靜壓樁施工自動記錄儀及靜壓樁施工裝置的製作方法

2023-06-07 18:39:51

專利名稱：靜壓樁施工自動記錄儀及靜壓樁施工裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種靜壓樁施工裝置以及記錄儀表，記錄儀表用於靜壓樁施工過程中 壓樁力數據的顯示和記錄。
背景技術：
靜壓樁施工過程中一般採用靜壓樁機對靜壓預製樁進行液壓沉樁操作，靜壓樁機 一般包括支架和壓樁平臺，壓樁平臺帶有抱緊裝置用於抱緊靜壓預製樁，壓樁平臺通過安 裝在支架上的液壓缸驅動，可以將靜壓預製樁壓入地層。在當今「樓歪」、「樓裂」、「樓倒」等建築基礎樁基(地下隱蔽工程)安全問題，已經 成為社會各界普遍關注的焦點，根據市場調查，樁基施工過程監測信息化程度仍然非常落 後，在施工過程中靜壓預製樁受到的壓力一般可以通過液壓缸油路上的儀表來顯示，但精 度不高。另外，靜壓預製樁下沉深度也僅僅靠簡單的儀表來顯示。在數據的記錄方面現行的《靜壓樁施工規範》中，要求採用填寫「人工記錄表」方 式，記錄每根樁壓入地層「每米」時的「液壓壓力值」，由於是人工記錄，存在很大的人為性， 且不能完全真實反映在沉樁過程中樁身所受的壓力情況，及地層對沉樁產生的阻力，無法 保證數據的真實性、可靠性、精確性。依次現行的《工程勘察規範》，不能實現對每根樁的樁位地層進行地層軟硬變化的 詳細勘察，由於地層軟硬深度變化和厚度變化的不確定性，進而無法保證每根樁都能壓入 到設計要求的「持力地層」。

發明內容
本發明提供一種精度高、實時性好的靜壓樁施工自動記錄儀。可以自動跟蹤記錄 靜壓預製樁下沉深度(即壓樁深度)以及靜壓預製樁受到的壓力(即壓樁力)。—種靜壓樁施工自動記錄儀，包括測量單元和數據採集處理單元，所述的測量單 元包括壓樁深度傳感器和用於採集驅動壓樁平臺的液壓力的壓樁力傳感器，所述的數據採 集處理單元帶有主控模塊以及分別接入主控模塊的數據採集模塊和輸入輸出模塊；所述的壓樁深度傳感器包括a)用於感應壓樁平臺運動的摩擦輪、b)與摩擦輪同軸布置的計數盤、c)用於摩擦輪和計數盤之間傳動的單向離合器、d)用於感應計數盤轉動角度的光耦；所述的壓樁力傳感器的信號輸出端，以及壓樁深度傳感器中的光耦均通過電路接 入所述的數據採集處理單元中的數據採集模塊。數據採集處理單元用於採集、處理測量單元信號，所述的測量單元信號是指壓樁 力傳感器和壓樁深度傳感器從施工現場採集的數據，本發明靜壓樁施工自動記錄儀主要採 集壓樁力和壓樁深度。
主控模塊與數據採集模塊和輸入輸出模塊之間的連接，以及壓樁力傳感器和壓樁 深度傳感器與數據採集模塊之間的連接均通過電路連接。為了便於存儲、記錄數據，設有與主控模塊連接的數據存儲模塊，可以採用現有的 具有存儲記憶數據功能的存儲介質或晶片等。所述的輸入輸出模塊包括顯示模塊、輸入控制模塊和數據輸出接口模塊，所述的 顯示模塊可以採用液晶顯示屏等，所述的輸入控制模塊可以是若干操作按鍵，也可以採用 觸控螢幕，用於向主控模塊輸入指令、設置參數等。所述的數據輸出接口模塊可以採用通用的 各類數據接口，例如USB接口等。為了便於操作，所述的輸入輸出模塊也可以採用無線方式，進行指令的輸入或數 據的輸出和顯示。為了保證主控模塊和數據採集模塊之間數據發送與接收的速率一致，避免數據丟 失，作為優選，所述的主控模塊和數據採集模塊之間採用應答模式的通訊協議，該通訊協議 中設置錯誤校驗位。只有當校驗通過時，一次數據傳輸才宣告結束，可以避免由於電信號的 幹擾而導致的亂碼等問題，保證數據的準確性。