基于物联网技术的钢管桩智能自平衡复式压浆装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了基于物联网技术的钢管桩智能自平衡复式压浆装置及方法，包括智能自平衡复式压浆装置、智能压浆控制柜、智能云端服务器、移动客户端、光电复合缆、压浆软管、钢管桩、存料罐和压浆硬管。本发明专利技术可解决钢管桩无法应用压浆技术来提升承载力、降低造价的问题。本发明专利技术具有智能自平衡压浆功能，可对复合压浆进行智能自平衡调节。本发明专利技术具有多链路通信功能，包括与卫星互联网连接功能，可解决远海平台等偏远场地无法应用物联网的问题。本发明专利技术的AI学习功能可自动生成高效益压浆方案以指导后续施工，可向互联平台发出敏感风险预警。本发明专利技术有力学压密和化学渗透双加固机制，可解决现有压浆装置适用工况少、压浆效果差、对海洋环境污染大的问题。环境污染大的问题。环境污染大的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于物联网技术的钢管桩智能自平衡复式压浆装置及方法


[0001]本申请属于智能化施工装备以及信息化监控领域，具体涉及基于物联网技术的钢管桩智能自平衡复式压浆装置及方法。

技术介绍

[0002]近5年来得益于绿色清洁能源事业和社会经济的快速发展，以钢管桩为基础的海上风电、陆上风电、跨海跨江大桥数量快速增加，其采用的钢管桩数量也成几何级增长。但由于钢管桩在施工中对地层的扰动，钢管桩的承载力无法得到充分发挥，因此钢管桩尺寸被设计的过于保守而造成施工成本增加。压浆技术因其能有效改善桩基承载力和降低造价，而被作为一种新技术被逐渐推广。近10年来，压浆技术主要应用于钻孔灌注桩中，因此目前已有的压浆装置多围绕钻孔灌注桩的承载特性和工作环境展开设计，而已有的压浆装置及其加固机理无法应用于钢管桩中。由于应用钢管桩的项目在近5年才开始爆发式增长，目前尚未研发出可以有效应用于钢管桩的压浆装置，已有的压浆装置已经严重落后于实际钢管桩工程。由上述可知，由于存在钢管桩压浆装置空白，以及受现有落后施工技术的限制，目前压浆技术无法在钢管桩工程中推广应用，限制了相关产业和社会经济的发展，具体情况如下。
[0003]第一，现有压浆装置仅可应用于钻孔灌注桩，无法用于钢管桩。现有压浆装置多围绕钻孔灌注桩的施工建造展开设计，因此现有压浆装置多为预先绑扎在钢筋笼上的简易装置，无法直接移植安装于钢管桩，也无法承受钢管桩施工时产生的荷载，因此需要针对钢管桩成桩方式和施工特性设计出一种新的压浆装置。
[0004]第二，现有压浆装置的加固机理仅适用于钻孔灌注桩，不适用于钢管桩。钻孔灌注桩通过钻孔浇筑成桩，其桩身表面粗糙，可与土体紧密结合。因此，现有压浆装置多着眼于对钻孔灌注桩桩身几何形状的改进，如控制浆液流动方向和几何形状，不重视对土体物理化学性质的改善。而钢管桩承载力的提升却主要源于土体强度的增强，这导致现有压浆装置尚可在钻孔灌注桩中发挥作用，但不适用于预制打入土中，桩身光滑的钢管桩。
[0005]第三，现有压浆装置在土体中劈裂路径及其渗透区域难以掌控，现有胶囊装置在土体中的膨胀度也无法被准确控制，这些缺点都导致压浆效果不稳定和不理想。因此，在面对诸如对压浆质量要求极高的海上风电或跨海大桥钢管桩工程时，现有压浆方式已无法有效提升复杂地层中钢管桩的承载力。亟需针对钢管桩的承载特性和工作环境，在已有压浆装置基础上扬长避短，基于合成化理念将已有加固机理集成一体，提出一种智能化复式压浆装置。该复式压浆装置应既可通过充分压实土体改善土体物理性质，又可通过水泥浆液充分扩散渗透改善土体化学性质。
[0006]第四，现有压浆作业属于地下隐蔽性作业，无法对作业质量进行直接准确的调控。现有压浆作业多依靠人工或机器读取数据后再进行人工调整操控，无法及时进行自动调整，而人工操控调整方式具有严重的低效率、高成本、滞后性、盲目性、主观干扰性和不可靠性。亟需开发出一种能够准确及时进行智能压浆控制的自平衡调节装置。此外，现有应用钢
管桩的项目多为风力发电或跨海大桥工程，这类项目往往因施工位置偏僻而导致通讯不畅无法联网，然而这类项目却对施工质量精度及安全管控有着极高要求。近年来，伴随着国内外低成本航天发射产业的不断发展，以“星链”卫星互联网为代表的低成本通信及高速互联网服务已在多个国家和地区的经济和军事等方面取得成功应用，并带来巨大产业经济效益。但目前我国相关卫星互联网产业布局以及配套装备却依旧缺乏且严重落后于国外。
[0007]第五，现有压浆装置及压浆方式对环境污染大，尤其是对以珊瑚礁为代表的海洋生态环境的污染极为严重。受此影响，在海上钢管桩工程项目中，现有压浆装置及方法的应用受到极大限制，尤其是对环保要求较高的海外项目地区。这限制了相关企业利用压浆技术来实现降低造价和提高工程质量的目的。因此，亟需一种可以减少化学浆液使用和精准控制浆液扩散区域的压浆装置和压浆方法。
[0008]以上问题使得钢管桩技术和压浆技术在推动清洁能源和社会经济发展时受到限制。究其原因在于，目前缺乏一种可适配于钢管桩的智能压浆装置。近年来以物联网、高速卫星互联网络、AI自我学习、高精度传感器等信息技术的快速发展和推广应用，给传统施工装备智能化和施工技术信息化带来了新思路，利用这些技术可将地下隐蔽性作业可视化、智能化和精准化。所以利用物联网、高速卫星网络、AI自我学习、高精度传感器信息技术，提出一种多链路、智能化、合成化、可自平衡控制的钢管桩压浆装置具有十分重要的应用价值。

