[发明专利]基于钻孔内外高度差测量仪的泥浆平衡系统及控制方法

说明书

本发明公开一种基于钻孔内外高度差测量仪的泥浆平衡系统及控制方法，该系统包括测量装置和泥浆循环装置；泥浆循环装置包括储浆罐和泵；测量装置包括用于与钻孔的护筒连接的连接翼板，连接翼板的内外两侧分别设有一个套筒，每个套筒上部设有激光测距仪，每个套筒内滑动配合有一块激光反射板，每个激光反射板经一根硬质浮杆连接有一个浮球，每根浮杆滑动配合在套筒底板的中心孔内；泥浆循环装置还包括第一三通电磁阀和第二三通电磁阀；该方法的关键在于主控制器根据孔内外的水位面的高度差切换补浆和抽浆状态。该系统及方法安装方便、测量过程方便、节省人力、测量结果精确。

技术领域

本发明涉及桩基施工中的钻孔灌注桩领域，具体讲是一种基于钻孔内泥浆液面与孔外水位面的高度差测量仪的泥浆平衡系统及控制方法。

背景技术

大直径的钻孔灌注桩在大型桥梁、铁路、液化天然气及超高层建筑等基础工程中应用广泛。而在成孔施工的过程中，是依靠泥浆来保持钻孔内外的压力平衡的。泥浆循环时，利用泥浆与地下水或孔外的海面、河面之间的压力差，使泥浆在孔壁形成泥皮，实现孔壁加固防止坍塌，同时稳定钻孔内水位。而孔内外的压力差则通过孔内泥浆液面与孔外水位面的高度差来实现的，所以泥浆循环时，一般是要求孔内泥浆液面稳定在比孔外水位面高出1.5m～2m左右，以实现钻孔内外的压力平衡。因此，在反循环钻孔的过程中，需要定期观测孔内泥浆液面和孔外水位面的高度，以实时监测孔内外液面的高度差。如果两者高度差过小，则压差不足，故向钻孔内补充入泥浆，而一旦两者高度差过大，则说明孔内泥浆过多，为避免浪费，从孔内将泥浆抽走。

而现有技术的泥浆平衡系统由测量装置和泥浆循环装置构成。以下分两部分分别阐述测量装置和泥浆循环装置的缺陷。

传统的测量装置就是用钢丝或尼龙绳作为测量绳系住漂浮物，其测量方法是下放至孔内泥浆液面和孔外水面，读出测量绳上的刻度，相减从而获得高度差。但上述原始的测量方式会由于测量绳的弯折、不顺直而极易产生误差；而且，下放测量的过程步骤繁琐，费时费力，而成孔过程中测量频率高，需要多次反复测量，这就加大了工人的劳动强度，人力耗费大；此外，测量绳容易损坏，其刻度也容易磨损，难以长期循环使用。

当然，针对传统测量装置的弊端，行业内也提出过改进的方案，如CN205120208的申请，就提出设置两个超声波探头，并在已知固定距离设置一反射物，用一号探头通过已知距离及声波往返时间来获取现场实际声速，再用二号探头利用实际声速乘以声波往返时间来获得液面的实际距离。但上述方式仍然存在不足：主要是该方式对工作现场环境要求高，而钻孔灌注桩工作环境恶劣，反循环过程中回流泥浆冲击泥浆液面，导致空中产生大量泥浆颗粒和杂质，对超声波传播造成干扰，降低了测量精确性。还有CN207019744U的申请，提出在搅拌缸外壁设置传力装置和检测装置，通过传力装置将压力信号传递，并由检测装置将其转换成液面高度信息，该方案的不足之处在于：泥浆护筒内很难找到安装传力装置和检测装置的空间，而且护筒内外均是泥浆，不断与传力装置及检测装置发生摩擦，极易使其损坏，况且将压力信息转换为液面信息需要整套相应程序及信息处理设备，使得整个装置复杂，不便拼装。

而现有技术的泥浆循环装置一般包括一个储浆罐，一根入浆管和一根回浆管，入浆管和回浆管分别设有泵，以实现补浆或抽浆功能。该循环系统的缺陷在于：自动化程度偏低，每次调节都需要工人根据测量结果去人工手动操控两个泵，以实现补浆或抽浆，而为确保压力平衡，调节的频率大次数多，人力耗费大；而且，该系统需要两个泵来才能实现调节，增加了造价和成本。

最后，在论述本申请技术方案之前，先铺陈护筒的概念，即在钻孔灌注桩施工过程中，钻头在穿越软土地层时，由于孔壁稳定性差，再加上钻头的扰动，即便用泥浆护壁，也难以维持孔壁的稳定性，所以在钻头穿越软土地层前，先通过外力如振动锤将钢制的护筒穿越软土地层，然后钻头在钢护筒内钻进，以达到顺利穿越软土地层的目的。

发明内容