CN114875880B - 一种深层水泥搅拌桩双控土层识别方法 - Google Patents

Abstract

一种深层水泥搅拌桩双控土层识别方法，包括以下步骤：在下贯施工过程中，每隔预设采集时间获取监测信息；根据所述监测信息，绘制实测端阻力随深度变化的第一曲线，并得到不同下贯深度对应的土层信息；计算下贯施工过程中每单位步长的推算端阻力，绘制推算端阻力随深度变化的第二曲线；判断第一曲线和第二曲线的趋势是否一致，若是，则输出不同下贯深度对应的土层类型；若否，则获取目标下贯深度，更改目标下贯深度对应的土层类型，重复步骤S3至S5直至第一曲线与第二曲线的趋势一致，将更改得到的土层类型作为目标下贯深度对应的土层类型，得到不同下贯深度对应的土层类型。本发明通过双控指标划分、判别土层类型，可提高判断土层类型的准确性。

Description

一种深层水泥搅拌桩双控土层识别方法

技术领域

本发明属于搅拌桩施工技术领域，尤其涉及一种深层水泥搅拌桩双控土层识别方法。

背景技术

深层水泥搅拌桩施工时需要针对不同的土层采取不同的工艺参数，而工程实践中通常在一片施工区域仅1个勘察钻孔，所有搅拌桩施工都参照该勘察钻孔的土层分布情况调整施工工艺参数。然而，大量工程土层分布复杂，实际施工的土层分布与勘察孔并不一致，因此经常出现施工工艺参数不适宜该土层，导致搅拌桩的部分桩段施工质量差，甚至不成桩的情况。

针对上述情况，现有技术通过在搅拌头底端布置静力触探探头，通过静力触探探头测量的端阻力判别土层并针对性施工，但是，地下土层复杂，常常存在异物，而且静力触探探头表面积小，测试的范围非常有限，在下贯遇到卵石、石块、铁块等异物时，压力会明显增大，导致土层划分时出现错误的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种深层水泥搅拌桩双控土层识别方法，通过双控指标划分、判别土层类型，可提高判断土层类型的准确性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种深层水泥搅拌桩双控土层识别方法，包括搅拌桩机，搅拌桩机包括桩架和绞车，桩架上设有沿着桩架上升或下降的搅拌组件，绞车通过钢丝绳及滑轮组控制搅拌组件上升或下降；搅拌桩机还包括用于测量绞车拉力的拉力传感器、用于测量搅拌组件上升或下降距离的位移传感器、设置在搅拌组件底端用于测量端阻力的检测探头以及分别与拉力传感器、位移传感器和检测探头连接的智能终端；

方法包括以下步骤：

S1、在下贯施工过程中，每隔预设采集时间获取监测信息，监测信息包括搅拌组件的下贯深度及对应的搅拌组件的移动速度、检测探头发送的实测端阻力和拉力传感器发送的拉力；

S2、根据获取的监测信息，绘制实测端阻力随深度变化的第一曲线，并得到不同下贯深度对应的土层信息，土层信息包括土层类型及对应的侧压力系数以及土体摩擦系数；

S3、基于监测信息和下贯深度对应的土层信息，根据预设公式计算下贯施工过程中每单位步长的推算端阻力，并绘制推算端阻力随深度变化的第二曲线；

S4、判断第一曲线和第二曲线的趋势是否一致，若是，则执行步骤S5，若否，则执行步骤S6；

S5、以步骤S2得到的不同下贯深度对应的土层类型作为输出结果；

S6、将第一曲线与第二曲线趋势不一致的部分对应的下贯深度作为目标下贯深度，根据预设更改规则更改目标下贯深度对应的土层类型，重复步骤S3至S5直至第一曲线与第二曲线的趋势一致，将最后一次更改得到的土层类型作为目标下贯深度对应的土层类型，得到不同下贯深度对应的土层类型。

