技术领域
[0001] 本
发明涉及一种新的振冲桩施工方法及控制系统。本发明属于振冲类地基加固处理技术领域。
背景技术
[0002] 随着
基础设施工程建设的规模越来越大，对于地基处理的要求也越来越高，特别是在不良地基上建造各种
建筑物，需要针对各种不同的地质条件，对不良地基进行改良，以达到在此基础上建造各种建筑物的要求。
[0003] 在地基处理工程中，振冲桩施工方法得到越来越广泛的应用。所谓振冲桩施工方法就是在被加固的地基上通过振冲设备振冲出若干个孔，在孔中填充碎石等填充料，然后密实，在被加固的地基中形成由碎石组成的竖向增强体。
[0004] 目前国内地基处理行业，多以简单、粗放的施工设备为主，效率低、能耗高、人
力资源消耗大，企业营利能力低，施工造假现象严重，施工
质量无法保证，严重地制约行业的发展。
发明内容
[0005] 鉴于上述原因，本发明的目的是提供一种新的施工效率高、能耗低的振冲桩施工设备。
[0006] 本发明的另一目的是提供一种利用这种新的振冲桩施工设备进行振冲桩施工的方法。
[0007] 本发明的又一目的是提供一种振冲桩施工自动控制系统及控制方法，该控制系统可自动记录、监控、管理施工过程，避免人为
修改施工数据、干预施工
进程。
[0008] 为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种振冲桩施工设备，它包括一起重吊车，该起重吊车通过
钢丝绳吊着至少一个振冲设备；该振冲设备包括提升料斗、料仓、与料仓相连的导杆和振冲器，其特征在于：
[0009] 沿所述导杆的外壁设置至少两根导杆侧喷
水管，在导杆侧喷水管的
侧壁上设有若干个扇形
喷嘴；相邻的扇形喷嘴间隔设置，且错开一定
角度，以保证喷射范围可
覆盖导杆周边；
[0010] 沿所述振冲器的外壁设置有至少两根振冲器侧喷水管；贯穿导杆和振冲器的中
心轴铺设有振冲器中心喷水管，振冲器侧喷水管和中心喷水管的喷嘴朝下。
[0011] 本发明振冲桩施工设备包括恒压供水系统和分水加气系统；
[0012] 所述恒压供水系统由依次顺序相连的补水
泵、水箱、
阀门、恒压供水水泵、
变频器和压力表组成，为所述分水加气系统恒压供水；
[0013] 所述分水加气系统由若干路分水加气支路构成，每条分水加气支路由止回阀、流量计、
气动调节
球阀、压缩空气入口、压力表和压力
传感器串联而成，每条分水加气支路的起始端均与恒压供水系统相连，末端通过管路与一个导杆侧喷水管或一个振冲器侧喷水管或振冲器中心喷水管相连。
[0014] 本发明还提供了一种振冲桩施工设备的振冲桩施工方法，其特征在于：在配合振冲器造孔、密实动作增加水气联动。
[0015] 具体地说，所述振冲桩施工方法如下：
[0016] S1、施工设备就位，依次启动补水水泵、恒压供水水泵、空气
压缩机、振冲器；
[0017] S2、振冲器由浅入深成孔，在成孔的过程中，开启振冲器中心喷水管、振冲器侧喷水管、导杆侧喷水管，并控制水管开度，直至成孔深度达到设计深度；
[0018] S3、填充填料-密实-填充填料-密实，循环往复，直至成孔内填满填料，在由深入浅密实过程中，逐渐关闭导杆侧喷水管和振冲器侧喷水管；
[0019] 在密实的整个过程中控制加密段长度M和留振时间t，加密段长度M一般为30cm-50cm，留振时间t一般为5s-15s。
[0020] 在本发明较佳
实施例中，所述水压控制在0.2Mpa-0.6Mpa，气压控制在0.3Mpa-0.7Mpa。
[0021] 在本发明较佳实施例中，所述步骤S2振冲器由浅入深成孔分为两步：
[0022] S2.1、当施工深度≤H时，振冲器中心喷水管和侧喷水管全开，导杆侧喷水管关闭；
[0023] H是指：振冲器最低端到导杆侧喷水管最下端的距离，一般为导杆侧喷水管最下端距离振冲器减震器上方30cm-50cm；
[0024] S2.2、当H<施工深度≤目标深度时，振冲器中心喷水管和侧喷水管全开，导杆侧喷水管开度为10％-50％。
[0025] 所述步骤S3、填充填料-密实-填充填料-密实分为两步：
