CN113818496B - 基于数字钻进评价振冲碎石桩密实度的方法 - Google Patents

基于数字钻进评价振冲碎石桩密实度的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113818496B
CN113818496B CN202110962086.6A CN202110962086A CN113818496B CN 113818496 B CN113818496 B CN 113818496B CN 202110962086 A CN202110962086 A CN 202110962086A CN 113818496 B CN113818496 B CN 113818496B
Authority
CN
China
Prior art keywords
drilling
compactness
gravel pile
pile
probe rod
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110962086.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113818496A (zh
Inventor
刘强
王玉杰
田应辉
赵宇飞
罗文君
曹瑞琅
何周
李雯宇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lawa Branch Of Huadian Jinsha River Upstream Hydropower Development Co ltd
China Institute of Water Resources and Hydropower Research
Original Assignee
Lawa Branch Of Huadian Jinsha River Upstream Hydropower Development Co ltd
China Institute of Water Resources and Hydropower Research
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lawa Branch Of Huadian Jinsha River Upstream Hydropower Development Co ltd, China Institute of Water Resources and Hydropower Research filed Critical Lawa Branch Of Huadian Jinsha River Upstream Hydropower Development Co ltd
Priority to CN202110962086.6A priority Critical patent/CN113818496B/zh
Publication of CN113818496A publication Critical patent/CN113818496A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113818496B publication Critical patent/CN113818496B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D33/00—Testing foundations or foundation structures
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
    • E02D3/00—Improving or preserving soil or rock, e.g. preserving permafrost soil
    • E02D3/02—Improving by compacting
    • E02D3/08—Improving by compacting by inserting stones or lost bodies, e.g. compaction piles
