打桩方法和系统.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201480034755.1

申请日:

2014.06.18

公开号:

CN105339554A

公开日:

2016.02.17

当前法律状态:

实审

有效性:

审中

法律详情:

实质审查的生效IPC(主分类):E02D 7/02申请日:20140618|||公开

IPC分类号:

E02D7/02

主分类号:

E02D7/02

申请人:

IHC荷兰IE有限公司

发明人:

B·C·容

地址:

荷兰斯利德雷赫德

优先权:

2011003 2013.06.18 NL

专利代理机构:

中国国际贸易促进委员会专利商标事务所11038

代理人:

曹瑾

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内容摘要

公开了一种可适用于在桩的安装期间确定桩参数(一个或多个)的桩测量系统。该桩测量系统包括参数计算器和至少一个定位传感器。所述至少一个定位传感器中每一个均被附接或可附接到套筒上的位置以及被配置为测量套筒上相应位置的位置坐标。该参数计算器可适用于从由所述至少一个定位传感器测量的位置坐标确定桩参数(一个或多个)。

权利要求书

1.一种适用于在桩(102,220,704,706,708)的安装期间确
定桩的一个或多个参数的桩测量系统,所述桩(102,220,704,706,
708)能够通过打桩机驱动进地(200),所述打桩机包括锤(104,
204)和套筒(106,206,502),所述锤(104,204,526)和所述
套筒(106,206,502)放置在桩(102,220,704,706,708)的顶
部,所述桩测量系统包括:
至少一个定位传感器(226,228,502),其中所述至少一个定
位传感器(226,228,502)被附接或能够被附接到套筒(106,206)
上的位置,并且被配置为测量套筒(106,206)上相应位置的位置坐
标;
参数计算器(218,506),用于从由所述至少一个定位传感器
(226,228,502)测量的位置坐标确定桩(102,220,704,706,
708)的所述一个或多个参数。
2.根据权利要求1所述的桩测量系统,其中所述一个或多个参
数包括以下至少一个:桩(102,220,704,706,708)的位置信息、
定向信息、倾斜信息以及深度信息。
3.根据权利要求1或2所述的桩测量系统,所述参数计算器
(218,506)被配置为将所述一个或多个参数提供给打桩控制系统
(230,508),所述打桩控制系统(230,508)被配置为从所述一个
或多个参数确定一个或多个致动器参数以用于移动夹持器(108,214,
524),所述夹持器(108,214,524)被配置为定位桩(102,220,
704,706,708)。
4.根据以上权利要求中任何一项所述的桩测量系统,参数计算
器(218,506)被配置为将所述一个或多个参数提供给打桩控制系统
(230,508),所述打桩控制系统(230,508)被配置为确定用于控
制锤(104,204)的能量的一个或多个锤参数。
5.根据以上权利要求中任何一项所述的桩测量系统,其中所述
至少一个定位传感器(226,228,502)被附接或能够被附接到套筒
(106,206)的上表面。
6.根据以上权利要求中任何一项所述的桩测量系统,其中每个
定位传感器(226,228,502)被配置为测量位于或非常靠近桩(102,
220,704,706,708)的最高部分的位置坐标。
7.根据以上权利要求中任何一项所述的桩测量系统,其中:
每个定位传感器(226,228,502)是被配置为接收至少三个不
同的卫星信号的全球定位系统天线;
所述位置坐标能够从所述至少三个不同的卫星信号确定;
所述位置坐标包括经度信息和纬度信息,并且优选地包括高程信
息。
8.根据以上权利要求中任何一项所述的桩测量系统,其中:
所述至少一个定位传感器(226,228,502)包括两个定位传感
器(226,228,502);
能够由参数计算器(218,506)确定的所述一个或多个参数包括
以下至少一个:桩(102,220,704,706,708)的位置信息、定向
信息、在第一方向上的倾斜信息以及深度信息。
9.根据以上权利要求中的任何一项所述的桩测量系统,其中:
所述至少一个定位传感器(226,228,502)包括三个或更多个
定位传感器(226,228,502);
能够由参数计算器(218,506)确定的一个或多个参数包括以下
至少一个:桩(102,220,704,706,708)的位置信息、定向信息、
在第一方向上的倾斜信息、在第二方向上的倾斜信息以及深度信息。
10.根据以上权利要求中任何一项所述的桩测量系统,还包括:
在桩(102,220,704,706,708)的安装之后能够被附接或被
附接到桩(102,220,704,706,708)的定位信标,所述定位信标
被配置为从卫星信号测量位于已安装的桩(102,220,704,706,
708)处的位置坐标;
其中所述系统还被配置为在其它桩(706,708)的安装期间将从
卫星信号测量的在已安装的桩(101,220,704)上的信标的位置坐
标与位于已安装的桩(102,220,704)处的信标的已知位置坐标之
间的差异提供给参数计算器(218,506)。
11.一种用于在桩(102,220,704,706,708)的安装期间确
定桩(102,220,704,706,708)的一个或多个参数的方法,所述
一个或多个参数诸如是桩(102,220,704,706,708)的位置信息、
定向信息、倾斜信息以及深度信息,所述桩(102,220,704,706,
708)能够通过打桩机驱动进地,所述打桩机包括锤(104,204,526)
和套筒(106,206,502),所述锤(104,204,526)和所述套筒
(106,206,502)放置在桩(102,220,704,706,708)的顶部,
所述桩测量系统包括:
提供能够附接在套筒上的位置上的至少一个定位传感器;
通过所述至少一个定位传感器(226,228,502)测量套筒(106,
206,502)上的所述位置的位置坐标;
通过参数计算器(218,506)从由所述至少一个定位传感器
(226,228,502)测量的位置坐标确定桩(102,220,704,706,
708)的所述一个或多个参数。
12.根据权利要求11所述的方法,还包括通过参数计算器(218,
506)将所述一个或多个参数提供给打桩控制系统(230,508),所
述打桩控制系统(230,508)包括:
夹持器参数计算器(518),被配置为确定一个或多个致动器参
数,以用于移动夹持器(108,214,524),所述夹持器(108,214,
524)被配置为定位桩(102,220,704,706,708),和/或
锤参数计算器(520),被配置为确定用于控制锤(104,204,
526)的能量的一个或多个锤参数。
13.根据权利要求11或12所述的方法,还包括:
在桩(102,220,704,706,708)的安装之后提供能够附接到
桩(102,220,704,706,708)的定位信标,所述定位信标被配置
为从卫星信号测量位于桩(102,220,704,706,708)的位置坐标;
在另一桩(102,220,704,706,708)的安装期间,在参数计
算器(218,506)处接收从卫星信号测量的位于桩(102,220,704,
706,708)的位置坐标与位于桩(102,220,704,706,708)的定
位信标的已知位置坐标之间的差异。
14.根据权利要求11-13中任何一项所述的方法,所述方法适用
于与根据权利要求2-10中任何一项所述的桩测量系统一起使用。
15.一种在计算机可读非临时性存储介质上实现的计算机程序产
品,所述计算机程序产品被配置为当在计算机上运行时,执行根据权
利要求11-14中任何一项所述的方法步骤。

