CN112627175A - 水泥土搅拌桩施工系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及地基处理技术领域,尤其涉及一种水泥土搅拌桩施工系统及方法。包括桩机、超前判识系统、数据处理系统以及控制系统,桩机包括钻头以及同轴固定在钻头底端的穿刺轴,超前判识系统设置在穿刺轴上,超前判识系统用于采集钻头下部的地层参数并将所得地层参数发送至数据处理系统,数据处理系统根据地层参数计算出桩机的喷浆量并发送至控制系统,控制系统用于控制钻头的喷浆量。本公开通过提前判识下一土层的地层参数,并反馈至数据处理系统,以计算出喷浆量,从而根据不同土层性质实现精准喷浆,避免出现软弱土层浆量不足,较硬土层浆量富余的现象,进而使得水泥土搅拌桩符合设计强度且整体强度一致。

Description

水泥土搅拌桩施工系统及方法
技术领域
本公开涉及地基处理技术领域,尤其涉及一种水泥土搅拌桩施工系统及方法。
背景技术
目前铁路行业处理深厚层软弱地基的主要措施有水泥土搅拌桩、碎石桩、高压旋喷桩、CFG桩以及预应力管桩等桩网结构,与桩间土组成复合地基共同承受上部荷载,其中水泥土搅拌桩因具有施工方便、成桩效率高、造价低等优点而被大量使用。
目前大部分水泥土搅拌桩施工下沉过程中的喷浆量或掺灰量不变,但由于场地及地层条件千差万别,岩土的各向异性特点决定了施工中实际情况与理想设计之间存在差异,岩土的各项异性表现在同一场地不同位置及同一桩位不同深度的土质差异,然而设计时很难综合考虑此类差异,一般均采用典型岩土特征进行设计,因此施工时易造成桩身竖向范围内局部达不到设计要求而另一些部分大大超标的现象,针对性加固效果不理想,影响桩身质量,资源难以充分、合理利用。
另外,地基处理现场一定区域内设计桩长相对固定,施工中操作人员大多根据设计图纸桩长,采用观察电流变化或自我感知判断是否达到桩底持力层,准确性和可追溯性较差,不能完全达到加固意图。
发明内容
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题,本公开提供了一种水泥土搅拌桩施工系统及方法。
本公开提供了一种水泥土搅拌桩施工系统,包括桩机、超前判识系统、数据处理系统以及控制系统,桩机包括钻头以及同轴固定在钻头底端的穿刺轴,超前判识系统设置在穿刺轴上,超前判识系统用于采集钻头下部的地层参数并将所得地层参数发送至数据处理系统,数据处理系统根据地层参数计算出桩机在该地层的喷浆量并发送至控制系统,控制系统用于控制钻头的喷浆量。
可选的,超前判识系统包括压力传感器。
可选的,穿刺轴包括连接在钻头底端的轴体以及连接在轴体底端的锥体,压力传感器设置于锥体的锥面上。
可选的,数据处理系统根据地层参数还可计算出钻头的钻进速度,控制系统用于控制钻头的钻进速度。
可选的,钻头的喷浆管路连接有流量计,控制系统用于控制流量计和钻头的输出电机。
可选的,超前判识系统还包括含水量传感器。
可选的,超前判识系统还包括探测雷达。
本公开提供了一种水泥土搅拌桩施工方法,包括的水泥土搅拌桩施工系统,包括以下步骤:
步骤一、桩机就位,钻头开始工作并向下钻进;
步骤二、穿刺轴与相对应的地层接触并通过超前判识系统采集钻头下方的地层参数并将所得地层参数发送至数据处理系统;
步骤三、数据处理系统根据所得地层参数计算出钻头到达该地层时的喷浆量并发送至控制系统;
步骤四、控制系统根据所得的喷浆量数据控制钻头到达该地层的喷浆量并控制钻头继续向下钻进并搅拌;
步骤五、重复步骤二至步骤四直至钻头到达终桩。
可选的,若超前判识系统识别出下一地层为真实持力层,则钻头到达该地层即可终桩。
本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点:
