CN110331746B - 一种对旋喷过程进行实时监测的施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对旋喷过程进行实时监测的施工方法，属于地基处理领域中旋喷桩施工质量监测技术方面，具体施工步骤如下：旋喷施工场地准备，完成预钻孔作业；旋喷钻头及钻杆配置及改造，旋喷钻机就位；确定旋喷动态施工方案；确定旋喷施工过程动态监测方案；开展旋喷作业；完成旋喷施工作业。本发明通过采用三级喷口的方式，在不需提出钻杆的情况下进行喷口转换，进而改变浆液喷射流量，控制旋喷桩直径；通过设置三级瞬变电磁仪采集器对电磁波进行采集，对不同频率的信号采用针对性精度的信号采集器，避免精度过大造成数据处理不匹配；通过采用瞬变电磁法，将深层隐蔽工程进行可视化施工，达到实时监测的目的。
Description
技术领域
本发明涉及地基处理领域中旋喷桩施工质量监测技术方面，特别涉及到一种对旋喷过程进行实时监测的施工方法。
背景技术
高压旋喷桩已经广泛应用于各种地基工程，如建筑地基、基坑围护、盾构进、出洞口加固、堤坝防渗、既有建筑物地基加固、边坡加固、隧道超前支护等。
高压旋喷钻机是高压旋喷桩的关键施工设备，与高压泥浆泵、高压水泵或空压机配合完成高压旋喷注浆施工。高压喷射注浆技术是利用钻机把带有喷嘴的注浆管钻进土层的预定位置后，以高压设备使浆液、水或空气成为20～50MPa的高压射流从喷嘴中喷射出来，冲切、扰动、破坏土体，同时钻杆以一定速度旋转并逐渐提升，将浆液与土粒强制搅拌混合，浆液凝固后，在土中形成一个圆柱状固结体，可以起到加固地基或止水防渗的作用。
目前，旋喷桩在施工过程中存在一个特别严重的问题，即，施工过程中无法对成桩直径进行动态监测，只能在施工完毕后采用后验法对成桩质量进行检验。但对于后验法，其问题在于即使发现桩径偏小，也很难采取补救方法；若发现桩径偏大，也无法弥补材料的浪费。因此，为了实时监测旋喷法的成桩质量，需要研发一种旋喷桩施工过程中的新型监测方法，基于此，本发明提出一种对旋喷过程进行实时监测的施工方法。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种对旋喷过程进行实时监测的施工方法，克服了现有技术的不足。通过采用多级监测传感器、多级旋喷喷射口结合无磁钻杆，对旋喷施工进行监测，实现动态施工、动态监测、动态反馈的目标。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种对旋喷过程进行实时监测的施工方法，其特征在于，基于具备桩径分级监测传感器和多级旋喷喷射口的无磁旋喷钻杆结合旋喷钻机，采用如下步骤开展旋喷施工作业实现动态施工、动态监测、动态反馈的方法：
步骤1：旋喷施工场地准备，完成预钻孔作业；
根据旋喷设计方案，在旋喷桩体中心轴位置处进行钻孔作业，并且对施工场地进行清理，除施工机械、施工线路外，旋喷钻孔周边2米范围内不得放置金属物体；
步骤2：旋喷钻头及钻杆配置及改造，旋喷钻机就位；
