CN110331747B - 一种用于旋喷作业的瞬变电磁仪标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于旋喷作业的瞬变电磁仪标定方法，属于地基处理领域中旋喷桩施工质量监测技术方面，所述方法采用如下步骤：确定旋喷测试方案；仪器准备；预测试准备；开展预测试；开展旋喷测试；测试结果分析；结果推广应用。本发明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，动态控制的目的，且监测仪器轻便容易携带、操作简单省时、监测结果清楚直观，并且具有精度高，步骤简单，灵活、快捷、投入低且无损的特点，适于推广应用。

Description

一种用于旋喷作业的瞬变电磁仪标定方法

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，特别涉及到一种用于旋喷作业的瞬变电磁仪标定方法。

背景技术

瞬变电磁场法是一种建立在电磁感应原理基础上的时间域人工源电磁探测方法。它是利用阶跃形波电磁脉冲激发，利用不接地回线向地下发射一次场，在一次场断电后，测量由地下介质产生的感应二次场随时间的变化，来达到寻找各种地质目标的一种地球物理勘探方法。

旋喷桩是利用钻机将旋喷注浆管及喷头钻置于桩底设计高程，将预先配制好的浆液通过高压发生装置使液流获得巨大能量后，从注浆管边的喷嘴中高速喷射出来，形成一股能量高度集中的液流，直接破坏土体，喷射过程中，钻杆边旋转边提升，使浆液与土体充分搅拌混合，在土中形成一定直径的柱状固结体，从而使地基得到加固。

目前，旋喷桩施工工程中常采用的检查手段有很多种，如钻孔取芯、开挖和围井试验、探地雷达和高密度电法技术、瑞利波法等。钻孔取芯是最为直接，也是应用最为广泛的检测方法，其属于后验方法，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，为了达到保证施工质量的同时，又降低施工成本的目标，需要一种旋喷桩施工过程中的监测方法，基于此，本发明提出一种用于旋喷作业的瞬变电磁仪标定方法。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种用于旋喷作业的瞬变电磁仪标定方法，克服了现有技术的不足。通过对旋喷桩施工过程中桩径进行标定，实时监测水泥浆含量是否达到规范要求，避免水泥浆分布不均匀导致的潜在安全隐患。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于旋喷作业的瞬变电磁仪标定方法，其特征在于，基于瞬变电磁仪对旋喷桩施工过程中桩径质量及大小进行实时监测的方法采用如下步骤：

步骤1：确定旋喷测试方案，旋喷桩设计桩径d为0.2-3.0m，桩长L为1-50m，旋喷浆液为水泥浆，水泥浆水灰比为1-2，并且按实际预测试结果在水泥浆中掺入适量添加剂；

步骤2：仪器准备，根据旋喷桩径设计值d，选择配套的瞬变电磁仪采集器及其主机；

步骤3：预测试准备，将水灰比为1-2的水泥浆放入直径为0.2-3.0m，高度为0.5-2m的无磁性材料制成的圆柱形桶体中，同样地，将测试场地土体放入与放置水泥浆相同规格的圆柱形桶体中，并在放置场地土体的圆柱形桶体的垂直中轴线处设置一个与圆柱形桶体高度相同，直径为5-20cm的圆柱形空洞，其中圆柱形桶体中的场地土体与原状土的密实度、含水率保持一致；

步骤4：开展预测试，将瞬变电磁仪采集器分别垂直放置在装有水泥浆和场地土体圆柱形桶体的垂直中轴线上，使其自桩体上部垂直向下移动至底部并限制其在水平方向上发生旋转，根据瞬变电磁仪的检测结果，如果水泥浆的平均感应电动势比场地土体高20%及以上，并且计算出的平均视电阻率比场地土体高20%及以上，则采用该水泥浆使用方案；若不满足上述条件时，在浆液中掺入适量的添加剂，添加剂为微米级金属粉末，在每立方水泥浆液中掺入1kg微米级金属粉末，再次采用瞬变电磁仪采集器进行检测；若满足上述平均感应电动势、平均视电阻率条件时，则采用当前水泥浆及添加剂使用方案；若不满足上述平均感应电动势、平均视电阻率条件时，则在每立方水泥浆液中继续掺入1kg微米级金属粉末，直至满足上述平均感应电动势、平均视电阻率条件时为止，则确定采用此时的水泥浆及添加剂使用方案为旋喷浆液配置方案，在整个预测试过程中应保证微米级金属粉末在水泥浆中均匀分布；

