CN113846631A - 一种对搅拌施工效果进行动态监测的施工方法 - Google Patents

一种对搅拌施工效果进行动态监测的施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种对搅拌施工效果进行动态监测的施工方法，属于搅拌桩施工技术领域，基于具备伽马射线探测器和多个介质喷射口的搅拌钻头结合而成的搅拌钻机，开展搅拌施工作业，对搅拌效果动态监测，对搅拌参数动态调整，具体步骤如下：搅拌施工场地准备，搅拌钻机改造；确定搅拌施工过程动态监测方案；确定搅拌动态施工方案；开展搅拌施工作业；完成搅拌施工作业。本发明通过采用伽马射线探测理论，建立自然伽马值与固化材料浆液体积的数学模型，通过对伽马射线探测器周边土体自然伽马值进行探测，推算出固化材料浆液返浆流量，进而改变施工参数达到设计要求。

Description

一种对搅拌施工效果进行动态监测的施工方法
技术领域
本发明涉及搅拌桩施工技术领域，特别涉及到一种对搅拌施工效果进行动态监测的施工方法。
背景技术
我国沿海、江河流域经常分布软土地基，在荷载、循环、车辆等动力作用下，地基沉降是地基失效的主要形式，常导致高速公路、铁路、机场、码头的质量问题，处理软土地基的各种方法中最常选用复合地基，而复合地基一般采用水泥土搅拌桩的施工工艺进行施工。工程实践表明，水泥土搅拌桩具有施工简单，快速，扰动小等优点，能有效地提高软土地基的稳定性，减少和控制沉降量。这种方法是利用水泥粉、水泥浆或水泥砂浆等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械即搅拌的方式，在地基深处，就地将软土和加固料强制搅拌，由加固料和软土间产生一系列的物理和化学反应，形成具有整体性和一定强度的固结体，从而提高地基承载力，减少地基沉降。
伽马射线是原子核能级跃迁退激时释放出的射线，有很强的穿透力，工业中可用来探伤或流水线的自动控制。伽马射线谱仪用于在各种环境下探测元素的存在。不同元素发出γ射线的能量有所不同，如果γ射线谱仪探测到某一元素的特征能量γ射线，就可以证明这种元素的存在。而这种特征能量的γ射线出现的几率越高，该元素的相对含量也越高。通过统计特征能量的γ射线出现的几率，就可以探测元素的相对含量。
目前，水泥土搅拌桩的搅拌效果均通过钻孔取芯进行检查，检测难度较大，效率低施工成本高，并且其属于事后检测，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。因此，为了达到保证施工质量的同时，又降低施工成本的目标，需要一种能在施工过程中进行搅拌桩搅拌效果进行检测的方法，基于此，本发明提出一种对搅拌施工效果进行动态监测的施工方法。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种对搅拌施工效果进行动态监测的施工方法，克服了现有技术的不足。通过采用伽马射线探测理论，建立自然伽马值与固化材料浆液体积的数学模型，通过对伽马射线探测器周边土体自然伽马值进行探测，推算出固化材料浆液返浆流量，进而改变施工参数达到设计要求。
一种对搅拌施工效果进行动态监测的施工方法，其特征在于，基于具备伽马射线探测器和多个介质喷射口的搅拌钻头结合而成的搅拌钻机，开展搅拌施工作业，对搅拌效果动态监测，对搅拌参数动态调整，具体步骤如下：
步骤1：搅拌施工场地准备，搅拌钻机改造；
根据搅拌设计方案，在搅拌桩体中心轴位置处进行钻孔作业；将选好的伽马射线探测器置入搅拌钻头的上部中心处，通过螺栓与钻头内壁连接，搅拌钻头中部或搅拌叶片上设置若干介质喷射口，伽马射线探测器距离搅拌钻头中固化材料浆液喷射口的垂直距离大于或等于伽马射线探测器探测范围的1.5倍；伽马射线探测器中的感应探头嵌固于搅拌钻头外表面，并在其外部设置高强钢化玻璃保护外壳，高强钢化玻璃保护外壳通过螺栓固定在钻头外表面；
根据搅拌桩径设计值d，选择配套的伽马射线探测器，伽马射线探测器的探测范围大于d，其探测精度小于或等于0.05d；喷射介质包括：固化材料浆液、分散剂、高压气，固化材料浆液中掺入含有铀、钍、钾三种金属元素之一的矿物岩石粉末；
步骤2：确定搅拌施工过程动态监测方案；
设定矿物岩石粉末的固定掺量，在伽马射线探测器周边调整固化材料浆液体积，建立伽马射线探测器的自然伽马值与固化材料浆液体积的数学模型；初始条件下开启伽马射线探测器，搅拌钻头带动伽马射线探测器下钻搅拌，到达设定深度后提钻搅拌，过程中按设定频率对周边土体及返浆的自然伽马值进行探测，根据伽马射线探测器的自然伽马值与固化材料浆液体积的数学模型，可获得单位时间内伽马射线探测器周边固化材料浆液的返浆量，即固化材料浆液返浆流量U；
