JP6437645B2 - セメント攪拌杭体のセメント含有量のリアルタイムテストシステム及びテスト方法 - Google Patents

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Description

本発明は、地下工事の分野に属し、セメント含有量に対する現場テストシステム及びテスト方法（具体的には、セメント攪拌杭体のセメント含有量のリアルタイムテストシステム及びテスト方法）に関し、セメント攪拌杭体、高圧回転吹付杭体などのセメント含有量の計算に適用される。
大規模な地下工事（例えば、高層基礎の補強、基礎開削、橋梁架設、高速道路の路床補強などの分野）においては、基礎に対してセメント注入方法で補強をしなければならない。従来技術の場合は、測定するときに現場のセメントスラリーを実験室に持ち帰らなければならず、さらにソイルセメントの密度を測定する時には現場で芯サンプルを取る必要がある。この場合、測定手段が複雑であると共に、時間周期も比較的に長く、品質問題が存在するかどうかを迅速に判断しにくい。地下工事は一定の秘匿性が存在し、施工部門が自身の利益のために品質を無視すれば、我が国のインフラに大きな安全上の問題をもたらす。そのため、現場でセメント含有量のリアルタイム測定を行う技術及び手段は非常に必要であると考えられる。
既存技術の不足を解決するため、本発明の目的は、セメント攪拌杭体のセメント含有量のリアルタイムテストシステム及びテスト方法を提供することにある。
上述の目的を実現するため、本発明の技術方案は次の通りである。
本発明は、まず、「セメント攪拌杭体のセメント含有量のリアルタイムテストシステム」を開示する。本発明に係るテストシステムは、セメントスラリー密度測定装置、及び、セメント含有量計算装置を備えている。セメントスラリー密度測定装置は、第一電気制御センターと、第一電気制御センターにつながる測量導線及びいくつかの第１圧力センサーとを含む。第一電気制御センターは、電源、スイッチ、電圧計、抵抗、データ処理モジュール及び第１ディスプレイモジュールを含む。測量導線がセメントスラリータンクから投下されてセメントスラリーの液面に接触する時に、電圧計の数値が変化する。セメントスラリータンクの底に設けられた第１圧力センサーが圧力テストデータをデータ処理モジュールにフィード・バックし、データ処理モジュールがセメントスラリーの密度を計算した後、第１ディスプレイモジュールに結果が表示される。
前記セメント含有量計算装置は、第二電気制御センターと、第二電気制御センターとつながる第２圧力センサーとを含む。第２圧力センサーは、テスト用のセメント攪拌杭体内に伸びるドリル刃の端部に固定されている。上記第二電気制御センターは、データ収集モジュール、マイクロプロセッサ、第２ディスプレイモジュール及び入力モジュールを含む。第２圧力センサーが採集したデータをデータ収集モジュールにフィード・バックし、マイクロプロセッサがソイルセメントの密度を計算した後に、第２ディスプレイモジュールに結果が表示される。セメントスラリーの密度、ソイルセメントの密度、水セメント比及び土塊密度が入力モジュールに入力された後、マイクロプロセッサがセメント含有量を計算し、第２ディスプレイモジュールに結果が表示される。
２個、４個又は６個の前記第１圧力センサーが、前記セメントスラリータンクの底壁に設けられてよい。この場合、平均値の計算方法で、測定精度を高めることができる。
前記測量導線の端部に、１つの重力ブロックが設けられてよい。この場合、測量導線が垂直にセメントスラリータンクの底部に落下することを確保でき、テスト結果の信頼性が高まる。
本発明は、さらに、上記のテストシステムに基づく「セメント攪拌杭体のセメント含有量のリアルタイムテスト方法」を開示する。本発明に係るテスト方法は、以下のステップを備えている。
Ｓ１： セメントスラリータンク内のセメントスラリーの密度を測定する。第一電気制御センターのスイッチをオンして、セメントスラリータンクの上部から測量導線を投下し、測量導線がセメントスラリー液面に接触する時に電圧計の数値が変化し、この時に測量導線の長さhとセメントスラリータンクの高さＨとを測定し、同時に第１圧力センサーのフィードバックデータＰを記録し、データ処理モジュールが下記公式によってセメントスラリーの密度を算出する。
