WO2017067097A1 - 实时检测水泥搅拌桩桩体水泥含量的测试系统和测试方法 - Google Patents

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density
cement slurry
soil
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张福海
陈庆
左庆松
袁赛峰
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河海大学
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    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
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    • E02D5/22—Piles
    • E02D5/34—Concrete or concrete-like piles cast in position ; Apparatus for making same
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    • E02D2600/00—Miscellaneous
    • E02D2600/10—Miscellaneous comprising sensor means

Definitions

  • the invention relates to a test system and a test method for detecting cement content on a construction site, in particular to a test system and a test method for detecting cement content of cement mixing piles in real time, which are suitable for detecting cement mixing piles, high pressure jet grouting piles, etc.
  • Cement incorporation belongs to the field of underground engineering.
  • a large number of underground projects such as high-rise foundation reinforcement, foundation pit excavation, bridge erection, highway subgrade reinforcement, etc., require grouting reinforcement of the foundation.
  • the cement slurry at the construction site needs to be brought back to the laboratory for testing, and the core sample needs to be taken on site when detecting the density of the cement soil.
  • the detection means is complicated and the cycle is long, and it is difficult to quickly judge whether there is a problem of cutting corners.
  • the construction unit may cut corners during the operation for its own benefit, which poses a huge safety hazard to China's infrastructure. Therefore, there is an urgent need for a technical means for detecting cement incorporation in real time at the construction site.
  • the object of the present invention is to provide a test system and a test method for real-time detection of cement content of a pile at a cement mixing pile construction site.
  • the invention firstly discloses a test system for real-time detection of cement content of cement mixing piles, the test system specifically comprising a cement slurry density measuring device and a cement incorporation calculation device; wherein the cement slurry density measuring device comprises: a first electronic control center a measuring wire electrically connected to the first electronic control center and a plurality of first pressure sensors, the first electronic control center comprising: a power source, a switch, a voltmeter, a resistor, a data processing module, and a first display module, the measuring wire
  • the value of the voltmeter changes when the top of the cement slurry tank falls vertically to contact the cement slurry surface, and the first pressure sensor is disposed at the bottom of the tank of the cement slurry tank, and the pressure
  • the test data is fed back to the data processing module and the cement slurry density is calculated and displayed to the first display module;
  • the cement incorporation calculation device includes: a second electronic control center and a second pressure sensor electrically connected to the second electronic control center, the second pressure sensor being fixed to an end of the drill bit, the drill bit extending into the to-be-tested In the pile body, the second electronic control center comprises: a data acquisition module, a single chip microcomputer, a second display module and an input module, and the collected data of the second sensor is fed back to the data acquisition module and is calculated by the single chip computer to display the density of the cement soil to The second display module; the cement slurry density, the cement soil density, the water-cement ratio and the soil density input to the input module are calculated by the single-chip computer to display the cement content to the second display module.
  • the number of the first pressure sensors is two, four or six, which are uniformly distributed on the bottom wall of the cement slurry tank, and the measurement accuracy can be improved by calculating the mean value.
  • the end of the measuring wire is provided with a gravity block, which can ensure that the measuring wire falls vertically from the top of the cement slurry tank, and the reliability of the test result is ensured.
  • the present invention also discloses a test method for detecting cement content of cement mixing piles in real time by using the foregoing measuring system, which specifically includes the following steps:
  • the second electronic control center emits a stress measurement signal, and collects the return data P i of the second sensor, and collects the data P i+1 once when the spray mixing is uniform, and records the bit lift height Z.
  • the cement mixing pile body does not shrink after molding, and has been stirred evenly.
  • ⁇ cement soil (m cement slurry + m soil ) / (m cement slurry / ⁇ cement slurry + m soil / ⁇ soil body ) (a)
  • the formula for calculating the cement content in cement soil can be calculated:
  • the invention has the advantages that the test system of the invention can detect the cement slurry density and the cement soil density in real time on the construction site, thereby detecting the cement incorporation amount in the construction site of the foundation reinforcement process of the underground engineering, and abandoning the traditional site.