步骤3：确定搅拌动态施工方案；
按照搅拌设计方案开始搅拌施工作业，设定固化材料浆液流量为V，最大分散剂流量为S，最大高压气压力为P；对固化材料浆液返浆流量U进行监测，当U大于或等于0，且U小于或等于0.2V时，喷射分散剂流量为0，高压气体喷射压力为0.2P-0.4P；当U大于0.2V且小于0.5V时，喷射分散剂流量为0.2S-0.6S，高压气体喷射压力为0.4P-0.8P；当U大于或等于0.5V时，喷射分散剂流量为0.6S-S，高压气体喷射压力为0.8P-P；
步骤4：开展搅拌施工作业；
按照步骤1至步骤3开展搅拌施工作业，首先搅拌钻头下钻到设计深度，之后提升至指定地面时，完成单桩搅拌施工作业；按照此步骤最终完成全部搅拌施工作业；
步骤5：完成搅拌施工作业；
按照设计要求完成搅拌施工作业，清理施工场地，整理搅拌设备并退出施工场地。
优选地，所述对固化材料浆液返浆流量U进行监测时，设定搅拌钻头最大下钻速度为R，搅拌施工过程中的下钻速度将做出如下调整：
（1）当U大于或等于0，且U小于或等于0.2V时，下钻速度目标值设定为0.8R-R；
（2）当U大于0.2V且小于0.5V时，下钻速度目标值设定为0.4R-0.8R；
（3）当U大于或等于0.5V时，下钻速度目标值设定为0.2R-0.4R。
优选地，所述矿物岩石粉末优选为含钾砂岩、钾长石矿物岩石粉末，矿物岩石粉末直径介于10微米至100微米之间。
优选地，所述伽马射线探测器探测范围的1.5倍距离内的钻杆表面进行强度硬化、疏水及防腐处理。
本发明所带来的有益技术效果：
通过采用伽马射线探测理论，建立自然伽马值与固化材料浆液体积的数学模型，通过对伽马射线探测器周边土体自然伽马值进行探测，推算出固化材料浆液返浆流量，进而改变施工参数达到设计要求。
附图说明
图1为本发明一种对搅拌施工效果进行动态监测的施工方法的施工流程图。
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：
如图1所示，一种对搅拌施工效果进行动态监测的施工方法，基于具备伽马射线探测器和多个介质喷射口的搅拌钻头结合而成的搅拌钻机，开展搅拌施工作业，对搅拌效果动态监测，对搅拌参数动态调整，具体步骤如下：
步骤1：搅拌施工场地准备，搅拌钻机改造；
根据搅拌设计方案，在搅拌桩体中心轴位置处进行钻孔作业；将选好的伽马射线探测器置入搅拌钻头的上部中心处，通过螺栓与钻头内壁连接，搅拌钻头中部或搅拌叶片上设置若干介质喷射口，伽马射线探测器距离搅拌钻头中固化材料浆液喷射口的垂直距离大于或等于伽马射线探测器探测范围的1.5倍；伽马射线探测器中的感应探头嵌固于搅拌钻头外表面，并在其外部设置高强钢化玻璃保护外壳，高强钢化玻璃保护外壳通过螺栓固定在钻头外表面；
根据搅拌桩径设计值d，选择配套的伽马射线探测器，伽马射线探测器的探测范围大于d，其探测精度小于或等于0.05d；喷射介质包括：固化材料浆液、分散剂、高压气，固化材料浆液中掺入含有铀、钍、钾三种金属元素之一的矿物岩石粉末；
步骤2：确定搅拌施工过程动态监测方案；
设定矿物岩石粉末的固定掺量，在伽马射线探测器周边调整固化材料浆液体积，建立伽马射线探测器的自然伽马值与固化材料浆液体积的数学模型；初始条件下开启伽马射线探测器，搅拌钻头带动伽马射线探测器下钻搅拌，到达设定深度后提钻搅拌，过程中按设定频率对周边土体及返浆的自然伽马值进行探测，根据伽马射线探测器的自然伽马值与固化材料浆液体积的数学模型，可获得单位时间内伽马射线探测器周边固化材料浆液的返浆量，即固化材料浆液返浆流量U；
步骤3：确定搅拌动态施工方案；
按照搅拌设计方案开始搅拌施工作业，设定固化材料浆液流量为V，最大分散剂流量为S，最大高压气压力为P；对固化材料浆液返浆流量U进行监测，当U大于或等于0，且U小于或等于0.2V时，喷射分散剂流量为0，高压气体喷射压力为0.2P-0.4P；当U大于0.2V且小于0.5V时，喷射分散剂流量为0.2S-0.6S，高压气体喷射压力为0.4P-0.8P；当U大于或等于0.5V时，喷射分散剂流量为0.6S-S，高压气体喷射压力为0.8P-P；
步骤4：开展搅拌施工作业；
按照步骤1至步骤3开展搅拌施工作业，首先搅拌钻头下钻到设计深度，之后提升至指定地面时，完成单桩搅拌施工作业；按照此步骤最终完成全部搅拌施工作业；
步骤5：完成搅拌施工作业；
按照设计要求完成搅拌施工作业，清理施工场地，整理搅拌设备并退出施工场地。
