CN110359504B - 一种用于旋喷桩径检测的电磁感应的数据处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于旋喷桩径检测的电磁感应的数据处理方法,属于地基处理领域中旋喷桩施工质量监测技术方面,基于瞬变电磁仪对旋喷施工过程的检测数据,采用如下步骤将瞬变电磁仪的采集数据进行处理进而确定旋喷桩径的方法:提取数据;识别并提取旋喷桩体边界的有效感应电动势;识别并提取旋喷桩体的有效视电阻率;确定旋喷桩径特征;旋喷桩径结果校准;获取桩径结果。本发明旋喷桩径检测的电磁感应的处理方法,将电磁感应理论应用到旋喷桩径监测方面,对旋喷桩的成桩直径进行实时监测,并根据监测结果随时调整施工参数,保证施工质量。
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,特别涉及到一种用于旋喷桩径检测的电磁感应的数据处理方法。
背景技术
高压旋喷桩所用的材料亦为水泥浆,它是利用高压经过旋转的喷嘴将水泥浆喷入土层与土体混合形成水泥土加固体,相互搭接形成排桩,用来挡土和止水。
随着国家基础建设的增多,特别是在大量建设高速公路、高层建筑、特大桥时都涉及若干桩基工程,而高压旋喷桩在基础工程、隧道工程等工程中应用十分广泛,其质量检测至关重要。旋喷桩桩径对桩的承载力影响巨大,决定着工程的质量。而与其他桩相比,旋喷桩桩径不易控制,也不易检测。
此外,从安全角度出发,最好每一根桩都能检测到。但实际上,都是按某种比例抽检。因此如果能整体检测一个区域的桩就能更好地控制桩的质量。另外,由于工期普遍缩短,而桩是各种建筑物的基础,任何后续工作必须在桩基检测合格后才能进行,所以某些时候需要快速准确的检测桩基。由于现有的桩基检测方法会破坏桩体,降低桩的强度,难以满足要求。
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技术,基于此,本发明提出一种用于旋喷桩径检测的电磁感应的数据处理方法。
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桩径检测的电磁感应的数据处理方法,克服了现有技术的不足。将电磁感应理论应用到旋喷桩径监测方面,对旋喷桩的成桩直径进行实时监测,并根据监测结果随时调整施工参数,保证施工质量。
为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种用于旋喷桩径检测的电磁感应的数据处理方法,其特征在于,基于瞬变电磁仪对旋喷施工过程的检测数据,采用如下步骤将瞬变电磁仪的采集数据进行处理进而确定旋喷桩径的方法:
步骤1:提取数据;从瞬变电磁仪采集系统中提取旋喷过程中的电磁感应信号,主要包含电磁感应信号的感应电动势、感应电流、频率、时间点等电磁特征参数,并以设计的旋喷桩体在地表上的中心为坐标原点建立空间直角坐标系,进而可获取在任一时间点瞬变电磁仪采集器中心所对应的空间位置坐标,并提取钻头轨迹坐标;
步骤2:识别并提取旋喷桩体边界的有效感应电动势;高压液体对土体进行切削是一个动态实现的过程,高压液体的切削作用使桩体直径逐渐变大,桩体内充满的喷射浆液的体积也在逐渐增多,从而使得在某一时间段附近桩体水平截面的感应电动势呈现逐渐增加的趋势,当旋喷作用达到最大桩径时,感应电动势不再增加;因此,按时间点次序将感应电动势依次排列,将感应电动势前后相邻数据进行大小比较;若后一组数据大于前一组数据,则删除前一组数据,直至出现后一组数据小于前一组数据,则同时保留该两组数据,采用后一组数据为起点,继续前后相邻数据进行大小比较;同样地,按照上述方法按顺序完成所有感应电动势数据比较,将最终保留的时间节点、感应电动势进行存储,并获取每一时间节点对应的瞬变电磁仪采集器中心所对应的空间位置坐标;