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B15/00—Supports for the drilling machine, e.g. derricks or masts
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B44/00—Automatic control systems specially adapted for drilling operations, i.e. self-operating systems which function to carry out or modify a drilling operation without intervention of a human operator, e.g. computer-controlled drilling systems; Systems specially adapted for monitoring a plurality of drilling variables or conditions
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21B—EARTH OR ROCK DRILLING; OBTAINING OIL, GAS, WATER, SOLUBLE OR MELTABLE MATERIALS OR A SLURRY OF MINERALS FROM WELLS
    • E21B45/00—Measuring the drilling time or rate of penetration
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/11—Complex mathematical operations for solving equations, e.g. nonlinear equations, general mathematical optimization problems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Paleontology (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Agronomy & Crop Science (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)

Abstract

本发明提供一种基于数字钻进评价振冲碎石桩密实度的方法，即在振冲碎石桩顶部附近安装一钻探设备；将钻探设备钻进碎石桩，获取钻探设备的响应参数；根据钻探设备的响应参数计算碎石桩的密实度系数；根据碎石桩密实度系数评价振冲碎石桩质量。本发明将钻探设备中的探杆伸入碎石桩桩体内，使探杆与碎石桩直接接触作用，通过解译探杆的响应参数，得到振冲碎石桩的密实度系数，且定量计算了探测深度对密实度系数的影响，从而评价各种深度桩体密实度。本发明解决了当前对于超深碎石桩密实度无法准确量化评价的现状，实现碎石桩的连续测量和施工质量的评价，填补了技术空白，快速且节约人工成本，具有广阔的应用前景。

Description

基于数字钻进评价振冲碎石桩密实度的方法
技术领域
本发明涉及一种评价振冲碎石桩密实度的方法，具体地说，涉及一种基于数字钻进技术评价振冲碎石桩密实度的方法。本发明属于振冲碎石桩施工质量检测技术领域。
背景技术
在水利、工民建及公路等工程中，需要对地基特别是软地基进行加固，振冲法是经常采用且较为有效的处理方法。所谓振冲法就是利用振冲器在高压水流作用下，向地基深处钻孔，边钻孔边向孔内分批次填入碎石填料，边振动边提升振冲器；填充的碎石料在振冲器的振动作用下被挤压密实，形成桩体，与桩间土构成复合地基共同承担上部荷载。振冲法具有质量可靠、造价低、进度快、节约钢材和水泥、施工简便等特点。振冲碎石桩对地基的加固原理是振冲挤密和置换作用，填充的碎石被挤压密实，并与桩间土形成不同程度挤密，因此密实度是衡量振冲碎石桩及其与桩间土之间挤密质量的唯一指标。
