[发明专利]钻孔成桩控制方法、控制系统及使用该控制系统的钻机

说明书

技术领域

本发明涉及具有执行或改善钻孔作业机能而无需人员操作的自动控制领域，具体涉及一种钻孔成桩控制方法、控制系统及使用该控制系统的钻机，尤其适于在CFG工法中使用。 

背景技术

随着建筑施工技术的发展，CFG桩的应用越来越广泛。所谓CFG桩，就是指水泥、粉煤灰、碎石混凝土桩(cement flyash gravel pile)；所谓CFG工法，就是指长螺旋钻孔中心压灌施工方法，其具体施工过程是，先把钻杆钻进地下规定的标高，然后再往上回提钻杆；在回提的过程中，同时用混凝土泵车将混凝土注入钻杆中心孔中，混凝土随着钻杆的回提落入已完成的钻孔中，从而形成密实的桩体。 

请参考图1，该图是一现有CFG钻机的结构示意图。其包括底盘1、主卷扬2、操作室3、锚架4、钻杆5、灌浆系统输送管道6等部分，其中：钻杆5的钻进及回提操作通过主卷扬2钢丝绳的收放实现；钻杆5为空心，与灌浆系统输送管道6连通，以便在提钻过程中同时进行浇筑；此外，灌浆系统输送管道6上设置混凝土压力传感器7，通过测定灌浆系统压力，来控制提钻及浇筑速度，保证浇筑质量。 

上述CFG钻机施工时，主要基于人的操作。从钻机就位钻孔，到钻孔至预定桩深，继而开始注浆，再到提钻，无一不需要大量人力协助操作。施工过程中，操作者需时刻关注钻机的运行情况，其运行过程既费时又费力，效率低下、劳动强度高。 

而且，该钻机的注浆压力采集方式也不尽合理。如图1所示，混凝土压力传感器7测定的是灌浆系统输送管道内的压力，没有考虑钻进系统及混凝土自重等因素，这使得钻杆5底部泥浆压力测量结果不准确，容易造成混凝土的浪 费及桩深空穴的产生，从而降低桩的质量。 

特别地，在灌浆系统输送管道6内混凝土压力过大时，钻杆5内腔易发生如图2所示的堵钻A；或者，在灌浆系统输送管道6内混凝土压力过小时，钻杆5内腔易发生如图3所示的空穴B。“堵钻”现象或“空穴”现象的发生，都会使测量结果产生较大偏差，从而影响施工质量，但现有CFG钻机却无法进行有效提示。 

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种钻孔成桩控制方法，可以提高施工效率，降低劳动强度，提高成桩质量；在此基础上，本发明同时提供一种钻孔成桩控制方法还提供一种使用该钻孔成桩控制系统的钻机。 

为解决以上技术问题，本发明的钻孔成桩控制方法，用于CFG工法，包括钻进流程及提钻浇筑流程，其中， 

所述钻进流程，包括： 

实时获取钻杆的当前钻进深度； 

判断所述钻杆当前钻进深度是否大于或等于预设钻进深度，若是，发出停钻控制信号，控制钻机执行机构停止工作； 

所述提钻浇筑流程，包括： 

实时获取钻机主卷扬的拉力； 

根据所述主卷扬拉力，获取钻杆底部的泥浆压力； 

将所述钻杆底部泥浆压力与钻杆底部泥浆目标压力比较，获取钻杆底部泥浆压力偏差； 

以所述钻杆底部泥浆压力偏差为控制对象，控制钻机执行机构以相应速度提升钻杆； 

所述提钻浇筑流程还包括： 

实时获取灌浆系统的压力； 

根据所述灌浆系统压力、钻杆底部泥浆压力，获取钻杆内外泥浆压差； 

判断所述钻杆内外泥浆压差是否大于或等于预设堵钻压力阀值，若是，发出堵钻提示信号； 

判断所述钻杆内外泥浆压差是否小于或等于预设空穴阀值，若是，发出空穴提示信号。 

优选地，所述钻进流程还包括： 

在判断到所述当前钻进深度大于或等于预设钻进深度时，发出提钻浇筑提示信号。 

优选地，所述钻进流程还包括： 

在钻机执行机构停止工作后，发出提钻控制信号，控制钻杆回提一预设回提高度。 

优选地，采用模糊PID调节方式控制钻机执行机构提升钻杆。 

本发明提供的钻孔成桩控制系统，用于CFG工法，包括： 

测深装置，用于实时检测并输出钻杆的当前钻进深度信号； 

测力装置，用于实时检测并输出主卷扬的拉力信号； 

混凝土压力传感器，用于实时检测并输出灌浆系统的压力信号； 

控制器，用于接收所述各种检测信号，根据预定的控制策略，实时进行数据解算，并输出有关控制信号；所述控制器还存储有各种与控制有关的参数； 

钻机执行机构，用于根据所述控制信号，驱动钻杆钻进或回提；