Figure 0006437645
 Ｓ２： ソイルセメントの密度を測定する。第二電気制御センターが、応力測定信号を送信して、第２圧力センサーのフィードバックデータＰiを採集し、セメント攪拌杭体が均一に攪拌された時にもう一回フィードバックデータＰi+1を採集して、ドリル刃の高さＺを記録し、マイクロプロセッサが下記公式によってソイルセメントの密度を算出する。
Figure 0006437645
 Ｓ３： 入力測定値に基づいてセメント含有量を計算する。ステップＳ１で得られたセメントスラリーの密度、ステップＳ２で得られたソイルセメントの密度、既存データの水セメント比及び土塊密度を入力モジュールに入力して、マイクロプロセッサが下記公式によってセメントの含有量を算出し、第２ディスプレイモジュールに結果を表示する。
Figure 0006437645
本発明においてセメント含有量を計算する時の仮定は、次の通りである。（1）ソイルセメントが水に溶けた後に、体積変化が発生しない。（2）セメント攪拌杭体が成型した後に、収縮が発生せず、しかもすでに均一に攪拌されている。
当該仮定の下、下記の式（ａ）が得られる。
Figure 0006437645
上記の式（ａ）から、下記のソイルセメント中のセメント含有量の計算式が得られる。
Figure 0006437645
本発明によれば、現場でセメントスラリーの密度とソイルセメントの密度をリアルタイムに測定することができる。従来技術の場合は、現場のセメントスラリーを実験室に持ち帰って測定しなければならず、しかもソイルセメントの密度を測定する際に現場で芯サンプルを取る必要がある。そのため、測定手段が複雑であると共に、時間周期も比較的に長く、品質問題が存在するかどうかを迅速に判断しにくい。本発明は、工事現場の施工品質管理に有効であり、事前に品質問題を発見することができる。
本発明に係るセメント攪拌杭体の施工説明図である。 本発明に係るセメントスラリー密度測定装置の使用説明図である。 図２中のセメントスラリー密度測定装置の第一電気制御センターの電気回路構造の説明図である。
添付図面に記載された実施例は、参考用のものであり、本発明を釈明するのに用いられるが、本発明を制限するものではない。本願の請求項と明細書に使用される数詞（例えば「第１」、「第２」、「第３」など）は、請求項を修飾するのに用いられるものであって、優先順序を含むものではなく、他の特定名称の要素と区別するのに用いられる。
以下、添付図面を参照し、本発明について具体的に説明する。
まず、図１及び図２を参照し、本発明に係るセメント攪拌杭体１４のセメント含有量のリアルタイムテストシステムについて説明する。当該システムは、具体的には、セメントスラリー密度測定装置及びセメント含有量計算装置を備えている。
セメントスラリー密度測定装置は、セメントスラリーの密度を測定可能な装置であって、具体的には、第一電気制御センター２と、第一電気制御センター２とつながる測量導線３といくつかの第１圧力センサー５とを含む。
第一電気制御センター２は、図３に示すように、電源６、スイッチ７、電圧計８、抵抗９、データ処理モジュール及び第１ディスプレイモジュールを含む。セメントスラリータンク１の上部から測量導線３を垂直に投下して、測量導線３がセメントスラリーの液面に接触する時に、図３の第一電気制御センター２の電気回路のＡ，Ｂ両端がつながれ、電圧計８の数値が変化する（突然変化）。更に、図２のように、測量導線３の端部に１つの重力ブロック４が設けられていることから、上記のように測量導線３がセメントスラリータンク１の上部から垂直に落下することを確保でき、テスト結果の信頼性が高まる。第１圧力センサー５は、セメントスラリータンク１の底に設けられており、圧力テストデータをデータ処理モジュールにフィード・バックする。そしてデータ処理モジュールがセメントスラリーの密度を計算した後に、第１ディスプレイモジュールに結果が表示される。測定精度を高めるため、２個、４個又は６個の第１圧力センサー５がセメントスラリータンク１の底壁に一様に設けられており、これらの平均値によってセメントスラリーの圧力を算出する。
