一种对大直径深层搅拌施工效果进行动态监测的施工方法

摘要

本发明公开了一种对大直径深层搅拌施工效果进行动态监测的施工方法，属于搅拌桩施工技术领域，基于具备短波红外光谱仪和多个介质喷射口的搅拌钻头结合而成的搅拌钻机，采用如下步骤开展搅拌施工作业实现搅拌效果动态监测，搅拌参数动态调整的施工方法：搅拌施工场地准备，搅拌钻机改造；确定搅拌施工过程动态监测方案；确定搅拌动态施工方案；开展搅拌施工作业；完成搅拌施工作业。本发明通过采用短波红外光谱仪，对掺入矿物岩石粉末浆液的光谱参数进行采集，提取特定光谱参数进行分析；通过短波红外光谱监测的返浆中矿物岩石粉末分布及表面积占比，推算出固化材料浆液与土体的混合效果，进而改变施工参数达到设计要求。

说明书

技术领域

本发明涉及搅拌桩施工技术领域，特别涉及到一种对大直径深层搅拌施工效果进行动态监测的施工方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展和进步，红外光谱仪已经具有较高的检测水平，红外光谱仪是利用物质对不同波长的红外辐射的吸收特性，进行分子结构和化学组成分析的仪器。红外光谱仪通常由光源、单色器、探测器和计算机处理信息系统组成，红外光谱仪不仅能鉴定化合物又能准确测定化合物含量，可以对样品进行定性和定量分析，广泛应用于医药化工、地矿、石油、煤炭、环保、海关、宝石鉴定、刑侦鉴定等领域。

我国沿海、江河流域经常分布软土地基，在荷载、循环、车辆等动力作用下，地基沉降是地基失效的主要形式，常导致高速公路、铁路、机场、码头的质量问题，处理软土地基的各种方法中最常选用复合地基，而复合地基一般采用水泥土搅拌桩的施工工艺进行施工。工程实践表明，水泥土搅拌桩具有施工简单，快速，扰动小等优点，能有效地提高软土地基的稳定性，减少和控制沉降量。这种方法是利用水泥粉、水泥浆或水泥砂浆等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械即搅拌的方式，在地基深处，就地将软土和加固料强制搅拌，由加固料和软土间产生一系列的物理和化学反应，形成具有整体性和一定强度的固结体，从而提高地基承载力，减少地基沉降。

目前，水泥土搅拌桩的搅拌效果均通过钻孔取芯进行检查，检测难度较大，效率低施工成本高，并且其属于事后检测，其问题在于即使发现桩径偏小，也很难采取补救方法；若发现桩径偏大，也无法弥补材料的浪费。因此，为了达到保证施工质量的同时，又降低施工成本的目标，需要一种能在施工过程中进行搅拌桩搅拌效果进行检测的方法，基于此，本发明提出一种对大直径深层搅拌施工效果进行动态监测的施工方法。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种对大直径深层搅拌施工效果进行动态监测的施工方法，克服了现有技术的不足。通过采用短波红外光谱仪，对掺入矿物岩石粉末浆液的光谱参数进行采集，提取特定光谱参数进行分析；通过短波红外光谱监测的返浆中矿物岩石粉末分布及表面积占比，推算出固化材料浆液与土体的混合效果，进而改变施工参数达到设计要求。

一种对大直径深层搅拌施工效果进行动态监测的施工方法，其特征在于，基于具备短波红外光谱仪和多个介质喷射口的搅拌钻头结合而成的搅拌钻机，采用如下步骤开展搅拌施工作业实现搅拌效果动态监测，搅拌参数动态调整的施工方法：

