CN111963139B - 一种基于钻机电流的桩基入岩判定方法及系统 - Google Patents

一种基于钻机电流的桩基入岩判定方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于钻机电流的桩基入岩判定方法及系统。其中,所述方法包括步骤:构建桩基岩层强度与钻机实时电流函数关系式;在待施工区域进行试成孔,获取钻机钻进过程中第一实时电流数据;根据所述第一实时电流数据对所述函数关系式进行修正,建立桩基入岩判定标准;获取桩基成孔施工中钻机的第二实时电流,将所述第二实时电流同所述桩基入岩判定标准进行对比,当所述第二实时电流满足所述桩基入岩判定标准时,则判定桩基已入岩。通过构建桩基岩层强度与钻机实时电流强度之间的函数关系式,获得入岩判定标准,根据所述入岩判定标准对钻机电流进行实时判定,无需钻孔取芯或分析岩渣,节省判定时间,降低工程成本,并保证了判定的准确性。

Description

一种基于钻机电流的桩基入岩判定方法及系统
技术领域
本发明涉及桩基工程领域,尤其涉及一种基于钻机电流的桩基入岩判定方法及系统。
背景技术
在桩基工程中,特别是对于设计采用强风化及以上强度的基岩作为持力层的嵌岩桩,其桩端进入基岩的深度对地基承载力及安全使用尤为重要,因此桩基入岩的判定是保证桩基施工质量的关键因素。
目前主要采用两种方法进行入岩判定,一是在每个桩位进行钻孔取芯并加以分析,明确基岩顶面标高及确定桩端最终标高,但该方法操作繁复、影响施工进度、增加了工程成本;二是在钻进过程中收集旋挖钻机带出的岩渣,通过与地质勘探孔岩芯对比来判定是否入岩,但同一地点不同地层的岩渣状态相似,难以判断岩体的破碎或风化程度,给准确判定带来困难。
有鉴于此,如何在施工过程中对桩基进行准确的入岩判定是目前亟待解决的技术问题。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种基于钻机电流的桩基入岩判定方法及系统,旨在解决现有的桩基入岩判断方法繁琐、判断结果准确率低的问题。
一种基于钻机电流的桩基入岩判定方法,其中,所述方法包括步骤:
构建桩基岩层强度与钻机实时电流函数关系式;
在待施工区域进行试成孔,获取钻机钻进过程中第一实时电流数据;根据所述第一实时电流数据对所述函数关系式进行修正,建立桩基入岩判定标准;
获取桩基成孔施工中钻机的第二实时电流,将所述第二实时电流同所述桩基入岩判定标准进行对比,当所述第二实时电流满足所述桩基入岩判定标准时,则判定桩基已入岩。
上述所述桩基入岩判定方法,通过构建桩基岩层强度与钻机实时电流强度之间的函数关系式,结合待施工区域实时电流数据,对持力层(岩层)强度与实时电流函数关系进行修正,获得入岩判定标准,根据所述入岩判定标准对钻机电流进行实时判定,无需钻孔取芯或分析岩渣,节省判定时间,降低工程成本,并保证判定的准确性。
可选地,所述的基于钻机电流的桩基入岩判定方法,其中,所述桩基岩层强度与钻机实时电流函数关系式为:
Figure BDA0002574949170000031
其中,frk为岩层单轴抗压强度标准值,a,b,c为拟合系数。
可选地,所述的基于钻机电流的桩基入岩判定方法,其中,所述试成孔位置处于所述待施工区域的勘测孔位置上。
可选地,所述的基于钻机电流的桩基入岩判定方法,其中,所述对所述岩层强度与钻机实时电流函数关系式进行修正还包括:根据所述待施工区域的地层分布参数对所述岩层强度与钻机实时电流函数关系式进行修正。
可选地,所述的基于钻机电流的桩基入岩判定方法,其中,所述构建桩基岩层强度与钻机实时电流函数关系式的步骤,具体包括:
获取若干桩基钻进过程中地层强度及与所述地层强度对应的钻机实时电流数据;
