王瑞芳，趙海濱

（甘肅建投裝備制造有限公司，甘肅蘭州 730050）

0 引言

隨著高層建筑、高速鐵路、道路橋梁等基礎(chǔ)工程的建設(shè)，樁基礎(chǔ)施工工藝，特別是現(xiàn)澆混凝土灌注樁技術(shù)，得到了廣泛的發(fā)展。在大型項(xiàng)目中，旋挖鉆機(jī)成孔技術(shù)幾乎取代了人工挖孔成樁技術(shù)。旋挖鉆機(jī)適用于各種類型土石層的地面成孔施工，在基礎(chǔ)加固、連續(xù)墻、灌注樁等多種地基基礎(chǔ)施工中得到廣泛應(yīng)用，有施工噪音低、成孔深度深、施工效率高等優(yōu)點(diǎn)。GJR400旋挖鉆機(jī)是由甘肅建投裝備制造有限公司為實(shí)現(xiàn)大孔徑樁工作業(yè)而研發(fā)一款大型樁基施工設(shè)備，最大扭矩400 kN·m，最大成孔直徑3 m，最大成孔深度112 m。

1 旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)深度檢測的必要性和必要性

1.1 工程要求

樁基是主要受力構(gòu)件，根據(jù)不同地面附著物，有不同尺寸設(shè)計(jì)與深度設(shè)計(jì)要求。樁基工程除工程工況本身設(shè)計(jì)要求規(guī)定外，還應(yīng)符合 GB 50007—2002《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB 50202—2002《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》、JGJ 94—2008《建筑樁基技術(shù)規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)求。旋挖鉆機(jī)通過自身鉆進(jìn)深度檢測系統(tǒng)，避免了人工多次放線測量鉆孔深度，節(jié)省時(shí)間和人工投入。

1.2 防止鉆桿“帶桿”現(xiàn)象

旋挖鉆機(jī)的伸縮鉆桿根據(jù)不同工況要求可以配套使用3節(jié)桿、4節(jié)桿和5節(jié)桿組成。在旋挖鉆鉆桿下鉆與提鉆作業(yè)中，鉆桿是由從到外的順序逐節(jié)脫開或收縮，但是由于土石夾渣等原因，可能會出現(xiàn)1節(jié)或幾節(jié)未正常脫開，發(fā)生非正常順序脫開或伸縮的現(xiàn)象。只要任一外節(jié)先于內(nèi)節(jié)桿脫開或收縮，就證明外節(jié)與內(nèi)節(jié)桿之間發(fā)生卡滯或結(jié)合，這就是所謂的旋挖鉆機(jī)鉆桿“帶桿”現(xiàn)象。

發(fā)生“帶桿”現(xiàn)象時(shí)，鉆機(jī)司機(jī)不易直接發(fā)現(xiàn)，會繼續(xù)提升或下放鉆桿，當(dāng)提到一定程度時(shí)鉆桿有可能突然脫開墜落。一般鉆孔深度有幾十米甚至上百米，一節(jié)鉆桿自重一般約2 t，墜落瞬間沖擊力巨大，不僅會造成鉆桿損壞，還有可能砸壞鉆機(jī)動力頭，損失巨大。因此，要防止旋挖鉆鉆桿“帶桿”現(xiàn)象發(fā)生。

GJR400旋挖鉆機(jī)在單片機(jī)里預(yù)先設(shè)置正常工況鉆進(jìn)深度參數(shù)與加壓油缸位移參數(shù)、以及動力頭上鉆桿重量檢測參數(shù)，通過對實(shí)際工況的鉆進(jìn)深度檢測、加壓油缸位移檢測、與動力頭上鉆桿重量檢測，反饋到可編程的TTC60控制器?？刂破鳈z測數(shù)據(jù)的比較，通過TFT（Thin Film Transistor，薄膜場效應(yīng)晶體管）液晶監(jiān)視器反饋得出鉆桿是否發(fā)生“帶桿”現(xiàn)象，系統(tǒng)通過編程控制系統(tǒng)輸出“帶桿”故障報(bào)警，系統(tǒng)通過電磁閥關(guān)閉主卷揚(yáng)工作。所以，鉆進(jìn)深度檢測是監(jiān)控旋挖鉆機(jī)發(fā)生“帶桿”故障關(guān)鍵部分（圖 1）。

圖1 旋挖鉆機(jī)鉆桿防脫落監(jiān)控系統(tǒng)

1.3 影響鉆進(jìn)進(jìn)度

旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)深度檢測通過鋼絲繩的下放長度換算成鉆孔深度，如果鉆孔的深度檢測達(dá)不到一定的精確度，就會對鉆進(jìn)深度誤判斷，在鉆頭還未達(dá)到孔底部時(shí)，旋挖鉆無荷載運(yùn)轉(zhuǎn)或卡滯部位運(yùn)轉(zhuǎn)，影響正常的鉆進(jìn)進(jìn)度，造成一定經(jīng)濟(jì)損失。

2 傳統(tǒng)旋挖鉆機(jī)深度檢測方法

2.1 電感式傳感器深度測量裝置

電感式傳感器深度測量裝置是將2件電感式傳感器安裝在旋挖鉆機(jī)鉆桿頂部滑輪架上，鉆桿頂部滑輪同軸安裝1件檢測撥盤。當(dāng)鉆桿提升或下放時(shí)，鋼絲繩帶動滑輪轉(zhuǎn)動，檢測撥盤隨之同步轉(zhuǎn)動。2件電感式傳感器分別將脈沖矩形波傳至可編程控制器，可編程控制器通過識別由電感式傳感器輸出脈沖矩形波，并記錄采集電感式傳感器的脈沖周期數(shù)，經(jīng)過可編程控制器系統(tǒng)計(jì)算，可以得出鉆進(jìn)深度，并通過人機(jī)界面顯示鉆進(jìn)深度。