进一步地，判断第一曲线和第二曲线的趋势是否一致的步骤包括：

S41、对于每个下贯深度，根据绘制的第二曲线，得到下贯深度对应的推算端阻力，并计算下贯深度对应的实测端阻力与推算端阻力的差值，得到每个下贯深度对应的差值；

S42、判断每个下贯深度对应的差值是否均在预设范围内；

S43、若是，则判断第一曲线和第二曲线的趋势一致；

S44、若否，则判断第一曲线和第二曲线的趋势不一致。

将第一曲线与第二曲线趋势不一致的部分对应的下贯深度作为目标下贯深度的步骤包括：

S61、将不在预设范围内的差值对应的下贯深度记为目标下贯深度。

进一步地，预设公式为

式中，F_端阻力为所计算的单位步长的推算端阻力，G为搅拌组件的重力，h_λ为单位步长，m_搅为搅拌组件质量，v₁为搅拌组件在所计算的单位步长的起始端的速度，v₂为搅拌组件在所计算的单位步长的终止端的速度，t₀为所计算的单位步长的起始时间，

为所计算的单位步长的结束时间，F_拉t为t₀至

时间内获取到的不同时刻的拉力，v_t为t₀至

时间内获取到的不同时刻的的速度，n′为所计算的单位步长上方的上覆土层层数，σ_zi为第i层上覆土层的土体垂直有效应力，k_si为第i层上覆土层的土体侧压力系数，μ_si为第i层上覆土层的土体与搅拌组件的钻杆的摩擦系数，h_i为第i层上覆土层的厚度，其中i＝1、2、……、n′，d为搅拌组件中钻杆直径。

进一步地，预设公式

的推导过程如下：

根据能量守恒：

式中，F_合为搅拌组件受到的合力，

为动能变化量；

由公式(1)得到：

式中，F_拉为绞车拉力，F_侧摩为土与搅拌组件的钻杆的侧摩阻力；

绞车拉力做功为：

侧摩阻力做功为：

由公式(2)、(3)和公式(4)简化得到：

进一步地，搅拌组件包括多根钻杆、与多根钻杆连接用于驱动钻杆转动的动力头和分别设置在多根钻杆底端的多个钻头，检测探头的数量与钻头的数量相同且一一对应，检测探头分别通过保护组件设置在对应的钻头的底端，保护组件包括保护盒和保险块，保护盒的顶端设置在钻头的底端，保险块设置在保护盒的内顶端，检测探头穿设在保护盒的底端，并与保险块连接，当检测探头受到的阻力大于一定值时，检测探头对保险块的压力大于保险块的最大承受力，保险块会破碎。

进一步地，保护组件还包括套环，套环位于保护盒内，且套设于检测探头上。

进一步地，检测探头通过数据传输线连接有无线数据传输器，无线数据传输器设置在相应的钻头上，无线数据传输器与智能终端无线连接。

进一步地，保险块为陶瓷块。

相比于现有技术，本发明的有益效果为：通过绘制实测端阻力随深度变化的第一曲线以及绘制推测端阻力随深度变化的第二曲线，通过第一曲线和第二曲线的变化趋势划分土层类型，推测端阻力可以避免检测探头遇到卵石、石块、铁块等异物时的实测端阻力突变而导致的土层类型出现误判的问题，通过实测端阻力和推测端阻力双指标协调识别土层，可提高判断土层类型的准确性。

附图说明

图1为本发明深层水泥搅拌桩双控土层识别方法的步骤流程图；

图2为本发明深层水泥搅拌桩双控土层识别方法中搅拌桩机的结构示意图；

图3为本发明深层水泥搅拌桩双控土层识别方法中钻头的结构示意图；

图4为本发明深层水泥搅拌桩双控土层识别方法中保护组件的结构示意图；

图5为本发明深层水泥搅拌桩双控土层识别方法中保险块破碎的结构示意图。

图中，1-桩架，2-绞车，3-搅拌组件，31-钻杆，32-动力头，33-钻头，4-钢丝绳，5-滑轮组，6-位移传感器，7-检测探头，8-保护组件，81-保护盒，82-保险块，83-套环，84-数据传输线，85-无线数据传输器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请参阅图2和图3，图2为本发明深层水泥搅拌桩双控土层识别方法中搅拌桩机的结构示意图，图3为本发明深层水泥搅拌桩双控土层识别方法中钻头的结构示意图。一种深层水泥搅拌桩双控土层识别方法，包括搅拌桩机，搅拌桩机包括桩架1和绞车2，桩架1上设有沿着桩架1上升或下降的搅拌组件3，绞车2通过钢丝绳4及滑轮组5控制搅拌组件3上升或下降；搅拌桩机还包括用于测量绞车2拉力的拉力传感器、用于测量搅拌组件3上升或下降距离的位移传感器6、设置在搅拌组件3底端用于测量端阻力的检测探头7以及分别与拉力传感器、位移传感器6和检测探头7连接的智能终端。