  • the method of taking the core sample and measuring in the laboratory is convenient, quick, and has a short time period, and has a good supervising effect, and can effectively avoid engineering cuts and materials.
  • 1 is a schematic view showing the construction of a cement mixing pile of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic view showing the application of a cement slurry density measuring device
  • FIG. 3 is a schematic view showing the circuit structure of the first electronic control center of the cement slurry density measuring device of FIG. 2.
  • the present invention first discloses a test system for detecting cement content in a cement mixing pile 14 in real time.
  • the test system specifically includes a cement slurry density measuring device and a cement incorporation calculation device.
  • the cement slurry density measuring device can measure the density of the cement slurry, and specifically includes: a first electronic control center 2, a measuring wire 3 electrically connected to the first electronic control center 2, and a plurality of first pressure sensors 5.
  • the first electronic control center 2 includes: a power source 6, a switch 7, a voltmeter 8, a resistor 9, a data processing module, and a first display module.
  • the measuring wire 3 falls vertically from the top of the cement slurry tank 1 to contact the cement. In the slurry surface, the ends of the circuits A and B of the first electronic control center in Fig. 3 are turned on, and the value of the voltmeter 8 changes (mutation). Further, as shown in FIG. 2, a gravity block 4 is provided at the end of the measuring wire 3, which ensures that the measuring wire 3 falls vertically from the top of the cement slurry tank 1, and the reliability of the test result is ensured.
  • the first pressure sensor 5 is disposed on the bottom of the tank of the cement slurry tank 1, and the pressure test data is fed back to the data processing module and the density of the cement slurry is calculated and displayed to the first display module.
  • the number of the first pressure sensors 5 is two, four or six, which are uniformly distributed on the bottom wall of the slurry tank 1, and the pressure value of the cement slurry is obtained by calculating the mean value.
  • the cement incorporation calculation device can realize the cement soil density measurement and the cement content calculation, and specifically includes: a second electronic control center 10 and a second pressure sensor 11 electrically connected to the second electronic control center 10, wherein the second pressure sensor 11 Fixed to the end of the drill bit 12, the drill bit 12 extends into the pile to be tested, the second electric
  • the control center 10 includes: a data acquisition module, a single chip microcomputer, a second display module and an input module, and the collected data of the second sensor is fed back to the data acquisition module and is displayed to the second display module after the cement soil density is calculated by the single chip; the cement paste density and the cement The soil density, the water-cement ratio and the soil density are input into the input module, and the cement content is calculated by the single-chip microcomputer to be displayed to the second display module.
  • the connecting coil 13 between the second electronic control center 10 and the second pressure sensor 11 should be long enough to facilitate operation at a long distance, thereby improving safety.
  • Cement content ( ⁇ soil- ⁇ cement soil ) ⁇ cement slurry / [(1 + water-cement ratio) ( ⁇ cement soil - ⁇ cement slurry ) ⁇ soil body ] Calculate the cement content and display it on the second display module.
  • the test system of the present invention can detect the cement slurry density and the cement soil density in real time on the construction site, thereby detecting the cement incorporation amount in real time in the construction site of the foundation reinforcement process of the underground engineering, which is convenient and quick, has a short time period, and has a very high Good supervision can effectively prevent the project from cutting corners.