说明书

打桩方法和系统

技术领域

本公开内容一般涉及打桩领域。特别地,虽然不必要,本公开内
容涉及用于确定或测量桩参数和/或打桩的方法、系统以及计算机程
序产品。

背景技术

打桩被采用用于将桩(或一般被称为基础元件)安装进地。桩一
般提供用于诸如风力涡轮机的结构的结构支撑,并且这些结构基本放
置在安装在地中的桩的顶部。在桩的安装期间,测量员人工地计算桩
参数以调整桩的安装来确保桩是充分地,例如,垂直,使得桩被适当
地安装进地。例如,在安装期间测量员可以确定桩的倾斜以确保桩是
尽可能垂直的。各种系统已经被用于测量桩参数。

EP1270824公开了一种用于生产单个板的水下壁的装置,借以
板被安装在引导物(leader)上的卫星部分和测斜仪链导向以用于确
定导轨脚相对于板导向设备的头部的位置。

JP3676277B2在图1中公开了安装在用于在海上打桩的船上的
两个移动实时动态全球定位系统(RTK-GPS)单元的使用。此外,
反射镜被安装在船上、引导物上以及锤上,以用于定位桩。

Viljamaa等(2010)的文章“UTILIZATIONOFA3DDESIGN
DATAINCONTROLLINGPILEDRIVING”公开了一个导向系统,
其包含安装在打桩机器上用于测量机器的致动器的位置以及架
(frame)的定向的两个RTK-GPS接收器和传感器。

WO2012/134279公开了一种用于在打桩期间控制桩的垂直度的
测量系统。该测量系统包括具有用于测量关于打桩系统的套筒的垂直
度的至少一个测量设备的测量架。

发明内容

涉及到适用于在桩的安装期间确定一个或多个桩参数的桩测量系
统的发明被公开。所述桩通过打桩机可驱动进地。所述打桩机包括锤
和套筒,并且当桩被安装进地时所述锤和所述套筒被放置在桩的顶部。

所述桩测量系统包括至少一个定位传感器,其中所述至少一个定
位传感器中的每一个优选地附接或可附接到套筒上的位置,并且被配
置为测量套筒上相应位置的位置坐标。

有利地,由桩测量系统(即,所述至少一个定位传感器)进行的
测量比已知系统更精确,因为桩测量系统优选地被安装为尽可能靠近
桩的顶部,即,对适当地且精确地将结构放置在桩顶部最重要的桩的
部分。

