CN117554432A - 一种高压旋喷桩桩身成桩质量预测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压旋喷桩桩身成桩质量预测系统及方法，系统包括高压旋喷桩桩机、返浆流槽、返浆过滤收集箱、返浆比重测试模块、返浆电导率测试模块、清洗水箱、数据采集与展示模块、泥浆泵、水泥浆流量计、返浆外运车，返浆比重测试模块采集返浆的每米返浆比重数据、返浆电导率测试模块采集返浆恒温下的每米返浆电导率数据、水泥浆流量计采集返浆的每米返浆量数据，并分别自动传输到数据采集与展示模块；数据采集与展示模块根据上述采集数据自动计算桩身水泥掺量；根据桩身水泥掺量和预先绘制的不同地层28d龄期试块强度与水泥掺量关系曲线预测桩身28d龄期强度，预测结果小于设计强度时进行显示和预警，保障高压旋喷桩施工质量满足设计要求。

Description

一种高压旋喷桩桩身成桩质量预测系统及方法

技术领域

本发明属于岩土工程技术领域，更具体地，涉及一种高压旋喷桩桩身成桩质量预测系统及方法。

背景技术

高压旋喷桩技术原理是利用工程钻机钻孔（或引孔旋喷一体机）至设计深度后，利用有水平喷嘴的注浆管下放到设计标高，利用高压设备使喷嘴以一定的压力将浆液喷射出去，高压射流冲击切割土体，土体在高压喷射流的强大动压等作用下，发生强度破坏，土颗粒被从地层中剥落下来，与水泥浆搅拌形成混合浆液，一部分细颗粒随混合浆液冒出地面，其余土粒在射流的冲击力、离心力和重力等力的作用下，按一定的浆土比例和质量大小，有规律地重新排列随着注浆管的旋转和提升而形成圆柱形桩体，凝固后便在土体中形成圆柱形状、有一定强度、相邻桩体相互咬合成一体的固结体，起到止水和土体加固的作用。

目前针对高压旋喷桩施工质量的检测，目前公认的方法是采用钻孔取芯测量的方法，但该种方法在时效性上存在不足，虽然可以通过取芯测试桩身强度、桩径，但取芯要等到至少28d龄期才能取出完整芯样。此时高压旋喷桩已经施工完成，再采取补救措施，耗时耗力不经济。因此，如果能在高压旋喷桩施工时就能判定桩身施工质量是否满足要求，可以当即采取相应措施。

在本发明之前，授权号为CN 113846709 B，名称为一种用于旋喷桩成桩效果的实时检测方法及系统的专利公开了一种基于小极距网络并行电法的旋喷桩成桩效果的实时检测方法及系统，通过重建旋喷桩的视电阻率云图，判定高压旋喷桩成桩范围并预测成桩强度，但用于深层地基加固的高压旋喷桩，桩顶以上存在深厚软土覆盖层，使用该方法对桩径预测难度大、精度差，而且采用视电阻率来反映桩身强度，均一性差，难以有效预测。公开号为CN 114319333 A，名称为一种基于返浆电导率数据进行高压旋喷的施工方法的专利申请，通过使用电导率仪测试泥浆电导率来预测水泥掺量，之后根据预测的水泥掺量来动态调整施工参数，但是该方法采用电导率来预测水泥掺量时，由于返浆电导率受温度影响较大，需要先在室内做大量不同水泥掺量、不同温度下的标准曲线来标定，而且实际温度不可能为整数，需要进一步内插取值，导致该技术在应用时的工作量很大，难以推广应用；此外，由于桩身水泥浆和返浆水泥浆不均匀，返浆并不能直接反映桩身中的水泥掺量，因此，使用该专利技术并不能直观表示成桩质量，而工程验收又以成桩强度、桩径等指标为控制标准，因此该专利技术在推广应用存在较大局限性。授权号为CN 202011028106 B，名称为一种基于返浆数据进行高压旋喷的施工方法的专利，公开了一种通过测试返浆水泥浆粘度、返浆流量，来判定旋喷的质量的方法，然而温度对泥浆粘度的影响也较大，该专利的测试方法未能建立特定温度下的泥浆粘度与温度的关系，因此在应用上也存在局限。

因此，急需一种能够在高压旋喷桩施工时进行分段返浆流量、分段返浆比重精准测试，能够对恒定温度下的分段返浆电导率进行测试，进而可以实时预测、展示桩身施工质量的高压旋喷桩桩身成桩质量预测装置。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种高压旋喷桩桩身成桩质量预测装置及方法，通过返浆比重测试模块采集每米返浆比重数据、通过返浆电导率测试模块采集恒温下的每米返浆电导率数据、通过水泥浆流量计采集每米返浆量数据，并分别自动传输到数据采集与展示模块；数据采集与展示模块根据所述每米返浆比重数据、所述每米返浆电导率数据、所述每米返浆量数据、高压旋喷桩桩机的每米喷浆水泥质量以及原状土总质量，结合预先绘制的不同地层水泥土混合泥浆的电导率与水泥掺量关系曲线，自动计算桩身水泥掺量；根据所述桩身水泥掺量，结合预先绘制的不同地层28d龄期试块强度与水泥掺量关系曲线，采用线性插值方式预测桩身28d龄期强度，如果预测结果小于设计强度，则进行显示和预警，进而保障每米的高压旋喷桩施工质量满足设计要求，实现高压旋喷桩施工质量的合理评估；本发明能够在高压旋喷桩施工时进行分段返浆流量、分段返浆比重精准测试，能够对恒定温度下的分段返浆电导率进行测试，进而可以实时预测、展示桩身施工质量的高压旋喷桩桩身成桩质量预测装置。