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Abstract

一种水泥搅拌桩施工现场实时检测桩体水泥含量的测试系统，包括水泥浆密度测量装置和水泥掺入量计算装置。还涉及一种水泥搅拌桩施工现场实时检测桩体水泥含量的测试方法，包括：测量水泥浆罐内水泥浆的密度；测量水泥土密度；输入测量值，计算水泥含量三个步骤。

Description

实时检测水泥搅拌桩桩体水泥含量的测试系统和测试方法 技术领域
本发明涉及一种施工现场检测水泥含量的测试系统和测试方法，具体涉及一种实时检测水泥搅拌桩桩体水泥含量的测试系统和测试方法，适用于检测水泥搅拌桩、高压旋喷桩等的水泥掺入量；属于地下工程领域。
背景技术
大量的地下工程诸如高层地基加固、基坑开挖、桥梁架设、高速公路路基加固等都需要对地基进行注浆加固。现有的技术中，需要将施工现场的水泥浆带回实验室检测，并且在检测水泥土密度时需现场取芯样，检测手段复杂且周期较长，很难快速判断是否存在偷工减料的问题。地下工程施工存在一定隐蔽性，施工单位为了自己的利益在作业时可能会偷工减料，这给我国的基础设施造成巨大的安全隐患。因此，迫切需要一种能在施工现场实时检测水泥掺入量的技术手段。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种水泥搅拌桩施工现场实时检测桩体水泥含量的测试系统和测试方法。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
本发明首先公开了实时检测水泥搅拌桩桩体水泥含量的测试系统，该测试系统具体包括水泥浆密度测量装置和水泥掺入量计算装置；其中，水泥浆密度测量装置包括：第一电控中心、与第一电控中心电连接的测量导线和若干第一压力传感器，所述第一电控中心包括：电源、开关、电压表、电阻、数据处理模块及第一显示模块，所述测量导线自水泥浆罐顶部垂直下落至接触水泥浆液面时电压表数值发生变化，所述第一压力传感器布设于水泥浆罐的罐底，压力 测试数据反馈至数据处理模块并计算出水泥浆密度后显示至第一显示模块；
所述水泥掺入量计算装置包括：第二电控中心和与第二电控中心电连接的第二压力传感器，所述第二压力传感器固定于钻头的端部，所述钻头伸入待测试的桩体内，所述第二电控中心包括：数据采集模块、单片机、第二显示模块及输入模块，所述第二传感器的采集数据反馈至数据采集模块并经单片机计算出水泥土密度后显示至第二显示模块；水泥浆密度、水泥土密度、水灰比和土体密度输入输入模块后经单片机计算出水泥含量显示至第二显示模块。
优选地，前述第一压力传感器的数量为2个、4个或6个，均布于水泥浆罐的底壁上，采用计算均值的方式可提高测量精度。
进一步地，前述测量导线的端部设有一重力块，这样能够确保测量导线自水泥浆罐的灌顶竖直下落，保证测试结果的可靠性。
此外，本发明还公开了利用前述的测量系统实时检测水泥搅拌桩桩体水泥含量的测试方法，具体包括如下步骤：
S1、测量水泥浆罐内水泥浆的密度：闭合第一电控中心的开关，将测量导线从水泥浆罐的灌顶竖直落下，当电压表读数变化时测量导线与水泥浆液面接触，量取测量导线长度h及水泥浆罐的高度H，同时记录第一压力传感器的返回值P，数据处理模块根据公式ρ水泥浆＝P/g(H-h)计算得到水泥浆密度，其中g＝9.8g/cm3；
S2、测量水泥土密度：第二电控中心发射测应力信号，采集第二传感器的返回数据Pi，至某一次喷浆搅拌均匀时再采集一次数据Pi+1，并记录钻头提起高度Z，单片机根据公式ρ水泥土＝(Pi+1-Pi)/gZ计算得到水泥土密度，其中g＝9.8g/cm3；
S3、输入测量值，计算水泥含量：将步骤S1计算得到的水泥浆密度ρ水泥浆、 步骤S2计算得到的水泥土密度ρ水泥土、已知数据水灰比及土体密度输入输入模块中，单片机根据公式水泥含量＝(ρ土体-ρ水泥土)ρ水泥浆/[(1+水灰比)(ρ水泥土-ρ水泥浆)ρ土体]计算得到水泥含量并显示至第二显示模块上。
在本发明中，计算水泥含量时，具有如下假设前提：