桩测量系统还可以包括用于从由所述至少一个定位传感器测量的
位置坐标确定桩参数(一个或多个)的参数计算器。有利地,桩参数
可以被记录和/或传送到控制系统,该控制系统被配置为在安装期间
调整桩。此外,参数计算器与所述至少一个定位传感器的结合提供了
有效率的系统,用于在桩的安装期间通过降低典型地花费在测量桩上
的工时,以及降低由人工进行测量或人工计算的参数引起的延迟测量
桩。降低对依赖人类测量员的需求也使得能够进行更多的测量,其在
安装期间提供测量桩参数(一个或多个)的更细的粒度。

根据一个方面,由参数计算器确定的参数(一个或多个)包括以
下至少一个:桩的位置信息、定向信息、倾斜信息以及深度信息。该
桩测量系统有利地能够比已知系统确定更多的桩参数。

根据一个方面,参数计算器被配置为将所述参数(一个或多个)
提供给打桩控制系统,所述打桩控制系统被配置为从所述参数(一个
或多个)确定致动器参数(一个或多个)以用于移动夹持器。所述夹
持器被配置为定位桩。基于到夹持器的致动器参数(一个或多个)和
/或命令,夹持器被配置为在安装期间调整桩的位置。

有利地,打桩控制系统使得自动(或至少半自动)打桩成为可能。
由夹持器进行的调整移动桩使得可以满足期望的桩参数(一个或多个)
以用于适当的桩的安装。例如,基于由参数计算器确定的位置信息,
打桩控制系统可以确定致动器参数,以用于命令夹持器以特定量的力
向着期望的位置移动桩。定向信息(朝向)和倾斜信息(垂直度)也
是由参数计算器确定的参数,其可以用于确定致动器参数(一个或多
个),以用于达到桩期望的定向或期望的倾斜。

根据一个方面,参数计算器被配置为将参数(一个或多个)提供
给打桩控制系统。所述打桩控制系统被配置为确定锤参数(一个或多
个),以用于控制锤的能量。有利地,打桩控制系统被配置为通过基
于桩的深度控制锤应用到桩的打击能量来控制桩被驱动进地的速率。
用于将桩进一步锤进地的打击能量可以基于桩被越来越深地驱动进地
的速率来调整。与应用到桩的打击数(例如,用于将桩驱动进地特定
距离或深度变化的打击数)有关的桩被驱动进地的速率是确保桩的完
整性的重要参数。

根据一个方面,所述至少一个定位传感器被附接或可附接到套筒
的上表面。根据另一方面,每个定位传感器被配置为测量位于非常靠
近桩的最高部分(即,在安装期间桩最远离地的部分)的位置的位置
坐标。有利地,定位传感器能够更直接地在桩的顶部(最高部分)测
量桩参数,桩的顶部是对将结构安装在桩的顶部最重要的位置。在实
施例中,桩的上边缘与定位传感器之间的距离少于5米,优选地少于
2米,优选地少于1米。

根据一个方面,每个定位传感器是被配置为接收至少三个不同的
卫星信号的全球定位系统天线。从所述至少三个不同的卫星信号,位
置坐标是可确定的。位置坐标包括经度信息和纬度信息,以及优选地
高程信息。位置坐标提供基本的桩测量,从其桩参数(一个或多个)
可以被计算。基于定位传感器被放置在套筒哪里(以及与桩自身有
关),参数计算器被配置为(例如,利用一个或多个几何公式)确定
桩的各个参数。

根据一个方面,所述至少一个定位传感器包括两个定位传感器,
并且由参数计算器可确定的参数(一个或多个)包括以下至少一个:
桩的位置信息、定向信息、在第一方向上的倾斜信息以及深度信息。

根据一个方面,所述至少一个定位传感器包括三个或更多个定位
传感器,并且由参数计算器可确定的参数(一个或多个)包括以下至
少一个:桩的位置信息、定向信息、在第一方向上的倾斜信息、在第
二方向上的倾斜信息以及深度信息。

根据一个方面,桩测量系统还包括在桩的安装后可附接或附接到
桩的定位信标。所述定位信标被配置为从卫星信号测量位于已安装的
桩处的位置坐标。所述系统还被配置为在其它桩的安装期间将从卫星
信号测量的在已安装的桩上的信标的位置坐标与位于已安装的桩处的
信标的已知位置坐标之间的差异提供给参数计算器。有利地,定位信
标增加了由在(特别地位于其中位置参数未精确已知的位置,诸如海
上位置的)其它桩上的所述至少一个定位传感器所测量的位置坐标的
精确度。

