CN117328441A - 一种深层水泥搅拌桩土层识别方法、系统、设备及介质 - Google Patents

一种深层水泥搅拌桩土层识别方法、系统、设备及介质 Download PDF

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CCCC Fourth Harbor Engineering Institute Co Ltd
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Abstract

本发明为一种深层水泥搅拌桩土层识别方法、系统、设备和介质，其中方法包括：获取设计施工深度，将设计施工深度分为多个深度段；在施工过程中，每隔预设采集时间获取下贯信息，且每当搅拌头下降至各深度段的底端时，将搅拌头所在的深度段记为目标深度段，下贯信息包括搅拌头底端高程、处理机电流、处理机输出扭矩、喷水流量、搅拌头转速和有效下贯荷载；基于获取的下贯信息，计算搅拌头通过目标深度段的识别指标信息，识别指标信息包括平均速度、水掺量、平均转速、平均电流、能耗、平均有效下贯荷载和平均扭矩；将搅拌头通过目标深度段的指标信息输入已构建的土层识别模型，得到目标深度段的土层类型。本发明对土层类型进行综合识别，可靠性高。

Description

一种深层水泥搅拌桩土层识别方法、系统、设备及介质
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土层识别方法、系统、设备及介质。
背景技术
深层水泥搅拌桩是地基处理的一种方式，它利用水泥作为固化剂，通过特殊的搅拌机械，如搅拌桩机在地基深处通过喷浆的方式把固化剂与周围土体相掺和，然后产生物理化学反应，使软土硬结成具有整体性、谁稳定性和一定强度的优良质地基。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一个勘察钻孔，施工区域中的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。
目前，市场上常用的搅拌桩机包括抱桩器、设置在抱桩器上的多根钻杆、驱动多根钻杆旋转的处理机以及分别设置在多根钻杆底端的多个搅拌头，搅拌头的外侧壁上设有若干层叶片，并且搅拌桩机都具有转速、下贯速度、深度、处理机的电流值、处理机的电压值和喷水流量的实时监测功能，为解决实际施工的土层分布的问题，通常以电流值的变化情况来作为划分土层的依据，或者在搅拌头端部布置静力触探传感器，通过静力触探传感器采集的数据来判别土层类型，但不管用哪种单一指标进行土层类型识别都具有一定的局限性，很难综合考虑多种影响因素，同时下贯过程中的喷水量会软化土层，导致测量指标降低，但又很难确定不同喷水量对土的软化程度。因此现有的土层识别方法容易发生误判，风险很高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种深层水泥搅拌桩土层识别方法、系统、设备及介质，可综合电流、能耗、扭矩、喷水量、荷载等多项指标，对土层类型进行综合识别，可靠性高。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种深层水泥搅拌桩土层识别方法，包括以下步骤：
获取设计施工深度，将设计施工深度划分为多个深度段；
在施工过程中，每隔预设采集时间获取下贯信息，且每当搅拌头下降至各深度段的底端时，将搅拌头所在的深度段记为目标深度段，下贯信息包括搅拌头底端高程、处理机电流、处理机输出扭矩、喷水流量、搅拌头转速和有效下贯荷载；
基于获取的下贯信息，计算搅拌头通过目标深度段的识别指标信息，识别指标信息包括平均速度、水掺量、平均转速、平均电流、能耗、平均有效下贯荷载和平均扭矩；
将搅拌头通过目标深度段的指标信息输入已构建的土层识别模型，得到目标深度段的土层类型。
进一步地，基于获取的下贯信息，计算搅拌头通过目标深度段的识别指标信息的步骤包括：
将搅拌头通过目标深度段这一段时间内获取的下贯信息记为目标下贯信息；
根据以下公式计算搅拌头通过目标深度段的平均速度：