目前，针对振冲碎石桩复合地基密实度的常规检测方法是对振冲碎石桩桩体进行重型动力触探试验。所谓重型动力触探试验就是采用一定的锤击能量(锤重63.5kg，自由落76cm)，将一圆锥探头(探头锥角60°，锥底面积43cm)打入碎石桩体中，将打入10cm 时需要的锤击数作为评价指标，即根据打入桩体中的难易程度判断桩体的密实度。这种方法对于较浅的碎石桩检测是可行的，但问题是随着振冲碎石桩深度的增加，由于加在圆锥探头上的摩阻力越来越大，需要的锤击数也越来越多，甚至锤击上百次也无法贯入桩体10 cm。且，随着深度的增加，阻碍锤击贯入的因素是摩阻力还是密实度难以区分，故，锤击次数无法真实地表征振冲碎石桩的密实度。
另外，国家规范中只给出桩身长度为20m以内的桩体密实度测量数据和深度修正系数；对于桩身大于20m的桩体如果评价其密实度以及如何对测量数据进行修正，国家规范中均没有给出明确的指导说明！也就是说，目前，对于桩身长度超过20m的碎石桩的密实度如何评价，没有一科学可靠的方法！
此外，还有专家学者在研究上，尝试采用物探的方法检查振冲碎石桩密实度，桩身在 10m范围内的地表浅层，其密实度是可测的，但是，随着深度的增加，物探方法测量也不准确。总之，无论是通过重型动力触探试验还是物探方法对碎石桩密实度进行检测，其检测深度均受限于桩身的长度，且随着桩体深度的增加，检测数据产生非线性波动，检测结果不可靠。
发明内容
鉴于上述原因，本发明的目的是提供一种不受振冲碎石桩长度限制、可准确地评价碎石桩密实度的基于数字钻进的振冲碎石桩密实度评价方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于数字钻进评价振冲碎石桩密实度的方法，它包括如下步骤：
S1：安装钻探设备
在振冲碎石桩顶部附近固定一机架，机架上支撑钻探组件，在机架及钻探组件上搭载用于检测钻探组件响应参数的数据采集组件，该数据采集组件与数据仪进行数据传输；
S2：数字钻进，获取钻探设备的响应参数
开启钻探设备，钻探组件中的探杆及探头在外力的驱动下钻入振冲碎石桩桩体内；在钻进过程中，数据采集组件每间隔1s采集钻探组件的响应参数即钻进位移S、钻进压强P 和旋转转速N，并将采集的数据同步传输至数据仪；
S3：根据钻探设备的响应参数计算碎石桩的密实度系数
数据仪接收到数据采集组件监测到的钻探组件响应参数后，根据公式(1)计算振冲碎石桩的密实度系数β：
Figure SMS_1
其中，β为振冲碎石桩密实度系数；S为钻进位移，m；T为钻进时间，s；N为探杆旋转转速，rev/sec；α为拟合参数，与振冲碎石桩所用石块的单轴抗压强度有关，通常取
Figure SMS_2
Rb为石块的单轴抗压强度，MPa；F为钻进压力，kN，由公式(2)计算得到：
F＝PA+mgh (2)
式中，P为钻进压强，MPa；A为钻进压强作用面积，cm2；m为单位长度探杆质量； g为重力加速度，m/s2；h为探杆长度，m；
S4：根据碎石桩密实度系数评价振冲碎石桩质量
数据仪将原始数据和计算的碎石桩密实度系数β通过无线传输方式传送至计算机终端，计算机终端对照密实度系数β与振冲碎石桩的密实度关系表，评价振冲碎石桩密实度；
表β和振冲碎石桩密实状态关系建议表
Figure SMS_3
。
所述步骤S1中的钻探设备包括可升降机架、钻探组件、数据采集组件和数据仪；
所述可升降机架用于支撑所述钻探组件，所述数据采集组件搭载在所述钻探组件和所述可升降机架上，所述数据采集组件的信号输出端通过数据线与所述数据仪的信号输入端相连；
所述钻探组件在其驱动机构的作用下伸入振冲密实桩内，所述数据采集组件实时监测所述钻探组件的位移、压强和转速，并将监测到的数据实时传输给所述数据仪；所述数据仪接收所述数据采集组件检测的数据，进行处理，计算振冲碎石桩的密实度系数，并将计算结果通过无线方式传输至计算机终端，计算机终端对照密实度系数与振冲碎石桩密实度的关系表，评价振冲碎石桩的密实度。
在本发明较佳实施例中，所述可升降机架包括支撑平台、可伸缩液压千斤顶和载物平台；所述支撑平台固定在振冲碎石桩的上方，在所述支撑平台的四角各固定一所述可伸缩液压千斤顶，在四根所述可伸缩液压千斤顶的内柱的顶部固定一所述载物平台；在液压驱动下，所述液压千斤顶的内柱上下移动，所述载物平台随之上下移动。
在本发明较佳实施例中，所述钻探组件包括探杆、探头、转速传动器、油泵和液压控制器；所述探杆穿过所述载物平台、支撑平台，在所述液压控制器的驱动作用下伸入振冲碎石桩桩体内；所述探头固定在所述探杆的前端部；