一种用于确定桩参数的方法也被公开。适当的桩参数的示例,诸
如桩的位置信息、定向信息、倾斜信息以及深度信息。该方法适用于
在桩的安装期间(例如,与上述桩测量系统一起)使用。所述桩通过
打桩机可驱动进地。所述打桩机包括锤和套筒,并且所述锤和所述套
筒被放置在桩的顶部。

该方法包括提供可附接在套筒上相应位置上的至少一个定位传感
器。此外,该方法包括通过所述至少一个定位传感器测量套筒上相应
位置的位置坐标。该方法还包括通过参数计算器从由所述至少一个定
位传感器测量的位置坐标确定桩参数(一个或多个)。

根据一个方面,该方法还包括通过参数计算器将参数(一个或多
个)提供给打桩控制系统。所述打桩控制系统可以包括配置为确定用
于移动夹持器的致动器参数(一个或多个)的夹持器参数计算器。所
述夹持器被配置为定位桩。代替夹持器参数计算器或除夹持器参数计
算器外,打桩控制系统可以包括配置为确定用于控制锤的能量的锤参
数(一个或多个)的锤参数计算器。

根据一个方面,该方法还包括在桩的安装后提供可附接到桩的定
位信标。所述定位信标被配置为从卫星信号测量位于桩的位置坐标。
此外,该方法包括在另一桩的安装期间在参数计算器处接收从卫星信
号测量的位于桩的位置坐标与位于桩的定位信标的已知位置坐标之间
的差异。

本公开内容还涉及在计算机可读非临时性存储介质上实现的计算
机程序产品,其中该计算机程序产品可以包括配置为当在计算机上运
行时执行根据在本公开内容中所描述的任意方法的方法步骤的软件代
码部分。该计算机程序产品优选地至少部分在任何以下各项中实现:
参数计算器、打桩控制系统、夹持器参数计算器、锤参数计算器、位
置计算器、定向计算器、倾斜计算器、深度计算器、报告生成器等。

本公开内容还将参考附图被说明,其中附图示意性地示出了根据
本公开内容的实施例。在下文中,以减少上述问题(一个或多个)为
目标的本发明的实施例将被进一步详细地描述。

附图说明

通过参考附图中示出的示例性实施例,本发明的各个方面将被更
详细地解释,其中:

图1示出了传统的打桩系统;

图2示出了根据本发明的一个实施例的用于确定桩参数(一个或
多个)的示例性桩测量系统以及用于驱动桩的打桩系统;

图3A-3D示出了根据本公开内容的若干实施例的用于定位传感
器的各种说明性配置;

图4示出了根据本公开内容的一个实施例的用于定位传感器接合
桩以进行改进的测量的说明性安装机构;

图5说明了根据本公开内容的一个实施例的示例性桩测量系统和
示例性打桩控制系统;

图6说明了根据本公开内容的一个实施例的用于测量桩和控制打
桩的计算机系统;

图7A-B说明了根据本公开内容的一个实施例的用于在一系列桩
的安装期间测量桩参数(一个或多个)的方法。

具体实施方式

图1示出了传统的打桩系统。为了说明,传统的打桩系统适用于
将桩102(例如,单桩)驱动进地(例如,海床)。桩直径可以从1
米到10米,并且通常包括多个焊接部分,其中当桩在垂直位置时,
一个部分被焊接且堆叠在另一部分的顶部。在本公开内容的背景下,
桩的顶部指桩的最高部分。

典型地,桩应该被放置在距离用于安装的指定/期望位置1米内
的位置处距垂直0.5度内。在一些情况中,桩被要求放置在特定的朝
向或定向以用于线缆引入。桩可以被安装在海上以用于在桩顶部支撑
结构,例如,风力涡轮机。因此,桩安装的精确度主要取决于桩,尤
其是桩的顶部部分是否被安装在可容忍的界限内。桩的参数(诸如位
置信息和垂直度)可以从一个焊接部分到另一焊接部分显著相异。此
外,将结构安装在桩的顶部的精确度主要取决于过渡连接件(即,在
桩的顶部将结构与桩连接的连接件)的参数,过渡连接件经常被要求
放置在距离垂直0.05度内。因为桩包括多个焊接部分,所以在与桩
的顶部部分不同的部分处的桩测量不如在桩的顶部处的桩测量精确。

在本公开内容的背景下,定位桩与确定桩的某些参数(一个或多
个)与基于所确定的参数(一个或多个)根据特定的要求调整打桩系
统以放置桩有关。桩参数可以包括以下至少一个:位置信息、定向信
息、倾斜信息以及深度信息。