式中，为搅拌头通过目标深度段的平均速度，L段为目标深度段的长度，t为搅拌头通过目标深度段的时间；
根据以下公式计算搅拌头通过目标深度段的水掺量：
式中，m水为搅拌头通过目标深度段的水掺量，n为目标下贯信息的数量，Q水i为获取的第i个目标下贯信息中的喷水流量，Δt为预设采集时间，ρ水为水的密度；
以任一目标下贯信息中的搅拌头转速作为搅拌头通过目标深度段的平均转速；
根据以下公式计算搅拌头通过目标深度段的平均电流：
式中，为搅拌头通过目标深度段的平均电流，I处i为获取的第i个目标下贯信息中的处理机电流；
根据以下公式计算搅拌头通过目标深度段的能耗：
式中，W耗为搅拌头通过目标深度段的能耗，U为电压；
根据以下公式计算搅拌头通过目标深度段的平均有效下贯荷载：
式中，为搅拌头通过目标深度段的平均有效下贯荷载，F贯i为获取的第i个目标下贯信息中的有效下贯荷载；
根据以下公式计算搅拌头通过目标深度段的平均扭矩：
式中，为搅拌头通过目标深度段的平均扭矩，M贯i为获取的第i个目标下贯信息中的处理机扭矩。
进一步地，识别指标信息还包括扫略体积比，扫略体积比由以下公式计算得到：
式中，B为叶片宽度，l为叶片长度，α为叶片与水平面的倾角，n转为下贯转速，V贯为下贯的贯入速度，d为钻杆直径，n层为叶片的层数，n叶为每层的搅拌叶片数。
进一步地，土层识别模型的构建过程如下：
获取多根已施工桩的历史施工信息，历史施工信息包括已施工桩所在区域中不同深度段对应的土层类型和已施工桩在施工过程中每隔采集时间记录的下贯信息；
对于每根已施工桩，基于已施工桩在施工过程中每隔采集时间记录的下贯信息，计算已施工桩在施工过程中搅拌头通过不同深度段对应的识别指标信息；
基于多根已施工桩的不同深度段对应的土层类型和识别指标信息构建数据集；
将数据集划分为训练集和测试集，并利用训练集和测试集对土层识别模型进行训练，得到训练好的土层识别模型。
进一步地，土层识别模型的构建过程如下：
获取搅拌桩所在施工区域的勘察信息，根据勘察信息确定搅拌桩所在施工区域内包含的若干第一土层类型；
获取多根已施工桩的历史施工信息，历史施工信息包括已施工桩所在区域中不同深度段对应的第二土层类型和已施工桩在施工过程中每隔采集时间记录的下贯信息；
从若干第一土层类型中依次选取一个第一土层类型作为第一目标土层类型，对于获取的每根已施工桩的历史施工信息，将与第一目标土层类型相同的第二土层类型记为第二目标土层类型，并将第二目标土层类型对应的深度段记为目标深度段；
根据已施工桩在施工过程中每隔采集时间记录的下贯信息，计算已施工桩在施工过程中搅拌头通过目标深度段对应的识别指标信息；
基于多根已施工桩的目标深度段对应的第二目标土层类型和识别指标信息构建数据集；
将数据集划分为训练集和测试集，并利用训练集和测试集对土层识别模型进行训练，得到训练好的土层识别模型。
本发明还提供了一种深层水泥搅拌桩土层识别系统，包括：
获取模块，用于获取设计施工深度，将设计施工深度划分为多个深度段；
采集模块，用于在施工过程中，每隔预设采集时间获取下贯信息，且每当搅拌头下降至各深度段的底端时，将搅拌头所在的深度段记为目标深度段，下贯信息包括搅拌头底端高程、处理机电流、处理机输出扭矩、喷水流量、搅拌头转速和有效下贯荷载；
计算模块，用于基于获取的下贯信息，计算搅拌头通过目标深度段的识别指标信息，识别指标信息包括平均速度、水掺量、平均转速、平均电流、能耗、平均有效下贯荷载和平均扭矩；
输入模块，用于将搅拌头通过目标深度段的指标信息输入已构建的土层识别模型，得到目标深度段的土层类型。
本发明还提供了一种电子设备，电子设备包括：
处理器；
存储器，用于存储可执行的计算机程序；
其中，处理器执行计算机程序时实现深层水泥搅拌桩土层识别方法的步骤。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现深层水泥搅拌桩土层识别方法的步骤。
相比于现有技术，本发明的有益效果为：通过对深层水泥搅拌桩下贯过程的搅拌头底端高程、处理机电流、处理机输出扭矩、喷水流量、搅拌头转速和有效下贯荷载等多个指标进行实时采集，计算得到每个深度段的平均速度、水掺量、平均转速、平均电流、能耗、平均有效下贯荷载和平均扭矩等识别指标信息，计算的水掺量作为下贯过程中影响土层类型识别的重要因素之一，更符合实际情况，然后将识别指标信息输入土层识别模型，得到个深度段对应的土层类型，提高判断土层类型的准确性，可靠性高；本发明为个搅拌桩针对性施工提供了土层类型划分依据，针对每根搅拌桩调整工艺参数提供依据，可有效提高整根搅拌桩的均匀性并降低施工成本。