根据若干所述桩基钻进过程中地层强度与所述钻机实时电流数据之间的对应关系,构建出桩基岩层强度与钻机实时电流函数关系式。
基于同样的发明构思,本发明还提供一种基于钻机电流的桩基入岩判定系统,其中,包括:
钻机,所述钻机包括发动机、总动力线、钻杆及钻头;
电流检测装置,包括电流传感器,所述电流传感器与所述总动力线连接用于检测输入所述钻机的电流;
入岩判定装置,所述入岩判定装置与所述电流检测装置连接;所述入岩判定装置用于存储桩基入岩判定标准,并根据实时电流对桩基是否入岩做出判定。
可选地,所述的基于钻机电流的桩基入岩判定系统,其中,还包括:
显示装置,所述显示装置与所述入岩判定装置连接,用于显示桩基入岩结果。
可选地,所述的基于钻机电流的桩基入岩判定系统,其中,所述电流传感器为互感器、分流器或霍尔传感器中的任一种。
可选地,所述的基于钻机电流的桩基入岩判定系统,其中,所述钻机还包括操控室,所述入岩判定装置及显示装置安装于所述操控室内。
可选地,所述的基于钻机电流的桩基入岩判定系统,其中,所述电流检测装置还包括无线传输模块,通过所述无线传输模块将所述电流数据传输至所述入岩判定装置
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种基于钻机电流的桩基入岩判定方法流程示意图;
图2为为本发明实施例提供的一种基于钻机电流的桩基入岩判定系统的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明,下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是,本发明可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施方式。相反地,提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的,不是旨在于限制本发明。
在高层建筑及基础设施工程中,桩基基础应用广泛。所述桩基由桩和连接桩顶的桩承台(简称承台)组成的深基础或由柱与桩基连接的单桩基础,简称桩基,包括嵌岩桩和摩擦桩。在桩基工程中,特别是对于设计采用中风化及以上强度的基岩作为持力层的嵌岩桩,其桩端进入基岩的深度对地基承载力及安全使用尤为重要,因此桩基入岩的判定是保证桩基施工质量的关键因素。由于复杂多变的现场地质条件,不同桩位的基岩顶面标高并不一致,难以参考地质勘查报告进行桩基入岩判定。
目前多采用在钻进过程中收集旋挖钻机带出的岩渣,通过与地质勘探孔岩芯对比来判定是否入岩,但同一地点不同地层的岩渣状态相似,难以判断岩体的破碎或风化程度,给准确判定带来困难。
基于此,本发明提供一种能够解决上述技术问题的方案,其详细内容将在后续实施例中得以阐述。
请参阅图1,如图所示,本发明所提供的基于钻机电流的桩基入岩判定方法包括如下步骤:
S100、构建桩基岩层强度与钻机实时电流函数关系式;
具体地,事先收集大量桩基钻进过程中不同岩层强度所对应的实时电流数据,对收集到的上述数据进行整理,构建出桩基岩层强度与钻机实时电流之间的函数关系式。例如构建出如下的关系式:
Figure BDA0002574949170000071
其中,frk为岩层单轴抗压强度标准值,a,b,c为拟合系数。岩层单轴抗压强度是岩体分级和岩体特性描述使用最多的性质,也是岩土工程中不同计算和设计方法中的一个重要参数。例如火山熔岩,干抗压强度为48.0至193.0兆帕,灰岩抗压强度为60.7至66.1兆帕。容易理解的,不同的岩层类别所对应的单轴抗压强度是不同的,钻机在钻进的过程中所对应的钻机电流也是不一样的。当钻机由单轴抗压强度低的土层进入单轴抗压强度高的岩层时,钻机的电流会发生突变,因此可以根据钻机电流的变化来判定钻机所钻进的地层位置(用于判定桩基入岩)。