步骤3:识别并提取旋喷桩体的有效视电阻率;基于步骤2获得最终保留的时间节点、感应电动势、每一时间节点对应的瞬变电磁仪采集器中心空间位置坐标,进一步获取最终保留的时间节点、感应电动势对应的感应电流、频率,通过建立视电阻率与半空间电阻率之间的关系方程即可计算出瞬变电磁仪采集器周边的桩土视电阻率模型,将瞬变电磁仪采集器中心空间位置坐标与瞬变电磁仪采集器周边的桩土视电阻率模型在同一垂直位置处进行水平叠加,即可获得在步骤1空间直角坐标系下旋喷桩体的视电阻率模型;根据旋喷桩体的视电阻率模型,设定检测区域的视电阻率高于桩周土体视电阻率20%及以上则认定为旋喷桩体,按此标准可在旋喷桩体的视电阻率模型中确定旋喷桩体的最大边界S1;
步骤4:确定旋喷桩径特征;根据旋喷浆液的性质,可获得不同直径旋喷桩体对应的感应电动势大小,进而可获得旋喷桩体直径与感应电动势之间的函数关系f;基于步骤2中最终保留感应电动势,可计算出旋喷桩体的直径,进而可获得保留感应电动势及其对应的时间节点、在该时间节点瞬变电磁仪采集器中心所对应的空间位置;在步骤1空间直角坐标系下,以某一时间节点瞬变电磁仪采集器中心所对应的空间位置为起点,以该时间节点对应的感应电动势计算出的旋喷直径为线段L,在瞬变电磁仪采集器中心所对应的空间位置构成的向量方向上,将线段L一端点放至起点,另一端点对应的空间坐标即为该旋喷桩体的边界点,进而可确定旋喷桩体的边界S2,取旋喷桩体的边界S2与旋喷桩体的最大边界S1的并集,即为旋喷桩径的拟定边界S3;
步骤5:旋喷桩径结果校准;根据旋喷施工情况可知,旋喷桩体的边界应处于引孔边界W1外侧,且处于在该施工场地条件下旋喷极限喷射边界W2内侧;根据该条件,对旋喷桩径的拟定边界S3进行识别,删除其余不满足条件的坐标点;最终获得旋喷边界上有效的空间坐标数据;
步骤6:获取桩径结果;将旋喷边界上有效的空间坐标数据平面拟合,即获取空间条件下有效的旋喷桩径果。
优选地,所述瞬变电磁仪采集器中心所对应的空间位置坐标和钻头轨迹坐标中的数据精度为1mm。
优选地,所述旋喷桩径的拟定边界S3上的空间坐标数据以及旋喷边界上有效的空间坐标数据应达到设定的数据密度,在垂直方向每米应至少包含2000个旋喷桩径的拟定边界S3上的空间坐标数据,且在垂直方向每米应至少包含1000个旋喷边界上有效的空间坐标数据。
本发明所带来的有益技术效果:
(1)将事后检测变为过程监测,可以在线监测正在施工中的旋喷桩桩径,并根据监测结果随时调整施工参数,保证施工质量。(2)测量精确,旋喷桩桩径在线监测装置可以沿桩长给出桩径的变化曲线,而以往监测方法如开挖检测受地质条件限制只能开挖出较浅部桩体;钻孔取芯只能验证该处桩经是否达到,而无法测量出实际值。(3)节省时间,以往检测方法无论开挖检测还是钻孔取芯都需要在旋喷桩固接后进行,等待时间长,影响施工工期。(4)节省费用,以往检测方法无论开挖检测还是钻孔取芯都需要耗费较多人力或设备,并且检测本身花费的时间长。
附图说明
图1为本发明用于旋喷桩径检测的电磁感应的数据处理方法的施工流程。
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:
对本发明介绍的一种用于旋喷桩径检测的电磁感应的数据处理方法进行小规模试验,选取室外场地进行如下操作:
如图1所示,一种用于旋喷桩径检测的电磁感应的数据处理方法,其特征在于,基于瞬变电磁仪对旋喷施工过程的检测数据,采用如下步骤将瞬变电磁仪的采集数据进行处理进而确定旋喷桩径的方法:
步骤1:提取数据;从瞬变电磁仪采集系统中提取旋喷过程中的电磁感应信号,主要包含电磁感应信号的感应电动势、感应电流、频率、时间点等电磁特征参数,并以设计的旋喷桩体在地表上的中心为坐标原点建立空间直角坐标系,进而可获取在任一时间点瞬变电磁仪采集器中心所对应的空间位置坐标,并提取钻头轨迹坐标;