(1)、水泥土水化后体积不发生变化；
(2)、水泥搅拌桩桩身成型后不发生收缩，且已搅拌均匀。
这样一来，
ρ水泥土＝(m水泥浆+m土体)/(m水泥浆/ρ水泥浆+m土体/ρ土体)       (a)
根据公式(a)可推计算水泥土中水泥含量的计算公式：
Figure PCTCN2016070249-appb-000001
本发明的有益之处在于：本发明的测试系统可在施工现场实时检测水泥浆密度和水泥土密度，从而在地下工程的地基加固过程的施工现场实时检测水泥的掺入量，摒弃了传统现场取芯样并于实验室测量的方法，方便快捷，时间周期短，具有很好的监督作用，能够有效避免工程偷工减料。
附图说明
图1是本发明的水泥搅拌桩桩体施工示意图；
图2是水泥浆密度测量装置的应用示意图；
图3是图2中的水泥浆密度测量装置的第一电控中心的电路结构示意图。
图中附图标记的含义：1、水泥浆罐，2、第一电控中心，3、测量导线，4、重力块，5、第一压力传感器，6、电源，7、开关，8、电压表，9、电阻，10、第二电控中心，11、第二压力传感器，12、钻头，13、连接线圈，14、水泥搅拌桩桩体。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在权利要求和说明书中使用的序数词例如“第一”、“第二”、“第三”等，用于修饰权利要求项而不是由于本身含有任何优先、在先或一项权利要求的顺序在另一权利要求之前或者执行方法步骤的时间顺序，仅仅作为标签使用以区别例如带有特定名称的权利要求的元素与另外一个带有相同名称的元素(而不是用于顺序性的术语)。
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
参见图1和图2，本发明首先公开了实时检测水泥搅拌桩桩体14中的水泥含量的测试系统，该测试系统具体包括水泥浆密度测量装置和水泥掺入量计算装置。其中，水泥浆密度测量装置能够测量出水泥浆的密度，具体包括：第一电控中心2、与第一电控中心2电连接的测量导线3和若干第一压力传感器5。
结合图3来看，第一电控中心2包括：电源6、开关7、电压表8、电阻9、数据处理模块及第一显示模块，测量导线3自水泥浆罐1顶部垂直下落至接触水泥浆液面时，图3中的第一电控中心的电路A、B两端即被接通，则电压表8数值发生变化(突变)。进一步地，如图2所示，在测量导线3的端部设有一重力块4，这样能够确保测量导线3自水泥浆罐1的灌顶竖直下落，保证测试结果的可靠性。第一压力传感器5布设于水泥浆罐1的罐底，同时将压力测试数据反馈至数据处理模块并计算出水泥浆密度后显示至第一显示模块。为了提高测量准确度，第一压力传感器5的数量为2个、4个或6个，均布于水泥浆罐1的底壁上，采用计算均值的方式求取水泥浆的压力数值。
水泥掺入量计算装置能够实现水泥土密度测量和水泥含量计算，具体包括：第二电控中心10和与第二电控中心10电连接的第二压力传感器11，其中，第二压力传感器11固定于钻头12的端部，钻头12伸入待测试的桩体内，第二电 控中心10包括：数据采集模块、单片机、第二显示模块及输入模块，第二传感器的采集数据反馈至数据采集模块并经单片机计算出水泥土密度后显示至第二显示模块；水泥浆密度、水泥土密度、水灰比和土体密度输入输入模块后经单片机计算出水泥含量显示至第二显示模块。
需要说明的是，第二电控中心10与第二压力传感器11之间的连接线圈13应足够长，方便远距离进行操作，从而提高安全性。
为了更好地理解本发明，对利用该测量系统实时检测水泥搅拌桩桩体14的水泥含量的测试方法进行详细介绍，假设：水泥土水化后体积不发生变化，水泥搅拌桩桩身成型后不发生收缩，且已搅拌均匀。
具体包括如下步骤：
S1、测量水泥浆罐1内水泥浆的密度：闭合第一电控中心2的开关7，此时电压表8的数值基本处于一稳定值，将测量导线3从水泥浆罐1的灌顶竖直缓慢地落下，当电压表8读数变化时说明测量导线3与水泥浆液面接触，量取测量导线3长度h及水泥浆罐1的高度H，同时记录第一压力传感器5的返回值P，数据处理模块根据公式ρ水泥浆＝P/g(H-h)计算得到水泥浆密度，其中g＝9.8g/cm3，h为水泥浆罐1罐顶到水泥浆液面的高度，H为水泥浆罐1的总高度；如果有多个第一压力传感器5的话，则求取平均值