为了实现上述目的，本发明的一个方面提供一种高压旋喷桩桩身成桩质量预测系统，包括高压旋喷桩桩机、设于所述高压旋喷桩桩机侧面的返浆流槽，设于所述返浆流槽出口下方的返浆过滤收集箱，与所述返浆过滤收集箱相连的返浆比重测试模块、返浆电导率测试模块、清洗水箱、数据采集与展示模块以及返浆外运车；其中，

所述返浆过滤收集箱与所述返浆外运车通过排浆管道相连；所述排浆管道上设有泥浆泵和与所述数据采集与展示模块通信连接的水泥浆流量计；

通过所述返浆比重测试模块采集返浆的每米返浆比重数据、通过所述返浆电导率测试模块采集返浆恒温下的每米返浆电导率数据、通过所述水泥浆流量计采集返浆的每米返浆量数据，并分别自动传输到所述数据采集与展示模块；所述数据采集与展示模块根据所述每米返浆比重数据、所述每米返浆电导率数据、所述每米返浆量数据、高压旋喷桩桩机的每米喷浆水泥质量以及原状土总质量，结合预先绘制的不同地层水泥土混合泥浆的电导率与水泥掺量关系曲线，自动计算桩身水泥掺量；根据所述桩身水泥掺量，结合预先绘制的不同地层28d龄期试块强度与水泥掺量关系曲线，采用线性插值方式预测桩身28d龄期强度，如果预测结果小于设计强度，则进行显示和预警，调整施工参数，进而保障每米的高压旋喷桩施工质量满足设计要求，实现高压旋喷桩施工质量的合理评估。

进一步地，所述返浆比重测试模块包括与所述返浆过滤收集箱相连的第一测试筒，设于所述第一测试筒上方的磁吸顶，设于所述磁吸顶下面的带磁吸帽的泥浆比重计，设于所述数据采集与展示模块与所述磁吸顶之间的第一数据传输线缆。

进一步地，所述返浆电导率测试模块包括与所述返浆过滤收集箱相连的第二测试筒，设于所述第二测试筒内部的电导率计和温度测量与控温模块，设于所述电导率计与所述数据采集与展示模块之间的电导率数据采集仪。

进一步地，所述返浆过滤收集箱的过滤筛网粒径为10mm。

进一步地，所述数据采集与展示模块包括电导率测试数据采集与分析模块、返浆温度测试数据与分析模块、喷浆流量与喷浆量采集分析模块、返浆流量与返浆量采集分析模块、高压旋喷桩施工深度数据采集与分析模块，以及桩身水泥掺量与28d龄期桩身强度预测模块。

进一步地，所述第一测试筒通过带程控阀门的第一采浆管与所述返浆过滤收集箱连接；

所述第一测试筒底部设有带程控阀门的第一排浆管；

所述第一测试筒与所述清洗水箱之间设有带程控阀门的第二供水管。

进一步地，所述第二测试筒通过带程控阀门的第二采浆管与所述返浆过滤收集箱连接；所述第二测试筒底部设有带程控阀门的第二排浆管；

所述第二测试筒与所述清洗水箱之间设有带程控阀门的第二供水管；所述电导率计与所述数据采集与展示模块之间通过第二数据传输线缆连接；所述电导率数据采集仪设于所述第二数据传输线缆上。

本发明的另一个方面提供一种高压旋喷桩桩身成桩质量预测方法，应用前述的一种高压旋喷桩桩身成桩质量预测系统实现，包括如下步骤：

S1:现场钻探取芯，按照地层进行分层，测试各地层在不同水泥掺量的水泥土混合泥浆在25℃时的泥浆电导率，绘制不同地层水泥土混合泥浆的电导率与水泥掺量关系曲线；将不同水泥掺量的水泥土混合泥浆分别制作强度试块，并按规范要求养护至28d龄期后，测试试块强度，绘制不同地层28d龄期试块强度与水泥掺量关系曲线；

S2：在施工现场布置高压旋喷桩桩身成桩质量预测系统，将所述不同地层水泥土混合泥浆的电导率与水泥掺量关系曲线和所述不同地层28d龄期试块强度与水泥掺量关系曲线数据录入至数据采集与展示模块中；

S3：启动高压旋喷桩桩机，返浆经过返浆流槽进入返浆过滤收集箱后，按照高压旋喷桩喷浆管提升每米间隔自动开启带程控阀门的第一采浆管，通过返浆比重测试模块测量并获得每米返浆比重数据后传输至数据采集与展示模块；

S4：按照高压旋喷桩喷浆管提升每米间隔自动开启带程控阀门的第二采浆管，使返浆进入第二测试筒中，通过返浆电导率测试模块测量并获得每米返浆电导率数据后传输至数据采集与展示模块；

S5：按照高压旋喷桩喷浆管提升每米间隔自动开启泥浆泵，通过泥浆泵将返浆过滤收集箱中的泥浆抽除，并排至返浆外运车中；在排浆过程中，通过水泥浆流量计对泥浆泵抽除的返浆量进行测量，获得每米返浆量，并传输至数据采集与展示模块中；