本公开通过提前判识下一土层的地层参数,并将相关参数反馈至数据处理系统,则可以计算出钻头即将到达下一层土层时,该层土层所需要的浆料量,控制系统则可相对应的控制钻头达到该地层时的喷浆量,从而根据不同土层性质实现精准喷浆,避免出现软弱土层浆量不足,较硬土层浆量富余的现象,进而使得水泥土搅拌桩符合设计强度且整体强度一致。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,示出了符合本公开的实施例,并与说明书一起用于解释本公开的原理。
为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,对于本领域普通技术人员而言,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开中钻头的结构示意图;
图2为本公开的施工流程图。
其中,1、钻头;2、穿刺轴;21、轴体;22、椎体;3、压力传感器;4、含水量传感器;5、探测雷达。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点,下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是,在不冲突的情况下,本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开,但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施;显然,说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例,而不是全部的实施例。
请参阅图1,本公开提供了一种水泥土搅拌桩施工系统,包括桩机、超前判识系统、数据处理系统以及控制系统,桩机包括钻头1以及同轴固定在钻头1底端的穿刺轴2,超前判识系统设置在穿刺轴2上,超前判识系统用于采集钻头1下部的地层参数并将所得地层参数发送至数据处理系统,数据处理系统根据地层参数计算出桩机在该地层的喷浆量并发送至控制系统,控制系统用于控制钻头1的喷浆量。
在本实施例中,设置了超前判识系统,且位于钻头1的下方,这样可以提前识别钻头1下方的土层情况,从而便于根据地层参数计算出需要的喷浆量。这是因为,在现有技术中,基本都是统一采用典型岩土特征对浆料进行配置,施工工艺也相对简单,但是土层的实际情况和典型的岩土土层一般会存在差异。例如,若是实际土层的土质较为松软时,注入等量的浆料则会导致该处的强度不够,若是实际土层的土质较硬时,再同样注入等量的浆料则会出现强度远大于设计强度的情况,导致浪费。因此通过提前判识下一土层的地层参数,并将相关参数反馈至数据处理系统,通过数据处理系统,则可以计算出钻头1即将到达下一层土层时,该层土层所需要的浆料量,控制系统则可相对应的控制钻头1的喷浆量,从而使得每一层土层都与相对应的浆料相配合,进而使得水泥土搅拌桩的整体强度一致且符合设计强度。
在上述实施例中,超前判识系统的设置主要依赖于穿刺轴2,该穿刺轴2位于钻头1的底端,这样设置的好处在于,穿刺轴2的受力面积较小,压强较大,随着钻头1往下运动,穿刺轴2容易穿过钻头1下方的土层,从而起到超前判识效果。另外,超前判识系统与钻头1同轴设置,其可随着钻头1同步旋转,从而进一步提高其穿刺效果,且穿刺轴2的设置并不会影响钻头1的工作。穿刺轴2位于钻头1下方,而超前判识系统位于穿刺轴2上,钻头1与超前判识系统之间存在一定的间距,这会使得超前判识系统优先计算下一土层所需要的浆料量,这样当钻头1进入下一土层时,所需的浆料则相当于是提前准备好并进行喷浆的,从而使得浆料量与该土层之间匹配度极高,避免二者之间出现延迟、误差等不良情况,而在现有技术中,则一般是实时测量并反馈,这样会导致传输来的浆料与土层之间的匹配度相对较低。综上,不难发现穿刺轴2的设计具有一定的巧妙性。
