水泥土攪拌樁的質量實時監測方法

2023-05-10 09:14:36 2

專利名稱：水泥土攪拌樁的質量實時監測方法
技術領域：
本發明涉及一種把水泥作為固化劑，通過噴送系統送入地基中，同時利用攪拌機攪拌翼的轉動，使土與固化劑充分拌勻所凝結成的水泥土固結體，尤其是水泥土攪拌樁的質量實時監測方法，通過對水泥土攪拌樁成樁過程中的水泥摻入比和噴注均勻度進行連續的動態監測，以保證水泥土攪拌樁的成樁質量。
水泥土攪拌樁是以水泥作固化劑，用攪拌機在地基深部就地將土與水泥漿或水泥乾粉強制拌和形成水泥土樁。它可以根據工程需要組成柱狀、格柵狀和塊狀的樁體，加固體亦可軟可硬。因此既可以作為建築物、設備基礎下的複合地基，又可以作為獨立基礎下的樁基。然而水泥土攪拌樁質量準確評價問題卻始終未得到很好的解決，現有技術中水泥土攪拌樁的質量評價是在水泥土攪拌樁成型或固結以後再進行檢測的。郭志業·《浙江建築》1990年第一期《水泥土攪拌樁質量檢測與分析》一文總結了目前常用的水泥土攪拌樁的質量檢測方法。1、觸探採用輕便觸探儀，根據觸探擊數判斷各樁段的水泥土強度。2、鑽探取樣用標貫或套管壓入剛成型的樁中，取出水泥樣土，觀察攪拌均勻程度，並製成試塊，按齡期進行強度試驗。對成樁超過7天的樁身，可用鑽機取蕊檢查質量，從蕊上能清楚看到水泥土的攪拌均勻程度。3、動測根據時域波形、縱波速度、頻譜分析和總功率等資料檢驗樁的質量。4、釺探用一根一定規格的平頭鋼釺插入攪拌樁的樁體，以插入樁體的深度來判斷各樁段的水泥土強度。另黃新、胡同安、周國鈞《江蘇建築》87·2，《軟土地基深層攪拌加固法》一文還公開了一種薄壁取土器，於成樁後七天內進行樁體質量的檢驗。上述的對水泥土攪拌樁的質量檢測方法存在共同的不足之處是只有在水泥土攪拌樁成型或固化以後才能進行檢測，不但因為檢測的部位有其局限性，未必能真實地反映攪拌樁的整體質量，而且，即使被測樁體存在質量問題，要進行修復也有相當的不便;如果在該有質量問題的攪拌樁附近適當的位置重新補樁，這樣設備的閒置時間較長，利用率不高。如果打樁完畢即撤走設備，發現樁體存在質量問題再安置樁機補樁則更為不便。總之，這種事後進行樁體質量檢驗的方法所存在的不足是顯而易見的。
本發明的目的在於克服現有技術中所存在的上述不足，而提供一種使用方便，在水泥土攪拌成樁的過程中就能反映樁體質量，便於及時彌補樁體質量上的不足，確保攪拌樁成樁質量的實時監測方法。
本發明的目的是通過下列技術手段加以實現的。本發明的水泥土攪拌樁質量實時監測方法，將密度傳感器和流量傳感器安裝於水泥固化劑的噴送管道，攪拌樁成樁動態過程中的水泥固化劑的摻入比和噴注均勻度信號，由密度傳感器和流量傳感器接收，並通過(模-數)A/D轉換和微機處理，顯示出反映樁體上水泥固化劑噴注量的疊加累積量和樁體深度關係的數表或/和曲線，通過與樁體設計值進行定量比較，根據需要對樁體上所存在的薄弱樁段實時進行重複攪拌和/或補充噴注，以確保水泥土攪拌樁的成樁質量。
本發明與現有技術相比所具有的優點是十分明顯的。1、水泥土攪拌樁制樁質量除了常規的固定因素外，關鍵是水泥摻入比和噴注均勻度。由於本發明對攪拌樁成樁過程中的水泥摻入比和噴注均勻度進行動態的實時監測如發現樁體上某一深度的樁段存在著水泥摻入比不足或攪拌不均勻，不符合樁體設計要求，可以實時通過對該樁段重複攪拌和/或補充噴注，及時彌補，實之有效地保證了每根攪拌樁的成樁質量。2、由於對樁體的質量監測是實時監測，避免局部檢測隨機誤差較大的缺陷，而且一旦發現樁體上存在質量問題，樁機只需在原樁位將攪拌翼下降至該薄弱樁段進行復攪或補充噴注，十分方便，不但質量可以保證，而且工程的施工周期可以有一定幅度縮短。