请结合参阅图4和图5，图4为本发明深层水泥搅拌桩双控土层识别方法中保护组件的结构示意图，图5为本发明深层水泥搅拌桩双控土层识别方法中保险块破碎的结构示意图。搅拌组件3包括多根钻杆31、与多根钻杆31连接用于驱动钻杆31转动的动力头32和分别设置在多根钻杆31底端的多个钻头33，检测探头7的数量与钻头33的数量相同且一一对应，检测探头7分别通过保护组件8设置在对应的钻头33的底端，保护组件8包括保护盒81和保险块82，保护盒81的顶端设置在钻头33的底端，保险块82设置在保护盒81的内顶端，检测探头7穿设在保护盒81的底端，并与保险块82连接，当检测探头7受到的阻力大于一定值时，检测探头7对保险块82的压力大于保险块82的最大承受力，保险块82会破碎。考虑到地下土层复杂，常存在卵石、石块、铁块等异物，导致搅拌组件3下贯困难，此时过大的端阻力可能超过检测探头7的量程，导致损坏检测探头7的情况发生，如若提高检测探头7的量程，又存在检测探头7的精度不足无法判别土层类型的弊端，因此在检测探头7与钻头33之间增加保护组件8，保护组件8的保险块82的最大承受力可以根据检测探头7的最大量程设置。在正常情况下，检测探头7的端部伸出保护盒81与土体接触，采集端阻力，当遇到异物，检测探头7受到的阻力大于一定值时，如大于检测探头7的最大量程，此时导致检测探头7对保险块82的压力大于保险块82的最大承受力，保险块82会破碎，使得检测探头7全部进入保护盒81内，通过保护盒81保护检测探头7，避免检测探头7受到的阻力进一步增大，从而避免损坏检测探头7，降低施工成本。在一实施例中，检测探头7为静力触探探头或压力传感器。在一实施例中，位移传感器6为长度编码器，长度编码器设置在桩架1上，钢丝绳4穿过长度编码器。

在一实施例中，保护组件8还包括套环83，套环83位于保护盒81内，且套设于检测探头7上。在保险块82破碎后，套环83可以防止检测探头7掉出保护盒81。在一实施例中，检测探头7通过数据传输线84连接有无线数据传输器85，无线数据传输器85设置在相应的钻头33上，无线数据传输器85与智能终端无线连接。检测探头7采集的实测端阻力数据通过数据传输线84传输至无线数据传输器85，并通过无线数据传输器85发送至智能终端，通过无线数据传输器85与智能终端无线连接，避免在钻杆31旋转时，数据传输线84缠绕在钻杆31或钻头33上，解决了钻杆31、钻头33在旋转状态下数据采集的难题。在一实施例中，保险块82为陶瓷块。陶瓷块具有一定的承受力，并且陶瓷块受到的力超过其最大承受力时，容易发生破碎，从而能够起到对检测探头7的保护作用。在一实施例中中，智能终端为笔记本电脑或平板电脑。

请结合参阅图1，图1为本发明深层水泥搅拌桩双控土层识别方法的步骤流程图。本发明深层水泥搅拌桩双控土层识别方法包括以下步骤：

S1、在下贯施工过程中，每隔预设采集时间获取监测信息，监测信息包括搅拌组件3的下贯深度及对应的搅拌组件3的移动速度、检测探头7发送的实测端阻力和拉力传感器发送的拉力；