对于超前判识系统、数据处理系统以及控制系统之间的数据传输,则可通过分别设置在其上的通讯装置来实现。
请参阅图1,在一些实施例中,超前判识系统包括压力传感器3。
在上述实施例中,则是进一步公开了超前判识系统的具体结构,即为压力传感器3,通过压力传感器3,可以直观的检测土层的硬度,从而根据不同的硬度计算该土层所需要的浆料量。
请参阅图1,在一些实施例中,穿刺轴2包括连接在钻头1底端的轴体21以及连接在轴体21底端的锥体22,压力传感器3设置于锥体22的锥面上。
在上述实施例中,则是穿刺轴2的结构进行进一步公开,通过设置锥体22则更便于其穿过土层,从而提高穿刺效率,且压力传感器3设置在锥体22的锥面上,可以避免压力传感器3与土层正面接触,从而降低坚硬石块或岩石对压力传感器3造成的损坏的概率。当压力传感器3设置在锥体22的锥面上时,由于压力传感器3和土层的接触存在倾角,因此需要乘以一个修正系数以确定最终压力大小,该修正系数可通过实验获得也可直接由压力传感器3的厂家提供。
请参阅图1,在一些实施例中,数据处理系统根据地层参数还可计算出钻头1的钻进速度,控制系统用于控制钻头1的钻进速度。
在上述实施例中,则是对数据处理系统以及控制系统功能的进一步公开,即数据处理系统根据地层参数还可计算出钻头1的钻进速度的数据,并将该数据继续发送至控制系统,控制系统收到数据后可控制钻头1的钻进速度。
例如,当土层的土质较软时,可降低钻头1的钻进速度,而当土层的土质较硬时,可加快钻头1的钻进速度,在上述改变钻头1钻进速度方式的同时,喷浆量可维持不变或进行适当的调整,从而能更快的满足水泥土搅拌桩的最终成型需求,仅仅改变喷浆量这一方式在一定程度上效果较为单一,而与钻头1的钻进速度配合,可进一步有效提高施工效率;进一步的,遇到更为硬质的土层,钻头1在不得已的情况下只能降低钻进速度,此时喷浆量应当减少,从而可对该处土层进行充分搅拌并保证浆料适量,进而确保水泥土搅拌桩的成型效果。优选地,在遇到软质土层时,使钻进速度不变而加大喷浆量,当遇到硬质土层时,使钻进速度加快而保持喷浆量不变,从而在一定程度上提高了整体的钻进速度,有效的提高了施工效率。
综上不难发现,通过改变钻头1钻进速度和改变喷浆量这两种方式的结合,不但适用于各种工况同时能有效提高施工效率,二者的配合具有一定的巧妙性。
请参阅图1,在一些实施例中,钻头1的喷浆管路连接有流量计,控制系统用于控制流量计和钻头1的输出电机。
在上述实施例中,则是对控制系统的控制方式进行进一步公开,通过控制流量计,可实现对喷浆量的控制,通过控制输出电机的功率,可实现对钻头1钻进速度的控制。控制系统与流量计和输出电机之间可通过有线连接或者无线信号连接。
请参阅图1,在一些实施例中,超前判识系统还包括含水量传感器4。
在上述实施例中,则是对超前判识系统的结构进一步公开,通过设置含水量传感器4,则便于对浆料内的水的配比进行控制,从而便于桩机输出含水量更为合适的浆料,以实现浆料与土层之间的最佳配合。
请参阅图1,在一些实施例中,超前判识系统还包括探测雷达5。
在上述实施例中,则是对超前判识系统的结构进一步公开,通过设置探测雷达5,可提前对整个土层进行勘测,从而便于施工人员或者数据处理系统根据其所得参数配置出与整体土层相适应的浆料。这样在后期的实时反馈过程中,可减少对浆料的调整,从而提高施工效率。
上述含水量传感器4和探测擂台可镶嵌在穿刺轴2的轴体21上,且靠近锥体22设置。
请参阅图2,一种水泥土搅拌桩施工方法,包括水泥土搅拌桩施工系统,包括以下步骤:
步骤一、桩机就位,钻头1开始工作并向下钻进;
步骤二、穿刺轴2与相对应的地层接触并通过超前判识系统采集钻头1下方的地层参数并将所得地层参数发送至数据处理系统;