S200、在待施工区域进行试成孔,获取钻机钻进过程中第一实时电流数据,根据所述第一实时电流数据对所述函数关系式进行修正,建立桩基入岩判定标准;
具体地,在准备施工区域进行试钻,即进行试成孔,记录试成孔进程中钻机电流的数据(即第一电流数据),利用所述第一电流数据对所述函数关系式进行修正,使函数关系式更贴合实际施工地层,并形成该项目施工的桩基入岩判定标准。容易理解的,所述入岩判定标准即当钻机电流超过某一电流值并维持一定的时间,即表示桩基入岩了。容易理解的,其中的某一电流值可以是根据试成孔时所得到的桩基入岩电流值,也可以是经过修正后的电流值(电流修正值),维持时间可以是3min、5min等,可以根据需要进行设置。
进一步,所述试成孔所在位置(钻取位置)可以是在前期的勘测孔位置上。将试成孔的成在勘测孔位置上可以更准确的获得不同地层对应的电流。
S300、获取桩基成孔施工中钻机的第二实时电流数据,将所述第二实时电流数据同所述桩基入岩判定标准进行对比,当所述第二实时电流数据满足所述桩基入岩判定标准时,则判定桩基已入岩。
具体地,获取钻机实际成桩时钻进进程中的电流数据(即第二实时电流数据),将所述第二实时电流数据与入岩判定标准进行比对,当第二实时电流数据满足所述入岩判定标准时,则表示桩基已经入岩。
在本实施例中,采用根据钻机电流的变化来判定桩基是否入岩,相比于现有的采用在钻进过程中收集旋挖钻机带出的岩渣,通过与地质勘探孔岩芯对比来判定是否入岩的判定方法相比,具有节省判定时间,降低工程成本,并保证判定的准确性。
在本实施例中,所述步骤S300之后还包括步骤S400钻机继续钻进,达到设计入岩深度后结束钻进。
在本实施例的一种实施方式中,还可以根据所述待施工区域的地层分布参数对所述岩层强度与钻机实时电流函数关系式进行修正。即对函数关系式进行修正,可以根据试成孔钻进时所记录的实时电流以及待施工区域的地层分布参数来进行。其中,所述待施工区域的地层分布参数可以是前期勘探时获取的以及附近建筑施工时桩基钻进时获取的。通过对比勘测孔地层分布与实时电流数据,针对当地地质状况对持力层(岩层)强度与实时电流函数关系进行修正,提升了判断的准确性。
基于相同的发明构思,本发明还提供一种基于钻机电流的桩基入岩判定系统,如图2所示,系统包括:旋挖钻机1,电流检测装置2、入岩判定装置3以及显示装置4;其中,所述旋挖钻机1包括发动机、与所述发动机连接的总动力线、钻杆与所述钻杆连接的钻头以及液压泵等。所述电流检测装置2,包括电流传感器,所述电流传感器与所述总动力线连接用于检测输入所述钻机的电流;所述入岩判定装置3与所述电流检测装置2连接;所述入岩判定装置用于存储桩基入岩判定标准,并根据实时电流对桩基是否入岩做出判定。所述显示装置4与所述入岩判定装置3连接,所述显示装置包括显示屏和声光提示模块,用于显示桩基入岩结果以及钻机的实时电流等,当入岩判定装置判定出桩基已经入岩时,在显示屏上显示的同时还可以发出语音提示,提示音可以是“入岩成功”、“嘟、嘟、嘟”等。容易理解的,所述入岩判定装置中存储有入岩判定标准以及用于接收电流传感器所获取的钻机电流数据,并将所述钻机电流数据同判定标准进行比较的功能模块(数据处理器)。
在本实施例中,通过对旋挖钻机电流进行实时检测,并通过入岩判定装置将所述钻机实时电流同入岩判定标准进行对比,将对比结果直观的显示在显示装置上,方便了用户的读取和监视。
在本实施例的一种实施方式中,所述电流传感器为互感器、分流器或霍尔传感器中的任一种(只要能满足对钻机电流进行实时检测的要求即可),传感器的具体型号以及连接方式均为本领域常规设置,在此不做限定。容易理解的,所述电流传感器获得的电流数据通过数据线或无线发射模块发送至入岩判定装置,即所述电流检测装置内还设置有数据传输线或者无线传输模块。所述入岩判定装置中设置有用于接收所述无线传输模块传输的实时电流数据的接收模块。
