CN113846703A - 一种对高压旋喷桩施工效果进行动态监测的施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种对高压旋喷桩施工效果进行动态监测的施工方法，属于旋喷桩施工技术领域，基于装备有短波红外光谱仪的旋喷钻头结合而成的旋喷钻机，采用如下步骤开展旋喷施工作业实现旋喷效果动态监测，旋喷参数动态调整的施工方法：旋喷施工场地准备，旋喷钻机改造；确定旋喷施工过程动态监测方案；确定旋喷动态施工方案；开展旋喷施工作业；完成旋喷施工作业。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，推算出旋喷桩的旋喷效果，进而改变施工参数达到设计要求。

Description

一种对高压旋喷桩施工效果进行动态监测的施工方法
技术领域
本发明涉及旋喷桩施工技术领域，特别涉及到一种对高压旋喷桩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***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。
旋喷桩是利用钻机将旋喷注浆管及喷头钻置于桩底设计高程，将预先配制好的浆液通过高压发生装置使液流获得巨大能量后，从注浆管边的喷嘴中高速喷射出来，形成一股能量高度集中的液流，直接破坏土体，喷射过程中，钻杆边旋转边提升，使浆液与土体充分搅拌混合，在土中形成一定直径的柱状固结体，从而使地基得到加固。
目前，旋喷桩施工工程中常采用的检查手段有很多种，如钻孔取芯、开挖和围井试验、探地雷达和高密度电法技术、瑞利波法等。钻孔取芯是最为直接，也是应用最为广泛的检测方法，其属于后验方法，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，需要对旋喷效果在施工过程中进行检测，基于此，本发明提出一种对高压旋喷桩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高压旋喷桩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，推算出旋喷桩的旋喷效果，进而改变施工参数达到设计要求。
一种对高压旋喷桩施工效果进行动态监测的施工方法，其特征在于，基于装备有短波红外光谱仪的旋喷钻头结合而成的旋喷钻机，采用如下步骤开展旋喷施工作业实现旋喷效果动态监测，旋喷参数动态调整的施工方法：
步骤1：旋喷施工场地准备，旋喷钻机改造；
根据旋喷设计方案，在旋喷桩体中心轴位置处进行引孔作业，引孔直径为B；将选好的短波红外光谱仪置入旋喷钻头的上部中心处，旋喷钻头上设置1个或2个喷嘴，喷射介质包括：旋喷浆液、高压气等，旋喷钻头中心杆的外径为Z；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旋喷浆液中所有材料的最小粒径；短波红外光谱仪距离旋喷钻头中旋喷浆液喷射口的垂直距离为旋喷钻头中心杆外径Z的3-10倍；将选好的短波红外光谱仪置入旋喷钻头的上部中心处，短波红外光谱仪的相机置于旋喷钻头外表面并与旋喷钻杆外表面平齐，短波红外光谱仪的相机设置有防雾化钢化玻璃保护壳；
步骤2：确定旋喷施工过程动态监测方案；
旋喷浆液中掺入设定掺量为H的矿物岩石粉末，矿物岩石粉末不会对旋喷效果产生阻碍作用并且由含有氢氧根离子、碳酸根离子两种官能团之一的矿物岩石磨制而成，采用短波红外光谱仪对矿物岩石粉末特征吸收峰的波长位置范围进行提取；正式旋喷施工时在初始条件下开启短波红外光谱仪，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K；
步骤3：确定旋喷动态施工方案；