所述转速传动器固定在所述载物平台上，所述转速传动器通过油路与所述油泵相连；所述探杆穿过所述转速传动器的中心孔，在所述转速传动器的作用下，向下旋转钻入碎石桩体内，所述探头在所述探杆施加的压力和扭矩作用下，沿所述探杆方向向下旋转切割振冲碎石桩，旋入碎石桩桩体内。
在本发明较佳实施例中，所述探杆为可拼接探杆；每节所述探杆之间可通过螺纹连接，也可通过卡接的方式快速插接。
在本发明较佳实施例中，所述数据采集组件包括非接触位移传感器、压强传感器和转速传感器。
在本发明较佳实施例中，所述钻探组件还包括探杆夹持器，所述探杆穿过所述探杆夹持器；在所述探杆夹持器的表面设有一环向压力计，所述环向压力计可显示探杆夹持器对探杆的加紧和松开状态；所述环向压力计的信号输出端通过数据线与所述数据仪的信号输入端相连
本发明提供的基于数字钻进评价振冲碎石桩密实度的方法不受碎石桩长度的影响，其通过将探杆直接伸入碎石桩桩体内，使探杆与碎石桩直接接触作用，通过解译钻具即探杆的响应参数，得到振冲碎石桩的密实度系数，从而评价桩体密实度。本发明解决了当前对于超深碎石桩密实度无法准确量化评价的现状，可连续评价各种深度碎石桩的密实度状态，填补了技术空白，快速且节约人工成本，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明基于数字钻进评价振冲碎石桩密实度的方法流程图；
图2为本发明基于数字钻进评价振冲碎石桩密实度的设备结构示意图；
图3为本发明振冲碎石桩数字钻进示意图；
图4为本发明应用于具体实施例中监测的数据图。
其中，1、支撑平台，2、可伸缩千斤顶，21、伸缩千斤顶内柱，3、载物平台，4、探杆，5、探头，6、转速传动器，7、油泵，8、液压控制器，9、非接触位移传感器，10、压强传感器，11、转速传感器，12、固定支架，13、探杆夹持器，14、环向压力计，15、数据仪，16、信号输入端，17、指示灯。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的结构及特征进行详细说明。需要说明的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改，因此，说明书中公开的实施例不应该视为对本发明的限制，而仅是作为实施例的范例，其目的是使本发明的特征显而易见。
由于传统的重型动力触探试验法和物探法均无法准确地评价超深振冲碎石桩密实度，故，本发明积极寻求通过将钻探组件伸入振冲碎石桩的内部，使其与碎石桩体直接接触作用，获得钻探组件的响应参数，解译钻探组件的响应参数与评价桩体密实度的密实度系数之间的关系，从而评价桩体密实度。
本发明基于数字钻进评价振冲碎石桩密实度的原理是：采用同样的钻进压力和转速，在钻进均匀介质时，其钻进速度是稳定的；在钻进碎石桩体时，钻进速度会有明显的变化，这是由于桩体密实度差异造成的。在碎石桩密实度较高时，钻进速度较小；相反，碎石桩密实度较低时，钻进速度会相应较大。本发明人发现碎石桩的密实程度即密实度系数β与钻探组件的钻进位移S、钻进时间T、钻进压强P、旋转转速N是有关系的，即：
Figure SMS_4
其中，β为振冲碎石桩密实度系数；S为钻进位移，m；T为钻进时间，s；N为探杆旋转转速，rev/sec；α为拟合参数，与振冲碎石桩所用石块的单轴抗压强度有关，通常取
Figure SMS_5
Rb为石块的单轴抗压强度，MPa；F为钻进压力，kN，由公式(2)计算得到：
F＝PA+mgh (2)
式中，P为钻进压强，MPa；A为钻进压强作用面积，cm2；m为单位长度探杆质量； g为重力加速度，m/s2；h为探杆长度，m。
如图1所示，本发明基于数字钻进评价振冲碎石桩密实度的方法为：
步骤1：安装钻探设备
在振冲碎石桩顶部附近固定一机架，机架支撑一钻探组件，在机架及钻探组件上搭载用于检测钻探组件响应参数的数据采集组件，该数据采集组件与数据仪进行数据传输。
步骤2：数字钻进，获取钻探设备的响应参数
开启钻探设备，钻探设备中的探杆及探头在外力的驱动下钻入振冲碎石桩桩体内；在钻进过程中，数据采集组件每间隔1s采集钻探组件的响应参数即钻进位移S、钻进压强P 和旋转转速N，并将采集的数据同步传输至数据仪；
步骤3：根据钻探设备的响应参数计算碎石桩的密实度系数
数据仪接收到数据采集组件监测到的钻探组件响应参数后，根据公式(1)计算振冲碎石桩的密实度系数β：