附图说明
图1为本发明深层水泥搅拌桩土层识别方法的步骤流程图；
图2为搅拌桩机的结构示意图；
图3为本发明深层水泥搅拌桩土层识别系统的模块示意图；
图4为本发明电子设备的硬件结构图。
图中，10-抱桩器，20-钻杆，30-处理机，31-电流传感器，32-转速传感器，40-搅拌头，50-叶片，60-绞车，61-长度编码器，62-荷载传感器，70-中心杆,80-扭矩传感器,90-输送管道，100-连接管道，110-喷水泵，120-喷水流量计，130-桩架，140-定位传感器。
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1，图1为本发明深层水泥搅拌桩土层识别方法的步骤流程图。一种深层水泥搅拌桩土层识别方法，包括以下步骤：
S1、获取设计施工深度，将设计施工深度划分为多个深度段；
S2、在施工过程中，每隔预设采集时间获取下贯信息，且每当搅拌头下降至各深度段的底端时，将搅拌头所在的深度段记为目标深度段，下贯信息包括搅拌头底端高程、处理机电流、处理机输出扭矩、喷水流量、搅拌头转速和有效下贯荷载；
S3、基于获取的下贯信息，计算搅拌头通过目标深度段的识别指标信息，识别指标信息包括平均速度、水掺量、平均转速、平均电流、能耗、平均有效下贯荷载和平均扭矩；
S4、将搅拌头通过目标深度段的指标信息输入已构建的土层识别模型，得到目标深度段的土层类型。
在上述步骤S1中，设计施工深度为设计搅拌桩的长度，将设计施工深度划分为多个深度段，深度段的设定可以根据需要的识别精度来确定，一般来说，岩土勘察中小于0.5米的土层不会单独划分土层类型，也就是说，即使0.5米范围内有两种不同的土，在实际应用中也当做一种土层类型来处理，因此深度段不应小于0.5米。在本实施例中，深度段取0.5米。
在上述步骤S2中，将多个深度段按深度进行排序编号，然后采用搅拌桩机对施工区域中预先标记的桩位进行施工，如图2所示，搅拌桩机包括抱桩器10、设置在抱桩器10上的多根钻杆20、驱动多根钻杆20旋转的处理机30、设置在处理机30上且位于多根钻杆20之间的中心杆70、带动处理机30升降的绞车60以及分别设置在多根钻杆20底端的多个搅拌头40，搅拌头40的外侧壁上设有若干层叶片50，绞车60的钢丝绳上设有长度编码器61和荷载传感器62，处理机30上设有电流传感器31和转速传感器32，处理机30与钻杆20之间设有扭矩传感器80，中心杆70和搅拌头40上设有喷口，搅拌桩机还包括输送管道90和桩架，输送管道90一端与喷口连通，另一端通过连接管道100与喷水泵110连接，连接管道100上设有喷水流量计120，绞车60的钢丝绳绕过桩架上的滑轮组后与处理机30连接，桩架上设有定位传感器。在搅拌桩机施工过程中，保持搅拌头转速恒定，每个预设采集时间获取搅拌头底端高程、处理机电流、处理机输出扭矩、喷水流量、搅拌头转速和有效下贯荷载，以形成下贯信息，从而得到多个下贯信息。并在施工过程中，根据获取的下贯信息中的搅拌头底端高程，当搅拌头下降至地面下0.5米处，即搅拌头下降至第一个深度段的底端时，将第一个深度段记为目标深度段，然后搅拌头继续下降至地面下1米处，即搅拌头下降至第二个深度段的底端，将第二个深度段记为目标深度段，以此通过搅拌头的不断下降，多个深度段依次被记为目标深度段。
在上述步骤S3中，每当搅拌头从目标深度段顶端下降至目标深度段底端时，基于获取的下贯信息，根据计算规则计算搅拌头通过目标深度段的平均速度、水掺量、平均转速、平均电流、能耗、平均有效下贯荷载和平均扭矩。
进一步地，基于获取的下贯信息，计算搅拌头通过目标深度段的识别指标信息的步骤包括：
S31、将搅拌头通过目标深度段这一段时间内获取的下贯信息记为目标下贯信息；
S32、根据以下公式计算搅拌头通过目标深度段的平均速度：
式中，为搅拌头通过目标深度段的平均速度，L段为目标深度段的长度，t为搅拌头通过目标深度段的时间；