S6：所述数据采集与展示模块根据所述每米返浆电导率数据和所述不同地层水泥土混合泥浆的电导率与水泥掺量关系曲线，采用线性插值方式，计算并获得返浆中的水泥掺量；根据所述每米返浆比重数据和所述每米返浆量，计算得到返浆总质量；

S7：根据所述返浆总质量、所述返浆中的水泥掺量、高压旋喷桩桩机的每米喷浆水泥质量以及原状土总质量获得桩身中的水泥质量和桩身中的原状土质量；根据所述桩身中的水泥质量和所述桩身中的原状土质量获得桩身水泥掺量；

S8：根据所述桩身水泥掺量结合步骤S1中的所述不同地层28d龄期试块强度与水泥掺量关系曲线，采用线性插值方式，预测桩身28d龄期强度，如果预测结果小于设计强度，则进行预警；

S9：重复步骤S3～S8，保障每米的高压旋喷桩施工质量满足设计要求。

进一步地，步骤S7中所述桩身中的水泥质量的获得包括如下步骤：

S71：根据所述返浆总质量和所述返浆中的水泥掺量获得返浆中的水泥质量；

S72：根据高压旋喷桩桩机的每米喷浆水泥质量和所述返浆中的水泥质量获得留在桩身中的水泥质量。

进一步地，步骤S7中所述桩身中的原状土质量的获得包括如下步骤：

S701：根据所述返浆总质量和所述返浆中的水泥质量获得返浆中的原状土质量；

S702：根据原状土密度和高压旋喷桩桩机发热旋喷桩成桩桩径获得原状土总质量；

S703：根据所述原状土总质量和所述返浆中的原状土质量获得留在桩身中的原状土质量。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1.本发明的一种高压旋喷桩桩身成桩质量预测系统，通过在返浆过滤收集箱上设返浆比重测试模块、返浆电导率测试模块、清洗水箱、数据采集与展示模块以及返浆外运车，在返浆过滤收集箱与返浆外运车之间设排浆管道；在排浆管道上设有泥浆泵和与数据采集与展示模块通信连接的水泥浆流量计；通过返浆比重测试模块采集所述返浆过滤收集箱中返浆的每米返浆比重数据、通过返浆电导率测试模块采集所述返浆过滤收集箱中返浆恒温下的每米返浆电导率数据、通过水泥浆流量计采集返浆过滤收集箱中返浆的每米返浆量数据，并分别自动传输到数据采集与展示模块；数据采集与展示模块根据所述每米返浆比重数据、所述每米返浆电导率数据、所述每米返浆量数据、高压旋喷桩桩机的每米喷浆水泥质量以及原状土总质量，结合预先绘制的不同地层水泥土混合泥浆的电导率与水泥掺量关系曲线，自动计算桩身水泥掺量；根据所述桩身水泥掺量，结合预先绘制的不同地层28d龄期试块强度与水泥掺量关系曲线，采用线性插值方式预测桩身28d龄期强度，如果预测结果小于设计强度，则进行显示和预警，进而保障每米的高压旋喷桩施工质量满足设计要求，实现高压旋喷桩施工质量的合理评估；本发明能够在高压旋喷桩施工时进行分段返浆流量、分段返浆比重精准测试，能够对恒定温度下的分段返浆电导率进行测试，进而可以实时预测、展示桩身施工质量是否满足施工要求。

2.本发明的一种高压旋喷桩桩身成桩质量预测系统，返浆比重测试模块通过在返浆过滤收集箱上连接第一测试筒，在第一测试筒上方设磁吸顶，在磁吸顶下面设带磁吸帽的泥浆比重计，在数据采集与展示模块与磁吸顶之间设第一数据传输线缆；第一测试筒通过带程控阀门的第一采浆管与返浆过滤收集箱连接，第一测试筒底部设有带程控阀门的第一排浆管，使得返浆比重测试模块能够按设定时间间隔从返浆过滤收集箱中采集返浆，测试每米返浆比重，测试完成后自动清除采集的返浆，并将每米返浆比重测试结果传输至数据采集与展示模块，整体测试效率高。

3.本发明的一种高压旋喷桩桩身成桩质量预测系统，返浆电导率测试模块通过在返浆过滤收集箱上连接第二测试筒，在第二测试筒的内部设电导率计和温度测量与控温模块，在电导率计与数据采集与展示模块之间设电导率数据采集仪，在数据采集与展示模块与磁吸顶之间设第一数据传输线缆；第二测试筒通过带程控阀门的第二采浆管与返浆过滤收集箱连接，第二测试筒底部设有带程控阀门的第二排浆管，使得返浆电导率测试模块能够按设定时间间隔从返浆过滤收集箱中采集返浆，通过温度测量与控温模块将返浆加热或降温至25℃时，测试每米返浆电导率，测试完成后自动清除采集的返浆，并将每米返浆电导率测试结果传输至数据采集与展示模块，整体测试效率高。

4.本发明的一种高压旋喷桩桩身成桩质量预测系统，通过在第一测试筒和第二测试筒上通过供水管连接清洗水箱，使得返浆比重测试模块和返浆电导率测试模块完成排浆后，能够及时通水清洗，方便下次采集测量使用。