优选地，所述对固化材料浆液返浆流量U进行监测时，设定搅拌钻头最大下钻速度为R，搅拌施工过程中的下钻速度将做出如下调整：
（1）当U大于或等于0，且U小于或等于0.2V时，下钻速度目标值设定为0.8R-R；
（2）当U大于0.2V且小于0.5V时，下钻速度目标值设定为0.4R-0.8R；
（3）当U大于或等于0.5V时，下钻速度目标值设定为0.2R-0.4R。
优选地，所述矿物岩石粉末优选为含钾砂岩、钾长石矿物岩石粉末，矿物岩石粉末直径介于10微米至100微米之间。
优选地，所述伽马射线探测器探测范围的1.5倍距离内的钻杆表面进行强度硬化、疏水及防腐处理。
本发明是一种对搅拌施工效果进行动态监测的施工方法，通过采用伽马射线探测理论，建立自然伽马值与固化材料浆液体积的数学模型，通过对伽马射线探测器周边土体自然伽马值进行探测，推算出固化材料浆液返浆流量，进而改变施工参数达到设计要求。
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 (4)

1.一种对搅拌施工效果进行动态监测的施工方法，其特征在于，基于具备伽马射线探测器和多个介质喷射口的搅拌钻头结合而成的搅拌钻机，开展搅拌施工作业，对搅拌效果动态监测，对搅拌参数动态调整，具体步骤如下：
步骤1：搅拌施工场地准备，搅拌钻机改造；
根据搅拌设计方案，在搅拌桩体中心轴位置处进行钻孔作业；将选好的伽马射线探测器置入搅拌钻头的上部中心处，通过螺栓与钻头内壁连接，搅拌钻头中部或搅拌叶片上设置若干介质喷射口，伽马射线探测器距离搅拌钻头中固化材料浆液喷射口的垂直距离大于或等于伽马射线探测器探测范围的1.5倍；伽马射线探测器中的感应探头嵌固于搅拌钻头外表面，并在其外部设置高强钢化玻璃保护外壳，高强钢化玻璃保护外壳通过螺栓固定在钻头外表面；
根据搅拌桩径设计值d，选择配套的伽马射线探测器，伽马射线探测器的探测范围大于d，其探测精度小于或等于0.05d；喷射介质包括：固化材料浆液、分散剂、高压气，固化材料浆液中掺入含有铀、钍、钾三种金属元素之一的矿物岩石粉末；
步骤2：确定搅拌施工过程动态监测方案；
设定矿物岩石粉末的固定掺量，在伽马射线探测器周边调整固化材料浆液体积，建立伽马射线探测器的自然伽马值与固化材料浆液体积的数学模型；初始条件下开启伽马射线探测器，搅拌钻头带动伽马射线探测器下钻搅拌，到达设定深度后提钻搅拌，过程中按设定频率对周边土体及返浆的自然伽马值进行探测，根据伽马射线探测器的自然伽马值与固化材料浆液体积的数学模型，可获得单位时间内伽马射线探测器周边固化材料浆液的返浆量，即固化材料浆液返浆流量U；
步骤3：确定搅拌动态施工方案；
按照搅拌设计方案开始搅拌施工作业，设定固化材料浆液流量为V，最大分散剂流量为S，最大高压气压力为P；对固化材料浆液返浆流量U进行监测，当U大于或等于0，且U小于或等于0.2V时，喷射分散剂流量为0，高压气体喷射压力为0.2P-0.4P；当U大于0.2V且小于0.5V时，喷射分散剂流量为0.2S-0.6S，高压气体喷射压力为0.4P-0.8P；当U大于或等于0.5V时，喷射分散剂流量为0.6S-S，高压气体喷射压力为0.8P-P；
步骤4：开展搅拌施工作业；
按照步骤1至步骤3开展搅拌施工作业，首先搅拌钻头下钻到设计深度，之后提升至指定地面时，完成单桩搅拌施工作业；按照此步骤最终完成全部搅拌施工作业；
步骤5：完成搅拌施工作业；
按照设计要求完成搅拌施工作业，清理施工场地，整理搅拌设备并退出施工场地。
2.根据权利要求1所述的一种对搅拌施工效果进行动态监测的施工方法，其特征在于，所述对固化材料浆液返浆流量U进行监测时，设定搅拌钻头最大下钻速度为R，搅拌施工过程中的下钻速度将做出如下调整：
（1）当U大于或等于0，且U小于或等于0.2V时，下钻速度目标值设定为0.8R-R；
（2）当U大于0.2V且小于0.5V时，下钻速度目标值设定为0.4R-0.8R；
（3）当U大于或等于0.5V时，下钻速度目标值设定为0.2R-0.4R。
3.根据权利要求1所述的一种对搅拌施工效果进行动态监测的施工方法，其特征在于，所述矿物岩石粉末优选为含钾砂岩、钾长石矿物岩石粉末，矿物岩石粉末直径介于10微米至100微米之间。
4.根据权利要求1所述的一种对搅拌施工效果进行动态监测的施工方法，其特征在于，所述伽马射线探测器探测范围的1.5倍距离内的钻杆表面进行强度硬化、疏水及防腐处理。
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