按照旋喷设计方案开始旋喷施工作业，设定初始旋喷浆液流量为Y，初始旋喷浆液压力为E，初始高压气压力为P，最大旋喷浆液流量为G，最大旋喷浆液压力为Q，最大高压气压力为B；对旋喷浆液返浆流量K进行监测，当K大于或等于0，且K小于或等于0.4H时，旋喷浆液流量保持为Y，旋喷浆液压力保持为E，高压气压力保持为P；当K大于0.4H且小于0.8H时，旋喷浆液流量调整为Y至（Y+G）/2之间，旋喷浆液压力调整为E至（E+Q）/2之间，高压气压力调整为P至（P+B）/2之间；当K大于或等于0.8H时，旋喷浆液流量调整为（Y+G）/2至G之间，旋喷浆液压力调整为（E+Q）/2至Q之间，高压气压力调整为（P+B）/2至B之间；
步骤4：开展旋喷施工作业；
按照步骤1至步骤3开展旋喷施工作业，直至旋喷钻头提升至指定高度时，完成单桩旋喷施工作业；按照此步骤最终完成全部旋喷施工作业；
步骤5：完成旋喷施工作业；
按照设计要求完成旋喷施工作业，清理施工场地，整理旋喷设备并退出施工场地。
优选地，所述对返浆中的矿物岩石粉末含量K进行监测时，设定旋喷最大提钻速度为D，旋喷施工过程中的提钻速度将做出如下调整：
（1）当K大于或等于0，且K小于或等于0.6H时，旋喷钻头转速目标值设定为0.5D-D；
（2）当K大于或等于0.6H时，旋喷钻头转速目标值设定为0.1D-0.5D。
优选地，所述对返浆中的矿物岩石粉末含量K进行监测，当K大于或等于0.8H时，且旋喷钻机已调整至最大旋喷浆液流量G，最大旋喷浆液压力Q，最大高压气压力B持续运行2分钟内K仍然大于或等于0.8H，此时可采用间歇式提钻的方式进行旋喷作业。
优选地，所述引孔直径大于旋喷钻头中心杆的外径，引孔直径与旋喷钻头中心杆的外径的差值随之旋喷直径的增大而增大。
优选地，所述短波红外光谱仪提取特定光谱参数的频率不应小于5次/分钟。
优选地，所述短波红外光谱仪可设置若干个，同时对提取特定光谱参数进行分析，计算出返浆中的矿物岩石粉末含量K为若干短波红外光谱仪结果的均值。
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，推算出旋喷桩的旋喷效果，进而改变施工参数达到设计要求。
附图说明
图1为本发明一种对高压旋喷桩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，一种对高压旋喷桩施工效果进行动态监测的施工方法，其特征在于，基于装备有短波红外光谱仪的旋喷钻头结合而成的旋喷钻机，采用如下步骤开展旋喷施工作业实现旋喷效果动态监测，旋喷参数动态调整的施工方法：
步骤1：旋喷施工场地准备，旋喷钻机改造；
根据旋喷设计方案，在旋喷桩体中心轴位置处进行引孔作业，引孔直径为B；将选好的短波红外光谱仪置入旋喷钻头的上部中心处，旋喷钻头上设置1个或2个喷嘴，喷射介质包括：旋喷浆液、高压气等，旋喷钻头中心杆外径为Z；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旋喷浆液中所有材料的最小粒径；短波红外光谱仪距离旋喷钻头中旋喷浆液喷射口的垂直距离为旋喷钻头中心杆外径Z的3-10倍；将选好的短波红外光谱仪置入旋喷钻头的上部中心处，短波红外光谱仪的相机置于旋喷钻头外表面并与旋喷钻杆外表面平齐，短波红外光谱仪的相机设置有防雾化钢化玻璃保护壳；
步骤2：确定旋喷施工过程动态监测方案；
旋喷浆液中掺入设定掺量为H的矿物岩石粉末，矿物岩石粉末不会对旋喷效果产生阻碍作用并且由含有氢氧根离子、碳酸根离子两种官能团之一的矿物岩石磨制而成，采用短波红外光谱仪对矿物岩石粉末特征吸收峰的波长位置范围进行提取；正式旋喷施工时在初始条件下开启短波红外光谱仪，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掺量K；
步骤3：确定旋喷动态施工方案；