S2、根据获取的监测信息，绘制实测端阻力随深度变化的第一曲线，并得到不同下贯深度对应的土层信息，土层信息包括土层类型及对应的侧压力系数以及土体摩擦系数；

S3、基于监测信息和下贯深度对应的土层信息，根据预设公式计算下贯施工过程中每单位步长的推算端阻力，并绘制推算端阻力随深度变化的第二曲线；

S4、判断第一曲线和第二曲线的趋势是否一致，若是，则执行步骤S5，若否，则执行步骤S6；

S5、以步骤S2得到的不同下贯深度对应的土层类型作为输出结果；

S6、将第一曲线与第二曲线趋势不一致的部分对应的下贯深度作为目标下贯深度，根据预设更改规则更改目标下贯深度对应的土层类型，重复步骤S3至S5直至第一曲线与第二曲线的趋势一致，将最后一次更改得到的土层类型作为目标下贯深度对应的土层类型，得到不同下贯深度对应的土层类型。

在上述步骤S1中，在搅拌桩机下贯施工的过程中，保持钻杆31转速不变，每隔预设采集时间通过拉力传感器采集绞车2对搅拌组件3的拉力、通过位移传感器6采集搅拌组件3的下贯距离和通过检测探头7采集实测端阻力，并通过搅拌组件3的下贯距离确定搅拌组件3的下贯深度以及此时搅拌组件3的移动速度，从而将得到的下贯深度以及下贯深度对应的移动速度、拉力和实测端阻力，以形成监测信息。预设采集时间通常可以选择1秒、3秒或5秒等。

在上述步骤S2中，根据监测信息中下贯深度及下贯深度对应的实测端阻力，以下贯深度为纵坐标，下贯深度对应的实测端阻力为横坐标，在坐标系中绘制实测端阻力随深度变化的第一曲线。同时基于下贯深度及下贯深度对应的实测端阻力，根据现有的端阻力与土层类型的对应关系，得到下贯深度、实测端阻力及土层类型的对应关系，从而得到下贯深度对应的土层类型。然后根据预设的土层类型与侧压力系数和土体摩擦系数的对应关系，得到土层类型对应的侧压力系数以及土体摩擦系数。

其中，预设的土层类型与侧压力系数和土体摩擦系数的对应关系的获取过程如下：在正式施工前，采集施工现场涉及的不同土层类型的土样，并测试不同土层类型的土样的密度、侧压力系数和土体与钻杆31的摩擦系数，从而得到土层类型对应的侧压力系数以及土体摩擦系数。

在上述步骤S3中，以搅拌组件3在若干采集时间的下贯距离作为单位步长，一般来说单位步长不应小于0.5米，取单位步长作为分析段，根据预设公式计算下贯施工过程中单位步长的推算端阻力，推算端阻力代表所计算的单位步长范围内的力学特性，因此以推算端阻力作为单位步长底端处的端阻力，然后绘制推算端阻力随深度变化的第二曲线。具体地，如单位步长为0.5米，根据预设公式计算出0至0.5米的单位步长的推算端阻力作为深度0.5米处的推算端阻力，根据预设公式计算出0.5至1米的单位步长的推算端阻力作为深度1米处的推算端阻力，以此由上到下以此计算出各单位步长的推算端阻力，可得到不同深度处的推算端阻力，进而绘制推算端阻力随深度变化的第二曲线。

进一步地，预设公式为

式中，F_端阻力为所计算的单位步长的推算端阻力，G为搅拌组件的重力，h_λ为单位步长，m_搅为搅拌组件质量，v₁为搅拌组件在所计算的单位步长的起始端的速度，v₂为搅拌组件在所计算的单位步长的终止端的速度，t₀为所计算的单位步长的起始时间，

为所计算的单位步长的结束时间，F_拉t为t₀至

时间内获取到的不同时刻的拉力，v_t为t₀至

时间内获取到的不同时刻的的速度，n′为所计算的单位步长上方的上覆土层层数，σ_zi为第i层上覆土层的土体垂直有效应力，k_si为第i层上覆土层的土体侧压力系数，μ_si为第i层上覆土层的土体与搅拌组件的钻杆的摩擦系数，h_i为第i层上覆土层的厚度，其中i＝1、2、……、n′，d为搅拌组件中钻杆直径。