如下圖1是水泥土攪拌樁質量實時監測系統框圖。
圖2是反映水泥噴注量的疊加累積量與樁體深度關係的直角坐標曲線圖。
圖3輻射強度與密度的關係曲線。
本發明將通過下述實施例和附圖作進一步的詳述。
實施例一本實施例中，水泥土攪拌樁以水泥作固化劑，用(SJB-1型)深層攪拌機鑽孔，在地基深部就地將土與水泥漿強制拌和，通過一系列的物理-化學反應形成具有一定強度和承載能力的水泥土攪拌樁。樁體的質量除了水泥標號、噴漿速度，復攪等工藝要求外，關鍵是水泥摻入比(即水泥摻入量同原狀土容量之比)和噴注均勻度。在按照本發明質量實時監測方法而設計的監測系統中(參見圖1)，輻射式密度傳感器4和電磁式流量傳感器3安裝於水泥漿噴送管道1，水泥土攪拌樁成樁過程中，不論是乾粉狀或泥漿狀的水泥固化劑均沿噴送管道1的軸線輸送，其水泥的摻入比和噴注均勻度信號，由密度傳感器4和流量傳感器3接收，通過密度轉換器6、流量轉換器5、及密度信號(模-數)A1/D1轉換器8、流量信號(模-數)A2/D2轉換器7，輸入微機9進行處理，送入微機的口徑值系水泥漿噴送管道的內徑值，攪拌翼的攪拌速度和往復攪拌次數均為變化值，根據施工現場操作情況由微機鍵盤一次鍵入。為了便於微機控制和分析根據攪拌頭的運動關係H＝v·t式中H為攪拌樁深度，V為攪拌頭上、下往復運動的平均速度，t為攪拌頭單一行程所需的時間，將樁體長度分段與時間分段進行換算。如某一攪拌樁長度為10米，攪拌樁的工藝過程為二個往復攪拌行程(共計40米)，攪拌頭平均移動速度為1米/分，則完成該攪拌樁理論上所需時間為40分鐘，其中第1分鐘、第20分鐘和第40分鐘水泥漿噴注量都在樁體的0-1米樁段內疊加累積。當攪拌頭按工藝要求完成二個往復攪拌行程後，由微機列印出樁體上實際噴注量與樁體深度的坐標曲線，參見圖2。將每米段水泥噴注量的疊加累積量與樁體設計理論噴注量進行比較，就可以得出該攪拌樁各個樁段的質量是否符合設計要求的結論。圖2中，1、4點符合要求，2點所示樁段固化劑噴注過量，3點所示樁段固化劑噴注的累積量不足(樁深3-4米)。對於低於設計噴注量Qm′誤差範圍-δ的對應樁段需要進行重複攪拌或/和補充噴注，以確保樁體的質量。事實上用微機對攪拌樁成樁過程中的水泥摻入比和噴注均勻度所進行的實時分析是動態連續的，只要有必要還可以將樁體分段分至半米一長度間隔，甚至更細。樁體長度分割段數與精度有關，分割越細則精度愈高。
在本實施例中，密度傳感器4選用型號為NNF-210的核輻射密度計，其輸出信號為0～10mA直流標準信號。密度傳感器的工作原理是利用被測物厚度一定的條件下，不同密度對輻射吸收不同的原理，測量水泥系固化劑噴注管道1內介質的密度或濃度，進行連續的非接觸式測量。管道內徑為D，密度為p的被測介質，被射線穿過後，傳感器上的射線強度I與p＝0時射線強度I成指數關係

式中μm質量吸收係數I-入射射線強度(p＝0)I-出射射線強度(p＝0)p-介質密度d-穿過介質的厚度(D＝d)介質密度p與射線強度的關係曲線參見附圖3。