在使用時，所述的壓樁力傳感器接入靜壓樁施工中用於驅動壓樁平臺的液壓系 統，即直接採集液壓系統的液壓油的壓力，這樣可以及時、準確的得到壓樁力數據。就壓樁 力傳感器本身而言，可以採用現有技術，其感應壓力的部件裝入液壓系統的液壓油管路中。所述的壓樁深度傳感器中a)用於感應壓樁平臺運動的摩擦輪，使用時摩擦輪的轉軸通過軸承安裝在靜壓樁 機的支架上，摩擦輪的外緣與壓樁平臺接觸配合，壓樁平臺相對靜壓樁機的支架運動時，可 以帶動摩擦輪正轉或反轉。當然，摩擦輪的外緣也可以是間接的與壓樁平臺上的某些固定部件相接觸，同樣 能感應壓樁平臺運動的距離。b)與摩擦輪同軸布置的計數盤，計數盤與摩擦輪同軸布置，既可以是與摩擦輪安 裝在同一轉軸上，也可以各自具有獨立的轉軸，僅僅是軸線相互重合。計數盤的轉軸通過軸 承安裝在靜壓樁機的支架上。c)用於摩擦輪和計數盤之間傳動的單向離合器，設置在摩擦輪和計數盤之間，就 單向離合器本身而言可以採用現有技術。假定壓樁平臺相對靜壓樁機的支架下降時摩擦輪正轉，此時可以通過單向離合器 帶動計數盤轉動，可以記錄壓樁平臺下降深度。而壓樁平臺相對靜壓樁機的支架上升時，摩擦輪反轉，此時計數盤並不轉動，只有 摩擦輪再次正轉時，計數盤才會轉動，累加統計壓樁平臺下降深度。d)用於感應計數盤轉動角度的光耦，通過計數盤轉動角度以及計數盤和摩擦輪 的直徑關係，可以換算出壓樁平臺下降的距離，光耦在空間位置上並沒有嚴格要求，只要可 以感應計數盤轉動角度即可，光耦通過電路向數據採集處理單元中的數據採集模塊傳遞數 據。作為優選，所述的壓樁深度傳感器中設有貫穿摩擦輪和計數盤的中心軸，所述的 摩擦輪與中心軸間隙配合，所述的計數盤固定安裝在中心軸上，所述的單向離合器包括棘 輪和僅能沿單向與棘輪卡合的棘爪，其中所述的棘爪安裝在摩擦輪上，所述的棘輪固定在計數盤或中心軸上。為了保證摩擦輪貼緊壓樁平臺，準確的感應壓樁平臺的運動，所述的中心軸的兩 端通過軸承連接有張力裝置，張力裝置推動中心軸兩端的軸承，使摩擦輪的外周緣具有靠 緊壓樁平臺的趨勢。張力裝置另一端安裝在靜壓樁機的支架上，這樣通過摩擦輪的轉動可以反應出靜 壓樁機的支架與壓樁平臺之間的相對運動。本發明靜壓樁施工自動記錄儀通過壓樁力傳感器和壓樁深度傳感器可以自動跟 蹤記錄每根樁壓入地層每釐米的「壓樁力數據」(壓樁深度和壓樁力)，數據採集處理單元 採集數據後利用相關軟體處理「壓樁力數據」可以自動生成《靜壓預製樁施工記錄》、《靜 壓樁施工自動監測數據曲線圖》、《靜壓樁施工原始數據表》，並對各種圖表實現了信息化管理。為了配合使用本發明靜壓樁施工自動記錄儀，本發明提供了 一種靜壓樁施工裝 置，包括靜壓樁機和靜壓樁施工自動記錄儀，所述的靜壓樁機可以採用現有技術，例如包括 支架和壓樁平臺，壓樁平臺帶有用於抱緊靜壓預製樁的抱緊裝置，壓樁平臺通過安裝在支 架上的液壓缸驅動，靜壓樁施工自動記錄儀中壓樁力傳感器安裝在所述的液壓缸的液壓油 路中，所述的壓樁深度傳感器安裝在靜壓樁機的支架上，且摩擦輪的外周緣與壓樁平臺接 觸配合。本發明靜壓樁施工自動記錄儀方便安裝，安裝位置合理不影響靜壓樁機轉場拆 解；測量單元以及數據採集處理單元採用全密封設計，適應現場粉塵濃度高，油汙汙染等工 作環境；壓樁深度傳感器中採用滾輪轉動位移測量方式，結構結實耐用，適合現場長期M 小時連續作業；信號脈衝寬度適宜，保證了有足夠的脈衝間隔，又有很好的抗幹擾性。利用本發明靜壓樁施工自動記錄儀進行實時監測，可在樁基施工中對單樁承載力 進行對比和控制並及時發現問題，便於工程監理及設計人員根據問題及時進行調整，以減 少因地基承載力不均勻而產生建築物結構開裂的問題。通過原始數據做進一步分析，結合 巖土工程勘察成果，在統計回歸的基礎上，可以總結出沉樁可行性分析的定量經驗公式，以 此反過來進一步指導施工，避免出現工程事故和不必要的損失。