步骤5：开展旋喷测试，按照旋喷测试方案形成旋喷桩后，将瞬变电磁仪采集器垂直放置在桩体的垂直中轴线上，使其自桩体上部垂直向下移动至底部并限制其在水平方向上发生旋转，瞬变电磁仪采集器实时获取旋喷桩体及其周边不同位置处的感应电动势、感应电流、频率等参数，并根据瞬变电磁仪采集器实时获取的参数计算视电阻率模型；

步骤6：测试结果分析，根据旋喷测试结果，统计不同水灰比条件下桩径为0.2m、0.3m、0.4m、0.5m，依次递增0.1m，直至桩径为3m，共计29种情况旋喷桩体的感应电动势及视电阻率规律，以旋喷桩径D为自变量，感应电动势V为因变量1，视电阻率R为因变量2，分别拟合出旋喷桩径D与感应电动势V、视电阻率R之间的数学关系表达式V=f(D)、R=f(D)；

步骤7：结果推广应用，在实际旋喷工程中，以步骤2条件为旋喷方案，采用瞬变电磁仪采集器按照步骤5要求对任意一旋喷桩体进行检测，可获得整个旋喷桩体在不同深度、不同水平位置处的感应电动势V_x及视电阻率R_x，已知旋喷浆液水灰比、设计桩径值，则可获得该旋喷桩体在理想条件下的标准感应电动势V₀、视电阻率R₀，将V₀、R₀与整个旋喷桩检测结果进行对比，若V_x大于或等于V₀，则表明该位置旋喷桩桩径满足设计要求，否则旋喷桩桩径不满足设计要求；若R_x大于或等于R₀，则表明该位置旋喷桩水泥浆含量满足设计要求，即表征旋喷桩质量满足设计要求，否则旋喷桩质量不满足设计要求。

优选地，所述微纳米金属粉末其粒径范围为1-200微米。

优选地，所述瞬变电磁仪采集器表面应设置厚度为0.01-2mm的防水层，并且防水层应采用无磁性、不透水材料。

优选地，所述数学关系表达式V=f(D)、R=f(D)的拟合优度应同时大于或等于0.9。

优选地，所述瞬变电磁仪采集器在检测过程中上下移动速度范围为1-100cm/min，并且整个检测过程中水泥浆液粘度不应超过50mPa·s。

本发明所带来的有益技术效果：（1）瞬变电磁法在旋喷桩施工过程中对桩径动态监测较为灵敏的方法，具有自动消除主要噪声源，且无地形影响，同点组合观测，与探测目标有最佳耦合，异常响应强，形态简单，分辨能力强等优点。（2）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，动态控制的目的。（3）基于瞬变电磁法的监测技术，监测仪器轻便容易携带、操作简单省时、监测结果清楚直观，并且具有精度高，步骤简单，灵活、快捷、投入低且无损的特点，适于推广应用。

附图说明

图1为本发明用于旋喷作业的瞬变电磁仪标定方法的施工流程图。

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：

选一处室外场地进行试验，试验场地为黏土地质，实验过程如下所示：

如图1所示，一种用于旋喷作业的瞬变电磁仪标定方法，其特征在于，基于瞬变电磁仪对旋喷桩施工过程中桩径质量及大小进行实时监测的方法采用如下步骤：

步骤1：确定旋喷测试方案，旋喷桩设计桩径d为2.0m，桩长L为10m，旋喷浆液为水泥浆，水泥浆水灰比为1.2，并且按实际预测试结果在水泥浆中掺入适量添加剂；

步骤2：仪器准备，根据旋喷桩径设计值d，选择配套的瞬变电磁仪采集器及其主机；

步骤3：预测试准备，将水灰比为1.2的水泥浆放入直径为2.0m，高度为2m的无磁性材料制成的圆柱形桶体中，同样地，将测试场地土体放入与放置水泥浆相同规格的圆柱形桶体中，并在放置场地土体的圆柱形桶体的垂直中轴线处设置一个与圆柱形桶体高度相同，直径为15cm的圆柱形空洞，其中圆柱形桶体中的场地土体与原状土的密实度、含水率保持一致；