流量傳感器3選用型號為LDZ-5型的電磁流量計，輸出信號為0～10mA的標準信號，口徑與水泥系固化劑噴注管道1的內徑相適或略小些，並用法蘭盤2將此流量傳感器3同軸安裝在噴注管道1上，且被測介質流經該流量傳感器3。如果固化劑是乾粉狀的水泥，因為被測介質的變化，因此流量傳感器也需作相應的調整，一般選用差壓式流量計如文丘裡流量計或孔板流量計。密度傳感器除了前述的輻射式密度計外，還可以選用電容式密度計。
實施例二除了實施例一所述的在攪拌樁按工藝要求形成樁體，攪拌翼提離地面後，由微機列印出的數表或曲線與樁體設計值進行比較，評價攪拌樁的成樁質量並作相應的補償外，還可以在攪拌桿頭的最後一個提升返程中進行攪拌樁樁體質量的實時評價，自動對薄弱樁段進行相應的補償。參見附圖1的框圖，在樁機攪拌桿頭最後一個返程中，由密度傳感器4和流量傳感器3接收到的攪拌樁樁體上各個樁段的水泥摻入比和噴注均勻度信號，經(模-數)A/D轉換輸入微機進行處理，然後經控制信號(數-模)D3/A3轉換器11，模擬信號放大器12，控制執行機構13。直接控制攪拌頭14的動作。如果樁體某一深度的樁段未達到設計要求，攪拌頭14在向上提升的過程中在此處可以實時進行復攪或/和補充噴注，直至達到設計值後再繼續向上提升，攪拌頭14根據微機的控制信號動作。當攪拌頭提離地面後，該攪拌樁也就按設計要求完成了。
儘管通過實施例對本發明的水泥土攪拌樁的質量實時監測方法作了較為詳細的說明，然而同屬於本發明構思的水泥系固化劑除了單一的水泥乾粉和水泥漿外，還可以在水泥中摻入木質素磺酸鈣、石膏和三乙醇胺等外加劑，此類固化劑的攪拌樁質量監測方法與前述實施例是相同。
權利要求
1.一種把水泥作為固化劑，通過噴送系統送入地基中，同時利用攪拌機攪拌翼的轉動，使土與固化劑充分拌勻所凝結成的水泥土固結體，尤其是水泥土攪拌樁的質量實時監測方法，其特徵是將密度傳感器和流量傳感器安裝於水泥固化劑的噴送管道，攪拌樁成樁動態過程中的水泥固化劑摻入比和噴注均勻度信號由密度傳感器和流量傳感器接收，並通過(模-數)A/D轉換和微機處理，顯示出反映樁體上水泥固化劑噴注量的疊加累積量和樁體深度關係的數表或/和曲線，通過與樁體設計值進行定量比較，根據需要對樁體上的薄弱樁段實時進行重複攪拌和/或補充噴注。
2.如權利要求1所述的水泥土攪拌樁的質量實時監測方法，其特徵是用以接收水泥固化劑摻入比和噴注均勻度信號的密度傳感器和流量傳感器分別是輻射式密度傳感器和電磁式流量傳感器。
3.如權利要求1所述的水泥土攪拌樁的質量實時監測方法，其特徵是對薄弱樁段實時進行重複攪拌和/或補充噴注，可以根據固化劑摻入比和噴注均勻度信號，由微機直接控制攪拌桿頭動作，在攪拌桿頭最後一個提升返程內自動完成對薄弱樁段的修復。
全文摘要
本發明涉及一種把水泥作為固化劑，通過噴送系統送入地基中，同時利用攪拌機攪拌翼的轉動，使土與固化劑充分拌勻凝結成水泥土攪拌樁的質量實時監測方法。攪拌樁成樁過程中的水泥摻入比及噴注均勻度信號由安裝於輸送管道的密度傳感器和流量傳感器接收，並經信號的(模—數)A/D轉換和微機處理，顯示出反映樁體上固化劑噴注量的疊加累積量與樁體深度關係的數表或曲線，與樁體設計值進行比較，根據需要對薄弱樁段進行復攪和補充噴注。
文檔編號G01N33/38GK1065422SQ9110205
公開日1992年10月21日 申請日期1991年3月30日 優先權日1991年3月30日
發明者鄭建光 申請人:鄭建光