圖1為本發明一種靜壓樁施工自動記錄儀的結構框圖；圖2為壓樁深度傳感器的結構示意圖；圖3為本發明靜壓樁施工裝置的結構示意圖。
具體實施例方式參見圖1(圖中各部件之間的箭頭僅是示意性的，並不嚴格的表示數據流向)，本 發明一種靜壓樁施工自動記錄儀，包括測量單元和數據採集處理單元，測量單元包括壓樁 力傳感器和壓樁深度傳感器，而數據採集處理單元包括相互連接的數據採集模塊和主控模 塊，其中壓樁力傳感器和壓樁深度傳感器均接入數據採集模塊。在數據採集處理單元中，主控模塊採用ARM9處理器(中央處理器(MCU) S3C2440-40)，數據採集模塊採用PIC系列單片機，主控模塊和數據採集模塊之間有匹配的通訊協議，為了保證主控模塊和數據採集模塊之間數據發送與接收的速率一致，避免數據 丟失，通訊協議採用應答模式，為了避免由於電信號的幹擾而導致的亂碼等問題，保證數據 的準確性，通訊協議設置錯誤校驗位，只有當校驗通過時，一次數據傳輸才宣告結束。測量單元中，為了連續跟蹤監測壓樁力值，壓樁力傳感器安裝在選擇靜壓樁機操 作臺下面的油路管道上，此管道一端是提供壓樁力的液壓缸，另一端是監測壓樁力的壓力 表，在此管道中用三通管連接加入了一個電子壓力傳感器(壓樁力傳感器)，實現把液壓壓 力轉換成電子模擬信號。數據採集處理單元與壓樁力傳感器用電纜線相連接，連續跟蹤監 測記錄壓力傳感器所反饋的壓力值。為了適應一年四季的施工作業環境，選用寬溫型、高精 度、全密封的壓樁力傳感器，工作溫度範圍是-15°C +50°C，測量誤差是彡士 (FS)。參見圖2，壓樁深度傳感器包括中心軸6，依次安裝在中心軸6上的計數盤7、單向離合器8和摩擦輪9，還設有用 於感應計數盤7轉動角度的光耦11，其中摩擦輪9與中心軸6間隙配合，摩擦輪9轉動時並 不會直接帶動中心軸6。為了保證摩擦輪9貼緊壓樁平臺，準確的感應壓樁平臺的運動，中心軸6的兩端通 過軸承連接有張力裝置12，張力裝置12包括固定在靜壓樁機的支架上的支撐杆，和套在支 撐杆外部的滑套，中心軸6兩端的軸承固定在滑套上，支撐杆上位於滑套和靜壓樁機支架 之間的部分套有彈簧，彈簧推動滑套，使中心軸6帶動摩擦輪9貼緊壓樁平臺。計數盤是一個按規定行程計算好的齒形圓盤，每間隔一釐米位移距離，光耦通過 計數盤上的齒孔透光，向數據採集處理單元發出電子脈衝信號，從而記錄壓樁機壓樁深度 信息；當壓樁平臺向上移動，即進行壓樁回程動作時計數盤靜止不動，此時光耦不能向數據 採集處理單元發出電子脈衝信號，故沒有記錄壓樁深度信息。離合器採用棘輪棘爪裝置，計數盤和棘輪都固定在中心軸上，棘爪固定在摩擦輪 上，當壓樁平臺相對靜壓樁機的支架向下移動時，即壓樁作業時，摩擦輪轉動，帶動棘爪轉 動，棘爪和棘輪卡和，帶動棘輪轉動，棘輪帶動中心軸轉動，從而帶動計數盤轉動，發出深度 信號；反之，當壓樁平臺向上移動時，即壓樁回程時，棘爪在棘輪上划過，沒有卡和，棘輪、中 心軸、計數盤，靜止不動，從而不發出深度信號。另外為了進一步擴展功能，還設有若干外圍模塊或接口，其中為了便於存儲、記錄 數據，還設有與主控模塊連接的數據存儲模塊，本實施例中採用內存為128MB的FLASH作為 壓樁力數據的一級存儲區，可存大約10萬米的壓樁力數據。另外還設有接入主控模塊的 USB接口、LED液晶顯示屏、觸控螢幕，以及用於向這些用電部件供電的供電模塊。