打桩系统包括打桩机。打桩机包括锤104(只有锤的一部分被示
出以用于说明性目的)和套筒106。打桩系统还包括夹持器108,用
于移动(例如,导向和/或调整)桩。在桩的安装期间,桩的直径从
打击到打击变化。在安装期间,(例如,在船上的)打桩系统的操作
员110在不同时间相应地(例如,人工地),例如,从测量员收集这
些参数,并且然后确定应该如何调整打桩系统。在安装期间,操作员
可以使用夹持器来调整桩的定位。

可以在桩上制成标记112(一个或多个),以将桩的深度信息指
示给测量员。在一些情况中,可以在桩上制成标记114(一个或多个)
来标记参考点以将桩的定向信息指示给测量员,使得,例如,测量员
可以确定,例如,桩中的开口116是否指向特定的方向以用于线缆引
入。测量员可以处理(workon)套筒或使用安装在船上的反射镜来
确定倾斜信息。可以基于船的位置和船与桩的相对位置来计算桩的位
置信息。本公开内容公开了方法和系统,其改进了利用图1所描述的
传统工具。

图2示意性地示出了根据本发明的一个实施例的用于确定桩参数
(一个或多个)的示例性桩测量系统与用于驱动桩的打桩系统。桩测
量系统被配置为在桩的安装期间测量桩参数(一个或多个)。打桩系
统将桩驱动进地,例如,驱动进水下海床。

打桩系统包括打桩机,例如,液压锤。打桩机通常具有锤204和
套筒206。锤和套筒被放置在桩的顶部,并且被配置为将桩向下驱动
进地200。套筒包括顶部部分208以及圆周部分210,圆周部分210
围绕桩的顶部,但与桩的顶部保持短距离,例如,大约1英寸。锤在
桩的顶部部分与套筒配合,并且被配置为邻接放置在桩的最高部分处
的砧座212。锤将打击应用到砧座以驱动桩。砧座被配置为将由打击
的冲击造成的能量从锤传递到桩。每次打击相继地将桩进一步驱动进
地。例如在船216上的夹持器214被提供为打桩系统的一部分,其被
配置为调整桩的放置。夹持器可以具有多个致动器(例如,液压致动
器)以移动夹持器以及相应地(即,通过移动桩)调整桩的放置。桩
可以被安装进水下的地,并且夹持器可以被附接到船(未示出)。夹
持器被配置为通过例如提升、旋转、移动、倾斜、推挤等来移动桩。

在桩的安装期间,桩测量系统测量桩参数(一个或多个),并且
该参数(一个或多个)被优选地提供给打桩系统并被打桩系统使用。
桩测量系统还包括参数计算器218,用于从或者基于由所述至少一个
定位传感器测量的位置坐标确定或计算参数(一个或多个)。例如,
几何公式可以被用于基于定位传感器(一个或多个)被相对于桩(和
/或相对于彼此,如果不只一个定位传感器被使用)放置在哪里来计
算参数。

桩参数可以包括以下至少一个:位置信息、定向信息、倾斜信息、
以及深度信息。位置信息包括或涉及在地理参考系中定义的位置坐标。
位置信息可以涉及在桩220的顶部/最高端处的圆形区域(从上面看)
的中心点的位置。位置坐标可以包括经度和纬度坐标,或适当的参考
系中的任何其它坐标。定向信息包括或涉及桩的参考点的方向,例如,
罗盘方向。参考点可以涉及用于线缆引入的桩的开口222。因此,定
向信息可以包括或涉及开口的方向。倾斜信息包括或涉及距垂直的倾
角,并且可以在第一方向和第二方向上定义。深度信息包括或涉及在
桩的顶部的高程信息,或桩在地中多远。例如,深度信息可以涉及在
桩的顶端的高程,例如,与海平面的距离,或与地球中心的距离。

桩测量系统包括至少一个定位传感器,例如,定位传感器226和
定位传感器228。每个定位传感器被配置为测量位于定位传感器的位
置处的位置坐标。

使用全球定位系统(GPS)技术的天线可以被用为定位传感器,
其被配置为基于多个卫星信号确定位置坐标。通常,每个定位传感器
被配置为接收至少三种不同的卫星信号或甚至四种或更多种不同的卫
星信号。从卫星信号,包括经度信息和纬度信息的位置坐标可以被确
定。在一些情况中,位置坐标还包括高程信息。定位传感器的精确度
优选地在5厘米或更少内。所测量的位置坐标使参数计算器能够确定
以下至少一个:桩的位置信息、定向信息、倾斜信息、以及深度信息。

本公开内容中的定位传感器被优选地附接或可附接到套筒上的位
置。相应地,由定位传感器所测量的位置坐标对应于定位传感器所附
接到的套筒上的相应位置。有利地,相对于从引导物或船间接地测量
位置信息的系统,通过在套筒处测量位置坐标,桩的位置信息(即,
位于桩的顶端处的中心点的位置)被基本直接地且精确地测量。在一
些情况中,在套筒处测量位置坐标提供了在距桩的实际位置近似1英
寸误差内的桩的位置信息的测量。