5.本发明的一种高压旋喷桩桩身成桩质量预测系统，通过设置数据采集与展示模块，其包括电导率测试数据采集与分析模块、返浆温度测试数据与分析模块、喷浆流量与喷浆量采集分析模块、返浆流量与返浆量采集分析模块、高压旋喷桩施工深度数据采集与分析模块，以及桩身水泥掺量与28d龄期桩身强度预测模块；将预先绘制的不同地层水泥土混合泥浆的电导率与水泥掺量关系曲线和不同地层28d龄期试块强度与水泥掺量关系曲线嵌入，对喷浆流量与喷浆量、返浆电导率测试数据、返浆比重测试数据、水泥浆流量测试数据进行采集和分析，自动计算桩身水泥掺量，预测28d龄期桩身强度，并对预测结果进行展示，当预测桩身强度不满足要求时，进行报警，进而保障每米的高压旋喷桩施工质量满足设计要求，实现高压旋喷桩施工质量的合理评估。

附图说明

图1为本发明实施例一种高压旋喷桩桩身成桩质量预测系统的结构示意图；

图2为本发明实施例一种高压旋喷桩桩身成桩质量预测系统的返浆比重测试模块和返浆电导率测试模块的结构示意图；

图3为本发明实施例一种高压旋喷桩桩身成桩质量预测方法的流程示意图。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-高压旋喷桩桩机、2-返浆流槽、3-返浆过滤收集箱、4-返浆比重测试模块、5-返浆电导率测试模块、6-清洗水箱、7-数据采集与展示模块、8-水泥浆流量计、9-泥浆泵、10-排浆管道、11-返浆外运车、12-带程控阀门的第一采浆管、13-带磁吸帽的泥浆比重计、14-磁吸顶、15-第一测试筒、16-带程控阀门的第一排浆管、17-带程控阀门的第一供水管、18-第一数据传输线缆、19-带程控阀门的第二采浆管、20-电导率计、21-第二测试筒、22-温度测量与控温模块、23-带程控阀门的第二排浆管、24-电导率数据采集仪、25-带程控阀门的第二供水管、26-第二数据传输线缆。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，当元件被称为“固定于”、“设置于”或“设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上；术语“安装”、“相连”、“连接”、“设有”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”......仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1和图2所示，本发明的一个方面提供一种高压旋喷桩桩身成桩质量预测系统，包括高压旋喷桩桩机1、设于所述高压旋喷桩桩机1侧面的返浆流槽2，设于所述返浆流槽2出口下方的返浆过滤收集箱3，与所述返浆过滤收集箱3相连的返浆比重测试模块4、返浆电导率测试模块5、清洗水箱6、数据采集与展示模块7以及返浆外运车11；所述高压旋喷桩桩机1用于实现高压旋喷桩施工，其上设有水泥浆喷浆流量实时监测装置，并能够将实时监测数据传输至所述数据采集与展示模块7中；所述返浆过滤收集箱3与所述返浆外运车11通过排浆管道10相连；所述排浆管道10上设有泥浆泵9和与所述数据采集与展示模块7通信连接的水泥浆流量计8；通过所述返浆比重测试模块4采集所述返浆过滤收集箱3中返浆的每米返浆比重数据、通过所述返浆电导率测试模块5采集所述返浆过滤收集箱3中返浆恒温下的每米返浆电导率数据、通过所述水泥浆流量计8采集所述返浆过滤收集箱3中返浆的每米返浆量数据，并分别自动传输到所述数据采集与展示模块7；所述数据采集与展示模块7根据所述每米返浆比重数据、所述每米返浆电导率数据、所述每米返浆量数据、高压旋喷桩桩机1的每米喷浆水泥质量以及原状土总质量，结合预先绘制的不同地层水泥土混合泥浆的电导率与水泥掺量关系曲线，自动计算桩身水泥掺量；根据所述桩身水泥掺量，结合预先绘制的不同地层28d龄期试块强度与水泥掺量关系曲线，采用线性插值方式预测桩身28d龄期强度，如果预测结果小于设计强度，则进行显示和预警，进而保障每米的高压旋喷桩施工质量满足设计要求，实现高压旋喷桩施工质量的合理评估。

进一步地，在本发明的实施例中，所述返浆流槽2用于将所述高压旋喷桩桩机1施工时从钻孔返回的泥浆进行汇集；所述返浆过滤收集箱3的过滤筛网粒径为10mm，用于将从返浆流槽2传输来的返浆进行过滤，去除粒径大于10mm的块状碎石等杂物。

进一步地，如图1和图2所示，在本发明的实施例中，所述返浆比重测试模块4包括与所述返浆过滤收集箱3相连的第一测试筒15，设于所述第一测试筒15上方的磁吸顶14，设于所述磁吸顶14下面的带磁吸帽的泥浆比重计13，设于所述数据采集与展示模块7与所述磁吸顶14之间的第一数据传输线缆18；所述第一测试筒15通过带程控阀门的第一采浆管12与所述返浆过滤收集箱3连接，用于实现返浆的定时采集；所述返浆比重测试模块4能够按设定时间间隔从返浆过滤收集箱3中采集返浆，测试每米返浆比重，测试完成后自动清除采集的返浆，并将每米返浆比重测试结果传输至数据采集与展示模块7。

进一步地，如图1和图2所示，在本发明的实施例中，所述返浆电导率测试模块5包括与所述返浆过滤收集箱3相连的第二测试筒21，设于所述第二测试筒21内部的电导率计20和温度测量与控温模块22，设于所述电导率计20与所述数据采集与展示模块7之间的电导率数据采集仪24；所述第二测试筒21通过带程控阀门的第二采浆管19与所述返浆过滤收集箱3连接，用于实现返浆的定时采集；所述返浆电导率测试模块5能够按照设定时间间隔从返浆过滤收集箱3中采集返浆，通过加热或降温至25℃时，测试每米返浆电导率，测试完成后自动清除采集的返浆，并将每米返浆电导率测试结果传输至数据采集与展示模块7。