其中利用 USB接口可以導出數據採集處理單元內部存儲數據，從而可以使用計算機硬碟作為二級存 儲區。參見圖3，本發明靜壓樁施工裝置包括支架(圖中省略)和壓樁平臺4，壓樁平臺 4帶有用於抱緊靜壓預製樁的抱緊裝置，壓樁平臺4通過安裝在支架上的液壓缸3驅動，利 用液壓缸3可以將樁壓入地下，壓樁力傳感器1安裝在液壓缸3的液壓油路管道2上，壓樁 深度傳感器5安裝在靜壓樁機支架上，其中的摩擦輪與壓樁平臺4接觸配合。每次壓樁行程約2m，當一次壓樁行程壓完後，放鬆壓樁平臺，用液壓缸提起壓樁平 臺，當壓樁平臺升到指定位置後，再次抱緊樁柱，如此循環，直到沉樁標高。本發明靜壓樁施工裝置以及靜壓樁施工自動記錄儀使用時，當壓樁平臺向下移
6動，產生壓樁位移時，壓樁深度傳感器輸出電子脈衝信號，數據採集模塊接收到該信號後進 入中斷響應模式，發出指令採集這一時刻壓樁力傳感器反饋的「4 20mA」模擬信號，再 通過A/D轉換模塊，將模擬信號轉換成數位訊號，然後採用RS232串口通訊方式，呼叫主控 模塊，按照通訊協議，將此深度值所對應的壓力值傳輸給主控模塊。主控模塊接收到壓力 值後，記錄壓力值，並將深度值累加「 1cm」，保證了準確記錄每釐米深度的壓樁力值，並且深 度、壓力數值做到一一對應關係。LED液晶顯示屏可以實時監測顯示每根樁壓入地層每釐米的壓樁力數據，通過軟 件系統，對壓樁力數據即時顯示存儲。把以「Mpa」為單位的液壓壓力值自動換算成以「KN」 為單位的「壓樁力值」，比現有記錄顯示方式可讀性更強，精確度更高，實時顯示格式如下 (1)壓樁深度值00. OOM(2)壓樁力值00000ΚΝC3)液壓壓力值00. OOMpa0測量精度要求是每次連續行程誤差控制在士 Icm以內，且具備自動誤差修正功 能，即如果上一行程誤差是負誤差，少記1cm，下一行程開始時，自動增加1cm，反之，上一行 程多記1cm，下一行程開始時，自動減少1cm，這種自動修正功能，徹底消除了累積誤差，保 證了每根樁全程深度記錄誤差控制在士 Icm範圍內。採集數據後利用動態、靜態曲線描述每根樁壓入地層每釐米的壓樁力數據，利用 軟體繪製壓樁深度數據、壓樁力值動態曲線，可以透過該曲線了解到整個壓樁過程的實時 走向和趨勢。實現該功能必須要在一定的間隔內不停的刷新曲線界面(約1秒/次)，這種 高頻率的界面刷新必定會帶來性能上的負擔，為此數據採集處理單元內部使用了類似於雙 緩衝技術來動態地繪製數據曲線，從而解決了該問題，使得數據曲線界面控制項在達到了動 態顯示效果的同時，性能上也有了較大改進。另外，為了保證數據曲線的完整性，還可以導 出數據，利用計算機將已完成壓樁作業的樁位數據重新在計算機屏幕上靜態顯示曲線，並 且支持列印，可以把曲線圖列印出來，方便管理存檔。也可以將數據自動生成EXCEL報表功能，該報表格式完全依據現行的《靜壓樁施 工規範》，從而可以替代現有人工記錄的方式。整個報表填寫過程全部由系統後處理軟體根 據前期所記錄的數據自動完成，保證了報表內容的準確性、可靠性。數據採集處理單元所產 生的所有數據文件均支持電子化存檔和紙質文件存檔兩種方式，前期工程參數支持批量輸 入，後期壓樁力數據文件支持批量輸出，並且輸入輸出過程全部設有密碼授權操作功能， 只有得到密碼授權的工程管理人員才可進行此項操作，壓樁力數據文件中設有專門的保護 措施，使得數據只能讀取無法修改，避免人為篡改數據等問題，保證了數據的真實性、可靠 性、精確性。由於本項創新技術能準確採集到每釐米「壓樁力數據」，並且能夠以曲線圖的形 式描述樁體壓入地層的施工狀況，所以能精確獲得單樁壓入地層深度和硬層厚度等數據， 可以及時反映「單樁承載力，，和「持力層」選擇的合理性，並對巖土工程勘察報告進行補充 和校核。