S33、根据以下公式计算搅拌头通过目标深度段的水掺量：
式中，m水为搅拌头通过目标深度段的水掺量，n为目标下贯信息的数量，Q水i为获取的第i个目标下贯信息中的喷水流量，Δt为预设采集时间，ρ水为水的密度；
S34、以任一目标下贯信息中的搅拌头转速作为搅拌头通过目标深度段的平均转速；
S35、根据以下公式计算搅拌头通过目标深度段的平均电流：
式中，为搅拌头通过目标深度段的平均电流，I处i为获取的第i个目标下贯信息中的处理机电流；
S36、根据以下公式计算搅拌头通过目标深度段的能耗：
式中，W耗为搅拌头通过目标深度段的能耗，U为电压；
S37、根据以下公式计算搅拌头通过目标深度段的平均有效下贯荷载：
式中，为搅拌头通过目标深度段的平均有效下贯荷载，F贯i为获取的第i个目标下贯信息中的有效下贯荷载；
S38、根据以下公式计算搅拌头通过目标深度段的平均扭矩：
式中，为搅拌头通过目标深度段的平均扭矩，M贯i为获取的第i个目标下贯信息中的处理机扭矩。
在上述步骤S31至步骤S38中，搅拌桩机每隔预设时间采集一次下贯信息，预设采集时间一般为5秒，因此每当搅拌头从目标深度段顶端下降至目标深度段底端时，搅拌桩机会采集多个下贯信息，将搅拌头通过目标深度段这一段时间内获取的下贯信息记为目标下贯信息。并且搅拌桩机的搅拌头下降过程中一般会记录时间，因此以目标深度段的长度除以搅拌头通过目标深度段的时间，可以得到搅拌头通过目标深度段的平均速度。在下贯过程中，搅拌头只喷水，因此通过每个目标下贯信息的喷水流量乘以预设采集时间，乘以水的密度，在进行累加即可得到目标深度段的水掺量。而下贯过程中，搅拌头转速保持不变，因此以任一目标下贯信息中的搅拌头转速作为搅拌头通过目标深度段的平均转速即可。对于搅拌头通过目标深度段的平均电流、平均有效下贯荷载和平均扭矩，将多个目标下贯信息中的相应数据进行相加后除以目标下贯信息的数量即可得到。最后搅拌头通过目标深度段的能耗为搅拌头通过目标深度段的平均电流乘以处理机的电压再乘以搅拌头通过目标深度段的时间得到，处理机的电压一般是稳定的，取380v。
以上的识别指标信息中平均速度、水掺量、平均转速、平均电流、能耗、平均有效下贯荷载和平均扭矩只是单一指标，虽然是受土层类型影响的重要因素之一，但其指导识别的效果有限。进一步地，识别指标信息还包括扫略体积比，扫略体积比由以下公式(7)计算得到：
式中，B为叶片宽度，l为叶片长度，α为叶片与水平面的倾角，n转为下贯转速，V贯为下贯的贯入速度，d为钻杆直径，n层为叶片的层数，n叶为每层的搅拌叶片数。
扫略体积比指示搅拌桩机的搅拌头叶片每下贯1米，其扫略的总体积与该范围内土体体积的比值，即扫略体积比为：
式中，1为1米的深度，为土体体积，/>为单个叶片下贯1米的扫略体积，经简化后得到公式(3)。
扫略体积比综合考虑了叶片的层数、每层叶片数、叶片宽度、长度、倾角、钻杆直径等搅拌头的几何参数，同时还考虑了下贯速度、钻速等工艺参数，是进行土层划分的重要综合指标。
在上述步骤S4中，预先构建土层识别模型，土层识别模型可以采用神经网络算法，当然也可以采用其他算法，土层识别模块的输入为平均速度、水掺量、平均转速、平均电流、能耗、平均有效下贯荷载和平均扭矩等指标，土层识别模块的输出为土层类型。
进一步地，在步骤S4中，土层识别模型的构建过程如下：
(11)、获取多根已施工桩的历史施工信息，历史施工信息包括已施工桩所在区域中不同深度段对应的土层类型和已施工桩在施工过程中每隔采集时间记录的下贯信息；
(12)、对于每根已施工桩，基于已施工桩在施工过程中每隔采集时间记录的下贯信息，计算已施工桩在施工过程中搅拌头通过不同深度段对应的识别指标信息；
(13)、基于多根已施工桩的不同深度段对应的土层类型和识别指标信息构建数据集；
(14)、将数据集划分为训练集和测试集，并利用训练集和测试集对土层识别模型进行训练，得到训练好的土层识别模型。
在上述步骤(11)，对于已施工桩，都有其所属的桩号，并可根据其最邻近的勘察孔，得到该已施工桩所在区域中不同深度段对应的土层类型，而搅拌桩的施工一般采用搅拌装机进行施工，在搅拌头下贯的过程中，搅拌桩机每隔预设时间采集一次下贯信息，如搅拌头底端高程、处理机电流、处理机输出扭矩、喷水流量、搅拌头转速和有效下贯荷载。从而可以得到已施工桩在施工过程中每隔采集时间记录的下贯信息。