进一步地，如图1和图2所示，在本发明的实施例中，所述清洗水箱6、数据采集与展示模块7设于所述返浆过滤收集箱3的侧面；所述清洗水箱6，用于在返浆比重测试模块4和返浆电导率测试模块5完成排浆后，通水清洗，方便下次采集测量。

进一步地，在本发明的实施例中，所述数据采集与展示模块7包括电导率测试数据采集与分析模块、返浆温度测试数据与分析模块、喷浆流量与喷浆量采集分析模块、返浆流量与返浆量采集分析模块、高压旋喷桩施工深度数据采集与分析模块，以及桩身水泥掺量与28d龄期桩身强度预测模块；所述数据采集与展示模块7能够计算桩身中的水泥掺量，预测28d龄期桩身强度，并对预测结果进行展示，当预测桩身强度不满足要求时，进行报警；所述电导率测试数据采集与分析模块和所述返浆电导率测试模块5相连，用于对返浆电导率测试数据进行采集和分析；所述返浆温度测试数据与分析模块和所述返浆电导率测试模块5上的温度测量与控温模块22通信相连，用于对返浆温度数据进行采集和分析；所述喷浆流量与喷浆量采集分析模块和所述高压旋喷桩桩机1通信相连，用于对高压旋喷桩桩机1的喷浆流量与喷浆量进行采集和分析；所述返浆流量与返浆量采集分析模块与所述返浆比重测试模块4上所述带磁吸帽的泥浆比重计13相连，用于对返浆比重测试数据进行采集和分析；所述桩身水泥掺量与28d龄期桩身强度预测模块与所述水泥浆流量计8相连，用于对所述水泥浆流量计8采集的水泥浆流量测试数据进行采集和分析，进而计算桩身中的水泥掺量，预测28d龄期桩身强度，并对预测结果进行展示，当预测桩身强度不满足要求时，进行报警。

进一步地，在本发明的实施例中，所述水泥浆流量计8，用于对所述泥浆泵9抽除的返浆量进行测量，能够得到每米返浆量，并可以将测试数据传输至数据采集与展示模块7中；所述泥浆泵9用于将返浆过滤收集箱3中的返浆定时抽除，并传输至返浆外运车11中；所述排浆管道10分别与返浆过滤收集箱3和返浆外运车11连接，用于实现返浆的传输；所述返浆外运车11能够将返浆运至施工场地外部，方便泥浆脱水处置。

进一步地，如图1和图2所示，所述第一测试筒15底部设有带程控阀门的第一排浆管16；通过带程控阀门的第一排浆管16，实现所述第一测试筒15取样测试完成后将返浆进行排出；所述第一测试筒15与所述清洗水箱6之间设有带程控阀门的第一供水管17，通过带程控阀门的第二供水管25与清洗水箱6连接，实现第一测试筒15内的泥浆排出后，进行水冲清洗，方便下次测试；正常情况下，带磁吸帽的泥浆比重计13与磁吸顶14通过磁力连接，当第一测试筒15内泥浆完成采集并开始测试时，带磁吸帽的泥浆比重计13与磁吸顶14脱落，沉入第一测试筒15的返浆中进行每米返浆比重测试，测试结果通过第一数据传输线缆18传输到数据采集与展示模块7，测试完成后，带磁吸帽的泥浆比重计13被再次吸回磁吸顶14。

进一步地，如图1和图2所示，所述第二测试筒21底部设有带程控阀门的第二排浆管23；通过带程控阀门的第二排浆管23，实现所述第二测试筒21取样测试完成后将返浆进行排出；所述第二测试筒21与所述清洗水箱6之间设有带程控阀门的第二供水管25，通过带程控阀门的第二供水管25与清洗水箱6连接，实现第一测试筒15内的泥浆排出后，进行水冲清洗，方便下次测试；所述电导率计20与所述数据采集与展示模块7之间通过第二数据传输线缆26连接；所述电导率数据采集仪24设于所述第二数据传输线缆26上；返浆通过带程控阀门的第二采浆管19进入第二测试筒21，通过温度测量与控温模块22将返浆温度调整至25℃，之后通过电导率计20进行每米返浆电导率测试，并把测试数据经过第二数据传输线缆26传输至数据采集与展示模块7中。

如图3所示，本发明的另一个方面提供一种高压旋喷桩桩身成桩质量预测方法，应用前述高压旋喷桩桩身成桩质量预测系统实现，具体包括如下步骤：

S1：现场钻探取芯，按照地层进行分层，测试各地层在不同水泥掺量的水泥土混合泥浆在25℃时的泥浆电导率，绘制不同地层水泥土混合泥浆的电导率与水泥掺量关系曲线；将不同水泥掺量的水泥土混合泥浆分别制作强度试块，并按规范要求养护至28d龄期后，测试试块强度，绘制不同地层28d龄期试块强度与水泥掺量关系曲线；

具体地，在施工前，现场钻探取芯，按照地层进行分层，测试各地层在不同水泥掺量的水泥土混合泥浆在25℃时的泥浆电导率，绘制不同地层水泥土混合泥浆的电导率与水泥掺量关系曲线；将不同水泥掺量的水泥土混合泥浆倒入70.7×70.7×70.7mm三联塑料砂浆试模，制作强度试块并按规范要求养护至28d龄期后，测试试块强度，绘制不同地层28d龄期试块强度与水泥掺量关系曲线；