旋喷钻头及旋喷钻杆采用无磁材料加工而成，在旋喷钻头端部设置三级瞬变电磁仪采集器，旋喷钻头处的浆液喷射口设置为可转换的三级喷射口；其中三级瞬变电磁仪采集器分别为高频率瞬变电磁仪采集器、中频率瞬变电磁仪采集器、低频率瞬变电磁仪采集器，三级瞬变电磁仪采集器采用并联方式连接；三级喷射口分别为一号喷射口、二号喷射口、三号喷射口，三级喷射口均为圆锥体结构；将配置好的旋喷钻头、旋喷钻杆通过螺纹连接，然后将旋喷钻头、旋喷钻杆整体与旋喷钻机通过螺纹连接；
步骤3：确定旋喷动态施工方案；
标贯试验指标标贯基数N值范围为0-50时，初始条件下采用一号喷嘴，初始钻杆提速为30cm/min；按设定旋喷压力，若形成的旋喷桩径大于设计旋喷桩径，则逐渐增加钻杆提速，直至形成的旋喷桩径等于设计旋喷桩径，保持此时旋喷参数进行施工作业；按设定旋喷压力，若形成的旋喷桩径小于设计旋喷桩径，则采用二号喷嘴或三号喷嘴开始旋喷，与此同时开始调整钻杆提速，直至使得旋喷桩径等于设计旋喷桩径，保持此时旋喷参数进行施工作业；
标贯试验指标标贯基数N值范围为50-80时，初始条件下采用二号喷嘴，始钻杆提速为20cm/min；按设定旋喷压力，若形成的旋喷桩径大于设计旋喷桩径，则逐渐增加钻杆提速，直至形成的旋喷桩径等于设计旋喷桩径，保持此时旋喷参数进行施工作业；按设定旋喷压力，若形成的旋喷桩径小于设计旋喷桩径，则采用三号喷嘴开始旋喷，与此同时开始调整钻杆提速，直至使得旋喷桩径等于设计旋喷桩径，保持此时旋喷参数进行施工作业；
标贯试验指标标贯基数N值大于80时，初始条件下采用三号喷嘴，始钻杆提速为10cm/min；按设定旋喷压力，若形成的旋喷桩径大于设计旋喷桩径，则逐渐增加钻杆提速，直至形成的旋喷桩径等于设计旋喷桩径，保持此时旋喷参数进行施工作业；按设定旋喷压力，若形成的旋喷桩径小于设计旋喷桩径，则开始降低钻杆提速，直至使得旋喷桩径等于设计旋喷桩径，保持此时旋喷参数进行施工作业；
步骤4：确定旋喷施工过程动态监测方案；
初始条件下开启高频率瞬变电磁仪采集器，设定旋喷钻杆附近电阻率大于周边未扰动土体电阻率20%及以上区域为旋喷桩体；根据旋喷桩体直径，若旋喷桩体半径小于0.5m时，保持高频率瞬变电磁仪采集器开启状态；若旋喷桩体半径大于或等于0.5m时，关闭高频率瞬变电磁仪采集器，开启中频率瞬变电磁仪采集器；若旋喷桩体半径大于或等于1.0m时，关闭中频率瞬变电磁仪采集器，开启低频率瞬变电磁仪采集器；
步骤5：开展旋喷作业；
按照步骤1至步骤4开展旋喷施工作业，直至旋喷钻头提升至指定高度时，完成单桩旋喷施工作业；按照此步骤最终完成全部旋喷施工作业；
步骤6：完成旋喷施工作业；
按照设计要求完成旋喷施工作业，清理施工场地，整理旋喷设备并退出施工场地。
优选地，所述高频率瞬变电磁仪采集器、中频率瞬变电磁仪采集器、低频率瞬变电磁仪采集器直径为钻杆直径的1/10-3/4；所述高频率瞬变电磁仪采集器、中频率瞬变电磁仪采集器、低频率瞬变电磁仪采集器的长度为5cm-50cm。
优选地，高频率瞬变电磁仪采集器发射频率大于50Hz，采样间隔小于100us，采样精度1mm；中频率瞬变电磁仪采集器发射频率为10-50Hz，采样间隔范围为100us~1ms，采样精度1cm；低频率瞬变电磁仪采集器发射频率为0-10Hz，采样间隔大于1ms，采样精度10cm。