Figure SMS_6
其中，β为振冲碎石桩密实度系数；S为钻进位移，m；T为钻进时间，s；N为探杆旋转转速，rev/sec；α为拟合参数，与振冲碎石桩所用石块的单轴抗压强度有关，通常取
Figure SMS_7
Rb为石块的单轴抗压强度，MPa；F为钻进压力，kN，由公式(2)计算得到：
F＝PA+mgh (2)
式中，P为钻进压强，MPa；A为钻进压强作用面积，cm2；m为单位长度探杆质量；g为重力加速度，m/s2；h为探杆长度，m；
步骤4：评价振冲碎石桩质量
数据仪将原始数据和处理结果通过无线传输方式传送至计算机终端，计算机终端对照密实度系数与振冲碎石桩的密实度关系表1，评价振冲碎石桩密实度。
表1 β和振冲碎石桩密实状态关系建议表
Figure SMS_8
图3和图4为本发明现场试验时，根据数据采集组件采集的数据，计算得到的碎石桩长度超过25m后，不同深度碎石桩对应的密实度系数及对应的密实度状态，如表2所示。
表2振冲碎石桩密实状态检测表局部段
Figure SMS_9
本发明提供的基于数字钻进评价振冲碎石桩密实度的方法不受碎石桩长度的影响，将探杆直接伸入碎石桩桩体内，使探杆与碎石桩直接接触作用，通过解译钻具即探杆的响应参数，得到振冲碎石桩的密实度系数，从而评价桩体密实度。本发明解决了超深碎石桩密实度难以检测的现状，并且可以实现连续测量，快速，节约人工成本。
图2为本发明基于数字钻进评价振冲碎石桩密实度的设备结构示意图，如图所示，本发明提供用于评价振冲碎石桩密实度的设备包括可升降机架、钻探组件、数据采集组件和数据仪。其中，可升降机架用于支撑钻探组件，数据采集组件搭载在钻探组件和可升降机架上，数据采集组件的信号输出端通过数据线与数据仪的信号输入端相连；钻探组件在其驱动机构的作用下伸入振冲密实桩内；数据采集组件实时监测钻探组件的位移、压强和转速，并将监测到的数据实时传输给数据仪；数据仪接收数据采集组件检测的数据，进行处理，计算振冲碎石桩的密实度系数，并将计算结果通过无线方式传输至计算机终端，计算机终端对照密实度系数与振冲碎石桩密实度的关系表，评价振冲碎石桩的密实度。
如图所示，所述可升降机架包括支撑平台1、可伸缩液压千斤顶2和载物平台3。在振冲碎石桩的上方固定一支撑平台1，在支撑平台1的四角各固定一可伸缩液压千斤顶2，在四根可伸缩液压千斤顶的内柱21的顶部固定一载物平台3。液压驱动下，液压千斤顶2的内柱21可上下移动，载物平台3随之上下移动。
所述钻探组件包括探杆4、探头5、转速传动器6、油泵7和液压控制器8。探杆4穿过载物平台3、支撑平台1，在转速传动器6的驱动作用下可伸入振冲碎石桩桩体内，探头 5固定在探杆4的前端部。转速传动器6固定在载物平台3上，转速传动器6通过油路与油泵7相连，探杆4穿过转速传动器6的中心孔，探杆4在转速传动器6的作用下，向下旋转钻入碎石桩体内，探头5在探杆4施加的压力和扭矩作用下，沿探杆方向向下旋转切割振冲碎石桩，旋入碎石桩桩体内。
液压控制器8通过油管与油泵7和可伸缩液压千斤顶2相连，将液压转化为推进力，将油压作用于千斤顶2，使千斤顶伸缩产生向下的推力；转速传动器6通过油路与油泵7 相连，将液压转化为扭转力，使探杆4向下旋转，进而带动探头5转动，旋切振冲碎石桩材料。
在本发明较佳实施例中，所述液压控制器8可选用宁波中科液压有限公司生成的KM 系统液压控制器；转速传动器6可选用宁波中基斯顿液压机械有限公司生产的MS车轮式液压马达。
为实现超深碎石桩密实度的评价，随着碎石桩长度的增加，探杆4的长度也需要增加。在本发明具体实施例中，所述探杆4为可拼接探杆，每节探杆的长度为2-3米，每节探杆之间可通过螺纹连接，也可通过卡接的方式快速插接。
在探杆钻入碎石桩桩体内的过程中，探杆与碎石桩直接接触作用，桩体密实度将直接影响探杆的转速、受力及钻进深度，即碎石桩密实度较高时，探杆的钻进速度较小、所受阻力较大、单位时间内钻进深度小，相反，碎石桩密实度较低时，探杆的钻进速度会相应较大、所受阻力较小、单位时间内钻进深度大，所以，本发明通过实时监测钻探组件的旋转转速N、钻进压强P和钻进位移S，通过钻探组件钻进过程中的响应参数计算碎石桩的密实度参数。
如图所示，本发明数据采集组件包括非接触位移传感器9、压强传感器10和转速传感器11。