步骤2:识别并提取旋喷桩体边界的有效感应电动势;高压液体对土体进行切削是一个动态实现的过程,高压液体的切削作用使桩体直径逐渐变大,桩体内充满的喷射浆液的体积也在逐渐增多,从而使得在某一时间段附近桩体水平截面的感应电动势呈现逐渐增加的趋势,当旋喷作用达到最大桩径时,感应电动势不再增加;因此,按时间点次序将感应电动势依次排列,将感应电动势前后相邻数据进行大小比较;若后一组数据大于前一组数据,则删除前一组数据,直至出现后一组数据小于前一组数据,则同时保留该两组数据,采用后一组数据为起点,继续前后相邻数据进行大小比较;同样地,按照上述方法按顺序完成所有感应电动势数据比较,将最终保留的时间节点、感应电动势进行存储,并获取每一时间节点对应的瞬变电磁仪采集器中心所对应的空间位置坐标;
步骤3:识别并提取旋喷桩体的有效视电阻率;基于步骤2获得最终保留的时间节点、感应电动势、每一时间节点对应的瞬变电磁仪采集器中心空间位置坐标,进一步获取最终保留的时间节点、感应电动势对应的感应电流、频率,通过建立视电阻率与半空间电阻率之间的关系方程即可计算出瞬变电磁仪采集器周边的桩土视电阻率模型,将瞬变电磁仪采集器中心空间位置坐标与瞬变电磁仪采集器周边的桩土视电阻率模型在同一垂直位置处进行水平叠加,即可获得在步骤1空间直角坐标系下旋喷桩体的视电阻率模型;根据旋喷桩体的视电阻率模型,设定检测区域的视电阻率高于桩周土体视电阻率20%及以上则认定为旋喷桩体,按此标准可在旋喷桩体的视电阻率模型中确定旋喷桩体的最大边界S1;
步骤4:确定旋喷桩径特征;根据旋喷浆液的性质,可获得不同直径旋喷桩体对应的感应电动势大小,进而可获得旋喷桩体直径与感应电动势之间的函数关系f;基于步骤2中最终保留感应电动势,可计算出旋喷桩体的直径,进而可获得保留感应电动势及其对应的时间节点、在该时间节点瞬变电磁仪采集器中心所对应的空间位置;在步骤1空间直角坐标系下,以某一时间节点瞬变电磁仪采集器中心所对应的空间位置为起点,以该时间节点对应的感应电动势计算出的旋喷直径为线段L,在瞬变电磁仪采集器中心所对应的空间位置构成的向量方向上,将线段L一端点放至起点,另一端点对应的空间坐标即为该旋喷桩体的边界点,进而可确定旋喷桩体的边界S2,取旋喷桩体的边界S2与旋喷桩体的最大边界S1的并集,即为旋喷桩径的拟定边界S3;
步骤5:旋喷桩径结果校准;根据旋喷施工情况可知,旋喷桩体的边界应处于引孔边界W1外侧,且处于在该施工场地条件下旋喷极限喷射边界W2内侧;根据该条件,对旋喷桩径的拟定边界S3进行识别,删除其余不满足条件的坐标点;最终获得旋喷边界上有效的空间坐标数据;
步骤6:获取桩径结果;将旋喷边界上有效的空间坐标数据平面拟合,即获取空间条件下有效的旋喷桩径果。
优选地,所述瞬变电磁仪采集器中心所对应的空间位置坐标和钻头轨迹坐标中的数据精度为1mm。
优选地,所述旋喷桩径的拟定边界S3上的空间坐标数据以及旋喷边界上有效的空间坐标数据应达到设定的数据密度,在垂直方向每米应至少包含2000个旋喷桩径的拟定边界S3上的空间坐标数据,且在垂直方向每米应至少包含1000个旋喷边界上有效的空间坐标数据。
在室外场地上采用本发明的旋喷桩径检测的电磁感应的处理方法,数据采集完整,能通过方程模拟出桩径的大小,进而指导施工,且开挖后进行成桩质量检验,检验结果与理论计算结果吻合较好。
本发明旋喷桩径检测的电磁感应的处理方法,将电磁感应理论应用到旋喷桩径监测方面,对旋喷桩的成桩直径进行实时监测,并根据监测结果随时调整施工参数,保证施工质量。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 (3)
1.一种用于旋喷桩径检测的电磁感应的数据处理方法,其特征在于,基于瞬变电磁仪对旋喷施工过程的检测数据,采用如下步骤将瞬变电磁仪的采集数据进行处理进而确定旋喷桩径的方法:
步骤1:提取数据;从瞬变电磁仪采集系统中提取旋喷过程中的电磁感应信号,主要包含电磁感应信号的感应电动势、感应电流、频率、时间点等电磁特征参数,并以设计的旋喷桩体在地表上的中心为坐标原点建立空间直角坐标系,进而可获取在任一时间点瞬变电磁仪采集器中心所对应的空间位置坐标,并提取钻头轨迹坐标;
步骤2:识别并提取旋喷桩体边界的有效感应电动势;高压液体对土体进行切削是一个动态实现的过程,高压液体的切削作用使桩体直径逐渐变大,桩体内充满的喷射浆液的体积也在逐渐增多,从而使得在某一时间段附近桩体水平截面的感应电动势呈现逐渐增加的趋势,当旋喷作用达到最大桩径时,感应电动势不再增加;因此,按时间点次序将感应电动势依次排列,将感应电动势前后相邻数据进行大小比较;若后一组数据大于前一组数据,则删除前一组数据,直至出现后一组数据小于前一组数据,则同时保留该两组数据,采用后一组数据为起点,继续前后相邻数据进行大小比较;同样地,按照上述方法按顺序完成所有感应电动势数据比较,将最终保留的时间节点、感应电动势进行存储,并获取每一时间节点对应的瞬变电磁仪采集器中心所对应的空间位置坐标;
步骤3:识别并提取旋喷桩体的有效视电阻率;基于步骤2获得最终保留的时间节点、感应电动势、每一时间节点对应的瞬变电磁仪采集器中心空间位置坐标,进一步获取最终保留的时间节点、感应电动势对应的感应电流、频率,通过建立视电阻率与半空间电阻率之间的关系方程即可计算出瞬变电磁仪采集器周边的桩土视电阻率模型,将瞬变电磁仪采集器中心空间位置坐标与瞬变电磁仪采集器周边的桩土视电阻率模型在同一垂直位置处进行水平叠加,即可获得在步骤1空间直角坐标系下旋喷桩体的视电阻率模型;根据旋喷桩体的视电阻率模型,设定检测区域的视电阻率高于桩周土体视电阻率的20%则认定为旋喷桩体,按此标准可在旋喷桩体的视电阻率模型中确定旋喷桩体的最大边界S1;
步骤4:确定旋喷桩径特征;根据旋喷浆液的性质,可获得不同直径旋喷桩体对应的感应电动势大小,进而可获得旋喷桩体直径与感应电动势之间的函数关系f;基于步骤2中最终保留感应电动势,可计算出旋喷桩体的直径,进而可获得保留感应电动势及其对应的时间节点、在该时间节点瞬变电磁仪采集器中心所对应的空间位置;在步骤1空间直角坐标系下,以某一时间节点瞬变电磁仪采集器中心所对应的空间位置为起点,以该时间节点对应的感应电动势计算出的旋喷直径为线段L,在瞬变电磁仪采集器中心所对应的空间位置构成的向量方向上,将线段L一端点放至起点,另一端点对应的空间坐标即为该旋喷桩体的边界点,进而可确定旋喷桩体的边界S2,取旋喷桩体的边界S2与旋喷桩体的最大边界S1的并集,即为旋喷桩径的拟定边界S3;
步骤5:旋喷桩径结果校准;根据旋喷施工情况可知,旋喷桩体的边界应处于引孔边界W1外侧,且处于旋喷极限喷射边界W2内侧;根据旋喷桩体的边界处于W1外侧,且处于W2内侧,对旋喷桩径的拟定边界S3进行识别,删除其余不满足条件的坐标点;最终获得旋喷边界上有效的空间坐标数据;
步骤6:获取桩径结果;将旋喷边界上有效的空间坐标数据平面拟合,即获取空间条件下有效的旋喷桩径果。
2.根据权利要求1所述的一种用于旋喷桩径检测的电磁感应的数据处理方法,其特征在于,所述瞬变电磁仪采集器中心所对应的空间位置坐标和钻头轨迹坐标中的数据精度为1mm。
3.根据权利要求1所述的一种用于旋喷桩径检测的电磁感应的数据处理方法,其特征在于,所述旋喷桩径的拟定边界S3上的空间坐标数据以及旋喷边界上有效的空间坐标数据应达到设定的数据密度,在垂直方向每米应至少包含2000个旋喷桩径的拟定边界S3上的空间坐标数据,且在垂直方向每米应至少包含1000个旋喷边界上有效的空间坐标数据。
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