如果定位传感器具有畅通无阻的天空视野(即,使得卫星信号可
以被没有多少降级地接收),定位传感器的精确度被提高。相应地,
定位传感器中的至少一个或多个被优选地附接或可附接到套筒的顶部
部分208上的位置。例如,至少一个定位传感器被附接或可附接到套
筒的上表面。在一些实施例中,定位传感器被配置为测量位于非常靠
近桩的最高部分,或桩的顶部部分的位置的位置坐标。能够精确地测
量位于桩的最高或顶部部分的位置是有利地,因为桩的最高或顶部部
分是用于将结构放置在桩的顶部的桩的最关键部分。

由于砧座和锤的阻碍,位于桩的顶端的圆形区域的中心点(从上
面看)不能被直接测量。然而,通过将至少一个定位传感器放置在套
筒的上表面,在测量可行的尽可能靠近中心点的位置坐标的同时,可
以基于所测量的位置坐标以及定位传感器的位置与圆形区域的中心点
的假设/已知距离,推导与圆形区域的中心点有关的位置信息。

尽管两个定位传感器被示出,设想一个、两个、三个、四个、五
个、六个、或更多个定位传感器可以被采用。定位传感器的数目取决
于所期望的桩参数(一个或多个)。此外,更多的定位传感器提供了
所测量信息的冗余,其使得能够通过考虑一个子集的定位传感器的测
量偏差来得到更高的精确度。

当至少两个定位传感器被使用时,许多参数是可确定的。例如,
当至少两个定位传感器可以被放置在基本在由套筒的顶部部分的上表
面定义的平面上的不同位置处时,参数计算器可以确定桩的位置信息、
定向信息、在第一方向上的倾斜信息以及深度信息(如果定位传感器
能够提供高程信息)中的至少一个。

当至少三个定位传感器被放置在基本在由套筒的顶部部分的上表
面定义的平面上的不同位置处时,参数计算器可以确定桩的位置信息、
定向信息、在第一方向上的倾斜信息、在第二方向上的倾斜信息以及
深度信息中的至少一个。

例如,为了测量倾斜信息,定位传感器也可以被放置在套筒的圆
周部分210中(取决于配置)。例如,至少两个定位传感器可以沿着
垂直线被布置在套筒的侧面,以测量在第一方向上的倾角。另外的至
少两个定位传感器可以沿着不同的垂直线被布置在套筒的侧面上,以
测量在另一方向上的倾角。

基于由桩测量系统确定的桩参数(一个或多个),打桩系统被控
制或可控制的。有利地,在桩的安装期间,对于桩参数(一个或多个)
变化,打桩系统是可调节的。

参数计算器被配置为将参数(一个或多个)提供给打桩控制系统
230。在桩的安装期间,打桩控制系统有利地减少测量员和操作员在
调整打桩系统方面的工时。精确度也相对于传统方法和系统被提高。

在一些实施例中,打桩控制系统被配置为从桩参数(一个或多个)
确定用于移动夹持器214的致动器参数(一个或多个)。打桩控制系
统可以确定且发出命令用于移动夹持器。打桩控制系统被优选地配置
为以向着期望的或计划的位置移动桩的方式调整或定位桩。

在一些实施例中,打桩控制系统被配置为确定用于控制锤的能量
的锤参数。基于锤参数,锤被配置为基于锤参数调整应用到桩的打击。
特别地,打桩控制系统可以从参数计算器接收深度信息,并且从深度
信息打桩控制系统确定打击计数。打击计数典型地是用于将桩驱动进
地某一距离/桩的某深度变化的打击的计数或数目。基于由参数计算
器提供的一系列深度信息,打桩控制系统可以将用于驱动桩达例如,
25厘米的打击数制成表格。在桩的安装期间,计划的说明书可能要
求安装维持某一打击数以用于桩的最优结果,例如,强度、寿命、结
构完整性。相应地,打桩控制系统可以调整锤的能量以满足所期望的
某一打击计数。

图3A-C示出了根据本公开内容的若干实施例的用于定位传感器
的各种说明性配置。该图示出了具有至少两个定位传感器(说明为小
的黑色圆)的套筒(说明为较大的圆)的顶视图。如示出的,定位传
感器被附接或可附接到例如,套筒的上表面上的套筒的顶部部分。