其所计算的单位步长上方的各层上覆土层的土体垂直有效应力σ_zi与所计算的上覆土层及该上覆土层上方的土层相关，并且若施工区域在水中，还需要考虑水的影响，具体地，若施工区域在水中，考虑水的影响，则第1层上覆土层的土体垂直有效应力σ_z1由公式

计算得到，第2层至第i层土层的土体垂直有效应力σ_zi由公式

计算得到，式中，γ_水为水的重度，h_水为水的深度；γ_土1为第1层上覆土层的重度，h_土1为第1层上覆土层的厚度，γ_土i为第i层上覆土层的重度，h_土i为第i层上覆土层的厚度，其中i大于等于2。

进一步地，预设公式

的推导过程如下：

根据能量守恒：

式中，F_合为搅拌组件3受到的合力，

为动能变化量；

由公式(1)得到：

式中，F_拉为绞车2拉力，F_侧摩为土与搅拌组件3的钻杆31的侧摩阻力；

在公式(2)中，搅拌组件3的重力G为定值，绞车2拉力F_拉是不断变化的，而单位步长为搅拌组件3在若干采集时间的下贯距离，每个采集时间均会采集一次绞车2拉力数据，通过采集的绞车2拉力数据可以统计得到绞车2拉力的做功，因此绞车2拉力做功为：

侧摩阻力F_侧摩是水和与搅拌组件3接触的各土层的侧摩阻力之和，其中水的阻力相对于其他土层的侧摩阻力较小，可以忽略，也即侧摩阻力F_侧摩可以看作是与搅拌组件3接触的各土层的侧摩阻力之和，因此侧摩阻力做功为：

由公式(2)、(3)和公式(4)简化得到：

在上述步骤S4中，第一曲线的实测端阻力是检测探头7基础范围内土体的压力，第二曲线的推算端阻力是整个搅拌组件3基础范围内土体的压力，因此第一曲线和第二曲线的本质是一致的，二者的趋势应保持一致。因此通过判断第一曲线和第二曲线的趋势是否一致，从而判断搅拌组件3在下贯施工过程中，是否遇到卵石、石块、铁块等异物而导致检测探头7采集的实测端阻力出现突变，从而造成土层类型出现误判的问题。

在上述步骤S5中，当第一曲线与第二曲线趋势一致，说明搅拌组件3在下贯施工过程中，没有遇到卵石、石块、铁块等异物，通过实测端阻力得到的土层类型的识别结果是可靠的，也即步骤S2中根据下贯深度及下贯深度对应的实测端阻力得到的下贯深度对应的土层类型的结果是可靠的，因此以步骤S2得到的不同下贯深度对应的土层类型作为输出结果。

在上述步骤S6中，当第一曲线与第二曲线趋势有不一致的曲线段，说明搅拌组件3在下贯施工过程中，遇到卵石、石块、铁块等异物，从而导致检测探头7在遇到异物的深度下采集的实测端阻力偏大，则在该深度下识别的土层类型会更硬，土层类型误判，进一步的土层各项力学参数取值偏高，计算侧摩阻力偏大，推算端阻力偏小，因此第一曲线和第二曲线的趋势就会出现不一致的地方。在第一曲线和第二曲线趋势不一致地方获取目标下贯深度，根据预设更改规则更改目标下贯深度对应的土层类型，然后重复步骤S3至S5直至第一曲线与第二曲线的趋势一致，此时第一曲线和第二曲线趋势一致，也即最后一次更改的土层类型识别是正确的，以最后一次更改得到的土层类型作为目标下贯深度对应的土层类型，得到不同下贯深度对应的土层类型。

进一步地，在步骤S4中，判断第一曲线和第二曲线的趋势是否一致的步骤包括：

S41、对于每个下贯深度，根据绘制的第二曲线，得到下贯深度对应的推算端阻力，并计算下贯深度对应的实测端阻力与推算端阻力的差值，得到每个下贯深度对应的差值；

S42、判断每个下贯深度对应的差值是否均在预设范围内；

S43、若是，则判断第一曲线和第二曲线的趋势一致；

S44、若否，则判断第一曲线和第二曲线的趋势不一致。

在步骤S6中，将第一曲线与第二曲线趋势不一致的部分对应的下贯深度作为目标下贯深度的步骤包括：

S61、将不在预设范围内的差值对应的下贯深度记为目标下贯深度。

在上述步骤S41至步骤S44中，实测端阻力是检测探头7接触范围内土体的压力，推算端阻力是搅拌组件3接触范围内土体的压力，两者本质是一致的。对于每个下贯深度，该下贯深度对应的实测端阻力和该下贯深度对应的推算端阻力的差值应在一定范围内，因此若每个下贯深度对应的差值是否均在预设范围内，说明第一曲线和第二曲线的趋势一致，否则，说明第一曲线和第二曲线的趋势不一致。