2.2 編碼器深度測量裝置

編碼器深度測量裝置，是將其編碼器安裝在鋼絲繩卷筒的支架上，在聯(lián)軸器卷揚(yáng)筒上安裝檢測撥盤，鋼絲繩卷筒轉(zhuǎn)動時(shí)，檢測撥盤隨鋼絲繩卷筒同步轉(zhuǎn)動，檢測撥盤通過齒輪嚙合帶動編碼器轉(zhuǎn)動，即每正反轉(zhuǎn)動1圈將發(fā)送固定1次的脈沖信號，將信號傳遞給可編程控制器，可編程控制器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再通過脈沖次數(shù)、單圈直徑和鋼絲繩層距等因素，計(jì)算出鉆進(jìn)深度。這種檢測方式只對于單層鋼絲繩卷較為精準(zhǔn)，當(dāng)采用2層或以上鋼絲繩卷時(shí)，由于每層的卷筒直徑不同，在由編碼器轉(zhuǎn)動圈數(shù)換算鉆孔深度時(shí)會產(chǎn)生誤差累積。

3 GJR400旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)深度檢測裝置

3.1 鉆進(jìn)深度檢測基本原理

GJR400旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)深度檢測裝置，采用雙頻率信號輸出霍爾輪速傳感器，相位差為90°，利用霍爾效應(yīng)原理將檢測到方向信號、速度信號，傳輸進(jìn)TTC60編程控制器，通過調(diào)用控制器內(nèi)部程序的增量或減量模塊，計(jì)算出鉆進(jìn)深度，再通過TFT顯示器反饋給設(shè)備操作人員。

3.2 鉆進(jìn)深度檢測電氣控制原理（圖2）

GJR400旋挖鉆機(jī)傳感器的速度信號275接口，方向信號輸出268接口，分別接線到TTC60編程控制器輸入端口271，當(dāng)齒輪盤轉(zhuǎn)動時(shí)，TTC60編程控制器可接收到固定的脈沖次數(shù)和電頻信號，從而將方向信號和速度信號，通過TTC60編程控制器處理轉(zhuǎn)化為鉆進(jìn)深度。

圖2 GJR400旋挖鉆機(jī)深度檢測電氣控制原理

3.3 霍爾傳感器安裝部位

將霍爾傳感器安裝在卷揚(yáng)減速機(jī)殼體上，通過雙頻傳感器辨別鋼絲繩卷筒正反轉(zhuǎn)，利用霍爾效應(yīng)原理檢測減速器輸出軸齒輪的齒數(shù)，并將檢測數(shù)據(jù)輸入控制器與預(yù)編程程序處理，輸出鉆進(jìn)深度。

4 應(yīng)用及推廣

電感式傳感器深度測量裝置具有價(jià)格便宜，測量時(shí)不考慮鋼絲繩纏繞層數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，但是該測量裝置測量精度不高，故障率較高，出現(xiàn)故障時(shí)診斷及維修比較麻煩，該裝置在中小型旋挖鉆應(yīng)用比較廣泛。編碼器深度測量裝置具有檢測精度高等優(yōu)點(diǎn)，但是該裝置在檢測多層鋼絲繩纏繞時(shí)，會產(chǎn)生誤差積累，由于旋挖鉆工況復(fù)雜，工作時(shí)震動沖擊較大，容易造成編碼器損壞，該裝置在早期旋挖鉆應(yīng)用較多。GJR400旋挖鉆機(jī)采用霍爾傳感器檢測具有測量精度高，電器元件價(jià)格低，使用壽命，檢測結(jié)果可靠，使用過程中不易發(fā)生故障，安裝維修時(shí)方便快捷等優(yōu)點(diǎn)。

綜合分析，GJR400旋挖鉆機(jī)所采用霍爾傳感器檢測方式優(yōu)勢明顯。鉆機(jī)的卷揚(yáng)鋼絲繩很少是單層，且其工作工況復(fù)雜，受震動沖擊大，這樣采用電感式傳感器深度測量裝置與編碼器深度測量裝置，其檢測精度以及裝置運(yùn)行可靠性受到限制。而GJR400旋挖鉆機(jī)所采用霍爾傳感器檢測方式運(yùn)行可靠，檢測精度較高，檢驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定，該檢測裝置在其他型號旋挖鉆機(jī)可以應(yīng)用，因此公司將GJR400旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)深度檢測系統(tǒng)推廣應(yīng)用到其他型號旋挖鉆機(jī)。

［1］董梅，賀振斌.旋挖鉆機(jī)幾種鉆孔深度測量裝置原理及特點(diǎn)［J］.工程機(jī)械與維修，2014（10）：124-125.

［2］劉玉濤，高晶，周鑫.旋挖鉆機(jī)鉆孔深度的檢測與計(jì)算［J］.建筑機(jī)械化，2006，27（11）：37-38.

［3］米樹剛，劉媛媛.幾種旋挖鉆機(jī)測深裝置的比較［J］.工程機(jī)械與維修，2009（7）：170-172.