在一些实施例中,诸如图3A中示出的配置,沿穿过由标记“X”
表示的中心点的线,两个定位传感器被附接或可附接到套筒的顶部部
分。然后,使得参数计算器能够从由所述两个定位传感器测量的位置
坐标确定桩的位置信息,即,位于桩的顶端的圆形区域的中心点的位
置。因此,由所述两个定位传感器测量的位置坐标提供两个点,以及
可以画在两点之间的线。从连接由所述两个定位传感器测量的位置坐
标提供的两个点的线的中点,可以推导桩的位置信息。基于该线的方
向可以确定定向信息。例如,基于该线与水平线之间形成的角度,从
由所述两个定位传感器测量的高程信息可以确定倾斜信息(在一个方
向,尤其是连接两个定位传感器的线的方向上的倾斜)。例如,通过
计算位于中心点的高程信息,也可以从高程信息确定深度信息。例如,
本领域技术人员可以获得由所述两个定位传感器测量的高程信息的平
均值。本领域技术人员可以应用参数计算器中的几何概念来确定适当
的运算以确定桩参数。

在一些实施例中,诸如图3B和3C中示出的配置,三个定位传
感器被放置在位于三个位置处的套筒的顶部部分上。在图3B中,所
述三个定位传感器在基本彼此等距离的位置处被附接或可附接到套筒
的顶部部分。在图3C中,所述三个定位传感器中的两个被附接或可
附接到沿着穿过中心点的第一线的位置,并且所述三个定位传感器中
的一个沿着垂直于第一线且穿过中心点的第二线被附接或可附接。本
领域技术人员可以应用参数计算器中的几何概念确定桩参数,所述参
数包括以下至少一个:位置信息、定向信息、在第一方向上的倾斜信
息、在第二方向上的倾斜信息以及深度信息。

在一些实施例中,诸如图3D中示出的配置,四个定位传感器在
位于基本彼此等距离的四个位置处被放置在套筒的顶部部分上。在该
配置中,相同的桩参数集合可以被确定。然而,与其它配置比较,所
增加的定位传感器提供了冗余度,并且因此该系统对由定位传感器中
任何一个造成的误差是更可容忍的。在一些其它实施例中,五个、六
个或更多个定位传感器可以被采用。

图4示出了根据本公开内容的一个实施例的用于定位传感器接合
桩以进行改进测量的说明性安装机构。定位传感器可以具有安装机构,
其容许定位传感器在桩的安装期间与桩接合或脱离。在打击期间,如
果定位传感器被直接放置到桩上,锤冲击到桩可以给定位传感器导致
损坏或其它问题。因此,定位传感器被附接或可附接到套筒,而不是
桩。然而,套筒与桩之间的距离可以减少能够从由定位传感器测量的
位置坐标推导桩自身的参数的精确度。相应地,安装机构提供了第一
位置(由“a”表示)和第二位置(由“b”表示)以防止对定位传感器的
损坏,而不需要将定位传感器直接附接在桩上。在第一位置,定位传
感器与桩脱离。在打击期间,安装机构优选地在第一位置。在第二位
置,定位传感器与桩接合。在打击之前和/或之后,安装机构优选地
在第二位置,使得位置坐标可以被测量并提供给参数计算器。有利地,
更直接的桩参数测量被获得,而不需要将定位传感器直接附接到桩上。

图5说明了根据本公开内容的一个实施例的示例性桩测量系统与
示例性打桩控制系统。示例性桩测量系统包括定位传感器(一个或多
个)502和参数计算器506。在一些实施例中,除了定位传感器(一
个或多个)以外,其它传感器504,诸如气压传感器、数字式罗盘等
可以被提供。定位传感器(一个或多个)被配置为将位置坐标提供给
参数计算器。其它传感器可以提供与桩参数相关的其它信息,例如,
高程信息、方向等。为了确定桩参数(一个或多个),参数计算器包
括以下至少一个:位置计算器510、定向计算器512、倾斜计算器
514以及深度计算器516。位置计算器被配置为从由定位传感器提供
的至少位置坐标确定位置信息。定向计算器被配置为从由定位传感器
提供的至少位置坐标确定定向信息。倾斜计算器被配置为从由定位传
感器提供的至少位置坐标确定在第一方向和/或第二方向上的倾斜信
息。深度计算器被配置为从至少位置坐标,例如,由定位传感器提供
的高程信息,确定深度信息。

然后,所确定的桩参数(一个或多个)被提供给示例性打桩控制
系统508。打桩控制系统包括以下至少一个:夹持器参数计算器518
以及锤参数计算器520。夹持器参数计算器被配置为确定用于移动夹
持器的致动器参数(一个或多个),所述夹持器被配置为定位桩。锤
参数计算器被配置为确定用于控制锤的能量的锤参数(一个或多个),
所述锤被配置为根据能量和/或定时将打击应用到桩。打桩控制系统
还可以被配置为基于致动器参数和锤参数生成命令。致动器参数和/
或锤参数(或从其导出的命令)被分别提供给夹持器524和锤526。