技术实现思路

[0009]本专利技术的第一个目的是解决当前缺乏钢管桩压浆装置的问题，解决现有压浆装置固有缺陷无法用于钢管桩压浆，以及造成压浆质量不达标问题；另一个目的是解决现有压浆装置缺乏智能控制、偏远地区通信、AI自我学习、敏感风险预警等功能的问题，提供基于物联网技术的钢管桩智能自平衡复式压浆装置及方法。
[0010]为实现以上目的，本专利技术的技术方案是：所述基于物联网技术的钢管桩智能自平衡复式压浆装置，包括智能自平衡复式压浆装置、智能压浆控制柜、智能云端服务器、光电复合缆、压浆软管、钢管桩、存料罐，所述智能自平衡复式压浆装置设置于钢管桩内部，所述智能自平衡复式压浆装置通过光电复合缆、压浆软管与智能压浆控制柜相连接，所述存料罐与压浆软管连通，所述智能云端服务器向智能压浆控制柜发出控制指令，所述智能自平衡复式压浆装置在所述智能压浆控制柜的指令下进行自平衡调节，所述智能自平衡复式压浆装置拥有力学压密和化学渗透双加固机制。
[0011]优选地，所述基于物联网技术的钢管桩智能自平衡复式压浆装置，包括自平衡开式压浆模块、自平衡闭式压浆模块和压浆硬管，所述自平衡开式压浆模块和所述自平衡闭式压浆模块分别通过压浆硬管连接压浆软管。
[0012]优选地，所述智能自平衡复式压浆装置配置数量N应根据钢管桩长度L确定，具体计算公式如下：
[0013][0014]当钢管桩长度在0～24m之间时，配置数量N为2；当钢管桩长度在大于24m时，配置
数量N为桩长度L除以8所得结果的整数值。
[0015]优选地，所述自平衡开式压浆模块包括第一伺服式调节阀、光纤涡街流量计、开式压浆阀，所述自平衡开式压浆模块可单独被智能压浆控制柜控制。
[0016]进一步的，所述自平衡开式压浆模块在进行开式压浆时，智能压浆控制柜将浆液的实测流量与设定流量、实测压力值与设定压力值实时对比，根据数据偏离情况对自平衡开式压浆模块进行动态调整，浆液的累计流量实测值V、瞬时压力实测值P由光纤涡街流量计测定，而浆液的累计流量设定值V0、瞬时压力设定值P0则根据现场地质条件和钢管桩尺寸计算，计算公式如下：
[0017][0018]式中，V0为单个自平衡开式压浆模块的水泥累计流量设定值；α
s
为桩侧压浆量经验系数；P
w
为压浆点静水压力；ξ
r
为阻力经验系数；L
i
、γ
i
分别为压浆点以上第i层土的厚度和有效重度，上述参数可输入智能压浆控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于物联网技术的钢管桩智能自平衡复式压浆装置，其特征在于：包括智能自平衡复式压浆装置(1)、智能压浆控制柜(2)、智能云端服务器(3)、光电复合缆(5)、压浆软管(6)、钢管桩(7)、存料罐(8)，所述智能自平衡复式压浆装置(1)设置于钢管桩(7)内部，所述智能自平衡复式压浆装置(1)通过光电复合缆(5)、压浆软管(6)与智能压浆控制柜(2)相连接，所述存料罐(8)与压浆软管(6)连通，所述智能云端服务器(3)向智能压浆控制柜(2)发出控制指令，所述智能自平衡复式压浆装置(1)在所述智能压浆控制柜(2)的指令下进行自平衡调节，所述智能自平衡复式压浆装置(1)拥有力学压密和化学渗透双加固机制。