S2：在施工现场安装高压旋喷桩桩身成桩质量预测系统，将所述不同地层水泥土混合泥浆的电导率与水泥掺量关系曲线和所述不同地层28d龄期试块强度与水泥掺量关系曲线数据录入至数据采集与展示模块7中；

S3：启动高压旋喷桩桩机1，返浆经过返浆流槽2进入返浆过滤收集箱3后，按照高压旋喷桩喷浆管提升每米间隔自动开启带程控阀门的第一采浆管12，通过返浆比重测试模块4测量并获得每米返浆比重数据后传输至数据采集与展示模块7；

具体地，现场正式施工前，将高压旋喷桩桩身成桩质量预测装备现场布设好，之后开始施工；返浆经过返浆流槽2进入返浆过滤收集箱3后，按照高压旋喷桩喷浆管提升每米间隔自动开启带程控阀门的第一采浆管12，使返浆进入第一测试筒15中，通过带磁吸帽的泥浆比重计13测试每米返浆比重数据，并经过第一数据传输线缆18传输至数据采集与展示模块7；测试完成后，自动开启带程控阀门的第一排浆管16，实现取样测试完成后将第一测试筒15内返浆及时排出；自动开启带程控阀门的第一供水管17，实现第一测试筒15内的返浆排出后的自动水冲清洗，方便下次测试使用；

S4：按照高压旋喷桩喷浆管提升每米间隔自动开启带程控阀门的第二采浆管19，使返浆进入第二测试筒21中，通过返浆电导率测试模块5测量并获得每米返浆电导率数据后传输至数据采集与展示模块7；

具体地，按照高压旋喷桩喷浆管提升每米间隔自动开启带程控阀门的第二采浆管19，使返浆进入第二测试筒21中，通过温度测量与控温模块22将返浆温度调整至25℃后，采用电导率计20进行每米返浆电导率测试，并把测试数据传给电导率数据采集仪24再经过第二数据传输线缆26传输至数据采集与展示模块7中；测试完成后，按照高压旋喷桩喷浆管提升每米间隔自动开启带程控阀门的第二排浆管23，实现取样测试完成后将返浆排除；自动开启带程控阀门的供水管17，实现测试筒21内的泥浆排除后，进行水冲清洗，方便下次测试；

S5：按照高压旋喷桩喷浆管提升每米间隔自动开启泥浆泵9，通过泥浆泵9将返浆过滤收集箱3中的泥浆抽除，并排至返浆外运车11中；在排浆过程中，通过水泥浆流量计8对泥浆泵9抽除的返浆量进行测量，获得每米返浆量，并传输至数据采集与展示模块7中；

S6：所述数据采集与展示模块7根据步骤S3采集的所述每米返浆电导率数据和步骤S1获得的所述不同地层水泥土混合泥浆的电导率与水泥掺量关系曲线，采用线性插值方式，计算并获得返浆中的水泥掺量；根据步骤S2获得的每米返浆比重数据、步骤S4采集的每米返浆量，计算得到返浆总质量；

S7：根据所述返浆总质量、所述返浆中的水泥掺量、高压旋喷桩桩机1的每米喷浆水泥质量以及原状土总质量获得桩身中的水泥质量和桩身中的原状土质量；根据所述桩身中的水泥质量和所述桩身中的原状土质量获得桩身水泥掺量，并将计算结果展示在数据采集与展示模块7上；

S8：所述数据采集与展示模块7根据所述桩身水泥掺量结合步骤S1中的不同地层28d龄期试块强度与水泥掺量关系曲线，采用线性插值方式，预测桩身28d龄期强度，并将预测结果展示在所述数据采集与展示模块7上，如果预测结果小于设计强度，则进行预警，建议调整施工参数，保障施工质量；

S9：重复步骤S3～S8，保障每米的高压旋喷桩施工质量满足设计要求。

进一步地，步骤S6中所述返浆总质量通过式（1）计算：

（1），

其中，为返浆总质量；/>为每米返浆比重数据；/>为每米返浆量。

进一步地，步骤S7中所述桩身中的水泥质量的获得包括如下步骤：

S71：根据所述返浆总质量和所述返浆中的水泥掺量获得返浆中的水泥质量；

所述返浆中的水泥质量通过式（2）计算：

（2），

其中，为返浆中的水泥质量；/>为返浆中的水泥掺量；/>为返浆总质量；

S72：根据高压旋喷桩桩机1的每米喷浆水泥质量和所述返浆中的水泥质量获得留在桩身中的水泥质量；

所述高压旋喷桩桩机1的每米喷浆水泥质量通过式（3）计算：

（3），

其中，每米高压旋喷桩的喷浆流量与每米高压旋喷桩的喷浆量/>均已知，/>为每米喷浆水泥质量，/>为每施工1m桩所需时间，/>为水泥浆密度，/>为水，/>为水泥，为根据水灰比换算的水泥占水泥浆的质量比；

所述桩身中的水泥质量通过式（4）计算：

（4），

进一步地，步骤S7中所述桩身中的原状土质量的获得包括如下步骤：

S701：根据所述返浆总质量和所述返浆中的水泥质量获得返浆中的原状土质量；

所述返浆中的原状土质量通过式（5）计算：

（5），

其中，为返浆中的原状土质量;