在上述步骤(12)中，每根已施工桩在施工过程中搅拌头通过不同深度段对应的识别指标信息可参照步骤S31至步骤S38，在此不再赘述。
在上述步骤(13)和步骤(14)中，对于每根已施工桩，将已施工桩各深度段对应的土层类型和识别指标信息对应保存，形成样本组，得到每根已施工桩对应的多个样本组，然后基于多根已施工桩的多个样本组构建数据集。并将数据集中并将数据集中的80％的数据作为训练集，剩余20％的数据作为训练集，以训练集和测试集中每个样本组内的识别指标信息作为输入，每个样本组内对应的土层类型作为输出，对土层识别模型进行训练，不断修正土层识别模型的超参数，使得土层识别模型的准确率达到90％以上，从而得到训练好的土层识别模型。
进一步地，为提高土层识别模型预测的准确性，在步骤S4中，土层识别模型的构建过程如下：
(21)、获取搅拌桩所在施工区域的勘察信息，根据勘察信息确定搅拌桩所在施工区域内包含的若干第一土层类型；
(22)、获取多根已施工桩的历史施工信息，历史施工信息包括已施工桩所在区域中不同深度段对应的第二土层类型和已施工桩在施工过程中每隔采集时间记录的下贯信息；
(23)、从若干第一土层类型中依次选取一个第一土层类型作为第一目标土层类型，对于获取的每根已施工桩的历史施工信息，将与第一目标土层类型相同的第二土层类型记为第二目标土层类型，并将第二目标土层类型对应的深度段记为目标深度段；
(24)、根据已施工桩在施工过程中每隔采集时间记录的下贯信息，计算已施工桩在施工过程中搅拌头通过目标深度段对应的识别指标信息；
(25)、基于多根已施工桩的目标深度段对应的第二目标土层类型和识别指标信息构建数据集；
(26)、将数据集划分为训练集和测试集，并利用训练集和测试集对土层识别模型进行训练，得到训练好的土层识别模型。
在上述步骤(21)中，在施工区域进行水泥搅拌桩施工前，会对施工区域进行勘察，如对施工区域进行转孔取芯，取出土样后划分不同深度段所属的土层类型，以形成施工区域的勘察信息，从而根据施工区域的勘察信息，即可确定施工区域内有几种土层类型，将土层类型记为第一土层类型，以得到施工区域内包含的若干中第一土层类型。如施工区域内包括两种第一土层类型，分别为淤泥和粘土。
步骤(22)参照步骤(11)，在此不再赘述。
在上述步骤(23)和步骤(24)中，在多根已施工桩的历史施工信息中，分别找到与每个第一目标土层类型相同的第二土层类型，并找到的第二土层类型记为第二目标土层类型，也即在多根已施工桩的历史施工信息中，找到为淤泥或粘土的第二土层类型，并将找到的第二土层类型记为第二目标土层类型，同时将第二目标土层类型对应的深度段记为目标深度段，然后根据步骤S31至步骤S38计算在已施工桩施工过程中，搅拌头通过目标深度段的识别指标信息，从而得到目标深度段对应的识别指标信息和第二目标土层类型。
在上述步骤(25)和步骤(26)中，对于每根已施工桩，将已施工桩的目标深度段对应的第二目标土层类型和识别指标信息对应保存，形成样本组，得到每根已施工桩对应的若干样本组，然后基于多根已施工桩的若干样本组构建数据集。并将数据集中并将数据集中的80％的数据作为训练集，剩余20％的数据作为训练集，以训练集和测试集中每个样本组内的识别指标信息作为输入，每个样本组内对应的第二目标土层类型作为输出，对土层识别模型进行训练，不断修正土层识别模型的超参数，使得土层识别模型的准确率达到90％以上，从而得到训练好的土层识别模型。该土层识别模型只适用于步骤(21)中确定的用于施工搅拌桩的施工区域，是该施工区域的专用土层识别模型，从而可达到更优的土层识别效果。
在上述步骤S4中，对于每个深度段，将深度段对应的识别指标信息输入已构建的土层识别模型，由土层识别模型输出深度段对应的土层类型，从而得到施工区域中各深度段对应的土层类型，为调整不同深度的搅拌桩施工工艺参数提供依据，进而提高水泥搅拌桩成桩的均匀性并降低施工成本。
请参阅图3，图3为本发明深层水泥搅拌桩土层识别系统的模块示意图。与前述本发明深层水泥搅拌桩土层识别方法的实施例对应，本发明还提供了一种深层水泥搅拌桩土层识别系统，包括：