Figure PCTCN2016070249-appb-000002
以提高测量结果可靠性；
S2、测量水泥土密度：第二电控中心10发射测应力信号，采集第二传感器的返回数据Pi，至某一次喷浆搅拌均匀时再采集一次数据Pi+1，并记录钻头12提起高度Z，单片机根据公式ρ水泥土＝(Pi+1-Pi)/gZ计算得到水泥土密度，其中g＝9.8g/cm3；
S3、输入测量值，计算水泥含量：将步骤S1计算得到的水泥浆密度ρ水泥浆、步骤S2计算得到的水泥土密度ρ水泥土、工程报告中提供的已知数据水灰比及土体 密度输入输入模块中，单片机根据公式
水泥含量＝(ρ土体-ρ水泥土)ρ水泥浆/[(1+水灰比)(ρ水泥土-ρ水泥浆)ρ土体]计算得到水泥含量并显示至第二显示模块上。
综上，本发明的测试系统可在施工现场实时检测水泥浆密度和水泥土密度，从而在地下工程的地基加固过程的施工现场实时检测水泥的掺入量，方便快捷，时间周期短，具有很好的监督作用，能够有效避免工程偷工减料。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

  1. 实时检测水泥搅拌桩桩体水泥含量的测试系统，其特征在于，包括：水泥浆密度测量装置和水泥掺入量计算装置；
    所述水泥浆密度测量装置包括：第一电控中心、与第一电控中心电连接的测量导线和若干第一压力传感器，所述第一电控中心包括：电源、开关、电压表、电阻、数据处理模块及第一显示模块，所述测量导线自水泥浆罐顶部垂直下落至接触水泥浆液面时电压表数值发生变化，所述第一压力传感器布设于水泥浆罐的罐底，压力测试数据反馈至数据处理模块并计算出水泥浆密度后显示至第一显示模块；
    所述水泥掺入量计算装置包括：第二电控中心和与第二电控中心电连接的第二压力传感器，所述第二压力传感器固定于钻头的端部，钻头伸入待测试的桩体内，所述第二电控中心包括：数据采集模块、单片机、第二显示模块及输入模块，所述第二传感器的采集数据反馈至数据采集模块并经单片机计算出水泥土密度后显示至第二显示模块；水泥浆密度、水泥土密度、水灰比和土体密度输入输入模块后经单片机计算出水泥含量显示至第二显示模块。
  2. 根据权利要求1所述的实时检测水泥搅拌桩桩体水泥含量的测试系统，其特征在于，所述第一压力传感器的数量为2个、4个或6个，均布于水泥浆罐的底壁上。
  3. 根据权利要求1所述的实时检测水泥搅拌桩桩体水泥含量的测试系统，其特征在于，所述测量导线的端部设有一重力块。
  4. 利用权利要求1-3任一项所述的测量系统实时检测水泥搅拌桩桩体水泥含量的测试方法，其特征在于，包括如下步骤：
    S1、测量水泥浆罐内水泥浆的密度：闭合第一电控中心的开关，将测量导线从水泥浆罐的灌顶竖直落下，当电压表读数变化时测量导线与水泥浆液面接 触，量取测量导线长度h及水泥浆罐的高度H，同时记录第一压力传感器的返回值P，数据处理模块根据公式ρ水泥浆＝P/g(H-h)计算得到水泥浆密度，其中g＝9.8g/cm3；
    S2、测量水泥土密度：第二电控中心发射测应力信号，采集第二传感器的返回数据Pi，至某一次喷浆搅拌均匀时再采集一次数据Pi+1，并记录钻头提起高度Z，单片机根据公式ρ水泥土＝(Pi+1-Pi)/gZ计算得到水泥土密度，其中
    Figure PCTCN2016070249-appb-100001
    S3、输入测量值，计算水泥含量：将步骤S1计算得到的水泥浆密度ρ水泥浆、步骤S2计算得到的水泥土密度ρ水泥土、已知数据水灰比及土体密度输入输入模块中，单片机根据公式
    水泥含量＝(ρ土体-ρ水泥土)ρ水泥浆/[(1+水灰比)(ρ水泥土-ρ水泥浆)ρ土体]计算得到水泥含量并显示至第二显示模块上。
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