CN110331748B - 旋喷桩施工过程动态监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了旋喷桩施工过程动态监测方法，属于桩基监测技术领域，所述方法采用如下步骤：对旋喷区域进行钻孔作业；按照一定布置方式布设微震传感器；开展微震传感器标定试验；通过微震传感器与震动位置对P波波速进行分析；判断P波波速的定位误差与旋喷桩直径的比值是否小于2%，若不满足，则重复标定，若满足，取3次P波波速的平均值为有效P波波速；在目标钻孔周边布设至少5个微震传感器；对桩径进行实时监测，并对微震事件的模型进行构建；完成旋喷桩施工作业，并构建整个旋喷桩体的模型示意图。本发明通过在施工过程中对旋喷桩的直径进行实时监测，既能避免桩径不足导致的潜在安全隐患，又能控制旋喷桩径过大而造成的材料浪费。
Description
技术领域
本发明属于桩基监测技术领域，具体涉及到旋喷桩施工过程动态监测方法。
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、隧道超前支护等领域。
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。施工中一般分为两个工作流程，即先钻后喷，再下钻喷射，然后提升搅拌，保证每米桩浆土比例和质量。
由于旋喷桩属于隐蔽工程，质量验收存在较大难度，故施工过程中的成桩参数监测、记录尤为重要。目前，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监测方法，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。所以，有待发明一种高压旋喷桩施工成桩直径实时监控方法，从根本上对旋喷桩直径进行控制，以确保旋喷桩施工质量。基于此，本发明提出了旋喷桩施工过程动态监测方法。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了旋喷桩施工过程动态监测方法，克服了现有技术的不足。通过在施工过程中对旋喷桩的直径进行实时监测，既能避免桩径不足导致的潜在安全隐患，又能控制旋喷桩径过大而造成的材料浪费。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
旋喷桩施工过程动态监测方法，其特征在于，基于微震传感器对旋喷桩施工过程中桩径大小进行动态监测的方法采用如下步骤：
步骤1：对旋喷区域进行钻孔作业，钻孔直径50mm-800mm，钻孔间距为旋喷桩径设计值的0.5-5倍；
步骤2：钻孔结束后，在目标钻孔周边按照空间阵列结构布设至少5个微震传感器，微震传感器距离钻孔中心的水平距离不小于2倍旋喷桩径；
步骤3：开展微震传感器标定试验，在钻孔指定位置处，采用设定压力的浆液进行旋喷施工，当至少5个微震传感器获得有效微震信号后，持续进行旋喷作业并保持一段时间，然后采用直接开挖的方法测量旋喷桩径大小；
步骤4：根据微震传感器监测的震动信号结果以及旋喷桩、微震传感器的空间位置关系，对震动信号的波形、频率、周期等频谱特征参数进行分析，通过设定旋喷切削土体产生的P波波速对震动位置进行反演分析；
步骤5：重复步骤3、步骤4，当3次设定的P波波速使得定位误差与旋喷桩直径的比值小于2%时，取3次P波波速的平均值为有效P波波速；
步骤6：正式开展旋喷桩施工过程动态监测，在目标钻孔周边按照空间阵列结构布设至少5个微震传感器；
步骤7：按照旋喷桩设计要求开展旋喷施工作业，当至少5个微震传感器获得有效微震信号后，由微震传感器的微震信号频谱特征参数，结合有效P波波速对微震事件的模型进行构建，进而可实时动态确定高压浆液切削土体的位置，即旋喷桩的实时桩径大小；
