樁機(jī)鉆深監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

陳華

基金項(xiàng)目：湖南鐵路科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院2019年度院級(jí)科研課題（課題編號(hào)：HNTKY-KT2019-4）

摘要：為確保樁機(jī)成樁深度符合設(shè)計(jì)要求，本文設(shè)計(jì)了一套樁機(jī)鉆深監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，避免所成樁體的深度小于設(shè)計(jì)深度，從而影響地基的承載性能。

關(guān)鍵詞：鉆深;承載;監(jiān)測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：TE922文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-9129（2020）14-0060-02

通過(guò)對(duì)樁機(jī)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工工況的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)樁機(jī)由于缺乏一套完善的鉆深監(jiān)控體系，在成樁過(guò)程中鉆具最終鉆入深度的大小缺乏合理的監(jiān)控手段，最終鉆停位置幾乎由駕駛員獨(dú)立判斷決定，這就導(dǎo)致經(jīng)常會(huì)因?yàn)轳{駛員個(gè)人原因使最后所成樁體的深度不符合設(shè)計(jì)深度，從而影響地基的承載性能。為解決上述問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了如下樁機(jī)鉆深監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

1鉆深監(jiān)測(cè)方案選取

根據(jù)現(xiàn)有樁機(jī)鉆深監(jiān)測(cè)方案并結(jié)合樁機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文一共歸納出以下三類(lèi)較為行之有效的鉆深監(jiān)測(cè)方案，分別為卷?yè)P(yáng)筒式監(jiān)測(cè)、滑輪式監(jiān)測(cè)以及立柱導(dǎo)軌式監(jiān)測(cè)[1]。其中立柱導(dǎo)軌式監(jiān)測(cè)還分為有線監(jiān)測(cè)裝置和無(wú)線監(jiān)測(cè)裝置兩種。

1.1卷?yè)P(yáng)筒式監(jiān)測(cè)方案。

如圖1所示，卷?yè)P(yáng)筒式監(jiān)測(cè)方案通過(guò)在卷?yè)P(yáng)滾筒的從動(dòng)軸上安裝旋轉(zhuǎn)編碼器，當(dāng)卷?yè)P(yáng)馬達(dá)接收來(lái)自液壓系統(tǒng)的動(dòng)力后會(huì)驅(qū)動(dòng)卷?yè)P(yáng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)從而收放鋼絲繩。由于處于滾筒從動(dòng)軸上的旋轉(zhuǎn)編碼器與滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)是同步的，因此旋轉(zhuǎn)編碼器可以很好的記錄滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)角度。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合滾筒的直徑就可以計(jì)算出鋼絲繩收放的長(zhǎng)度，從而推算出鉆具的鉆深。此監(jiān)測(cè)方案中鉆深計(jì)算公式如下：

式中：A——卷?yè)P(yáng)滾筒的直徑（m）;

θ1——旋轉(zhuǎn)編碼器記錄的轉(zhuǎn)動(dòng)角度（°）。

此監(jiān)測(cè)裝置的優(yōu)點(diǎn)為：旋轉(zhuǎn)編碼器安裝過(guò)程簡(jiǎn)單，且安裝在處于地面高度的卷?yè)P(yáng)滾筒上，整個(gè)過(guò)程方便快捷;旋轉(zhuǎn)編碼器直接于卷?yè)P(yáng)滾筒相連接，可以直接測(cè)得滾筒旋轉(zhuǎn)角度并直接計(jì)算出鋼絲繩收放長(zhǎng)度，整個(gè)過(guò)程除了鋼絲繩的拉伸變形外幾乎不存在其他的測(cè)量誤差，具有較高的測(cè)試精度[2]。

缺點(diǎn)為：只適合卷有單層鋼絲繩的卷?yè)P(yáng)筒，當(dāng)卷?yè)P(yáng)筒上卷有兩層以上的鋼絲繩時(shí)，鋼絲繩的直徑將發(fā)生變化，如果依舊按照滾筒公稱直徑來(lái)計(jì)算鉆深將不可避免的造成測(cè)量誤差，而且鋼絲繩層數(shù)越大，誤差越大。

1.2滑輪式監(jiān)測(cè)方案。

如圖2所示，滑輪式監(jiān)測(cè)方案通過(guò)在樁機(jī)頂部滑輪的滑輪軸上安裝旋轉(zhuǎn)編碼器，當(dāng)鉆具進(jìn)行旋進(jìn)或者提升運(yùn)動(dòng)時(shí)，鋼絲繩會(huì)通過(guò)摩擦力代替滑輪同步轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)旋轉(zhuǎn)編碼器就可以實(shí)時(shí)記錄下滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，然后結(jié)合滑輪的直徑就可以計(jì)算出滑輪輪緣上經(jīng)過(guò)的鋼絲繩長(zhǎng)度，從而推算鉆深。此監(jiān)測(cè)方案中鉆深計(jì)算公式如下：

式中：B——滑輪的直徑（m）;