[0026] S3.1、当H<施工深度≤目标深度时，振冲器中心喷水管和侧喷水管开度为10％-50％，导杆侧喷水管全开；
[0027] S3.2、当施工深度≤H时，振冲器中心喷水管和侧喷水管全开，导杆侧喷水管关闭。
[0028] 本发明还提供了一种振冲桩施工控制方法，其具体步骤如下：
[0029] A、输入将要打桩区域的桩号，坐标，目标深度等信息，根据现场实际情况设置各个工序的预设参数，如零点校准，各个阶段的阀门开度及压力值；
[0030] B、启动起重设备，将振冲器移动到打桩
位置，对准桩点位，启动发
电机组，所有用电设备上电；
[0031] 启动补水水泵和恒压供水水泵：在整个施工过程中为振冲器喷水管和导杆喷水管恒压供水，水压控制在0.2Mpa-0.6Mpa；
[0032] 启动空压机：根据施工需要，给振冲器喷水管和导杆喷水管中通入压缩空气，气压控制在0.3Mpa-0.7Mpa；
[0033] C、启动振冲器造孔；
[0034] 振冲器由浅入深成孔，在成孔的过程中，开启振冲器中心喷水管、振冲器侧喷水管、导杆侧喷水管，控制水管开度，直至成孔深度达到设计深度；
[0035] D、造孔完成，填充填料，密实；
[0036] 填充填料-密实-填充填料-密实，循环往复，直至成孔内填满填料，在由深入浅密实过程中，逐渐关闭导杆侧喷水管和振冲器侧喷水管；
[0037] 在密实的整个过程中，计算填料量，保证加密段长度为30cm-50cm，控制振冲器的留振时间为5s-15s；
[0038] 控制振冲器喷水管和导杆喷水管的开启：
[0039] E、振冲器完全离开地面，制桩完成，进入下一桩位，重复步骤C和D，直至施工完成；
[0040] F、依次关闭振冲器、水泵，提取自动记录仪数据，将提取到的数据导入电脑上专用分析
软件进行自动分析，输出相关数据图表，作为交工资料或存档资料。
[0041] 在本发明较佳实施例中，所述步骤C振冲器由浅入深成孔，分为两步：
[0042] C.1、当施工深度≤H时，振冲器中心喷水管和侧喷水管全开，导杆侧喷水管关闭；
[0043] H是指：振冲器最低端到导杆侧喷水管最下端的距离，一般为导杆侧喷水管最下端距离振冲器减震器上方30cm-50cm；
[0044] C.2、当H<施工深度≤目标深度时，振冲器中心喷水管和侧喷水管全开，导杆侧喷水管开度为10％-50％。
[0045] 在本发明较佳实施例中，所述步骤D中振冲器喷水管和导杆喷水管的开启分为两种情况：
[0046] D.1、当H<施工深度≤目标深度时，振冲器中心喷水管和侧喷水管开度为10％-50％，导杆侧喷水管全开；
[0047] D.2、当施工深度≤H时，振冲器中心喷水管和侧喷水管全开，导杆侧喷水管关闭。
附图说明
[0048] 图1为本发明振冲桩施工设备结构示意图；
[0049] 图2为本发明振冲设备施工水管布置图；
[0050] 图3A为本发明振冲设备导杆外侧喷水管结构示意图；
[0051] 图3B为图3A中的A-A剖视图；
[0052] 图4为本发明水气联动控制原理图；
[0053] 图5为本发明两路分水加气支路结构示意图；
[0055] 图7为本发明自动控制系统图。
具体实施方式
[0056] 下面结合附图进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本
申请所附
权利要求所限定的范围。
[0057] 图1为本发明振冲桩施工设备结构示意图。如图所示，本发明振冲桩施工设备包括一起重吊车，该起重吊车通过
钢丝绳吊着至少一个振冲设备。该振冲设备包括提升料斗(图中为画出)、料仓(图中为画出)、与料仓相连的导杆1和振冲器3。
[0058] 为了提高振冲桩施工效率，提高振冲成孔速度，本发明振冲桩施工设备还包括恒压供水系统和分水加气系统，并对振冲设备的导杆1和振冲器3进行了改造。
[0059] 如图1-图3所示，本发明沿导杆1的外壁设置至少两根导杆侧喷水管2，在导杆侧喷水管2的侧壁上设有若干个扇形喷嘴30。相邻的扇形喷嘴间隔一定距离，且错开一定角度，以保证喷射范围可覆盖导杆周边。
[0060] 沿振冲器3的外壁也设置有至少两根振冲器侧喷水管27；贯穿导杆和振冲器的中心轴铺设有振冲器中心喷水管28，振冲器侧喷水管27和中心喷水管28的喷嘴朝下。