步骤8：完成旋喷桩施工作业，并根据不同时间、不同位置处微震事件模型构建整个旋喷桩体的模型示意图。
优选地，所述微震传感器选用加速度传感器，其可监测的频率范围为50Hz-10000Hz，灵敏度应小于0.8V/g。
优选地，所述按照空间阵列结构布设微震传感器，其布置方式应满足以下条件：
（1）约2/3数量的微震传感器分布于目标钻孔左右两侧的钻孔中，目标钻孔左右两侧的钻孔中的传感器数量相同，放置微震传感器的钻孔中心与目标钻孔中心的水平距离不小于旋喷桩径设计值的2倍；
（2）同一钻孔中的微震传感器不得布置于同一垂直线上，其在水平面上的投影应均匀分布在钻孔轮廓线上，不同钻孔中的微震传感器不得布置于同一水平面上，不同钻孔中的震传感器在同一垂直线上的投影应均匀分布；
（3）约1/3数量的微震传感器分布于目标钻孔周边的水平地面处，水平地面处的微震传感器以目标钻孔为中心，沿正方形轮廓分布于4个角点及边线处，其正方形边长应不小于2倍桩径，如水平地面处的微震传感器数量少于或等于4个，则优先沿角点分布；
（4）为确保微震传感器能够稳定监测微震事件，应保证微震传感器可靠置入稳定土层中，其入土深度应大于20cm，且每个位置微震传感器的入土深度均不同，各微震传感器入土深度之间差值不小于5cm。
优选地，所述采用一定压力的浆液进行旋喷施工，其旋喷浆液的压力应不小于30MPa，其旋喷浆液喷射时的粘度应小于18mPa•s，其旋喷浆液的流量应不小于100L/min。
所述开展旋喷施工作业过程中，除旋喷钻机外，以目标钻孔为圆心半径20m范围内不得有其他机械开展施工作业或产生震动。
优选地，所述步骤2和步骤6中，为保证监测效果及精度的最大化，应在目标钻孔周边至少获得8个有效微震信号，微震传感器的数量及有效微震信号数量应满足以下条件：
（1）当旋喷钻孔深度小于或等于10m时，目标钻孔左右两侧的单个钻孔中至少布置3个微震传感器，目标钻孔周边的水平地面处至少布置4个微震传感器，旋喷过程中至少获取8有效微震信号；
（2）当旋喷钻孔深度大于10m且小于或等于20m时，目标钻孔左右两侧的单个钻孔中至少布置5个微震传感器，目标钻孔周边的水平地面处至少布置4个微震传感器，旋喷过程中至少获取10有效微震信号；
（3）当旋喷钻孔深度大于20m且小于或等于30m时，目标钻孔左右两侧的单个钻孔中至少布置6个微震传感器，目标钻孔周边的水平地面处至少布置6个微震传感器，旋喷过程中至少获取12有效微震信号；
（4）当旋喷钻孔深度大于30m时，目标钻孔左右两侧的单个钻孔中至少布置8个微震传感器，目标钻孔周边的水平地面处至少布置8个微震传感器，旋喷过程中至少获取16有效微震信号。
本发明所带来的有益技术效果：（1）对旋喷桩的直径进行实时监测，既能避免桩径不足导致的潜在安全隐患，又能控制旋喷桩径过大而造成的材料浪费；（2）还能根据监测结果及时纠正施工偏差，从而保证工程质量；（3）利用超声波监测技术，仪器轻便容易携带、操作简单省时、监测结果清楚直观，并且具有监测精度高，监测步骤简单，灵活、快捷、投入低且无损的特点，适于推广应用；（4）通过将微震技术引入旋喷桩的监测，对旋喷桩的科学研究提供一种新型实验监测手段，理论意义巨大。
附图说明
图1为本发明旋喷桩施工过程动态监测方法的施工流程图。
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：
采用本发明介绍的监测方法，在某场地进行模型试验，旋喷钻孔深度为15米，旋喷桩桩径为1.5米。具体技术如下：
如图1所示，旋喷桩施工过程动态监测方法，其特征在于，基于微震传感器对旋喷桩施工过程中桩径大小进行动态监测的方法采用如下步骤：
步骤1：对旋喷区域进行钻孔作业，钻孔直径130mm，钻孔间距为旋喷桩径设计值的0.8倍；