權利要求
1.一種靜壓樁施工自動記錄儀，包括測量單元和數據採集處理單元，其特徵在於，所述 的測量單元包括壓樁深度傳感器和用於採集驅動壓樁平臺的液壓力的壓樁力傳感器，所述 的數據採集處理單元帶有主控模塊以及分別接入主控模塊的數據採集模塊和輸入輸出模 塊；所述的壓樁深度傳感器包括a)用於感應壓樁平臺運動的摩擦輪、b)與摩擦輪同軸布置的計數盤、c)用於摩擦輪和計數盤之間傳動的單向離合器、d)用於感應計數盤轉動角度的光耦；所述的壓樁力傳感器的信號輸出端，以及壓樁深度傳感器中的光耦均通過電路接入所 述的數據採集處理單元中的數據採集模塊。
2.如權利要求1所述的靜壓樁施工自動記錄儀，其特徵在於，所述的壓樁深度傳感器 中設有貫穿摩擦輪和計數盤的中心軸，所述的摩擦輪與中心軸間隙配合，所述的計數盤固 定安裝在中心軸上，所述的單向離合器包括棘輪和僅能沿單向與棘輪卡合的棘爪，其中所 述的棘爪安裝在摩擦輪上，所述的棘輪固定在計數盤或中心軸上。
3.如權利要求2所述的靜壓樁施工自動記錄儀，其特徵在於，所述的中心軸的兩端通 過軸承連接有張力裝置，張力裝置推動中心軸兩端的軸承，使摩擦輪的外周緣具有靠緊壓 樁平臺的趨勢。
4.如權利要求3所述的靜壓樁施工自動記錄儀，其特徵在於，設有與主控模塊連接的 數據存儲模塊。
5.如權利要求4所述的靜壓樁施工自動記錄儀，其特徵在於，所述的輸入輸出模塊包 括顯示模塊、輸入控制模塊和數據輸出接口模塊。
6.如權利要求5所述的靜壓樁施工自動記錄儀，其特徵在於，所述的顯示模塊為液晶顯示屏。
7.如權利要求6所述的靜壓樁施工自動記錄儀，其特徵在於，所述的輸入控制模塊是 若干操作按鍵或觸控螢幕。
8.如權利要求7所述的靜壓樁施工自動記錄儀，其特徵在於，所述的數據輸出接口模 塊為USB接口。
9.如權利要求1 8任一項所述的靜壓樁施工自動記錄儀，其特徵在於，所述的主控模 塊和數據採集模塊之間採用應答模式的通訊協議，該通訊協議中設置錯誤校驗位。
10.一種靜壓樁施工裝置，包括靜壓樁機，所述的靜壓樁機包括支架和壓樁平臺，壓樁 平臺帶有用於抱緊靜壓預製樁的抱緊裝置，壓樁平臺通過安裝在支架上的液壓缸驅動，其 特徵在於，設有如權利要求1 9任一項所述的靜壓樁施工自動記錄儀，其中壓樁力傳感器 安裝在所述的液壓缸的液壓油路中，所述的壓樁深度傳感器安裝在靜壓樁機的支架上，其 中摩擦輪的外周緣與壓樁平臺接觸配合。
全文摘要
本發明公開了一種靜壓樁施工自動記錄儀以及靜壓樁施工裝置，自動記錄儀包括測量單元和數據採集處理單元，測量單元包括壓樁力傳感器和壓樁深度傳感器，所述的數據採集處理單元帶有主控模塊以及分別接入主控模塊的數據採集模塊和輸入輸出模塊，所述的壓樁力傳感器和壓樁深度傳感器均接入所述的數據採集模塊。其中壓樁力傳感器安裝在靜壓樁機液壓缸的液壓油路中，壓樁深度傳感器安裝在靜壓樁機的支架上，且摩擦輪的外周緣與壓樁平臺接觸配合。本發明靜壓樁施工自動記錄儀方便安裝，適應現場粉塵濃度高，油汙汙染等工作環境，採用滾輪轉動位移測量方式，結構結實耐用，適合連續作業，信號脈衝寬度適宜，保證了有足夠的脈衝間隔和抗幹擾性。
文檔編號E02D7/20GK102134851SQ20111003948
公開日2011年7月27日 申請日期2011年2月17日 優先權日2011年2月17日
發明者王利全 申請人:天津市隆安達建築儀器科技發展有限公司