θ2——旋轉(zhuǎn)編碼器記錄的轉(zhuǎn)動(dòng)角度（°）。

此監(jiān)測(cè)裝置的優(yōu)點(diǎn)為：在滑輪軸上安裝旋轉(zhuǎn)編碼器的過(guò)程方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單;旋轉(zhuǎn)編碼器與滑輪軸直接相連，兩者同步轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)編碼器可以無(wú)損的記錄下滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。

缺點(diǎn)為：旋轉(zhuǎn)編碼器安裝位置處于高位置的樁機(jī)頂部，不便于維修與調(diào)整;由于鋼絲繩收放時(shí)依靠摩擦力帶動(dòng)滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)的，所以當(dāng)摩擦力不足時(shí)，這二者之間容易發(fā)生打滑現(xiàn)象。

1.3立柱導(dǎo)軌式監(jiān)測(cè)方案。

立柱導(dǎo)軌式監(jiān)測(cè)裝置分為有線和無(wú)線兩種方案，如圖3所示。有線監(jiān)測(cè)裝置如圖3（a）所示，通過(guò)在導(dǎo)軌頂部安裝一拉線位移傳感器，并將此傳感器的拉線端固定與動(dòng)力頭上，這樣當(dāng)動(dòng)力頭驅(qū)動(dòng)鉆具運(yùn)動(dòng)時(shí)就會(huì)同步帶動(dòng)傳感器的拉線收放，從而測(cè)出鉆具的鉆孔深度。同理，如圖3（b）所示，分別在導(dǎo)軌頂部以及動(dòng)力頭上分別安裝無(wú)線測(cè)距傳感器的信號(hào)發(fā)射端與接收端，只要?jiǎng)恿︻^與鉆具同步旋進(jìn)就可以通過(guò)測(cè)量信號(hào)發(fā)射端與接收端之間的距離來(lái)估算鉆具的鉆孔深度。

導(dǎo)軌監(jiān)測(cè)方案的優(yōu)點(diǎn)為：監(jiān)測(cè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便;傳感器直接監(jiān)測(cè)動(dòng)力頭的移動(dòng)，基于動(dòng)力頭的運(yùn)動(dòng)與鉆具的移動(dòng)是同步的，所以傳感器相當(dāng)于直接測(cè)量鉆具的鉆深，無(wú)其他中間過(guò)程引入誤差，具有較高的測(cè)量精度。

無(wú)線導(dǎo)軌監(jiān)測(cè)方案的缺點(diǎn)為：戶外施工時(shí)，無(wú)線設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)容易受雨水天氣影響;振動(dòng)不僅影響無(wú)線設(shè)備信號(hào)的傳輸，還會(huì)影響測(cè)量結(jié)果;無(wú)線設(shè)備的可靠性遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如有線設(shè)備。

有線導(dǎo)軌監(jiān)測(cè)方案的缺點(diǎn)為：拉線位移傳感器在量程較大時(shí)精度得不到保證;現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境復(fù)雜，拉線位移傳感器的測(cè)量容易受其他因素干擾。

綜合對(duì)比以上幾種樁機(jī)鉆深測(cè)量方案，首先卷?yè)P(yáng)筒式監(jiān)測(cè)裝置使用受限，只適合單層卷繩狀況下使用，不能測(cè)量較大深度的樁孔，予以排除;其次滑輪式監(jiān)測(cè)裝置由于打滑的現(xiàn)象的偶然性以及不可避免性，最后監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性無(wú)法保證，也加以排除。最后剩下的導(dǎo)軌式監(jiān)測(cè)裝置，由于有線裝置與無(wú)線裝置相比，具有環(huán)境適應(yīng)性好、測(cè)量可靠性高以及系統(tǒng)成本低等優(yōu)點(diǎn)，所以最后選取有線導(dǎo)軌監(jiān)測(cè)裝置對(duì)樁機(jī)鉆孔深度進(jìn)行測(cè)量。

2鉆深監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于施工地點(diǎn)地面高低不平，使用拉線位移傳感器測(cè)量鉆深，必須每次在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開(kāi)啟之后設(shè)定鉆深零點(diǎn)位置[3]。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理如圖4所示：鉆具旋進(jìn)時(shí)帶動(dòng)拉線位移傳感器的拉繩伸出，傳感器開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)，當(dāng)鉆頭觸地時(shí)按下零點(diǎn)按鈕將當(dāng)前位置設(shè)定為鉆深為零點(diǎn)，隨后進(jìn)入PLC中的數(shù)據(jù)將會(huì)以此零點(diǎn)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)進(jìn)行相應(yīng)處理，最后將處理好的數(shù)據(jù)輸入顯示器中顯示鉆深。

參考文獻(xiàn)：

[1]旋挖鉆機(jī)幾種鉆孔深度測(cè)量裝置原理及特點(diǎn)[J].董梅，賀振斌.工程機(jī)械與維修.2014（10）

[2]幾種旋挖鉆機(jī)測(cè)深裝置的比較[J].米樹(shù)剛，劉媛媛.工程機(jī)械與維修.2009（07）

[3]旋挖鉆機(jī)鉆孔深度的檢測(cè)與計(jì)算[J].劉玉濤，高晶，周鑫.建筑機(jī)械化.2006（11）