优选地，所述一号喷射口、二号喷射口、三号喷射口采用无磁金属材料制成，一号喷射口入口直径为0.5-4mm，出口直径为1-24mm；二号喷射口入口直径为4-8mm，出口直径为8-24mm；三号喷射口入口直径为8-12mm，出口直径为16-24mm；一号喷射口、二号喷射口、三号喷射口的屈服强度均不小于235MPa。
优选地，所述一号喷射口、二号喷射口、三号喷射口与旋喷钻杆采用焊接或螺纹连接。
本发明所带来的有益技术效果：
通过采用三级喷口的方式，在不需提出钻杆的情况下进行喷口转换，进而改变浆液喷射流量，控制旋喷桩直径；（2）通过设置三级瞬变电磁仪采集器对电磁波进行采集，对不同频率的信号采用针对性精度的信号采集器，避免精度过大造成数据处理不匹配；（3）针对不同施工场地，采用不同施工方案，通过改变钻杆提速和更换喷口，达到动态施工的目的；（4）通过采用瞬变电磁法，将深层隐蔽工程进行可视化施工，达到实时监测的目的。
附图说明
图1为本发明一种对旋喷过程进行实时监测的施工方法的施工流程图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
实施例1：
如图1所示，在标准贯入数N值为30的场地上进行施工时，采用如下技术方案进行。
一种对旋喷过程进行实时监测的施工方法，其特征在于，基于具备桩径分级监测传感器和多级旋喷喷射口的无磁旋喷钻杆结合旋喷钻机，采用如下步骤开展旋喷施工作业实现动态施工、动态监测、动态反馈的方法：
步骤1：旋喷施工场地准备，完成预钻孔作业；
根据旋喷设计方案，在旋喷桩体中心轴位置处进行钻孔作业，并且对施工场地进行清理，除施工机械、施工线路外，旋喷钻孔周边2米范围内不得放置金属物体；
步骤2：旋喷钻头及钻杆配置及改造，旋喷钻机就位；
旋喷钻头及旋喷钻杆采用无磁材料加工而成，在旋喷钻头端部设置三级瞬变电磁仪采集器，旋喷钻头处的浆液喷射口设置为可转换的三级喷射口；其中三级瞬变电磁仪采集器分别为高频率瞬变电磁仪采集器、中频率瞬变电磁仪采集器、低频率瞬变电磁仪采集器，三级瞬变电磁仪采集器采用并联方式连接；三级喷射口分别为一号喷射口、二号喷射口、三号喷射口，三级喷射口均为圆锥体结构；将配置好的旋喷钻头、旋喷钻杆通过螺纹连接，然后将旋喷钻头、旋喷钻杆整体与旋喷钻机通过螺纹连接；
步骤3：确定旋喷动态施工方案；
初始条件下采用一号喷嘴，初始钻杆提速为30cm/min；按设定旋喷压力，若形成的旋喷桩径大于设计旋喷桩径，则逐渐增加钻杆提速，直至形成的旋喷桩径等于设计旋喷桩径，保持此时旋喷参数进行施工作业；按设定旋喷压力，若形成的旋喷桩径小于设计旋喷桩径，则采用二号喷嘴或三号喷嘴开始旋喷，与此同时开始调整钻杆提速，直至使得旋喷桩径等于设计旋喷桩径，保持此时旋喷参数进行施工作业；
步骤4：确定旋喷施工过程动态监测方案；
初始条件下开启高频率瞬变电磁仪采集器，设定旋喷钻杆附近电阻率大于周边未扰动土体电阻率20%及以上区域为旋喷桩体；根据旋喷桩体直径，若旋喷桩体半径小于0.5m时，保持高频率瞬变电磁仪采集器开启状态；若旋喷桩体半径大于或等于0.5m时，关闭高频率瞬变电磁仪采集器，开启中频率瞬变电磁仪采集器；若旋喷桩体半径大于或等于1.0m时，关闭中频率瞬变电磁仪采集器，开启低频率瞬变电磁仪采集器；