步骤1：搅拌施工场地准备，搅拌钻机改造；

根据搅拌设计方案，在搅拌桩体中心轴位置处进行钻孔作业；将选好的短波红外光谱仪置入搅拌钻头的上部中心处，短波红外光谱仪的相机置于搅拌钻头外表面并与搅拌钻头外表面平齐，短波红外光谱仪的相机设置有钢化玻璃保护壳；搅拌钻头中部或搅拌叶片上设置若干介质喷射口，喷射介质包括：固化材料浆液、分散剂、高压气等；搅拌浆液中掺入设定掺量的矿物岩石粉末，矿物岩石粉末为含有氢氧根离子、碳酸根离子两种官能团之一的矿物岩石磨制而成；根据搅拌浆液中矿物岩石粉末掺量设计值，选择配套的短波红外光谱仪，短波红外光谱仪可识别的图像精度应小于或等于矿物岩石粉末颗粒直径；短波红外光谱仪距离搅拌钻头中固化材料浆液喷射口的垂直距离为设定搅拌直径的0.5-3倍；

步骤2：确定搅拌施工过程动态监测方案；

采用短波红外光谱仪对矿物岩石粉末的光谱参数中的特征吸收峰进行分析、识别，提取矿物岩石粉末特征吸收峰的波长位置范围；设定矿物岩石粉末的固定掺量A，初始条件下开启短波红外光谱仪，对短波红外光谱仪周边土体及返浆的光谱参数进行采集，按设定频率对目标图像及光谱数据进行采集并对其进行解译，提取特定光谱参数进行分析；通过短波红外光谱监测的返浆中矿物岩石粉末分布及表面积占比，即可识别返浆中的矿物岩石粉末含量Y；

步骤3：确定搅拌动态施工方案；

按照搅拌设计方案开始搅拌施工作业，设定搅拌浆液流量为Z，最大分散剂流量为S，最大高压气压力为P；对返浆中的矿物岩石粉末含量Y进行监测，当Y大于或等于0，且Y小于或等于0.2A时，喷射分散剂流量为0，高压气体喷射压力为0.2P-0.4P；当Y大于0.2A且小于0.5A时，喷射分散剂流量为0.2S-0.6S，高压气体喷射压力为0.4P-0.8P；当Y大于或等于0.5A时，喷射分散剂流量为0.6S-S，高压气体喷射压力为0.8P-P；

步骤4：开展搅拌施工作业；

按照步骤1至步骤3开展搅拌施工作业，先下钻搅拌至设定深度，然后提升搅拌直至搅拌钻头提升至指定高度时，完成单桩搅拌施工作业；按照此步骤最终完成全部搅拌施工作业；

步骤5：完成搅拌施工作业；

按照设计要求完成搅拌施工作业，清理施工场地，整理搅拌设备并退出施工场地。

优选地，所述返浆中的矿物岩石粉末含量Y进行监测时，设定搅拌钻头最大下钻速度为R，搅拌施工过程中的下钻速度将做出如下调整：

（1）当Y大于或等于0，且Y小于或等于0.2A时，下钻速度目标值设定为0.8R-R；

（2）当Y大于0.2A且小于0.5A时，下钻速度目标值设定为0.4R-0.8R；

（3）当Y大于或等于0.5A时，下钻速度目标值设定为0.2R-0.4R。

优选地，所述矿物岩石粉末优选为含白云母、绿泥石等矿物岩石粉末，矿物岩石粉末直径介于10微米至100微米之间。

优选地，所述钢化玻璃保护壳表面应进行强度硬化、防雾化、防腐及疏水处理。

优选地，所述短波红外光谱仪覆盖的短波红外波段范围为1000-2500nm，光谱分辨率优于8nm。

本发明所带来的有益技术效果：

通过采用短波红外光谱仪，对掺入矿物岩石粉末浆液的光谱参数进行采集，提取特定光谱参数进行分析；通过短波红外光谱监测的返浆中矿物岩石粉末分布及表面积占比，推算出固化材料浆液与土体的混合效果，进而改变施工参数达到设计要求。

附图说明

图1为本发明一种对大直径深层搅拌施工效果进行动态监测的施工方法的施工流程图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

实施例1：

如图1所示，一种对大直径深层搅拌施工效果进行动态监测的施工方法，基于具备短波红外光谱仪和多个介质喷射口的搅拌钻头结合而成的搅拌钻机，采用如下步骤开展搅拌施工作业实现搅拌效果动态监测，搅拌参数动态调整的施工方法：