获取模块1，用于获取设计施工深度，将设计施工深度划分为多个深度段；
采集模块2，用于在施工过程中，每隔预设采集时间获取下贯信息，且每当搅拌头下降至各深度段的底端时，将搅拌头所在的深度段记为目标深度段，下贯信息包括搅拌头底端高程、处理机电流、处理机输出扭矩、喷水流量、搅拌头转速和有效下贯荷载；
计算模块3，用于基于获取的下贯信息，计算搅拌头通过目标深度段的识别指标信息，识别指标信息包括平均速度、水掺量、平均转速、平均电流、能耗、平均有效下贯荷载和平均扭矩；
输入模块4，用于将搅拌头通过目标深度段的识别指标信息输入已构建的土层识别模型，得到目标深度段的土层类型。
进一步地，计算模块3包括：
标记单元，用于将搅拌头通过目标深度段这一段时间内获取的下贯信息记为目标下贯信息；
第一计算单元，用于根据以下公式计算搅拌头通过目标深度段的平均速度：
式中，为搅拌头通过目标深度段的平均速度，L段为目标深度段的长度，t为搅拌头通过目标深度段的时间；
第二计算单元，用于根据以下公式计算搅拌头通过目标深度段的水掺量：
式中，m水为搅拌头通过目标深度段的水掺量，n为目标下贯信息的数量，Q水i为获取的第i个目标下贯信息中的喷水流量，Δt为预设采集时间，ρ水为水的密度；
作为单元，用于以任一目标下贯信息中的搅拌头转速作为搅拌头通过目标深度段的平均转速；
第三计算单元，用于根据以下公式计算搅拌头通过目标深度段的平均电流：
式中，为搅拌头通过目标深度段的平均电流，i处i为获取的第i个目标下贯信息中的处理机电流；
第四计算单元，用于根据以下公式计算搅拌头通过目标深度段的能耗：
式中，W耗为搅拌头通过目标深度段的能耗，U为电压；
第五计算单元，用于根据以下公式计算搅拌头通过目标深度段的平均有效下贯荷载：
式中，为搅拌头通过目标深度段的平均有效下贯荷载，F贯i为获取的第i个目标下贯信息中的有效下贯荷载；
第六计算单元，用于根据以下公式计算搅拌头通过目标深度段的平均扭矩：
式中，为搅拌头通过目标深度段的平均扭矩，M贯i为获取的第i个目标下贯信息中的处理机扭矩。
进一步地，输入模块4包括：
第一获取单元，用于获取多根已施工桩的历史施工信息，历史施工信息包括已施工桩所在区域中不同深度段对应的土层类型和已施工桩在施工过程中每隔采集时间记录的下贯信息；
第七计算单元，用于对于每根已施工桩，基于已施工桩在施工过程中每隔采集时间记录的下贯信息，计算已施工桩在施工过程中搅拌头通过不同深度段对应的识别指标信息；
第一构建单元，用于基于多根已施工桩的不同深度段对应的土层类型和识别指标信息构建数据集；
第一训练单元，用于将数据集划分为训练集和测试集，并利用训练集和测试集对土层识别模型进行训练，得到训练好的土层识别模型。
进一步地，输入模块4包括：
第二获取单元，用于获取搅拌桩所在施工区域的勘察信息，根据勘察信息确定搅拌桩所在施工区域内包含的若干第一土层类型；
第三获取单元，用于获取多根已施工桩的历史施工信息，历史施工信息包括已施工桩所在区域中不同深度段对应的第二土层类型和已施工桩在施工过程中每隔采集时间记录的下贯信息；
选取单元，用于从若干第一土层类型中依次选取一个第一土层类型作为第一目标土层类型，对于获取的每根已施工桩的历史施工信息，将与第一目标土层类型相同的第二土层类型记为第二目标土层类型，并将第二目标土层类型对应的深度段记为目标深度段；
第八计算单元，用于根据已施工桩在施工过程中每隔采集时间记录的下贯信息，计算已施工桩在施工过程中搅拌头通过目标深度段对应的识别指标信息；
第二构建单元，基于多根已施工桩的目标深度段对应的第二目标土层类型和识别指标信息构建数据集；
第二训练单元，用于将数据集划分为训练集和测试集，并利用训练集和测试集对土层识别模型进行训练，得到训练好的土层识别模型。
上述系统中各个模块和单元的功能和作用的实现过程具体详见上述方法中对应步骤的实现过程，在此不再赘述。
对于系统实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元。
与前述深层水泥搅拌桩土层识别方法的实施例对应，本发明还提供了一种电子设备，所述电子设备可以包括：
处理器；
存储器，用于存储可执行的计算机程序；
