动齿轮机构，且所述测动齿轮(6)与传动齿轮机构啮合连接，所述测量机构包括安装在转轴(17)伸出外球面带座轴承(16)的另一端的编码器(20)和与编码器(20)连接的控制盒(21)；所述控制盒(21)包括盒体和设置在所述盒体内的微控制器(23)，所述编码器(20)和微控制器(23)连接，所述盒体上设置有报警器(22)。 2.按照权利要求1所述的一种挤密桩施工质量监控系统，其特征在于：所述第一半圆部大齿轮(9)和第二半圆部大齿轮(14)的结构相同，所述第一半圆部大齿轮(9)和第二半圆部大齿轮(14)包括第一内半环(9-4)、第二外半环(9-5)和多个连接于第一内半环(9-4)与第二外半环(9-5)之间的加强肋(9-1)，所述第二外半环(9-5)上设置有传动齿，所述第一半圆部大齿轮(9)和第二半圆部大齿轮(14)的连接处的加强肋(9-1)中设置有限位槽(9-2)，所述第一内半环(9-4)的圆周方向均设有多个长脚螺栓(9-3)，所述第一半圆部大齿轮(9)和第二半圆部大齿轮(14)通过锁紧件可拆卸连接。 3.按照权利要求1所述的一种挤密桩施工质量监控系统，其特征在于：所述缓冲底座包括底板(1)、安装在底板(1)上的滑移部件和设置在所述滑移部件上的滑移板(4)，所述底板(1)的两端设置有导向槽(1-1)，所述导向槽(1-1)沿底板(1)的宽度方向布设，所述滑移板(4)能沿导向槽(1-1)的长度方向移动。 4.按照权利要求3所述的一种挤密桩施工质量监控系统，其特征在于：所述滑移部件包括安装在导向槽(1-1)内的大导向杆(1-2)、安装在导向槽(1-1)内且套设在大导向杆(1-2)内的小导向杆(1-3)和套设在小导向杆(1-3)上且能推动大导向杆(1-2)沿小导向杆(1-3)长度方向移动的弹簧(1-4)，所述滑移板(4)与大导向杆(1-2)固定连接，所述弹簧(1-4)的一端抵在导向槽(1-1)的一端面，所述弹簧(1-4)的一端抵在大导向杆(1-2)靠近小导向杆(1-3)的一端，所述大导向杆(1-2)的另一端抵在导向槽(1-1)的另一端面。 5.按照权利要求3所述的一种挤密桩施工质量监控系统，其特征在于：所述导向槽(1-1)包括大导向槽(1-1-1)和与大导向槽(1-1-1)连通的小导向槽(1-1-2)，所述大导向槽(1-1-1)的顶部延伸至底板(1)的顶部，所述小导向槽(1-1-2)的顶部与底板(1)的顶部之间设置有间隙；所述滑移部件的大导向杆(1-2)包括圆弧部杆和与所述圆弧部杆一体成型的矩形部杆，所述滑移部件的小导向杆(1-3)的横截面为圆形，所述小导向杆(1-3)的一端伸入大导向杆(1-2)的圆弧部杆，所述小导向杆(1-3)的另一端伸出小导向槽(1-1-2)。 6.一种利用如权利要求1所述系统对挤密桩施工质量进行监控的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、系统安装与设置：步骤101、将挤密桩施工质量监控系统安装在卷扬机卷筒(25)的端部；步骤102、设置夯击锤(27)的质量、挤密桩扩孔孔径和卷扬机卷筒(25)的周长；其中，夯击锤(27)的质量记作Mc，挤密桩扩孔孔径记作Rc，卷扬机卷筒(25)的周长记作L；步骤二、数据采集与处理：操作卷扬机卷筒(25)由下至上分层填充夯击处理，每一层填充夯击处理形成一个填土层，每个所述填土层的施工质量监控方法均相同，其中对第j个填土层进行监控，具体过程如下：步骤201、操作卷扬机卷筒(25)通过夯击锤(27)对桩孔(32)内填充的土样进行夯击；步骤202、在夯击锤(27)对桩孔(32)进行夯击的过程中，编码器(20)通过转轴(17)、测动齿轮(6)和传动齿轮机构随卷扬机卷筒(25)转动，编码器(20)输出的脉冲信号发送至微控制器(23)，微控制器(23)对脉冲信号处理得到当前的夯击次数为i和夯击锤(27)从第j个填土层设定的高度下降至接触土样时卷扬机卷筒(25)转动的圈数；其中，微控制器(23)将第j个填土层夯击锤(27)从设定的高度下降到接触土样时卷扬机卷筒(25)转动的圈数记作Qj(i)，i为正整数；步骤203、微控制器(23)根据公式hj(i)＝Qj(i)×L，得到第j个填土层第i次夯击时测量的夯击高度hj(i)；微控制器(23)根据公式Wj(i)＝Mc×g×hj(i)，得到第j个填土层第i次夯击时测量的夯击能量Wj(i)；其中，g表示重力加速度，且g＝9.8m/s2；微控制器(23)并将hj(i)与夯击高度设定值hs、Wj(i)和夯击能量设定值Ws进行比较，当hj(i)符合hs且Wj(i)符合Ws时，执行步骤204；否则，执行步骤205；步骤204、重复步骤201至步骤204，则微控制器(23)得到