在上述步骤S61中，下贯深度的差值不在预设范围内，说明检测探头7在该下贯深度遇到异物，因此将该下贯深度记为目标下贯深度。

进一步地，在步骤S4中，判断第一曲线和第二曲线的趋势是否一致的步骤包括：

S45、从多个下贯深度中依次选取相邻的两个下贯深度组成下贯深度组，得到多个下贯深度组；

S46、对于每个下贯深度组，以下贯深度组的两个下贯深度作为起始点和终点，在第一曲线上截取第一线段，在第二曲线上截取第二线段，得到每个下贯深度组对应的第一线段和第二线段；

S47、依次判断每组下贯深度组对应的第一线段和第二线段的趋势是否一致；

S48、若均一致，则判断第一曲线和第二曲线的趋势一致；否则，判断第一曲线和第二曲线的趋势不一致；

在步骤S6中，将第一曲线与第二曲线趋势不一致的部分对应的下贯深度作为目标下贯深度的步骤包括：

S62、将与第二线段的趋势不一致的第一线段终点对应的下贯深度作为目标下贯深度。

在上述步骤S45至步骤S48中，从多个下贯深度中得到多个下贯深度组，在第一曲线上以同一组下贯深度组的相邻两下贯深度作为起始点和终点，截取多个依次连接的第一线段，同样在第二曲线上以同一组下贯深度组的相邻两下贯深度作为起始点和终点，截取多个依次连接的第二线段，从而得到每组下贯深度组对应的第一线段和第二线段，也即可以得到第一线段对应的第二线段。实测端阻力是检测探头7接触范围内土体的压力，推算端阻力是搅拌组件3接触范围内土体的压力，两者本质是一致的，若第一线段为增大趋势，对应的第二线段也应为增大趋势，若第一线段为减小趋势，对应的第二线段也应为减小趋势。因此若每个下贯深度组对应的第一线段和第二线段的趋势一直，说明第一曲线和第二曲线的趋势一致，否则，说明第一曲线和第二曲线的趋势不一致。

第一线段是增大趋势或减小趋势可以通过其终点对应的实测端阻力与其起始点对应的实测端阻力的差值来判断，若差值为正，则该第一线段为增大趋势，若差值为负，则该第一线段为减小趋势。同样第二线段是增大趋势或减小趋势可以通过其终点对应的推算端阻力与其起始点对应的推算端阻力的差值来判断，若差值为正，则该第二线段为增大趋势，若差值为负，则该第二线段为减小趋势。

在上述步骤S62中，第一线段与对应的第二线段的趋势不一致，说明两者的终点朝向不同，则说明检测探头7在第一线段终点对应的下贯深度遇到异物，因此以第一线段终点对应的下贯深度作为目标下贯深度。