其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现前述任一方法实施例中的深层水泥搅拌桩土层识别方法。
本发明实施例所提供的深层水泥搅拌桩土层识别方法和系统的实施例都可以应用在所述电子设备上。以软件实现为例，作为一个逻辑意义上的装置，是通过其所在电子设备的处理器将非易失性存储器中对应的计算机程序指令读取到内存中运行形成的。从硬件层面而言，如图4所示，除了图4所示的处理器、内存、网络接口、以及非易失性存储器之外，所述电子设备还可以包括其他硬件，如摄像模块；或通常根据该电子设备的实际功能，还可以包括其他硬件，对此不再赘述。
与前述深层水泥搅拌桩土层识别方法的实施例对应，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述任一方法实施例中的深层水泥搅拌桩土层识别方法。
本发明实施例可采用在一个或多个包含有程序代码的存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。所述计算机可读存储介质可以包括：永久性或非永久性的可移动或非可移动媒体。所述计算机可读存储介质的信息存储功能可以由任何可以实现的方法或技术实现。所述信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模型或其它数据。
另外，所述计算机可读存储介质包括但不限于：相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其它类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其它内存技术的记忆体、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其它光学存储器、磁盒式磁带、磁带磁盘存储或其它磁性存储设备或可用于存储可被计算设备访问的信息的其它非传输介质。
相比于现有技术，本发明的有益效果为：通过对深层水泥搅拌桩下贯过程的搅拌头底端高程、处理机电流、处理机输出扭矩、喷水流量、搅拌头转速和有效下贯荷载等多个指标进行实时采集，计算得到每个深度段的平均速度、水掺量、平均转速、平均电流、能耗、平均有效下贯荷载和平均扭矩等识别指标信息，计算的水掺量作为下贯过程中影响土层类型识别的重要因素之一，更符合实际情况，然后将识别指标信息输入土层识别模型，得到个深度段对应的土层类型，提高判断土层类型的准确性，可靠性高；本发明为个搅拌桩针对性施工提供了土层类型划分依据，针对每根搅拌桩调整工艺参数提供依据，可有效提高整根搅拌桩的均匀性并降低施工成本。
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土层识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取设计施工深度，将所述设计施工深度划分为多个深度段；
在施工过程中，每隔预设采集时间获取下贯信息，且每当搅拌头下降至各深度段的底端时，将所述搅拌头所在的深度段记为目标深度段，所述下贯信息包括搅拌头底端高程、处理机电流、处理机输出扭矩、喷水流量、搅拌头转速和有效下贯荷载；
基于获取的所述下贯信息，计算所述搅拌头通过目标深度段的识别指标信息，所述识别指标信息包括平均速度、水掺量、平均转速、平均电流、能耗、平均有效下贯荷载和平均扭矩；
将所述搅拌头通过目标深度段的指标信息输入已构建的土层识别模型，得到目标深度段的土层类型。
2.根据权利要求1所述的深层水泥搅拌桩土层识别方法，其特征在于，所述基于获取的所述下贯信息，计算所述搅拌头通过目标深度段的识别指标信息的步骤包括：
将所述搅拌头通过目标深度段这一段时间内获取的下贯信息记为目标下贯信息；
根据以下公式计算所述搅拌头通过目标深度段的平均速度：
式中，为所述搅拌头通过目标深度段的平均速度，L段为目标深度段的长度，t为所述搅拌头通过目标深度段的时间；
根据以下公式计算所述搅拌头通过目标深度段的水掺量：
式中，m水为所述搅拌头通过目标深度段的水掺量，n为目标下贯信息的数量，Q水i为获取的第i个目标下贯信息中的喷水流量，Δt为预设采集时间，ρ水为水的密度；