步骤5：开展旋喷作业；
按照步骤1至步骤4开展旋喷施工作业，直至旋喷钻头提升至指定高度时，完成单桩旋喷施工作业；按照此步骤最终完成全部旋喷施工作业；
步骤6：完成旋喷施工作业；
按照设计要求完成旋喷施工作业，清理施工场地，整理旋喷设备并退出施工场地。
优选地，所述高频率瞬变电磁仪采集器、中频率瞬变电磁仪采集器、低频率瞬变电磁仪采集器直径为钻杆直径的1/2；所述高频率瞬变电磁仪采集器、中频率瞬变电磁仪采集器、低频率瞬变电磁仪采集器的长度为20cm。
优选地，高频率瞬变电磁仪采集器发射频率大于50Hz，采样间隔小于100us，采样精度1mm；中频率瞬变电磁仪采集器发射频率为10-50Hz，采样间隔范围为100us~1ms，采样精度1cm；低频率瞬变电磁仪采集器发射频率为0-10Hz，采样间隔大于1ms，采样精度10cm。
优选地，所述一号喷射口、二号喷射口、三号喷射口采用无磁金属材料制成，一号喷射口入口直径为3mm，出口直径为7mm；二号喷射口入口直径为7mm，出口直径为12mm；三号喷射口入口直径为10mm，出口直径为20mm；一号喷射口、二号喷射口、三号喷射口的屈服强度均为280MPa。
优选地，所述一号喷射口、二号喷射口、三号喷射口与旋喷钻杆采用焊接或螺纹连接。
实施例2：
如图1所示，在标准贯入数N值为70时，采用如下技术方案进行施工。
一种对旋喷过程进行实时监测的施工方法，其特征在于，基于具备桩径分级监测传感器和多级旋喷喷射口的无磁旋喷钻杆结合旋喷钻机，采用如下步骤开展旋喷施工作业实现动态施工、动态监测、动态反馈的方法：
步骤1：旋喷施工场地准备，完成预钻孔作业；
根据旋喷设计方案，在旋喷桩体中心轴位置处进行钻孔作业，并且对施工场地进行清理，除施工机械、施工线路外，旋喷钻孔周边2米范围内不得放置金属物体；
步骤2：旋喷钻头及钻杆配置及改造，旋喷钻机就位；
旋喷钻头及旋喷钻杆采用无磁材料加工而成，在旋喷钻头端部设置三级瞬变电磁仪采集器，旋喷钻头处的浆液喷射口设置为可转换的三级喷射口；其中三级瞬变电磁仪采集器分别为高频率瞬变电磁仪采集器、中频率瞬变电磁仪采集器、低频率瞬变电磁仪采集器，三级瞬变电磁仪采集器采用并联方式连接；三级喷射口分别为一号喷射口、二号喷射口、三号喷射口，三级喷射口均为圆锥体结构；将配置好的旋喷钻头、旋喷钻杆通过螺纹连接，然后将旋喷钻头、旋喷钻杆整体与旋喷钻机通过螺纹连接；
步骤3：确定旋喷动态施工方案；
初始条件下采用二号喷嘴，始钻杆提速为20cm/min；按设定旋喷压力，若形成的旋喷桩径大于设计旋喷桩径，则逐渐增加钻杆提速，直至形成的旋喷桩径等于设计旋喷桩径，保持此时旋喷参数进行施工作业；按设定旋喷压力，若形成的旋喷桩径小于设计旋喷桩径，则采用三号喷嘴开始旋喷，与此同时开始调整钻杆提速，直至使得旋喷桩径等于设计旋喷桩径，保持此时旋喷参数进行施工作业；
步骤4：确定旋喷施工过程动态监测方案；
初始条件下开启高频率瞬变电磁仪采集器，设定旋喷钻杆附近电阻率大于周边未扰动土体电阻率20%及以上区域为旋喷桩体；根据旋喷桩体直径，若旋喷桩体半径小于0.5m时，保持高频率瞬变电磁仪采集器开启状态；若旋喷桩体半径大于或等于0.5m时，关闭高频率瞬变电磁仪采集器，开启中频率瞬变电磁仪采集器；若旋喷桩体半径大于或等于1.0m时，关闭中频率瞬变电磁仪采集器，开启低频率瞬变电磁仪采集器；