[0061] 如图1所示，恒压供水系统和分水加气系统15安装在起重吊车平台11上。分水加气系统的出水管/出气管通过管路与导杆侧喷水管2、振冲器侧喷水管27和中心喷水管28相连。在振冲器向下振冲成孔的过程中，恒压供水系统和分水加气系统输出的高压水和气体经导杆侧喷水管2、振冲器侧喷水管27和中心喷水管28喷出，帮助振冲器造孔，从而，提高施工效率，提高成孔速度。
[0062] 如图4所示，本发明恒压供水系统由依次顺序相连的补水泵31、水箱32、阀门33、恒压供水水泵34、变频器(图中未画)和压力表35组成，为分水加气系统恒压供水。变频器输出的三相交流电与补水泵31和恒压供水水泵34的电源输入端相连，变频器根据振冲桩施工过程的阻力和进程，控制恒压供水水泵34和补水泵31的工作，实现恒压供水。
[0063] 如图4、图5所示，本发明分水加气系统15由若干路分水加气支路构成，每条分水加气支路由止回阀18、流量计19、气动调节球阀20、压缩空气入口24、压力表21和
压力传感器22串联而成，每条分水加气支路的起始端均与恒压供水系统相连，末端通过管路与一个导杆侧喷水管或一个振冲器侧喷水管或振冲器中心喷水管相连。
[0064] 传统的振冲桩施工方法是：利用振冲器自身的重力向下一次一次地钻孔，然后，填充填料，
压实。传统振冲桩施工方法的缺点：振冲成孔速度低，施工效率低。
[0065] 本发明为提高施工效率，提高振冲成孔速度，在振冲器成孔过程中增加了水气联动配合步骤。本发明提供的振冲桩施工方法如下：
[0066] S1、施工设备就位，依次启动补水水泵、恒压供水水泵、空气压缩机、振冲器；
[0067] S2、振冲器由浅入深成孔，在成孔的过程中，开启振冲器中心喷水管、振冲器侧喷水管、导杆侧喷水管，并控制喷水管的开度，直至成孔深度达到设计深度；
[0068] S3、填充填料-密实-填充填料-密实，循环往复，直至成孔内填满填料，在由深入浅密实过程中，逐渐关闭导杆侧喷水管和振冲器侧喷水管；
[0069] 在密实的整个过程中控制加密段长度M和留振时间t，加密段长度M一般为30cm-50cm，留振时间t一般为10s-30s，根据不同
地层适当选择。
[0070] 在实际施工过程中，根据施工现场地基硬度、土质情况，通常，水压控制在0.2Mpa-0.6Mpa，气压控制在0.3Mpa-0.7Mpa。
[0071] 步骤S2振冲器由浅入深成孔分为两步：
[0072] S2.1、当施工深度≤H时，振冲器中心喷水管和侧喷水管全开，导杆侧喷水管关闭；
[0073] H是指：振冲器最低端到导杆侧喷水管最下端的距离，通常，该距离取决于振冲器的长度，一般为导杆侧喷水管最下端距离振冲器减震器上方30cm-50cm；
[0074] S2.2、当H<施工深度≤目标深度时，振冲器中心喷水管和侧喷水管全开，导杆侧喷水管开度为10％-50％(防喷嘴堵塞)。
[0075] 步骤S3、填充填料-密实-填充填料-密实分为两步：
[0076] S3.1、当H<施工深度≤目标深度时，振冲器中心喷水管和侧喷水管开度为10％-50％(防喷嘴堵塞)，导杆侧喷水管全开；
[0077] S3.2、当施工深度≤H时，振冲器中心喷水管和侧喷水管全开，导杆侧喷水管关闭。
[0078] 上面所描述的施工方法适用于不同地层、地质，针对不同地层施工时，可通过改变施工过程中水压、气压、喷水管开度及各阀门的开启/关闭顺序，提高成孔速度，施工效率。
[0079] 由于本发明在振冲桩施工过程中，增加了水、气，既较好地解决了“抱管”问题，又避免了单独水冲所带来的泥浆
排放量过大的弊病，而且成孔质量高、孔径较为一致。同时，振冲器在孔中提降自如，下料容易，便于制桩，施工速度快，工程质量好；由于基本不产生“抱管”问题，所以，所需起重吊车吨位小，因而施工机械
费用低，且耗水量小，砂粒流失少，相应投入的填料亦少，直接材料费相对较低；泥浆
排量少，减少了泥浆收集与外运工作，便于洁净环境，文明施工。
[0080] 经过实测，本发明与传统的施工方法相比效率提升15％-30％。