步骤2：钻孔结束后，在目标钻孔周边按照空间阵列结构布设20个微震传感器，微震传感器距离钻孔中心的水平距离不小于2倍旋喷桩径；
步骤3：开展微震传感器标定试验，在钻孔指定位置处，采用设定压力的浆液进行旋喷施工，当20个微震传感器获得有效微震信号后，持续进行旋喷作业并保持一段时间，然后采用直接开挖的方法测量旋喷桩径大小；
步骤4：根据微震传感器监测的震动信号结果以及旋喷桩、微震传感器的空间位置关系，对震动信号的波形、频率、周期等频谱特征参数进行分析，通过设定旋喷切削土体产生的P波波速对震动位置进行反演分析；
步骤5：重复步骤3、步骤4，当3次设定的P波波速使得定位误差与旋喷桩直径的比值小于2%时，取3次P波波速的平均值为有效P波波速；
步骤6：正式开展旋喷桩施工过程动态监测，在目标钻孔周边按照空间阵列结构布设20个微震传感器；
步骤7：按照旋喷桩设计要求开展旋喷施工作业，当20个微震传感器获得有效微震信号后，由微震传感器的微震信号频谱特征参数，结合有效P波波速对微震事件的模型进行构建，进而可实时动态确定高压浆液切削土体的位置，即旋喷桩的实时桩径大小；
步骤8：完成旋喷桩施工作业，并根据不同时间、不同位置处微震事件模型构建整个旋喷桩体的模型示意图。
优选地，所述微震传感器选用加速度传感器，其可监测的频率范围为50Hz-10000Hz，灵敏度应小于0.8V/g。
优选地，所述按照空间阵列结构布设微震传感器，其布置方式应满足以下条件：
（1）12个微震传感器分布于目标钻孔左右两侧的钻孔中，目标钻孔左右两侧的钻孔中的传感器数量相同，放置微震传感器的钻孔中心与目标钻孔中心的水平距离不小于旋喷桩径设计值的2倍；
（2）同一钻孔中的微震传感器不得布置于同一垂直线上，其在水平面上的投影应均匀分布在钻孔轮廓线上，不同钻孔中的微震传感器不得布置于同一水平面上，不同钻孔中的震传感器在同一垂直线上的投影应均匀分布；
（3）8个微震传感器分布于目标钻孔周边的水平地面处，水平地面处的微震传感器以目标钻孔为中心，沿正方形轮廓分布于4个角点及边线处，其正方形边长应不小于2倍桩径，其中4个水平地面处的微震传感器优先沿角点分布，另外4个水平地面处的微震传感器随机分布于正方形边线处；
（4）为确保微震传感器能够稳定监测微震事件，应保证微震传感器可靠置入稳定土层中，其入土深度应大于20cm，且每个位置微震传感器的入土深度均不同，各微震传感器入土深度之间差值不小于5cm。
优选地，所述采用一定压力的浆液进行旋喷施工，其旋喷浆液的压力为40MPa，其旋喷浆液喷射时的粘度应小于18mPa•s，其旋喷浆液的流量为200L/min。
所述开展旋喷施工作业过程中，除旋喷钻机外，以目标钻孔为圆心半径20m范围内不得有其他机械开展施工作业或产生震动。
优选地，所述步骤2和步骤6中，为保证监测效果及精度的最大化，应在目标钻孔周边至少获得8个有效微震信号，微震传感器的数量及有效微震信号数量应满足以下条件：
目标钻孔左右两侧的单个钻孔中至少布置5个微震传感器，目标钻孔周边的水平地面处至少布置4个微震传感器，旋喷过程中至少获取10有效微震信号。
实施例2：
采用本发明介绍的监测方法，在某场地进行模型试验，旋喷桩深度为10米，旋喷桩桩径为1.5米，具体技术如下：
如图1所示，旋喷桩施工过程动态监测方法，其特征在于，基于微震传感器对旋喷桩施工过程中桩径大小进行动态监测的方法采用如下步骤：
步骤1：对旋喷区域进行钻孔作业，钻孔直径120mm，钻孔间距为旋喷桩径设计值的0.9倍；
步骤2：钻孔结束后，在目标钻孔周边按照空间阵列结构布设18个微震传感器，微震传感器距离钻孔中心的水平距离不小于2倍旋喷桩径；
步骤3：开展微震传感器标定试验，在钻孔指定位置处，采用设定压力的浆液进行旋喷施工，当18个微震传感器获得有效微震信号后，持续进行旋喷作业并保持一段时间，然后采用直接开挖的方法测量旋喷桩径大小；