以任一所述目标下贯信息中的搅拌头转速作为搅拌头通过目标深度段的平均转速；
根据以下公式计算所述搅拌头通过目标深度段的平均电流：
式中，为所述搅拌头通过目标深度段的平均电流，I处i为获取的第i个目标下贯信息中的处理机电流；
根据以下公式计算所述搅拌头通过目标深度段的能耗：
式中，W耗为所述搅拌头通过目标深度段的能耗，U为电压；
根据以下公式计算所述搅拌头通过目标深度段的平均有效下贯荷载：
式中，为所述搅拌头通过目标深度段的平均有效下贯荷载，F贯i为获取的第i个目标下贯信息中的有效下贯荷载；
根据以下公式计算所述搅拌头通过目标深度段的平均扭矩：
式中，为所述搅拌头通过目标深度段的平均扭矩，M贯i为获取的第i个目标下贯信息中的处理机扭矩。
3.根据权利要求1所述的深层水泥搅拌桩土层识别方法，其特征在于，所述识别指标信息还包括扫略体积比，所述扫略体积比由以下公式计算得到：
式中，B为叶片宽度，l为叶片长度，α为叶片与水平面的倾角，n转为下贯转速，V贯为下贯的贯入速度，d为钻杆直径，n层为叶片的层数，n叶为每层的搅拌叶片数。
4.根据权利要求1所述的深层水泥搅拌桩土层识别方法，其特征在于，所述土层识别模型的构建过程如下：
获取多根已施工桩的历史施工信息，所述历史施工信息包括已施工桩所在区域中不同深度段对应的土层类型和已施工桩在施工过程中每隔采集时间记录的下贯信息；
对于每根已施工桩，基于已施工桩在施工过程中每隔采集时间记录的下贯信息，计算已施工桩在施工过程中搅拌头通过不同深度段对应的识别指标信息；
基于多根已施工桩的不同深度段对应的土层类型和识别指标信息构建数据集；
将数据集划分为训练集和测试集，并利用训练集和测试集对土层识别模型进行训练，得到训练好的土层识别模型。
5.根据权利要求1所述的深层水泥搅拌桩土层识别方法，其特征在于，所述土层识别模型的构建过程如下：
获取搅拌桩所在施工区域的勘察信息，根据所述勘察信息确定所述搅拌桩所在施工区域内包含的若干第一土层类型；
获取多根已施工桩的历史施工信息，所述历史施工信息包括已施工桩所在区域中不同深度段对应的第二土层类型和已施工桩在施工过程中每隔采集时间记录的下贯信息；
从若干所述第一土层类型中依次选取一个第一土层类型作为第一目标土层类型，对于获取的每根所述已施工桩的历史施工信息，将与第一目标土层类型相同的第二土层类型记为第二目标土层类型，并将所述第二目标土层类型对应的深度段记为目标深度段；
根据所述已施工桩在施工过程中每隔采集时间记录的下贯信息，计算所述已施工桩在施工过程中搅拌头通过目标深度段对应的识别指标信息；
基于多根已施工桩的目标深度段对应的第二目标土层类型和识别指标信息构建数据集；
将数据集划分为训练集和测试集，并利用训练集和测试集对土层识别模型进行训练，得到训练好的土层识别模型。
6.一种深层水泥搅拌桩土层识别系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取设计施工深度，将所述设计施工深度划分为多个深度段；
采集模块，用于在施工过程中，每隔预设采集时间获取下贯信息，且每当搅拌头下降至各深度段的底端时，将所述搅拌头所在的深度段记为目标深度段，所述下贯信息包括搅拌头底端高程、处理机电流、处理机输出扭矩、喷水流量、搅拌头转速和有效下贯荷载；
计算模块，用于基于获取的所述下贯信息，计算所述搅拌头通过目标深度段的识别指标信息，所述识别指标信息包括平均速度、水掺量、平均转速、平均电流、能耗、平均有效下贯荷载和平均扭矩；
输入模块，用于将所述搅拌头通过目标深度段的指标信息输入已构建的土层识别模型，得到目标深度段的土层类型。
7.一种电子设备，其特征在于，包括：
处理器；
存储器，用于存储可执行的计算机程序；
其中，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5任一项所述方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5任一项所述方法的步骤。
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