在本实施例的一种实施方式中,所述旋转钻机还包括操控室,可以将入岩判定装置以及显示装置安装在所述操控室内,方便操作。
综上所述,本发明提供了一种基于钻机电流的桩基入岩判定方法及系统。其中,所述方法包括步骤:构建桩基岩层强度与钻机实时电流函数关系式;在待施工区域进行试成孔,获取钻机钻进过程中第一实时电流数据;根据所述第一实时电流数据对所述函数关系式进行修正,建立桩基入岩判定标准;获取桩基成孔施工中钻机的第二实时电流,将所述第二实时电流同所述桩基入岩判定标准进行对比,当所述第二实时电流满足所述桩基入岩判定标准时,则判定桩基已入岩。通过构建桩基岩层强度与钻机实时电流强度之间的函数关系式,对比待施工地实时电流数据,对持力层(岩层)强度与实时电流函数关系进行修正,获得入岩判定标准,根据所述入岩判定标准对钻机电流进行实时判定,无需钻孔取芯或分析岩渣,节省判定时间,降低工程成本,并保证判定的准确性。
应当理解的是,本发明的应用不限于上述的举例,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于钻机电流的桩基入岩判定方法,其特征在于,所述方法包括步骤:
构建桩基岩层强度与钻机实时电流函数关系式;
在待施工区域进行试成孔,获取钻机钻进过程中第一实时电流数据,根据所述第一实时电流数据对所述函数关系式进行修正,建立桩基入岩判定标准;
获取桩基成孔施工中钻机的第二实时电流,将所述第二实时电流同所述桩基入岩判定标准进行对比,当所述第二实时电流满足所述桩基入岩判定标准时,则判定桩基已入岩;
所述桩基岩层强度与钻机实时电流函数关系式为:
Figure FDA0003192646890000011
其中,frk为岩层单轴抗压强度标准值,a,b,c为拟合系数;
根据所述待施工区域的地层分布参数对所述岩层强度与钻机实时电流函数关系式进行修正;
所述构建桩基岩层强度与钻机实时电流函数关系式的步骤,具体包括:
获取若干桩基钻进过程中岩层强度及与所述岩层强度对应的钻机实时电流数据;
根据若干所述桩基钻进过程中岩层强度与所述钻机实时电流数据之间的对应关系,构建桩基岩层强度与钻机实时电流函数关系式。
2.如权利要求1所述的基于钻机电流的桩基入岩判定方法,其特征在于,所述试成孔位置处于所述待施工区域的勘测孔位置上。
3.一种如权利要求1-2任一所述的桩基入岩判定方法的桩基入岩判定系统,其特征在于,包括:
钻机,所述钻机包括发动机、总动力线、钻杆及钻头;
电流检测装置,包括电流传感器,所述电流传感器与所述总动力线连接用于检测输入所述钻机的电流;
入岩判定装置,所述入岩判定装置与所述电流检测装置连接;所述入岩判定装置用于存储桩基入岩判定标准,并根据所述钻机的实时电流对桩基是否入岩做出判定;
显示装置,所述显示装置与所述入岩判定装置连接,用于显示桩基入岩判定结果;
所述显示装置包括显示屏和声光提示模块,用于显示桩基入岩结果以及钻机的实时电流,当入岩判定装置判定出桩基已经入岩时,在显示屏上显示的同时还可以发出语音提示。
4.如权利要求3所述的桩基入岩判定系统,其特征在于,所述电流传感器为互感器、分流器或霍尔传感器中的任一种。
5.如权利要求3所述的桩基入岩判定系统,其特征在于,所述钻机还包括操控室,所述入岩判定装置及显示装置安装于所述操控室内。
6.如权利要求3所述的桩基入岩判定系统,其特征在于,所述电流检测装置还包括无线传输模块,通过所述无线传输模块将电流数据传输至所述入岩判定装置。
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