[0081] 在传统的振冲桩施工过程中大多是人工测量成孔深度、填料量、密实时间和加密长度。为降低施工成本，往往会出现人为更改施工数据，施工造假现象，施工质量无法保证。为此，本发明提供了一套振冲桩施工自动控制系统及控制方法。振冲桩施工质量的控制就是要准确地掌握好填料量、密实
电流和留振时间这三个施工质量控制指标。
[0082] 如图7所示，本发明振冲桩施工自动控制系统包括微机、用于测量填充料重量的磅秤和用于测量成孔/密实深度的深度传感器6。如图1所示，深度传感器6安装在起重吊车主提升绳7上，通过测量起吊振冲器的钢丝绳的行程长度，测量成孔深度/密实深度。
[0083] 深度传感器6和磅秤5测量的数据通过无线传输方式实时传输给微机4，微机4根据实时数据，控制振冲器的动作。
[0084] 本发明提供的全自动振冲桩施工控制方法如下：
[0085] A、输入将要打桩区域的桩号，坐标，目标深度等信息，根据现场实际情况设置各个工序的预设参数，如零点校准，各个阶段的阀门开度及压力值；
[0086] B、启动起重设备，将振冲器移动到打桩位置，对准桩点位，启动
发电机组，所有用电设备上电；
[0087] 启动补水水泵和恒压供水水泵：在整个施工过程中为振冲器喷水管和导杆喷水管恒压供水；通常，水压控制在0.2Mpa-0.6Mpa；
[0088] 启动空压机：根据施工需要，给振冲器喷水管和导杆喷水管中通入压缩空气；气压控制在0.3Mpa-0.7Mpa；
[0089] C、启动振冲器造孔；
[0090] 振冲器由浅入深成孔，在成孔的过程中，开启振冲器中心喷水管、振冲器侧喷水管、导杆侧喷水管，并控制水管开度，直至成孔深度达到设计深度；
[0091] 当施工深度≤H时，全部开启振冲器中心喷水管和侧喷水管全开，导杆侧喷水管关闭；
[0092] H是指：振冲器最低端到导杆侧喷水管最下端的距离，通常，该距离取决于振冲器的长度，一般为导杆侧喷水管最下端距离振冲器减震器上方30cm-50cm；
[0093] 当H<施工深度≤目标深度时，振冲器中心喷水管和侧喷水管全开，导杆侧喷水管开度为10％-50％；
[0094] D、造孔完成，填充填料，密实；
[0095] 填充填料-密实-填充填料-密实，循环往复，直至成孔内填满填料，在由深入浅密实过程中，逐渐关闭导杆侧喷水管和振冲器侧喷水管；
[0096] 在密实的整个过程中，计算填料量，保证加密段长度为30cm-50cm，控制振冲器的留振时间为5s-15s，根据不同地层适当选择；
[0097] 同时，控制振冲器喷水管和导杆喷水管的开启：
[0098] 当H<施工深度≤目标深度时，振冲器中心喷水管和侧喷水管开度为10％-50％(防喷嘴堵塞)，导杆侧喷水管全开；
[0099] 当施工深度≤H时，振冲器中心喷水管和侧喷水管全开，导杆侧喷水管关闭；
[0100] E、振冲器完全离开地面，制桩完成，进入下一桩位，重复步骤C和D，直至施工完成；
[0101] F、依次关闭振冲器、水泵，提取自动记录仪数据，将提取到的数据导入电脑上专用分析软件进行自动分析，输出相关数据图表，作为交工资料或存档资料。
[0102] 本发明的有益效果：
[0103] 1、本发明水气联动的振冲桩施工方法提高了成孔速度，提高打桩效率和成桩质量。
[0104] 2、本发明振冲桩施工设备的恒压供水系统中的水泵采用变频器控制，不仅保证了恒压供水，且节能30％以上。
[0105] 3、本发明采用全自动控制系统控制振冲器的动作，实时监控、有效管理，大大降低了人为干涉，保证了施工质量，施工数据的准确性；
[0106] 4、本发明减少了人力投入，降低了劳动强度，节约了成本，提高了安全性。
[0107] 5、本发明可以实现多台振冲器同时工作，提高施工效率。
[0108] 6、本发明适用于不同地层的地基加固处理。
[0109] 以上所述是本发明的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下，任何基于本发明技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本发明保护范围之内。