步骤5：开展旋喷作业；
按照步骤1至步骤4开展旋喷施工作业，直至旋喷钻头提升至指定高度时，完成单桩旋喷施工作业；按照此步骤最终完成全部旋喷施工作业；
步骤6：完成旋喷施工作业；
按照设计要求完成旋喷施工作业，清理施工场地，整理旋喷设备并退出施工场地。
优选地，所述高频率瞬变电磁仪采集器、中频率瞬变电磁仪采集器、低频率瞬变电磁仪采集器直径为钻杆直径的1/2；所述高频率瞬变电磁仪采集器、中频率瞬变电磁仪采集器、低频率瞬变电磁仪采集器的长度为30cm。
优选地，高频率瞬变电磁仪采集器发射频率大于50Hz，采样间隔小于100us，采样精度1mm；中频率瞬变电磁仪采集器发射频率为10-50Hz，采样间隔范围为100us~1ms，采样精度1cm；低频率瞬变电磁仪采集器发射频率为0-10Hz，采样间隔大于1ms，采样精度10cm。
优选地，所述一号喷射口、二号喷射口、三号喷射口采用无磁金属材料制成，一号喷射口入口直径为3mm，出口直径为7mm；二号喷射口入口直径为7mm，出口直径为14mm；三号喷射口入口直径为10mm，出口直径为20mm；一号喷射口、二号喷射口、三号喷射口的屈服强度为300MPa。
优选地，所述一号喷射口、二号喷射口、三号喷射口与旋喷钻杆采用焊接或螺纹连接。
本发明提出了一种对旋喷过程进行实时监测的施工方法，通过采用多级监测传感器、多级旋喷喷射口结合无磁钻杆，对旋喷施工进行监测，实现动态施工、动态监测、动态反馈的目标。当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种对旋喷过程进行实时监测的施工方法，其特征在于，基于具备桩径分级监测传感器和多级旋喷喷射口的无磁旋喷钻杆结合旋喷钻机，采用如下步骤开展旋喷施工作业实现动态施工、动态监测、动态反馈的方法：
步骤1：旋喷施工场地准备，完成预钻孔作业；
根据旋喷设计方案，在旋喷桩体中心轴位置处进行钻孔作业，并且对施工场地进行清理，除施工机械、施工线路外，旋喷钻孔周边2米范围内不得放置金属物体；
步骤2：旋喷钻头及钻杆配置及改造，旋喷钻机就位；
旋喷钻头及旋喷钻杆采用无磁材料加工而成，在旋喷钻头端部设置三级瞬变电磁仪采集器，旋喷钻头处的浆液喷射口设置为可转换的三级喷射口；其中三级瞬变电磁仪采集器分别为高频率瞬变电磁仪采集器、中频率瞬变电磁仪采集器、低频率瞬变电磁仪采集器，三级瞬变电磁仪采集器采用并联方式连接；三级喷射口分别为一号喷射口、二号喷射口、三号喷射口，三级喷射口均为圆锥体结构；将配置好的旋喷钻头、旋喷钻杆通过螺纹连接，然后将旋喷钻头、旋喷钻杆整体与旋喷钻机通过螺纹连接；
步骤3：确定旋喷动态施工方案；
标贯试验指标标贯基数N值范围为0-50时，初始条件下采用一号喷嘴，初始钻杆提速为30cm/min；按设定旋喷压力，若形成的旋喷桩径大于设计旋喷桩径，则逐渐增加钻杆提速，直至形成的旋喷桩径等于设计旋喷桩径，保持此时旋喷参数进行施工作业；按设定旋喷压力，若形成的旋喷桩径小于设计旋喷桩径，则采用二号喷嘴或三号喷嘴开始旋喷，与此同时开始调整钻杆提速，直至使得旋喷桩径等于设计旋喷桩径，保持此时旋喷参数进行施工作业；