セメント含有量計算装置は、ソイルセメントの密度測定とセメント含有量の計算とを実現可能な装置であって、具体的には、第二電気制御センター１０と、第二電気制御センター１０とつながる第２圧力センサー１１とを含む。第２圧力センサー１１は、テスト用のセメント攪拌杭体に伸びるドリル刃１２の端部に固定されている。
第二電気制御センター１０は、データ収集モジュール、マイクロプロセッサ、第２ディスプレイモジュール及び入力モジュールを含む。第２圧力センサーが採集したデータをデータ収集モジュールにフィード・バックした後に、マイクロプロセッサがソイルセメントの密度を計算し、第２ディスプレイモジュールに結果が表示される。セメントスラリーの密度、ソイルセメントの密度、水セメント比及び土塊密度が入力モジュールに入力された後、マイクロプロセッサがセメント含有量を計算し、第２ディスプレイモジュールに結果が表示される。
遠距離操作の利便性を保証するため、第二電気制御センター１０と第２圧力センサー１１との間にある接続コイル１３の長さは、事前に確保すべきである。これにより、安全性が高まる。
次に、本発明をもっと良く理解するため、上記システムに基づいてセメント攪拌杭体１４のセメント含有量をリアルタイムに測定するテスト方法を紹介する。本発明では、ソイルセメントが水に溶けた後に、体積変化が発生せず、また、セメント攪拌杭体が成型した後に、収縮が発生せず、しかもすでに均一攪拌されている、と仮定する。
具体的なステップは次のとおりである。
Ｓ１： セメントスラリータンク１内のセメントスラリーの密度を測定する。
第一電気制御センター２のスイッチの７をオン（この時、電圧計８の数値は基本的に安定）して、測量導線３をセメントスラリータンク１の上部からゆっくりと投下する。そして測量導線３がセメントスラリーの液面に接触する時に、電圧計８の数値が変化する。この時に、測量導線３の長さｈとセメントスラリータンク１の高さＨとを測定し、同時に第１圧力センサー５のフィードバックデータＰを記録する。そしてデータ処理モジュールが、下記公式によってセメントスラリーの密度を計算する。ここで、ｈはセメントスラリータンク１の上部からセメントスラリー液面までの高さ、Ｈはセメントスラリータンク１の全高である。第１圧力センサー５が１つの場合は、測定結果の信頼性を高めるために、フィードバックデータＰの平均値を求める。
Figure 0006437645
Ｓ２： ソイルセメントの密度を測定する。
第二電気制御センター１０が、応力測定信号を送信し、第２圧力センサーのフィードバックデータＰiを採集し、セメント攪拌杭体が均一に攪拌された時にもう一回フィードバックデータＰi+1を採集して、ドリル刃１２の上昇高さＺを記録する。そしてマイクロプロセッサが、下記公式によってソイルセメントの密度を算出する。
Figure 0006437645
Ｓ３： 入力測定値に基づいてセメント含有量を計算する。
ステップＳ１で得られたセメントスラリーの密度、ステップＳ２で得られたソイルセメントの密度、工事リポートに提供された既存データ（水セメント比及び土塊密度）を入力モジュールに入力して、マイクロプロセッサが下記公式によってセメント含有量を算出し、第２ディスプレイモジュールに結果を表示する。
Figure 0006437645
本発明のテストシステムは、現場でセメントスラリーの密度とソイルセメントの密度をリアルタイムに測定することができる。これにより、地下工事の基礎補強現場でセメント含有量をリアルタイムに測定することができ、テスト方法が簡単であり、時間周期が短く、工事の品質を効果的に管理及び保証することができる。
以上に述べた内容は、本発明の基本原理と主要な特徴と長所である。上述の内容は本発明を制限するものではなく、当業者がなし得る本発明に対する同等の変換又は同等の変換方式で獲得した技術方案は本発明の権益範囲内に属する。
１ セメントスラリータンク
２ 第一電気制御センター
３ 測量導線
４ 重力ブロック
５ 第１圧力センサー
６ 電源
７ スイッチ
８ 電圧計
９ 抵抗
１０ 第二電気制御センター
１１ 第２圧力センサー
１２ ドリル刃
１３ コイル
１４ セメント攪拌杭体

Claims (4)