步骤三、数据处理系统根据所得地层参数计算出钻头1到达该地层时的喷浆量并发送至控制系统;
步骤四、控制系统根据所得的喷浆量数据控制钻头1到达该地层的喷浆量并控制钻头1继续向下钻进并搅拌;
步骤五、重复步骤二至步骤四直至钻头1到达终桩。
在上述实施例中,则是对施工方法的具体公开,通过上述方法步骤,则可有效实现对各个地层参数数据的采集,并以此保证喷浆量与地层之间匹配程度,从而有效提高施工效率,保证施工质量。
请参阅图2,在一些实施例中,若超前判识系统识别出下一地层为真实持力层,则钻头1到达该地层即可终桩。
在上述实施例中,则是对终桩进行识别,现有技术中,一般都是通过观察电流或者工作人员的经验来实现,准确度较差,而在本方案中,通过设置超前判识系统,则可结合设计桩长判断持力层准确位置,避免出现钻头到达某一较硬土层时,便误以为到达了持力层的情况。
需要说明的是,在本文中,诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本公开的具体实施方式,使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种水泥土搅拌桩施工系统,其特征在于,包括桩机、超前判识系统、数据处理系统以及控制系统,所述桩机包括钻头(1)以及同轴固定在所述钻头(1)底端的穿刺轴(2),所述超前判识系统设置在所述穿刺轴(2)上,所述超前判识系统用于采集所述钻头(1)下部的地层参数并将所得地层参数发送至所述数据处理系统,所述数据处理系统根据所述地层参数计算出所述桩机在该地层的喷浆量并发送至控制系统,所述控制系统用于控制所述钻头(1)的喷浆量。
2.根据权利要求1所述的水泥土搅拌桩施工系统,其特征在于,所述超前判识系统包括压力传感器(3)。
3.根据权利要求2所述的水泥土搅拌桩施工系统,其特征在于,所述穿刺轴(2)包括连接在所述钻头(1)底端的轴体(21)以及连接在所述轴体(21)底端的锥体(22),所述压力传感器(3)设置于所述锥体(22)的锥面上。
4.根据权利要求3所述的水泥土搅拌桩施工系统,其特征在于,所述数据处理系统根据所述地层参数还可计算出所述钻头(1)的钻进速度,所述控制系统用于控制所述钻头(1)的钻进速度。
5.根据权利要求4所述的水泥土搅拌桩施工系统,其特征在于,所述钻头(1)的喷浆管路连接有流量计,所述控制系统用于控制所述流量计和所述钻头(1)的输出电机。
6.根据权利要求1至5任一项所述的水泥土搅拌桩施工系统,其特征在于,所述超前判识系统还包括含水量传感器(4)。
7.根据权利要求6任一项所述的水泥土搅拌桩施工系统,其特征在于,所述超前判识系统还包括探测雷达(5)。
8.一种水泥土搅拌桩施工方法,包括如权利要求1至7任意一项所述的水泥土搅拌桩施工系统,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、所述桩机就位,所述钻头(1)开始工作并向下钻进;
步骤二、所述穿刺轴(2)与相对应的地层接触并通过所述超前判识系统采集所述钻头(1)下方的地层参数并将所得地层参数发送至所述数据处理系统;
步骤三、所述数据处理系统根据所得地层参数计算出所述钻头(1)到达该地层时的喷浆量并发送至控制系统;
步骤四、所述控制系统根据所得的喷浆量数据控制所述钻头(1)到达该地层的喷浆量并控制所述钻头(1)继续向下钻进并搅拌;
步骤五、重复所述步骤二至所述步骤四直至所述钻头(1)到达终桩。
9.根据权利要求8所述的水泥土搅拌桩施工方法,其特征在于,若所述超前判识系统识别出下一地层为真实持力层,则所述钻头(1)到达该地层即可终桩。
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