夯击次数为i+1；步骤205、当hj(i)不符合hs或者Wj(i)不符合Ws时，微控制器(23)控制报警器(22)报警提醒；步骤206、多次重复步骤201至步骤205，直至微控制器(23)得到夯击次数为M，且M符合夯击次数设定值Ms时，完成第j个填土层的填充夯击；步骤207、按照步骤202至步骤206所述的方法，之前完成第j-1个填土层的填充夯击时，操作卷扬机卷筒(25)将夯击锤(27)向上移动直至第j个填土层设定的高度，并得到夯击锤(27)从第j-1个填土层表面到第j个填土层设定的高度时卷扬机卷筒(25)转动的圈数Qj(s)；之后，得到完成第j个填土层填充夯击时夯击锤(27)从第j个填土层设定的高度下降到接触土样时卷扬机卷筒(25)转动的圈数Qj(M)；微控制器(23)根据公式hj(t)＝\|Qj(s)-Qj(M)\|×L，得到第j个填土层的填土高度hj(t)，微控制器(23)根据公式得到第j个填土层夯击时测量的回填量V(j)；其中，j为正整数，且j≥2；步骤208、微控制器(23)将V(j)和回填量设定值Vs进行比较，且确保V(j)满足回填量设定值Vs，完成第j个填土层的监控；步骤209、重复步骤201至步骤208，进行下一个填土层的监控，直至填土层的表面与桩孔(32)的顶面相齐平，形成挤密桩。 7.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤201中对桩孔(32)内填充的土样进行夯击，具体过程如下：操作卷扬机卷筒(25)顺时针转动，卷扬机卷筒(25)对缠绕绳(26)进行缠绕，缠绕绳(26)的另一端依次通过第一定滑轮(28)和第二定滑轮(29)带动夯击锤(27)向上移动，直至夯击锤(27)移动至填土层设定的高度；之后，操作卷扬机卷筒(25)逆时针转动，卷扬机卷筒(25)对缠绕绳(26)进行放松，缠绕绳(26)的另一端依次通过第一定滑轮(28)和第二定滑轮(29)使夯击锤(27)向下移动直至接触土样，夯击锤(27)对桩孔(32)内填充的土样进行夯击；步骤201中对桩孔(32)内填充的土样进行夯击之前，在桩孔(32)内填充的土样为灰土或者素土。 8.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤101中将挤密桩施工质量监控系统安装在卷扬机卷筒(25)的端部，具体过程如下：步骤1011、将第一半圆部大齿轮(9)和第二半圆部大齿轮(14)通过锁紧件固定连接，并将第一半圆部大齿轮(9)和第二半圆部大齿轮(14)组成的传动齿轮机构传动安装在卷扬机卷筒(25)的端部上，并调节长脚螺栓(9-3)，以使传动齿轮机构的圆心和卷扬机卷筒(25)的中心位于同一水平直线上；步骤1012、安装缓冲底座，并在所述缓冲底座上安装两个对称布设外球面带座轴承(16)，并将转轴(17)通过外球面带座轴承(16)安装在所述缓冲底座上；之后，在转轴(17)的一端安装测动齿轮(6)，在转轴(17)的另一端安装编码器(20)；其中，测动齿轮(6)和传动齿轮机构啮合连接；步骤1013、将编码器(20)与控制盒(21)连接；其中，编码器(20)与控制盒(21)内的微控制器(23)连接。 9.按照权利要求6所述的方法，其特征在于：在对挤密桩施工质量进行监控之前，需要获取夯击高度设定值hs、夯击能量设定值Ws、夯击次数设定值Ms和回填量设定值Vs的具体过程如下：步骤A、回填量设定值Vs的取值范围为夯击高度设定值hs的取值范围为hs≥2m；夯击能量设定值Qs的取值范围为Qs≥2Mcg；步骤B、按照步骤A和步骤B所述的方法，对桩孔(32)内填充的土样进行夯击试验，直至达到试验夯实次数r(k)，形成第k个试验回填层；其中，r(k)和k为正整数，k≥1；步骤C、采用烘干法对第k个试验回填层进行检测，得到第k个试验回填层的质量含水率w(k)；步骤D、采用环刀法，根据公式得到第k个试验回填层的干密度ρ(k)；其中，m1表示环刀质量，m2(k)表示环刀和第k个试验回填层采集土样的总质量，V表示环刀的体积；步骤E、根据公式得到第k个试验回填层的平均压实系数η(k)；其中，ρmax表示第k个试验回填层中填充的土样的标准最大干密度；步骤F、判断η(k)≥0.92是否成立，当η(k)≥0.92时，则夯实次数r(k)为夯击次数设定值Ms；否则，执行步骤G；步骤G、按照步骤A和步骤B所述的方法，对桩孔(32)内填充的土样进行夯击试验，直至达到下一个夯实次数r(k+1)，形成第k+1个回填层，并重复步骤C和步骤F进行判断，直至得到夯击次数设定值Ms；其中，r(k+1)＝r(k)+1，r(k+1)和r(k)均为正整数，r(k)≥1。
所属类别：	发明专利