S702：根据原状土密度和高压旋喷桩桩机发热旋喷桩成桩桩径获得原状土总质量；

所述原状土总质量 通过式（6）计算：

（6），

其中，为原状土密度；/>为旋喷桩成桩桩径；

S703：根据所述原状土总质量和所述返浆中的原状土质量获得留在桩身中的原状土质量；

桩身中的原状土质量通过式（7）计算：

（7），

进一步地，步骤S7中所述桩身水泥掺量通过式（8）计算：

（8）。

本发明的一种高压旋喷桩桩身成桩质量预测系统及方法，通过在返浆过滤收集箱上设返浆比重测试模块、返浆电导率测试模块、清洗水箱、数据采集与展示模块以及返浆外运车，在返浆过滤收集箱与返浆外运车之间设排浆管道；在排浆管道上设有泥浆泵和与数据采集与展示模块通信连接的水泥浆流量计；工作时，现场钻探取芯，按照地层进行分层，测试各地层在不同水泥掺量的水泥土混合泥浆在25℃时的泥浆电导率，绘制不同地层水泥土混合泥浆的电导率与水泥掺量关系曲线；将不同水泥掺量的水泥土混合泥浆分别制作强度试块，并按规范要求养护至28d龄期后，测试试块强度，绘制不同地层28d龄期试块强度与水泥掺量关系曲线；将所述不同地层水泥土混合泥浆的电导率与水泥掺量关系曲线和所述不同地层28d龄期试块强度与水泥掺量关系曲线数据录入至数据采集与展示模块7中；施工过程中，依次通过返浆比重测试模块采集返浆的每米返浆比重数据、通过返浆电导率测试模块采集返浆恒温下的每米返浆电导率数据、通过水泥浆流量计采集返浆的每米返浆量数据，并分别自动传输到数据采集与展示模块；所述数据采集与展示模块根据所述每米返浆比重数据、所述每米返浆电导率数据、所述每米返浆量数据、高压旋喷桩桩机的每米喷浆水泥质量以及原状土总质量，结合预先绘制的不同地层水泥土混合泥浆的电导率与水泥掺量关系曲线，自动计算桩身水泥掺量；根据所述桩身水泥掺量，结合预先绘制的不同地层28d龄期试块强度与水泥掺量关系曲线，采用线性插值方式，预测桩身28d龄期强度，如果预测结果小于设计强度，则进行显示和预警，进而保障每米的高压旋喷桩施工质量满足设计要求，实现高压旋喷桩施工质量的合理评估。本发明能够在高压旋喷桩施工时进行分段返浆流量、分段返浆比重精准测试，能够对恒定温度下的分段返浆电导率进行测试，进而可以实时预测、展示桩身施工质量是否满足施工要求。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高压旋喷桩桩身成桩质量预测系统，其特征在于：包括高压旋喷桩桩机（1）、设于所述高压旋喷桩桩机（1）侧面的返浆流槽（2），设于所述返浆流槽（2）出口下方的返浆过滤收集箱（3），与所述返浆过滤收集箱（3）相连的返浆比重测试模块（4）、返浆电导率测试模块（5）、清洗水箱（6）、数据采集与展示模块（7）以及返浆外运车（11）；其中，

所述返浆过滤收集箱（3）与所述返浆外运车（11）通过排浆管道（10）相连；所述排浆管道（10）上设有泥浆泵（9）和与所述数据采集与展示模块（7）通信连接的水泥浆流量计（8）；

通过所述返浆比重测试模块（4）采集返浆的每米返浆比重数据、通过所述返浆电导率测试模块（5）采集返浆恒温下的每米返浆电导率数据、通过所述水泥浆流量计（8）采集返浆的每米返浆量数据，并分别自动传输到所述数据采集与展示模块（7）；所述数据采集与展示模块（7）根据所述每米返浆比重数据、所述每米返浆电导率数据、所述每米返浆量数据、高压旋喷桩桩机（1）的每米喷浆水泥质量以及原状土总质量，结合预先绘制的不同地层水泥土混合泥浆的电导率与水泥掺量关系曲线，自动计算桩身水泥掺量；根据所述桩身水泥掺量，结合预先绘制的不同地层28d龄期试块强度与水泥掺量关系曲线，采用线性插值方式预测桩身28d龄期强度，如果预测结果小于设计强度，则进行显示和预警，调整施工参数，进而保障每米的高压旋喷桩施工质量满足设计要求，实现高压旋喷桩施工质量的合理评估。

2.根据权利要求1所述的一种高压旋喷桩桩身成桩质量预测系统，其特征在于：所述返浆比重测试模块（4）包括与所述返浆过滤收集箱（3）相连的第一测试筒（15），设于所述第一测试筒（15）上方的磁吸顶（14），设于所述磁吸顶（14）下面的带磁吸帽的泥浆比重计（13），设于所述数据采集与展示模块（7）与所述磁吸顶（14）之间的第一数据传输线缆（18）。

3.根据权利要求2所述的一种高压旋喷桩桩身成桩质量预测系统，其特征在于：所述返浆电导率测试模块（5）包括与所述返浆过滤收集箱（3）相连的第二测试筒（21），设于所述第二测试筒（21）内部的电导率计（20）和温度测量与控温模块（22），设于所述电导率计（20）与所述数据采集与展示模块（7）之间的电导率数据采集仪（24）。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种高压旋喷桩桩身成桩质量预测系统，其特征在于：所述返浆过滤收集箱（3）的过滤筛网粒径为10mm。