非接触位移传感器9通过固定支架12、连接件固定在转速传动器6上方，在转速传动器6的表面粘贴有标靶，作为非接触位移传感器测量的参考点。非接触位移传感器和标靶位于同一竖直线上，通过两者之间的间距确定探杆4向下钻进的位移量S，监测精度可达0.1mm通过两者之间的间距确定钻进位移。
压强传感器10设于液压控制器8上，用于测量液压控制器8输出的液压油的压强值P，单位为MPa。
转速传感器11固定在转速传动器6上，在探杆4的侧壁上设有一条纵向的标记点，转速传感器11与探杆上的标记点相对，且与标记点不接触，用于监测探杆4的旋转速度N，rev/sec。
在本发明较佳实施例中，所述转速传动器6设置在载物平台3上，转速传动器6和载物平台3随着液压千斤顶2的上下移动而移动。
本发明还包括一探杆夹持器13，探杆4穿过探杆夹持器13。在探杆夹持器13的表面设有一环向压力计14，环向压力计14可显示探杆夹持器13对探杆4的加紧和松开状态。
当探杆夹持器13夹紧探杆4时，转速传动器6驱动探杆4向下旋转移动，同时，液压控制器、油泵驱动液压千斤顶2带动载物平台3上的转速传动器6随探杆4一起移动；当探杆夹持器13松开探杆4时，探杆夹持器13与探杆4分离，探杆4固定不动，液压千斤顶带动载物平台3和转速传动器6一起向上移动，恢复原位。通过探杆夹持器13对探杆4 的夹紧和松开，使探杆不动时千斤顶带动其上部的载物平台和转速传动器6向上移动，探杆向下旋转时载物平台随探杆下移而下移，从而保证探杆钻杆循环推进。
当探杆夹持器对探杆处于松开状态时，环向压力计14将探杆夹持器的状态传输给数据仪，此时其他传感器的数据认为是无效数据，可以删除，只有当探测夹持器夹紧探杆时，其他传感器监测的数据才是有效数据。
数据仪15包括信号输入端16、电源电路、微处理器和指示灯17。数据采集组件的信号输出端通过导线与数据仪的信号输入端15相连，信号输入端通过导线与微处理器的信号输入/输出端口相连，微处理器接收到数据采集组件监测的数据后，计算碎石桩的密度系数，然后，将计算结果通过无线通讯芯片传输至计算机终端，计算机终端收到微处理器计算的碎石桩密度系数后，通过对照密实度系数与振冲碎石桩的密实度关系表，评价振冲碎石桩的密实度。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明不仅可以获得典型位置桩体密实状态，还能获得连续的定量数据，用以和密实度建立量化关系，在经过大量工程应用和完善后，这种新方法将大大促进的振冲碎石桩密实状态的检测水平。密实程度控制是振冲碎石桩密实度的关键，桩体超过20m时，现有方法中动力触探杆长修正系数缺乏依据，评判效果受限，采用物探方法又难以达到20m以下深度，而本发明基于数字钻进的振冲碎石桩密实状态检测数据具有较好效果。另外，本发明基于数字钻进振冲碎石桩检测结果可生成检测报表，能为密实度评价提供直接支撑，且数据采集、处理、桩身密实状态判别、检测报告等均自动运行，大大减少人工繁冗工作量，也能克服人为主观因素或失误，以确保工程建设、运行的安全与可靠。
最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种基于数字钻进评价振冲碎石桩密实度的方法，其特征在于：它包括如下步骤：
S1：安装钻探设备
在振冲碎石桩顶部附近固定一机架，机架上支撑钻探组件，在机架及钻探组件上搭载用于检测钻探组件响应参数的数据采集组件，该数据采集组件与数据仪进行数据传输；
S2：数字钻进，获取钻探设备的响应参数
开启钻探设备，钻探组件中的探杆及探头在外力的驱动下钻入振冲碎石桩桩体内；在钻进过程中，数据采集组件每间隔1s采集钻探组件的响应参数即钻进位移S、钻进压强P和旋转转速N，并将采集的数据同步传输至数据仪；
S3：根据钻探设备的响应参数计算碎石桩的密实度系数
数据仪接收到数据采集组件监测到的钻探组件响应参数后，根据公式(1)计算振冲碎石桩的密实度系数β：
Figure FDA0004078742950000011
其中，β为振冲碎石桩密实度系数；S为钻进位移，m；T为钻进时间，s；N为探杆旋转转速，rev/sec；α为拟合参数，与振冲碎石桩所用石块的单轴抗压强度有关，取
Figure FDA0004078742950000012
Rb为石块的单轴抗压强度，MPa；F为钻进压力，kN，由公式(2)计算得到：
F＝PA+mgh (2)
式中，P为钻进压强，MPa；A为钻进压强作用面积，cm2；m为单位长度探杆质量；g为重力加速度，m/s2；h为探杆长度，m；