进一步地，在步骤S6中，根据预设更改规则更改目标下贯深度对应的土层类型的步骤包括：

S63、按照以下顺序获取对目标下贯深度对应的土层类型进行更改：

(1)获取目标下贯深度的前一个下贯深度对应的土层类型，以获取的土层类型作为目标下贯深度对应的土层类型；

(2)获取目标下贯深度的后一个下贯深度对应的土层类型，以获取的土层类型作为目标下贯深度对应的土层类型；

(3)根据施工区域的勘察报告，确定施工区域内包含的多种实际土层类型，从多种实际土层类型中依次选取一个目标土层类型，以目标土层类型作为目标下贯深度对应的土层类型。

在上述步骤(1)和步骤(2)中，在目标下贯深度处遇到异物导致目标下贯深度处的土层类型识别错误，因此目标下贯深度处的土层类型应该与其上一个下贯深度对应的土层类型或者与其下一个下贯深度对应的土层类型相同，因此依次获取目标下贯深度的上一个下贯深度对应的土层类型和目标下贯深度的下一个下贯深度对应的土层类型作为目标下贯深度对应的土层类型，然后再判断重新得到的第一曲线和第二曲线的趋势是否一致，一致时，即按判定更改目标下贯深度对应的土层类型，若仍不一致，根据在施工区域进行钻孔勘察的勘察报告，由勘察报告确认施工区域内包含有几种实际土层类型，以得到施工区域内包含的多种实际土层类型，目标下贯深度对应的土层类型肯定是多种实际土层类型中的一种，因此从多种实际土层类型中依次选取一个目标土层类型，以目标土层类型作为目标下贯深度对应的土层类型直至得到的第一曲线和第二曲线的趋势一致。

相比于现有技术，本发明的有益效果为：通过绘制实测端阻力随深度变化的第一曲线以及绘制推测端阻力随深度变化的第二曲线，通过第一曲线和第二曲线的变化趋势划分土层类型，推测端阻力可以避免检测探头7遇到卵石、石块、铁块等异物时的实测端阻力突变而导致的土层类型出现误判的问题，通过实测端阻力和推测端阻力双指标协调识别土层，可提高判断土层类型的准确性。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种深层水泥搅拌桩双控土层识别方法，包括搅拌桩机，所述搅拌桩机包括桩架和绞车，所述桩架上设有沿着桩架上升或下降的搅拌组件，所述绞车通过钢丝绳及滑轮组控制搅拌组件上升或下降；其特征在于，所述搅拌桩机还包括用于测量绞车拉力的拉力传感器、用于测量搅拌组件上升或下降距离的位移传感器、设置在搅拌组件底端用于测量端阻力的检测探头以及分别与拉力传感器、位移传感器和检测探头连接的智能终端；

所述方法包括以下步骤：

S1、在下贯施工过程中，每隔预设采集时间获取监测信息，所述监测信息包括搅拌组件的下贯深度及对应的搅拌组件的移动速度、检测探头发送的实测端阻力和拉力传感器发送的拉力；

S2、根据获取的所述监测信息，绘制实测端阻力随深度变化的第一曲线，并得到不同下贯深度对应的土层信息，所述土层信息包括土层类型及对应的侧压力系数以及土体摩擦系数；

S3、基于所述监测信息和下贯深度对应的土层信息，根据预设公式计算下贯施工过程中每单位步长的推算端阻力，并绘制推算端阻力随深度变化的第二曲线；所述预设公式为

式中，F_端阻力为所计算的单位步长的推算端阻力，G为搅拌组件的重力，h_λ为单位步长，m_搅为搅拌组件质量，v₁为搅拌组件在所计算的单位步长的起始端的速度，v₂为搅拌组件在所计算的单位步长的终止端的速度，t₀为所计算的单位步长的起始时间，

为所计算的单位步长的结束时间，F_拉t为t₀至

时间内获取到的不同时刻的拉力，v_t为t₀至

时间内获取到的不同时刻的的速度，n′为所计算的单位步长上方的上覆土层层数，σ_zi为第i层上覆土层的土体垂直有效应力，k_si为第i层上覆土层的土体侧压力系数，μ_si为第i层上覆土层的土体与搅拌组件的钻杆的摩擦系数，h_i为第i层上覆土层的厚度，其中i＝1、2、……、n′，d为搅拌组件中钻杆直径；

S4、判断第一曲线和第二曲线的趋势是否一致，若是，则执行步骤S5，若否，则执行步骤S6；

S5、以步骤S2得到的不同下贯深度对应的土层类型作为输出结果；

S6、将第一曲线与第二曲线趋势不一致的部分对应的下贯深度作为目标下贯深度，根据预设更改规则更改目标下贯深度对应的土层类型，重复步骤S3至S5直至第一曲线与第二曲线的趋势一致，将最后一次更改得到的土层类型作为目标下贯深度对应的土层类型，得到不同下贯深度对应的土层类型；