步骤4：开展预测试，将瞬变电磁仪采集器分别垂直放置在装有水泥浆和场地土体圆柱形桶体的垂直中轴线上，使其自桩体上部垂直向下移动至底部并限制其在水平方向上发生旋转，根据瞬变电磁仪的检测结果，如果水泥浆的平均感应电动势比场地土体高20%及以上，并且计算出的平均视电阻率比场地土体高20%及以上，则采用该水泥浆使用方案；若不满足上述条件时，在浆液中掺入适量的添加剂，添加剂为微米级金属粉末，在每立方水泥浆液中掺入1kg微米级金属粉末，再次采用瞬变电磁仪采集器进行检测；若满足上述平均感应电动势、平均视电阻率条件时，则采用当前水泥浆及添加剂使用方案；若不满足上述平均感应电动势、平均视电阻率条件时，则在每立方水泥浆液中继续掺入1kg微米级金属粉末，直至满足上述平均感应电动势、平均视电阻率条件时为止，则确定采用此时的水泥浆及添加剂使用方案为旋喷浆液配置方案，在整个预测试过程中应保证微米级金属粉末在水泥浆中均匀分布；

步骤5：开展旋喷测试，按照旋喷测试方案形成旋喷桩后，将瞬变电磁仪采集器垂直放置在桩体的垂直中轴线上，使其自桩体上部垂直向下移动至底部并限制其在水平方向上发生旋转，瞬变电磁仪采集器实时获取旋喷桩体及其周边不同位置处的感应电动势、感应电流、频率等参数，并根据瞬变电磁仪采集器实时获取的参数计算视电阻率模型；

步骤6：测试结果分析，根据旋喷测试结果，统计不同水灰比条件下桩径为0.2m、0.3m、0.4m、0.5m，依次递增0.1m，直至桩径为3m，共计29种情况旋喷桩体的感应电动势及视电阻率规律，以旋喷桩径D为自变量，感应电动势V为因变量1，视电阻率R为因变量2，分别拟合出旋喷桩径D与感应电动势V、视电阻率R之间的数学关系表达式V=f(D)、R=f(D)；

步骤7：结果推广应用，在实际旋喷工程中，以步骤2条件为旋喷方案，采用瞬变电磁仪采集器按照步骤5要求对任意一旋喷桩体进行检测，可获得整个旋喷桩体在不同深度、不同水平位置处的感应电动势V_x及视电阻率R_x，已知旋喷浆液水灰比、设计桩径值，则可获得该旋喷桩体在理想条件下的标准感应电动势V₀、视电阻率R₀，将V₀、R₀与整个旋喷桩检测结果进行对比，若V_x大于或等于V₀，则表明该位置旋喷桩桩径满足设计要求，否则旋喷桩桩径不满足设计要求；若R_x大于或等于R₀，则表明该位置旋喷桩水泥浆含量满足设计要求，即表征旋喷桩质量满足设计要求，否则旋喷桩质量不满足设计要求。