5.根据权利要求4所述的一种高压旋喷桩桩身成桩质量预测系统，其特征在于：所述数据采集与展示模块（7）包括电导率测试数据采集与分析模块、返浆温度测试数据与分析模块、喷浆流量与喷浆量采集分析模块、返浆流量与返浆量采集分析模块、高压旋喷桩施工深度数据采集与分析模块，以及桩身水泥掺量与28d龄期桩身强度预测模块。

6.根据权利要求2所述的一种高压旋喷桩桩身成桩质量预测系统，其特征在于：所述第一测试筒（15）通过带程控阀门的第一采浆管（12）与所述返浆过滤收集箱（3）连接；

所述第一测试筒（15）底部设有带程控阀门的第一排浆管（16）；

所述第一测试筒（15）与所述清洗水箱（6）之间设有带程控阀门的第二供水管（25）。

7.根据权利要求3所述的一种高压旋喷桩桩身成桩质量预测系统，其特征在于：所述第二测试筒（21）通过带程控阀门的第二采浆管（19）与所述返浆过滤收集箱（3）连接；所述第二测试筒（21）底部设有带程控阀门的第二排浆管（23）；

所述第二测试筒（21）与所述清洗水箱（6）之间设有带程控阀门的第二供水管（25）；所述电导率计（20）与所述数据采集与展示模块（7）之间通过第二数据传输线缆（26）连接；所述电导率数据采集仪（24）设于所述第二数据传输线缆（26）上。

8.一种高压旋喷桩桩身成桩质量预测方法，其特征在于，应用如权利要求1-7中任一项所述的一种高压旋喷桩桩身成桩质量预测系统实现，包括如下步骤：

S1:现场钻探取芯，按照地层进行分层，测试各地层在不同水泥掺量的水泥土混合泥浆在25℃时的泥浆电导率，绘制不同地层水泥土混合泥浆的电导率与水泥掺量关系曲线；将不同水泥掺量的水泥土混合泥浆分别制作强度试块，并按规范要求养护至28d龄期后，测试试块强度，绘制不同地层28d龄期试块强度与水泥掺量关系曲线；

S2：在施工现场布置高压旋喷桩桩身成桩质量预测系统，将所述不同地层水泥土混合泥浆的电导率与水泥掺量关系曲线和所述不同地层28d龄期试块强度与水泥掺量关系曲线数据录入至数据采集与展示模块（7）中；

S3：启动高压旋喷桩桩机（1），返浆经过返浆流槽（2）进入返浆过滤收集箱（3）后，按照高压旋喷桩喷浆管提升每米间隔自动开启带程控阀门的第一采浆管（12），通过返浆比重测试模块（4）测量并获得每米返浆比重数据后传输至数据采集与展示模块（7）；

S4：按照高压旋喷桩喷浆管提升每米间隔自动开启带程控阀门的第二采浆管（19），使返浆进入第二测试筒（21）中，通过返浆电导率测试模块（5）测量并获得每米返浆电导率数据后传输至数据采集与展示模块（7）；

S5：按照高压旋喷桩喷浆管提升每米间隔自动开启泥浆泵（9），通过泥浆泵（9）将返浆过滤收集箱（3）中的泥浆抽除，并排至返浆外运车（11）中；在排浆过程中，通过水泥浆流量计（8）对泥浆泵（9）抽除的返浆量进行测量，获得每米返浆量，并传输至数据采集与展示模块（7）中；

S6：所述数据采集与展示模块（7）根据所述每米返浆电导率数据和所述不同地层水泥土混合泥浆的电导率与水泥掺量关系曲线，采用线性插值方式，计算并获得返浆中的水泥掺量；根据所述每米返浆比重数据和所述每米返浆量，计算得到返浆总质量；

S7：根据所述返浆总质量、所述返浆中的水泥掺量、高压旋喷桩桩机（1）的每米喷浆水泥质量以及原状土总质量获得桩身中的水泥质量和桩身中的原状土质量；根据所述桩身中的水泥质量和所述桩身中的原状土质量获得桩身水泥掺量；

S8：根据所述桩身水泥掺量结合步骤S1中的所述不同地层28d龄期试块强度与水泥掺量关系曲线，采用线性插值方式，预测桩身28d龄期强度，如果预测结果小于设计强度，则进行预警，调整施工参数；

S9：重复步骤S3～S8，保障每米的高压旋喷桩施工质量满足设计要求。

9.根据权利要求8所述的一种高压旋喷桩桩身成桩质量预测方法，其特征在于，步骤S7中所述桩身中的水泥质量的获得包括如下步骤：

S71：根据所述返浆总质量和所述返浆中的水泥掺量获得返浆中的水泥质量；

S72：根据高压旋喷桩桩机（1）的每米喷浆水泥质量和所述返浆中的水泥质量获得留在桩身中的水泥质量。

10.根据权利要求8所述的一种高压旋喷桩桩身成桩质量预测方法，其特征在于，步骤S7中所述桩身中的原状土质量的获得包括如下步骤：

S701：根据所述返浆总质量和所述返浆中的水泥质量获得返浆中的原状土质量；

S702：根据原状土密度和高压旋喷桩桩机发热旋喷桩成桩桩径获得原状土总质量；

S703：根据所述原状土总质量和所述返浆中的原状土质量获得留在桩身中的原状土质量。