步骤4：根据微震传感器监测的震动信号结果以及旋喷桩、微震传感器的空间位置关系，对震动信号的波形、频率、周期等频谱特征参数进行分析，通过设定旋喷切削土体产生的P波波速对震动位置进行反演分析；
步骤5：重复步骤3、步骤4，当3次设定的P波波速使得定位误差与旋喷桩直径的比值小于2%时，取3次P波波速的平均值为有效P波波速；
步骤6：正式开展旋喷桩施工过程动态监测，在目标钻孔周边按照空间阵列结构布设18个微震传感器；
步骤7：按照旋喷桩设计要求开展旋喷施工作业，当18个微震传感器获得有效微震信号后，由微震传感器的微震信号频谱特征参数，结合有效P波波速对微震事件的模型进行构建，进而可实时动态确定高压浆液切削土体的位置，即旋喷桩的实时桩径大小；
步骤8：完成旋喷桩施工作业，并根据不同时间、不同位置处微震事件模型构建整个旋喷桩体的模型示意图。
优选地，所述微震传感器选用加速度传感器，其可监测的频率范围为50Hz-10000Hz，灵敏度应小于0.8V/g。
优选地，所述按照空间阵列结构布设微震传感器，其布置方式应满足以下条件：
（1）12个微震传感器分布于目标钻孔左右两侧的钻孔中，目标钻孔左右两侧的钻孔中的传感器数量相同，放置微震传感器的钻孔与目标钻孔的水平距离不小于旋喷桩径设计值的2倍；
（2）同一钻孔中的微震传感器不得布置于同一垂直线上，其在水平面上的投影应均匀分布在钻孔轮廓线上，不同钻孔中的微震传感器不得布置于同一水平面上，不同钻孔中的震传感器在同一垂直线上的投影应均匀分布；
（3）6个微震传感器分布于目标钻孔周边的水平地面处，水平地面处的微震传感器以目标钻孔为中心，沿正方形轮廓分布于4个角点及边线处，其正方形边长应不小于2倍桩径，其中4个水平地面处的微震传感器优先沿角点分布，另外2个水平地面处的微震传感器随机分布于正方形边线处；
（4）为确保微震传感器能够稳定监测微震事件，应保证微震传感器可靠置入稳定土层中，其入土深度应大于20cm，且每个位置微震传感器的入土深度均不同，各微震传感器入土深度之间差值不小于5cm。
优选地，所述采用一定压力的浆液进行旋喷施工，其旋喷浆液的压力为35MPa，其旋喷浆液喷射时的粘度应小于18mPa•s，其旋喷浆液的流量为180L/min。
所述开展旋喷施工作业过程中，除旋喷钻机外，以目标钻孔为圆心半径20米范围内不得有其他机械开展施工作业或产生震动。
优选地，所述步骤2和步骤6中，为保证监测效果及精度的最大化，应在目标钻孔周边至少获得8个有效微震信号，微震传感器的数量及有效微震信号数量应满足以下条件：
目标钻孔左右两侧的单个钻孔中至少布置3个微震传感器，目标钻孔周边的水平地面处至少布置4个微震传感器，旋喷过程中至少获取8个有效微震信号；
本发明通过对旋喷桩的直径进行实时监测，既能避免桩径不足导致的潜在安全隐患，又能控制旋喷桩径过大而造成的材料浪费；还能根据监测结果及时纠正施工偏差，从而保证工程质量。
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 (6)
1.旋喷桩施工过程动态监测方法，其特征在于，基于微震传感器对旋喷桩施工过程中桩径大小进行动态监测的方法采用如下步骤：
步骤1：对旋喷区域进行钻孔作业，钻孔直径50mm-800mm，钻孔间距为旋喷桩径设计值的0.5-5倍；
步骤2：钻孔结束后，在目标钻孔周边按照空间阵列结构布设至少5个微震传感器，微震传感器距离钻孔中心的水平距离不小于2倍旋喷桩径；
步骤3：开展微震传感器标定试验，在钻孔指定位置处，采用设定压力的浆液进行旋喷施工，当至少5个微震传感器获得有效微震信号后，持续进行旋喷作业并保持一段时间，然后采用直接开挖的方法测量旋喷桩径大小；