2.根据权利要求1所述的基于物联网技术的钢管桩智能自平衡复式压浆装置，其特征在于：所述智能自平衡复式压浆装置(1)包括自平衡开式压浆模块(101)、自平衡闭式压浆模块(102)以及压浆硬管(9)，所述自平衡开式压浆模块(101)和所述自平衡闭式压浆模块(102)分别通过压浆硬管(9)连接压浆软管(6)。3.根据权利要求2所述的基于物联网技术的钢管桩智能自平衡复式压浆装置，其特征在于：所述智能自平衡复式压浆装置(1)配置数量N应根据钢管桩(7)长度L确定，具体计算公式如下：当钢管桩(7)长度在0～24m之间时，配置数量N为2；当钢管桩(7)长度在大于24m时，配置数量N为钢管桩(7)长度L除以8所得结果的整数值。4.根据权利要求2所述的基于物联网技术的钢管桩智能自平衡复式压浆装置，其特征在于：所述自平衡开式压浆模块(101)包括第一伺服式调节阀(1011)、光纤涡街流量计(1012)、开式压浆阀(1013)，所述自平衡开式压浆模块(101)可单独被智能压浆控制柜(2)控制。5.根据权利要求4所述的基于物联网技术的钢管桩智能自平衡复式压浆装置，其特征在于：所述自平衡开式压浆模块(101)在进行开式压浆时，智能压浆控制柜(2)将浆液的实测流量与设定流量、实测压力值与设定压力值实时对比，根据数据偏离情况对自平衡开式压浆模块(101)进行动态调整，浆液的累计流量实测值V、瞬时压力实测值P由光纤涡街流量计(1012)测定，而浆液的累计流量设定值V0、瞬时压力设定值P0则根据现场地质条件和钢管桩(7)尺寸计算，计算公式如下：式中，V0为单个自平衡开式压浆模块(101)的水泥累计流量设定值；α
s
为桩侧压浆量经验系数；P
w
为压浆点静水压力；ξ
r
为阻力经验系数；L
i
、γ
i
分别为压浆点以上第i层土的厚度和有效重度，上述参数可输入智能压浆控制柜(2)进行设定。6.根据权利要求2所述的基于物联网技术的钢管桩智能自平衡复式压浆装置，其特征在于：所述自平衡闭式压浆模块(102)包括橡胶胶囊(1021)、光纤光栅传感器(1022)、线路保护管(1023)，所述光纤光栅传感器(1022)内置于橡胶胶囊(1021)中，所述橡胶胶囊(1021)与压浆硬管(9)固定连接，所述线路保护管(1023)用于保护连接光纤光栅传感器
(1022)和连接智能压浆控制柜(2)的光电复合缆(5)。7.根据权利要求6所述的基于物联网技术的钢管桩智能自平衡复式压浆装置，其特征在于：所述橡胶胶囊(1021)膨胀变形实测值Δ由所述光纤光栅传感器(1022)测定，而橡胶胶囊(1021)膨胀变形设定...

【专利技术属性】
技术研发人员：房博文，胡涛，张骋，张磊，王孟伟，马壮，
申请(专利权)人：江苏泰康工程咨询监理有限公司，
类型：发明
国别省市：