  1. セメント攪拌杭体のセメント含有量をリアルタイムに測定するシステムであって、
    セメントスラリー密度測定装置、及び、セメント含有量計算装置を備え、
    前記セメントスラリー密度測定装置は、第一電気制御センターと、前記第一電気制御センターとつながる測量導線及びいくつかの第１圧力センサーとを含み、前記第一電気制御センターは、電源、スイッチ、電圧計、抵抗、データ処理モジュール及び第１ディスプレイモジュールを含み、前記測量導線がセメントスラリータンクの上部から垂直にセメントスラリー液面に接触する時に前記電圧計の数値が変化し、前記セメントスラリータンクの底に設けられた前記第１圧力センサーが圧力テストデータを前記データ処理モジュールにフィード・バックし、前記データ処理モジュールがセメントスラリーの密度を計算した後、前記第１ディスプレイモジュールに結果が表示され、
    前記セメント含有量計算装置は、第二電気制御センターと、前記第二電気制御センターとつながる第２圧力センサーとを含み、前記第２圧力センサーは、テスト用のセメント攪拌杭体内に伸びるドリル刃の端部に固定されており、前記第二電気制御センターは、データ収集モジュール、マイクロプロセッサ、第２ディスプレイモジュール及び入力モジュールを含み、上記第２圧力センサーが採集したデータを前記データ収集モジュールにフィード・バックし、前記マイクロプロセッサがソイルセメントの密度を計算した後に、前記第２ディスプレイモジュールに結果が表示され、セメントスラリーの密度、ソイルセメントの密度、水セメント比及び土塊密度が入力モジュールに入力された後、前記マイクロプロセッサがセメント含有量を計算し、前記第２ディスプレイモジュールに結果が表示されることを特徴とする、セメント攪拌杭体のセメント含有量のリアルタイムテストシステム。
  2. ２個、４個又は６個の前記第１圧力センサーが、前記セメントスラリータンクの底壁に設けられたことを特徴とする、請求項１に記載のテストシステム。
  3. 前記測量導線の端部に１つの重力ブロックが設けられたことを特徴とする、請求項１に記載のテストシステム。
  4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のテストシステムを用いてセメント攪拌杭体のセメント含有量をリアルタイムに測定するテスト方法において、
    前記セメントスラリータンク内のセメントスラリーの密度を測定するステップＳ１であって、前記第一電気制御センターの前記スイッチをオンして、前記セメントスラリータンクの上部から前記測量導線を投下し、前記測量導線がセメントスラリー液面に接触する時に前記電圧計の数値が変化し、この時に前記測量導線における前記セメントスラリータンクの上部から前記セメントスラリー液面までの長さｈと前記セメントスラリータンクの高さＨとを測定し、同時に前記第１圧力センサーのフィードバックデータＰを記録し、前記データ処理モジュールが下記公式によってセメントスラリーの密度を計算するステップＳ１と、
    Figure 0006437645
     ソイルセメントの密度を測定するステップＳ２であって、前記第二電気制御センターが、応力測定信号を送信し、前記第２圧力センサーのフィードバックデータＰiを採集し、セメント攪拌杭体が均一に攪拌された時にもう一回フィードバックデータＰi+1を採集して、前記ドリル刃の上昇高さＺを記録し、前記マイクロプロセッサが下記公式によってソイルセメントの密度を算出するステップＳ２と、
    Figure 0006437645
     入力測定値に基づいてセメント含有量を計算するステップＳ３であって、前記ステップＳ１で得られたセメントスラリーの密度、前記ステップＳ２で得られたソイルセメントの密度、既存データ中の水セメント比及び土塊密度を入力モジュールに入力して、前記マイクロプロセッサが下記公式によってセメント含有量を算出し、前記第２ディスプレイモジュールに結果を表示するステップＳ３と、
    Figure 0006437645
     を備えたことを特徴とする、セメント攪拌杭体のセメント含有量のリアルタイムテスト方法。
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