优选地，所述微纳米金属粉末粒径为20微米。

优选地，所述瞬变电磁仪采集器表面设置厚度为1.5mm的防水层，并且防水层应采用无磁性、不透水材料。

优选地，所述数学关系表达式V=f(D)、R=f(D)的拟合优度应同时大于或等于0.9。

优选地，所述瞬变电磁仪采集器在检测过程中上下移动速度为20cm/min，并且整个检测过程中水泥浆液粘度不应超过50mPa·s。

实施例2：

选一处室外场地进行试验，试验场地为黏土地质，实验过程如下所示：

如图1所示，一种用于旋喷作业的瞬变电磁仪标定方法，其特征在于，基于瞬变电磁仪对旋喷桩施工过程中桩径质量及大小进行实时监测的方法采用如下步骤：

步骤1：确定旋喷测试方案，旋喷桩设计桩径d为1.5m，桩长L为15m，旋喷浆液为水泥浆，水泥浆水灰比为1，并且按实际预测试结果在水泥浆中掺入适量添加剂；

步骤2：仪器准备，根据旋喷桩径设计值d，选择配套的瞬变电磁仪采集器及其主机；

步骤3：预测试准备，将水灰比为1的水泥浆放入直径为1.5m，高度为1.5m的无磁性材料制成的圆柱形桶体中，同样地，将测试场地土体放入与放置水泥浆相同规格的圆柱形桶体中，并在放置场地土体的圆柱形桶体的垂直中轴线处设置一个与圆柱形桶体高度相同，直径为10cm的圆柱形空洞，其中圆柱形桶体中的场地土体与原状土的密实度、含水率保持一致；

步骤4：开展预测试，将瞬变电磁仪采集器分别垂直放置在装有水泥浆和场地土体圆柱形桶体的垂直中轴线上，使其自桩体上部垂直向下移动至底部并限制其在水平方向上发生旋转，根据瞬变电磁仪的检测结果，确定水泥浆的平均感应电动势比场地土体高20%及以上，并且计算出的平均视电阻率比场地土体高20%及以上，则确定采用该水泥浆使用方案；

步骤5：开展旋喷测试，按照旋喷测试方案形成旋喷桩后，将瞬变电磁仪采集器垂直放置在桩体的垂直中轴线上，使其自桩体上部垂直向下移动至底部并限制其在水平方向上发生旋转，瞬变电磁仪采集器实时获取旋喷桩体及其周边不同位置处的感应电动势、感应电流、频率等参数，并根据瞬变电磁仪采集器实时获取的参数计算视电阻率模型；

步骤6：测试结果分析，根据旋喷测试结果，统计不同水灰比条件下桩径为0.2m、0.3m、0.4m、0.5m，依次递增0.1m，直至桩径为3m，共计29种情况旋喷桩体的感应电动势及视电阻率规律，以旋喷桩径D为自变量，感应电动势V为因变量1，视电阻率R为因变量2，分别拟合出旋喷桩径D与感应电动势V、视电阻率R之间的数学关系表达式V=f(D)、R=f(D)；

步骤7：结果推广应用，在实际旋喷工程中，以步骤2条件为旋喷方案，采用瞬变电磁仪采集器按照步骤5要求对任意一旋喷桩体进行检测，可获得整个旋喷桩体在不同深度、不同水平位置处的感应电动势V_x及视电阻率R_x，已知旋喷浆液水灰比、设计桩径值，则可获得该旋喷桩体在理想条件下的标准感应电动势V₀、视电阻率R₀，将V₀、R₀与整个旋喷桩检测结果进行对比，得到V_x大于V₀，表明该位置旋喷桩桩径满足设计要求；且R_x大于R₀，表明该位置旋喷桩水泥浆含量满足设计要求，即表征旋喷桩质量满足设计要求。

优选地，所述微纳米金属粉末粒径为10微米。

优选地，所述瞬变电磁仪采集器表面应设置厚度为1mm的防水层，并且防水层应采用无磁性、不透水材料。

优选地，所述数学关系表达式V=f(D)、R=f(D)的拟合优度应同时大于或等于0.9。

优选地，所述瞬变电磁仪采集器在检测过程中上下移动速度范围为50cm/min，并且整个检测过程中水泥浆液粘度不应超过50mPa·s。

本发明用于旋喷作业的瞬变电磁仪标定方法，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，动态控制的目的。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)

1.一种用于旋喷作业的瞬变电磁仪标定方法，其特征在于，基于瞬变电磁仪对旋喷桩施工过程中桩径质量及大小进行实时监测的方法采用如下步骤：

步骤1：确定旋喷测试方案，旋喷桩设计桩径d为0.2-3.0m，桩长L为1-50m，旋喷浆液为水泥浆，水泥浆水灰比为1-2，并且按实际预测试结果在水泥浆中掺入适量添加剂；