在一些实施例中,报告生成器522被提供在打桩控制系统中以
(例如,在存储器中)记录由桩测量系统提供的桩参数。这一报告可
以包括桩参数的时间序列报告。在一些情况中,由夹持器参数计算器
和/或锤参数计算器确定的致动器参数和/或锤参数可以被记录且提供
在所述报告中。

打桩控制系统可以给予在显示器528上显示以下至少一个:桩参
数(一个或多个)、致动器参数(一个或多个)、锤参数(一个或多
个)、报告。操作员可以在显示器上监控打桩控制系统。

图6说明了根据本公开内容的一个实施例的用于测量桩并且控制
打桩的计算机系统。计算机系统602包括输入604、输出606、处理
器608、存储器610以及打桩应用612。输入可以包括通信端口,用
于通过有线连接或无线连接从定位传感器(一个或多个)502和其它
传感器504接收位置坐标。输出可以包括用于夹持器524和锤526的
通信端口,以用于提供致动器参数、锤参数或命令。在一些实施例中,
计算机系统还包括显示器528。打桩应用被配置为在处理器上运行,
并且用于运行该应用的指令可以存储在存储器中。打桩应用可以被配
置为实现桩测量系统和/或打桩控制系统的功能。位置坐标、桩参数、
致动器参数、锤参数、和/或任何适当的数据可以存储在存储器中。

图7A-B说明了根据本公开内容的一个实施例的一种用于在一系
列桩的安装期间测量桩参数(一个或多个)的方法。桩的系列包括:
第一桩704、第二桩706和第三桩708。定位传感器在5厘米或更少
内的精确度由定位信标在定位传感器附近的使用提供。桩测量系统可
以包括定位信标,使得可以获得该精确度。通常,数以百计的定位信
标被安装在世界各地(例如,在陆地上)已知位置。然而,一些桩需
要被更远离定位信标安装,并且因此可能更加难以可靠地使用定位信
标作为打桩系统的一部分。

典型地,定位信标被配置为从卫星信号测量它自身的位置坐标。
定位信标还被配置为提供/播送从卫星信号测量的位置坐标与定位信
标的已知位置坐标之间的差异(一个或多个)。已知位置坐标可以默
认提供,或者从在一段时间内记录的已测量位置坐标获取位置坐标。

在图7A中,在使用本文公开的方法和系统的第一桩704的安装
期间,该方法(例如,在陆地上)在位置702处采用定位信标(由星
表示)。在第一桩安装后,如在图7B中示出的,该方法提供可附接
到或附接到已安装的桩的定位信标,所述定位信标被配置为从卫星信
号测量位于第一桩的位置坐标。同样地,第一桩变成了用于定位信标
的位置,其有利地使得进一步的桩(例如,第二桩和第三桩)能够安
装在(与陆地上位置702相比)更靠近定位信标的位置。所述定位信
标还被配置为在第二桩和/或第三桩的安装期间,将从卫星信号测量
的位于第一桩的位置坐标与位于第一桩的定位信标的已知位置坐标之
间的差异提供给参数计算器。

利用一些修改,本领域技术人员可以将本文所描述的实施例延伸
到其它技术。

本发明的各种实施例可以实现为程序产品用于与计算机系统或处
理器一起使用,其中程序产品的程序(一个或多个)定义实施例(包
括本文所描述的方法)的功能。在一个实施例中,该程序(一个或多
个)可以包含在各种非临时性计算机可读存储介质(通常称为“存储
器”),其中,如本文使用的,“非临时性计算机可读存储介质”的
表达包括所有计算机可读介质,唯一的例外是临时性传播信号。在另
一实施例中,该程序(一个或多个)可以包含在各种临时性计算机可
读存储介质上。说明性计算机可读存储介质包括,但不限于:(i)
非可写存储介质(例如,计算机内的只读存储器设备(诸如由CD-
ROM驱动器可读的CD-ROM盘)、ROM芯片或任意类型的固态非
易失性半导体存储器),在其上信息可以被永久存储;以及(ii)可
写存储介质(例如,闪存、软盘驱动器或硬盘驱动器内的软盘、或任
意类型的固态随机存取半导体存储器),在其上可变的信息被存储。

应该理解所描述的与任一实施例有关的任何特征可以被单独使用,
或与所描述的其它特征结合,并且也可以与任意其它的实施例的一个
或多个特征结合使用。此外,本发明不限于上述实施例,其可以在随
附权利要求的范围内变化。

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公开了一种可适用于在桩的安装期间确定桩参数(一个或多个)的桩测量系统。该桩测量系统包括参数计算器和至少一个定位传感器。所述至少一个定位传感器中每一个均被附接或可附接到套筒上的位置以及被配置为测量套筒上相应位置的位置坐标。该参数计算器可适用于从由所述至少一个定位传感器测量的位置坐标确定桩参数(一个或多个)。 。

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