S4：根据碎石桩密实度系数评价振冲碎石桩质量
数据仪将原始数据和计算的碎石桩密实度系数β通过无线传输方式传送至计算机终端，计算机终端对照密实度系数β与振冲碎石桩的密实度关系表，评价振冲碎石桩密实度；
表β和振冲碎石桩密实状态关系建议表
Figure FDA0004078742950000013
。
2.根据权利要求1所述基于数字钻进评价振冲碎石桩密实度的方法，其特征在于：所述步骤S1中的钻探设备包括可升降机架、钻探组件、数据采集组件和数据仪；
所述可升降机架用于支撑所述钻探组件，所述数据采集组件搭载在所述钻探组件和所述可升降机架上，所述数据采集组件的信号输出端通过数据线与所述数据仪的信号输入端相连；
所述钻探组件在其驱动机构的作用下伸入振冲密实桩内，所述数据采集组件实时监测所述钻探组件的位移、压强和转速，并将监测到的数据实时传输给所述数据仪；所述数据仪接收所述数据采集组件检测的数据，进行处理，计算振冲碎石桩的密实度系数，并将计算结果通过无线方式传输至计算机终端，计算机终端对照密实度系数与振冲碎石桩密实度的关系表，评价振冲碎石桩的密实度。
3.根据权利要求2所述基于数字钻进评价振冲碎石桩密实度的方法，其特征在于：所述可升降机架包括支撑平台、可伸缩液压千斤顶和载物平台；
所述支撑平台固定在振冲碎石桩的上方，在所述支撑平台的四角各固定一所述可伸缩液压千斤顶，在四根所述可伸缩液压千斤顶的内柱的顶部固定一所述载物平台；在液压驱动下，所述液压千斤顶的内柱上下移动，所述载物平台随之上下移动。
4.根据权利要求3所述基于数字钻进评价振冲碎石桩密实度的方法，其特征在于：所述钻探组件包括探杆、探头、转速传动器、油泵和液压控制器；
所述探杆穿过所述载物平台、支撑平台，在所述液压控制器的驱动作用下伸入振冲碎石桩桩体内；
所述探头固定在所述探杆的前端部；
所述转速传动器固定在所述载物平台上，所述转速传动器通过油路与所述油泵相连；所述探杆穿过所述转速传动器的中心孔，在所述转速传动器的作用下，向下旋转钻入碎石桩体内，所述探头在所述探杆施加的压力和扭矩作用下，沿所述探杆方向向下旋转切割振冲碎石桩，旋入碎石桩桩体内。
5.根据权利要求4所述基于数字钻进评价振冲碎石桩密实度的方法，其特征在于：所述探杆为可拼接探杆；每节所述探杆之间通过螺纹连接或通过卡接的方式快速插接。
6.根据权利要求4所述基于数字钻进评价振冲碎石桩密实度的方法，其特征在于：所述数据采集组件包括非接触位移传感器、压强传感器和转速传感器。
7.根据权利要求6所述基于数字钻进评价振冲碎石桩密实度的方法，其特征在于：所述钻探组件还包括探杆夹持器，所述探杆穿过所述探杆夹持器；
在所述探杆夹持器的表面设有一环向压力计，所述环向压力计可显示探杆夹持器对探杆的夹紧和松开状态；所述环向压力计的信号输出端通过数据线与所述数据仪的信号输入端相连。
CN202110962086.6A 2021-08-20 2021-08-20 基于数字钻进评价振冲碎石桩密实度的方法 Active CN113818496B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110962086.6A CN113818496B (zh) 2021-08-20 2021-08-20 基于数字钻进评价振冲碎石桩密实度的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110962086.6A CN113818496B (zh) 2021-08-20 2021-08-20 基于数字钻进评价振冲碎石桩密实度的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113818496A CN113818496A (zh) 2021-12-21
CN113818496B true CN113818496B (zh) 2023-03-31

Family

ID=78922942