步骤2：仪器准备，根据旋喷桩设计桩径d，选择配套的瞬变电磁仪采集器及其主机；

步骤3：预测试准备，将水灰比为1-2的水泥浆放入直径为0.2-3.0m，高度为0.5-2m的无磁性材料制成的圆柱形桶体中，同样地，将测试场地土体放入与放置水泥浆相同规格的圆柱形桶体中，并在放置场地土体的圆柱形桶体的垂直中轴线处设置一个与圆柱形桶体高度相同，直径为5-20cm的圆柱形空洞，其中圆柱形桶体中的场地土体与原状土的密实度、含水率保持一致；

步骤4：开展预测试，将瞬变电磁仪采集器分别垂直放置在装有水泥浆和场地土体圆柱形桶体的垂直中轴线上，使其自桩体上部垂直向下移动至底部并限制其在水平方向上发生旋转，根据瞬变电磁仪的检测结果，如果水泥浆的平均感应电动势比场地土体高20%及以上，并且计算出的平均视电阻率比场地土体高20%及以上，则采用该水泥浆使用方案；若不满足上述条件时，在浆液中掺入适量的添加剂，添加剂为微米级金属粉末，在每立方水泥浆液中掺入1kg微米级金属粉末，再次采用瞬变电磁仪采集器进行检测；若满足上述平均感应电动势、平均视电阻率条件时，则采用当前水泥浆及添加剂使用方案；若不满足上述平均感应电动势、平均视电阻率条件时，则在每立方水泥浆液中继续掺入1kg微米级金属粉末，直至满足上述平均感应电动势、平均视电阻率条件时为止，则确定采用此时的水泥浆及添加剂使用方案为旋喷浆液配置方案，在整个预测试过程中应保证微米级金属粉末在水泥浆中均匀分布；

步骤5：开展旋喷测试，按照旋喷测试方案形成旋喷桩后，将瞬变电磁仪采集器垂直放置在桩体的垂直中轴线上，使其自桩体上部垂直向下移动至底部并限制其在水平方向上发生旋转，瞬变电磁仪采集器实时获取旋喷桩体及其周边不同位置处的感应电动势、感应电流、频率等参数，并根据瞬变电磁仪采集器实时获取的参数计算视电阻率模型；

步骤6：测试结果分析，根据旋喷测试结果，统计不同水灰比条件下桩径为0.2m、0.3m、0.4m、0.5m，依次递增0.1m，直至桩径为3m，共计29种情况旋喷桩体的感应电动势及视电阻率规律，以旋喷桩桩径D为自变量，感应电动势V为因变量1，视电阻率R为因变量2，分别拟合出旋喷桩桩径D与感应电动势V、视电阻率R之间的数学关系表达式V=f(D)、R=f(D)；

步骤7：结果推广应用，在实际旋喷工程中，以步骤2条件为旋喷方案，采用瞬变电磁仪采集器按照步骤5要求对任意一旋喷桩体进行检测，可获得整个旋喷桩体在不同深度、不同水平位置处的感应电动势V_x及视电阻率R_x，已知旋喷浆液水灰比、设计桩径值，则可获得该旋喷桩体在理想条件下的标准感应电动势V₀、视电阻率R₀，将V₀、R₀与整个旋喷桩检测结果进行对比，若V_x大于或等于V₀，则表明该位置旋喷桩桩径满足设计要求，否则旋喷桩桩径不满足设计要求；若R_x大于或等于R₀，则表明该位置旋喷桩水泥浆含量满足设计要求，即表征旋喷桩质量满足设计要求，否则旋喷桩质量不满足设计要求。

2.根据权利要求1所述的一种用于旋喷作业的瞬变电磁仪标定方法，其特征在于，所述微米级金属粉末其粒径范围为1-200微米。

3.根据权利要求1所述的一种用于旋喷作业的瞬变电磁仪标定方法，其特征在于，所述瞬变电磁仪采集器表面设置厚度为0.01-2mm的防水层，并且防水层采用无磁性、不透水材料。

4.根据权利要求1所述的一种用于旋喷作业的瞬变电磁仪标定方法，其特征在于，所述数学关系表达式V=f(D)、R=f(D)的拟合优度同时大于或等于0.9。

5.根据权利要求1所述的一种用于旋喷作业的瞬变电磁仪标定方法，其特征在于，所述瞬变电磁仪采集器在检测过程中上下移动速度范围为1-100cm/min，并且整个检测过程中水泥浆液粘度不超过50mPa·s。

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