标贯试验指标标贯基数N值范围为50-80时，初始条件下采用二号喷嘴，始钻杆提速为20cm/min；按设定旋喷压力，若形成的旋喷桩径大于设计旋喷桩径，则逐渐增加钻杆提速，直至形成的旋喷桩径等于设计旋喷桩径，保持此时旋喷参数进行施工作业；按设定旋喷压力，若形成的旋喷桩径小于设计旋喷桩径，则采用三号喷嘴开始旋喷，与此同时开始调整钻杆提速，直至使得旋喷桩径等于设计旋喷桩径，保持此时旋喷参数进行施工作业；
标贯试验指标标贯基数N值大于80时，初始条件下采用三号喷嘴，始钻杆提速为10cm/min；按设定旋喷压力，若形成的旋喷桩径大于设计旋喷桩径，则逐渐增加钻杆提速，直至形成的旋喷桩径等于设计旋喷桩径，保持此时旋喷参数进行施工作业；按设定旋喷压力，若形成的旋喷桩径小于设计旋喷桩径，则开始降低钻杆提速，直至使得旋喷桩径等于设计旋喷桩径，保持此时旋喷参数进行施工作业；
步骤4：确定旋喷施工过程动态监测方案；
初始条件下开启高频率瞬变电磁仪采集器，设定旋喷钻杆附近电阻率大于周边未扰动土体电阻率20%的区域为旋喷桩体；根据旋喷桩体直径，若旋喷桩体半径小于0.5m时，保持高频率瞬变电磁仪采集器开启状态；若旋喷桩体半径大于或等于0.5m时，关闭高频率瞬变电磁仪采集器，开启中频率瞬变电磁仪采集器；若旋喷桩体半径大于或等于1.0m时，关闭中频率瞬变电磁仪采集器，开启低频率瞬变电磁仪采集器；
步骤5：开展旋喷作业；
按照步骤1至步骤4开展旋喷施工作业，直至旋喷钻头提升至指定高度时，完成单桩旋喷施工作业；按照此步骤最终完成全部旋喷施工作业；
步骤6：完成旋喷施工作业；
按照设计要求完成旋喷施工作业，清理施工场地，整理旋喷设备并退出施工场地。
2.根据权利要求1所述的一种对旋喷过程进行实时监测的施工方法，其特征在于，所述高频率瞬变电磁仪采集器、中频率瞬变电磁仪采集器、低频率瞬变电磁仪采集器直径为钻杆直径的1/10-3/4；所述高频率瞬变电磁仪采集器、中频率瞬变电磁仪采集器、低频率瞬变电磁仪采集器的长度为5cm-50cm。
3.根据权利要求1所述的一种对旋喷过程进行实时监测的施工方法，其特征在于，高频率瞬变电磁仪采集器发射频率大于50Hz，采样间隔小于100us，采样精度1mm；中频率瞬变电磁仪采集器发射频率为10-50Hz，采样间隔范围为100us~1ms，采样精度1cm；低频率瞬变电磁仪采集器发射频率为0-10Hz，采样间隔大于1ms，采样精度10cm。
4.根据权利要求1所述的一种对旋喷过程进行实时监测的施工方法，其特征在于，所述一号喷射口、二号喷射口、三号喷射口采用无磁金属材料制成，一号喷射口入口直径为0.5-4mm，出口直径为1-24mm；二号喷射口入口直径为4-8mm，出口直径为8-24mm；三号喷射口入口直径为8-12mm，出口直径为16-24mm；一号喷射口、二号喷射口、三号喷射口的屈服强度均不小于235MPa。
5.根据权利要求1所述的一种对旋喷过程进行实时监测的施工方法，其特征在于，所述一号喷射口、二号喷射口、三号喷射口与旋喷钻杆采用焊接或螺纹连接。
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