其中，根据预设更改规则更改目标下贯深度对应的土层类型的步骤包括：

按照以下顺序获取对目标下贯深度对应的土层类型进行更改：

(1)获取目标下贯深度的前一个下贯深度对应的土层类型，以获取的土层类型作为目标下贯深度对应的土层类型；

(2)获取目标下贯深度的后一个下贯深度对应的土层类型，以获取的土层类型作为目标下贯深度对应的土层类型；

(3)根据施工区域的勘察报告，确定施工区域内包含的多种实际土层类型，从多种实际土层类型中依次选取一个目标土层类型，以目标土层类型作为目标下贯深度对应的土层类型。

2.根据权利要求1所述的深层水泥搅拌桩双控土层识别方法，其特征在于，所述判断第一曲线和第二曲线的趋势是否一致的步骤包括：

S41、对于每个下贯深度，根据绘制的第二曲线，得到下贯深度对应的推算端阻力，并计算下贯深度对应的实测端阻力与推算端阻力的差值，得到每个下贯深度对应的差值；

S42、判断每个下贯深度对应的差值是否均在预设范围内；

S43、若是，则判断第一曲线和第二曲线的趋势一致；

S44、若否，则判断第一曲线和第二曲线的趋势不一致；

所述将第一曲线与第二曲线趋势不一致的部分对应的下贯深度作为目标下贯深度的步骤包括：

S61、将不在预设范围内的差值对应的下贯深度记为目标下贯深度。

3.根据权利要求1所述的深层水泥搅拌桩双控土层识别方法，其特征在于，所述判断第一曲线和第二曲线的趋势是否一致的步骤包括：

S45、从多个下贯深度中依次选取相邻的两个下贯深度组成下贯深度组，得到多个下贯深度组；

S46、对于每个下贯深度组，以下贯深度组的两个下贯深度作为起始点和终点，在第一曲线上截取第一线段，在第二曲线上截取第二线段，得到每个下贯深度组对应的第一线段和第二线段；

S47、依次判断每组下贯深度组对应的第一线段和第二线段的趋势是否一致；

S48、若均一致，则判断第一曲线和第二曲线的趋势一致；否则，判断第一曲线和第二曲线的趋势不一致；

所述将第一曲线与第二曲线趋势不一致的部分对应的下贯深度作为目标下贯深度的步骤包括：

S62、将与第二线段的趋势不一致的第一线段终点对应的下贯深度作为目标下贯深度。

4.根据权利要求1所述的深层水泥搅拌桩双控土层识别方法，其特征在于，所述预设公式

的推导过程如下：

根据能量守恒：

式中，F_合为搅拌组件受到的合力，

为动能变化量；

由公式(1)得到：

式中，F_拉为绞车拉力，F_侧摩为土与搅拌组件的钻杆的侧摩阻力；

绞车拉力做功为：

侧摩阻力做功为：

由公式(2)、(3)和公式(4)简化得到：

5.根据权利要求1所述的深层水泥搅拌桩双控土层识别方法，其特征在于，所述搅拌组件包括多根钻杆、与多根钻杆连接用于驱动钻杆转动的动力头和分别设置在多根钻杆底端的多个钻头，所述检测探头的数量与钻头的数量相同且一一对应，所述检测探头分别通过保护组件设置在对应的钻头的底端，所述保护组件包括保护盒和保险块，所述保护盒的顶端设置在钻头的底端，所述保险块设置在保护盒的内顶端，所述检测探头穿设在保护盒的底端，并与所述保险块连接，当所述检测探头受到的阻力大于一定值时，所述检测探头对保险块的压力大于保险块的最大承受力，所述保险块会破碎。

6.根据权利要求5所述的深层水泥搅拌桩双控土层识别方法，其特征在于，所述保护组件还包括套环，所述套环位于保护盒内，且套设于所述检测探头上。

7.根据权利要求5所述的深层水泥搅拌桩双控土层识别方法，其特征在于，所述检测探头通过数据传输线连接有无线数据传输器，所述无线数据传输器设置在相应的钻头上，所述无线数据传输器与智能终端无线连接。

8.根据权利要求5所述的深层水泥搅拌桩双控土层识别方法，其特征在于，所述保险块为陶瓷块。

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