步骤4：根据微震传感器监测的震动信号结果以及旋喷桩、微震传感器的空间位置关系，对震动信号的波形、频率、周期等频谱特征参数进行分析，通过设定旋喷切削土体产生的P波波速对震动位置进行反演分析；
步骤5：重复步骤3、步骤4，当3次设定的P波波速使得定位误差与旋喷桩直径的比值小于2%时，取3次P波波速的平均值为有效P波波速；
步骤6：正式开展旋喷桩施工过程动态监测，在目标钻孔周边按照空间阵列结构布设至少5个微震传感器；
步骤7：按照旋喷桩设计要求开展旋喷施工作业，当至少5个微震传感器获得有效微震信号后，由微震传感器的微震信号频谱特征参数，结合有效P波波速对微震事件的模型进行构建，进而可实时动态确定高压浆液切削土体的位置，即旋喷桩的实时桩径大小；
步骤8：完成旋喷桩施工作业，并根据不同时间、不同位置处微震事件模型构建整个旋喷桩体的模型示意图。
2.根据权利要求1所述的旋喷桩施工过程动态监测方法，其特征在于，所述微震传感器选用加速度传感器，其可监测的频率范围为50Hz-10000Hz，灵敏度应小于0.8V/g。
3.根据权利要求1所述的旋喷桩施工过程动态监测方法，其特征在于，所述按照空间阵列结构布设微震传感器，其布置方式应满足以下条件：
（1）约2/3数量的微震传感器分布于目标钻孔左右两侧的钻孔中，目标钻孔左右两侧的钻孔中的传感器数量相同，放置微震传感器的钻孔中心与目标钻孔中心的水平距离不小于旋喷桩径设计值的2倍；
（2）同一钻孔中的微震传感器不得布置于同一垂直线上，其在水平面上的投影应均匀分布在钻孔轮廓线上，不同钻孔中的微震传感器不得布置于同一水平面上，不同钻孔中的震传感器在同一垂直线上的投影应均匀分布；
（3）约1/3数量的微震传感器分布于目标钻孔周边的水平地面处，水平地面处的微震传感器以目标钻孔为中心，沿正方形轮廓分布于4个角点及边线处，其正方形边长应不小于2倍桩径，如水平地面处的微震传感器数量少于或等于4个，则优先沿角点分布；
（4）为确保微震传感器能够稳定监测微震事件，应保证微震传感器可靠置入稳定土层中，其入土深度应大于20cm，且每个位置微震传感器的入土深度均不同，各微震传感器入土深度之间差值不小于5cm。
4.根据权利要求1所述的旋喷桩施工过程动态监测方法，其特征在于，所述采用设定压力的浆液进行旋喷施工，其旋喷浆液的压力应不小于30MPa，其旋喷浆液喷射时的粘度应小于18mPa•s，其旋喷浆液的流量应不小于100L/min。
5.根据权利要求1所述的旋喷桩施工过程动态监测方法，其特征在于，所述开展旋喷施工作业过程中，除旋喷钻机外，以目标钻孔为圆心半径20m范围内不得有其他机械开展施工作业或产生震动。
6.根据权利要求1所述的旋喷桩施工过程动态监测方法，其特征在于，所述步骤2和步骤6中，为保证监测效果及精度的最大化，应在目标钻孔周边至少获得8个有效微震信号，微震传感器的数量及有效微震信号数量应满足以下条件：
（1）当旋喷钻孔深度小于或等于10m时，目标钻孔左右两侧的单个钻孔中至少布置3个微震传感器，目标钻孔周边的水平地面处至少布置4个微震传感器，旋喷过程中至少获取8有效微震信号；
（2）当旋喷钻孔深度大于10m且小于或等于20m时，目标钻孔左右两侧的单个钻孔中至少布置5个微震传感器，目标钻孔周边的水平地面处至少布置4个微震传感器，旋喷过程中至少获取10有效微震信号；
（3）当旋喷钻孔深度大于20m且小于或等于30m时，目标钻孔左右两侧的单个钻孔中至少布置6个微震传感器，目标钻孔周边的水平地面处至少布置6个微震传感器，旋喷过程中至少获取12有效微震信号；
（4）当旋喷钻孔深度大于30m时，目标钻孔左右两侧的单个钻孔中至少布置8个微震传感器，目标钻孔周边的水平地面处至少布置8个微震传感器，旋喷过程中至少获取16个有效微震信号。
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