步骤1：搅拌施工场地准备，搅拌钻机改造；

根据搅拌设计方案，在搅拌桩体中心轴位置处进行钻孔作业；将选好的短波红外光谱仪置入搅拌钻头的上部中心处，短波红外光谱仪的相机置于搅拌钻头外表面并与搅拌钻头外表面平齐，短波红外光谱仪的相机设置有钢化玻璃保护壳；搅拌钻头中部或搅拌叶片上设置若干介质喷射口，喷射介质包括：固化材料浆液、分散剂、高压气等；搅拌浆液中掺入设定掺量的矿物岩石粉末，矿物岩石粉末为含有氢氧根离子、碳酸根离子两种官能团之一的矿物岩石磨制而成；根据搅拌浆液中矿物岩石粉末掺量设计值，选择配套的短波红外光谱仪，短波红外光谱仪可识别的图像精度应小于或等于矿物岩石粉末颗粒直径；短波红外光谱仪距离搅拌钻头中固化材料浆液喷射口的垂直距离为设定搅拌直径的0.5-3倍；

步骤2：确定搅拌施工过程动态监测方案；

采用短波红外光谱仪对矿物岩石粉末的光谱参数中的特征吸收峰进行分析、识别，提取矿物岩石粉末特征吸收峰的波长位置范围；设定矿物岩石粉末的固定掺量A，初始条件下开启短波红外光谱仪，对短波红外光谱仪周边土体及返浆的光谱参数进行采集，按设定频率对目标图像及光谱数据进行采集并对其进行解译，提取特定光谱参数进行分析；通过短波红外光谱监测的返浆中矿物岩石粉末分布及表面积占比，即可识别返浆中的矿物岩石粉末含量Y；

步骤3：确定搅拌动态施工方案；

按照搅拌设计方案开始搅拌施工作业，设定搅拌浆液流量为Z，最大分散剂流量为S，最大高压气压力为P；对返浆中的矿物岩石粉末含量Y进行监测，当Y大于或等于0，且Y小于或等于0.2A时，喷射分散剂流量为0，高压气体喷射压力为0.2P-0.4P；当Y大于0.2A且小于0.5A时，喷射分散剂流量为0.2S-0.6S，高压气体喷射压力为0.4P-0.8P；当Y大于或等于0.5A时，喷射分散剂流量为0.6S-S，高压气体喷射压力为0.8P-P；

步骤4：开展搅拌施工作业；

按照步骤1至步骤3开展搅拌施工作业，先下钻搅拌至设定深度，然后提升搅拌直至搅拌钻头提升至指定高度时，完成单桩搅拌施工作业；按照此步骤最终完成全部搅拌施工作业；

步骤5：完成搅拌施工作业；

按照设计要求完成搅拌施工作业，清理施工场地，整理搅拌设备并退出施工场地。

优选地，所述返浆中的矿物岩石粉末含量Y进行监测时，设定搅拌钻头最大下钻速度为R，搅拌施工过程中的下钻速度将做出如下调整：

（1）当Y大于或等于0，且Y小于或等于0.2A时，下钻速度目标值设定为0.8R-R；

（2）当Y大于0.2A且小于0.5A时，下钻速度目标值设定为0.4R-0.8R；

（3）当Y大于或等于0.5A时，下钻速度目标值设定为0.2R-0.4R。

优选地，所述矿物岩石粉末优选为含白云母、绿泥石等矿物岩石粉末，矿物岩石粉末直径介于10微米至100微米之间。

优选地，所述钢化玻璃保护壳表面应进行强度硬化、防雾化、防腐及疏水处理。

优选地，所述短波红外光谱仪覆盖的短波红外波段范围为1000-2500nm，光谱分辨率优于8nm。

本发明是一种对大直径深层搅拌施工效果进行动态监测的施工方法，通过采用短波红外光谱仪，对掺入矿物岩石粉末浆液的光谱参数进行采集，提取特定光谱参数进行分析；通过短波红外光谱监测的返浆中矿物岩石粉末分布及表面积占比，推算出固化材料浆液与土体的混合效果，进而改变施工参数达到设计要求。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。