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110962086.6A Active CN113818496B (zh) 2021-08-20 2021-08-20 基于数字钻进评价振冲碎石桩密实度的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113818496B (zh)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2774551C (en) * 2009-09-21 2015-11-17 National Oilwell Varco, L.P. Systems and methods for improving drilling efficiency
JP5898889B2 (ja) * 2010-12-28 2016-04-06 学校法人早稲田大学 地盤改良工法
CN103643704B (zh) * 2013-12-21 2015-11-18 佛山市新城开发建设有限公司 一种用于探测沉管隧道砂基础密实度检测仪
CN103982174B (zh) * 2014-05-29 2016-06-08 中国石油集团钻井工程技术研究院 随钻当量密度测量方法及装置
GB2537906B (en) * 2015-04-30 2017-09-20 Statoil Petroleum As A method of identifying a material and/or condition of a material in a borehole

Also Published As

Publication number Publication date
CN113818496A (zh) 2021-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105938070B (zh) 多功能真三轴岩石钻探测试系统及表征岩体特性的试验方法
AU2020101353A4 (en) Indoor drilling perception test system for mechanical properties of rock masses
CN101592575B (zh) 气囊加载便携式软弱夹层直剪仪
CN103149078B (zh) 一种基于拉压扭剪耦合的应力路径三轴仪
CN106018100A (zh) 一种多功能真三轴岩石钻探测试系统
JP6112663B2 (ja) 原位置岩盤試験方法及び試験装置
CN108007800B (zh) 一种循环动载土体沉降的模型试验装置及试验方法
CN105181199B (zh) 一种地应力测试的旁孔应力解除法
JP2013144921A (ja) 地盤の現位置剪断強度測定方法および地盤の現位置剪断強度測定装置
CN102425192A (zh) 桩基倾斜实时监测预警系统
CN113818496B (zh) 基于数字钻进评价振冲碎石桩密实度的方法
RU2349711C2 (ru) Способ определения несущей способности буронабивной сваи
CN216713129U (zh) 振冲碎石桩密实度评价装置
CN110658064B (zh) 一种模拟获取隧洞流质衬砌支护最佳支护力的装置及方法
CN109487774B (zh) 预钻式旁压试验钻孔设备及其成孔方法
KR101751013B1 (ko) 표준관입시험기용 자동측정장치
CN102507246B (zh) 随钻注浆性能测试试验槽
CN211668948U (zh) 一种岩体力学特性室内钻进感知试验系统
CN212364290U (zh) 一种用于环境地质土壤检测的检测装置
RU2510440C2 (ru) Устройство для комплексного определения физических и механических свойств грунтов в полевых условиях
CN107964990B (zh) 下埋式混凝土板非开挖测厚装置及其测厚方法
CN210322636U (zh) 一种高精度钻孔剪切测试装置
CN111366393B (zh) 斜井固井过程中套管屈曲评价系统
CN204705634U (zh) 岩石比能测定仪
CN110206076A (zh) 土木工程结构地基约束能力动态检测方法及其装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant