陈华

基金项目：湖南铁路科技职业技术学院2019年度院级科研课题（课题编号：HNTKY-KT2019-4）

摘要：为确保桩机成桩深度符合设计要求，本文设计了一套桩机钻深监测系统，避免所成桩体的深度小于设计深度，从而影响地基的承载性能。

关键词：钻深;承载;监测

中图分类号：TE922文献标识码：A文章编号：1672-9129（2020）14-0060-02

通过对桩机现场实际施工工况的统计分析，发现桩机由于缺乏一套完善的钻深监控体系，在成桩过程中钻具最终钻入深度的大小缺乏合理的监控手段，最终钻停位置几乎由驾驶员独立判断决定，这就导致经常会因为驾驶员个人原因使最后所成桩体的深度不符合设计深度，从而影响地基的承载性能。为解决上述问题，本文设计了如下桩机钻深监测系统。

1钻深监测方案选取

根据现有桩机钻深监测方案并结合桩机的结构特点，本文一共归纳出以下三类较为行之有效的钻深监测方案，分别为卷扬筒式监测、滑轮式监测以及立柱导轨式监测[1]。其中立柱导轨式监测还分为有线监测装置和无线监测装置两种。

1.1卷扬筒式监测方案。

如图1所示，卷扬筒式监测方案通过在卷扬滚筒的从动轴上安装旋转编码器，当卷扬马达接收来自液压系统的动力后会驱动卷扬滚筒转动从而收放钢丝绳。由于处于滚筒从动轴上的旋转编码器与滚筒的转动是同步的，因此旋转编码器可以很好的记录滚筒的转动角度。在此基础上，结合滚筒的直径就可以计算出钢丝绳收放的长度，从而推算出钻具的钻深。此监测方案中钻深计算公式如下：

式中：A——卷扬滚筒的直径（m）;

θ1——旋转编码器记录的转动角度（°）。

此监测装置的优点为：旋转编码器安装过程简单，且安装在处于地面高度的卷扬滚筒上，整个过程方便快捷;旋转编码器直接于卷扬滚筒相连接，可以直接测得滚筒旋转角度并直接计算出钢丝绳收放长度，整个过程除了钢丝绳的拉伸变形外几乎不存在其他的测量误差，具有较高的测试精度[2]。

缺点为：只适合卷有单层钢丝绳的卷扬筒，当卷扬筒上卷有两层以上的钢丝绳时，钢丝绳的直径将发生变化，如果依旧按照滚筒公称直径来计算钻深将不可避免的造成测量误差，而且钢丝绳层数越大，误差越大。

1.2滑轮式监测方案。

如图2所示，滑轮式监测方案通过在桩机顶部滑轮的滑轮轴上安装旋转编码器，当钻具进行旋进或者提升运动时，钢丝绳会通过摩擦力代替滑轮同步转动，此时旋转编码器就可以实时记录下滑轮转动的角度，然后结合滑轮的直径就可以计算出滑轮轮缘上经过的钢丝绳长度，从而推算钻深。此监测方案中钻深计算公式如下：

式中：B——滑轮的直径（m）;

θ2——旋转编码器记录的转动角度（°）。

此监测装置的优点为：在滑轮轴上安装旋转编码器的过程方便，结构简单;旋转编码器与滑轮轴直接相连，两者同步转动，旋转编码器可以无损的记录下滑轮转动的角度。

缺点为：旋转编码器安装位置处于高位置的桩机顶部，不便于维修与调整;由于钢丝绳收放时依靠摩擦力带动滑轮转动的，所以当摩擦力不足时，这二者之间容易发生打滑现象。

1.3立柱导轨式监测方案。

立柱导轨式监测装置分为有线和无线两种方案，如图3所示。有线监测装置如图3（a）所示，通过在导轨顶部安装一拉线位移传感器，并将此传感器的拉线端固定与动力头上，这样当动力头驱动钻具运动时就会同步带动传感器的拉线收放，从而测出钻具的钻孔深度。同理，如图3（b）所示，分别在导轨顶部以及动力头上分别安装无线测距传感器的信号发射端与接收端，只要动力头与钻具同步旋进就可以通过测量信号发射端与接收端之间的距离来估算钻具的钻孔深度。

导轨监测方案的优点为：监测装置结构简单、安装方便;传感器直接监测动力头的移动，基于动力头的运动与钻具的移动是同步的，所以传感器相当于直接测量钻具的钻深，无其他中间过程引入误差，具有较高的测量精度。

无线导轨监测方案的缺点为：户外施工时，无线设备的运转容易受雨水天气影响;振动不仅影响无线设备信号的传输，还会影响测量结果;无线设备的可靠性远远不如有线设备。

有线导轨监测方案的缺点为：拉线位移传感器在量程较大时精度得不到保证;现场工作环境复杂，拉线位移传感器的测量容易受其他因素干扰。

综合对比以上几种桩机钻深测量方案，首先卷扬筒式监测装置使用受限，只适合单层卷绳状况下使用，不能测量较大深度的桩孔，予以排除;其次滑轮式监测装置由于打滑的现象的偶然性以及不可避免性，最后监测结果的准确性无法保证，也加以排除。最后剩下的导轨式监测装置，由于有线装置与无线装置相比，具有环境适应性好、测量可靠性高以及系统成本低等优点，所以最后选取有线导轨监测装置对桩机钻孔深度进行测量。

2钻深监测系统设计

基于施工地点地面高低不平，使用拉线位移传感器测量钻深，必须每次在监测系统开启之后设定钻深零点位置[3]。监测系统原理如图4所示：钻具旋进时带动拉线位移传感器的拉绳伸出，传感器开始记录数据，当钻头触地时按下零点按钮将当前位置设定为钻深为零点，随后进入PLC中的数据将会以此零点数据为基准进行相应处理，最后将处理好的数据输入显示器中显示钻深。

参考文献：

[1]旋挖钻机几种钻孔深度测量装置原理及特点[J].董梅，贺振斌.工程机械与维修.2014（10）

[2]几种旋挖钻机测深装置的比较[J].米树刚，刘媛媛.工程机械与维修.2009（07）

[3]旋挖钻机钻孔深度的检测与计算[J].劉玉涛，高晶，周鑫.建筑机械化.2006（11）