按照旋喷设计方案开始旋喷施工作业，设定初始旋喷浆液流量为Y，初始旋喷浆液压力为E，初始高压气压力为P，最大旋喷浆液流量为G，最大旋喷浆液压力为Q，最大高压气压力为B；对旋喷浆液返浆流量K进行监测，当K大于或等于0，且K小于或等于0.4H时，旋喷浆液流量保持为Y，旋喷浆液压力保持为E，高压气压力保持为P；当K大于0.4H且小于0.8H时，旋喷浆液流量调整为Y至（Y+G）/2之间，旋喷浆液压力调整为E至（E+Q）/2之间，高压气压力调整为P至（P+B）/2之间；当K大于或等于0.8H时，旋喷浆液流量调整为（Y+G）/2至G之间，旋喷浆液压力调整为（E+Q）/2至Q之间，高压气压力调整为（P+B）/2至B之间；
步骤4：开展旋喷施工作业；
按照步骤1至步骤3开展旋喷施工作业，直至旋喷钻头提升至指定高度时，完成单桩旋喷施工作业；按照此步骤最终完成全部旋喷施工作业；
步骤5：完成旋喷施工作业；
按照设计要求完成旋喷施工作业，清理施工场地，整理旋喷设备并退出施工场地。
优选地，所述对返浆中的矿物岩石粉末含量K进行监测时，设定旋喷最大提钻速度为D，旋喷施工过程中的提钻速度将做出如下调整：
（1）当K大于或等于0，且K小于或等于0.6H时，旋喷钻头转速目标值设定为0.5D-D；
（2）当K大于或等于0.6H时，旋喷钻头转速目标值设定为0.1D-0.5D。
优选地，所述对返浆中的矿物岩石粉末含量K进行监测，当K大于或等于0.8H时，且旋喷钻机已调整至最大旋喷浆液流量G，最大旋喷浆液压力Q，最大高压气压力B持续运行2分钟内K仍然大于或等于0.8H，此时可采用间歇式提钻的方式进行旋喷作业。
优选地，所述引孔直径大于旋喷钻头中心杆的外径，引孔直径与旋喷钻头中心杆的外径的差值随之旋喷直径的增大而增大。
优选地，所述短波红外光谱仪提取特定光谱参数的频率不应小于5次/分钟。
优选地，所述短波红外光谱仪可设置若干个，同时对提取特定光谱参数进行分析，计算出返浆中的矿物岩石粉末含量K为若干短波红外光谱仪结果的均值。
本发明是一种对高压旋喷桩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，推算出旋喷桩的旋喷效果，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。

Claims (6)

1.一种对高压旋喷桩施工效果进行动态监测的施工方法，其特征在于，基于装备有短波红外光谱仪的旋喷钻头结合而成的旋喷钻机，采用如下步骤开展旋喷施工作业实现旋喷效果动态监测，旋喷参数动态调整的施工方法：
步骤1：旋喷施工场地准备，旋喷钻机改造；
根据旋喷设计方案，在旋喷桩体中心轴位置处进行引孔作业，引孔直径为B；将选好的短波红外光谱仪置入旋喷钻头的上部中心处，旋喷钻头上设置1个或2个喷嘴，喷射介质包括：旋喷浆液、高压气等，旋喷钻头中心杆外径为Z；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旋喷浆液中所有材料的最小粒径；短波红外光谱仪距离旋喷钻头中旋喷浆液喷射口的垂直距离为旋喷钻头中心杆外径Z的3-10倍；将选好的短波红外光谱仪置入旋喷钻头的上部中心处，短波红外光谱仪的相机置于旋喷钻头外表面并与旋喷钻杆外表面平齐，短波红外光谱仪的相机设置有防雾化钢化玻璃保护壳；
步骤2：确定旋喷施工过程动态监测方案；
旋喷浆液中掺入设定掺量为H的矿物岩石粉末，矿物岩石粉末不会对旋喷效果产生阻碍作用并且由含有氢氧根离子、碳酸根离子两种官能团之一的矿物岩石磨制而成，采用短波红外光谱仪对矿物岩石粉末特征吸收峰的波长位置范围进行提取；正式旋喷施工时在初始条件下开启短波红外光谱仪，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K；
步骤3：确定旋喷动态施工方案；
按照旋喷设计方案开始旋喷施工作业，设定初始旋喷浆液流量为Y，初始旋喷浆液压力为E，初始高压气压力为P，最大旋喷浆液流量为G，最大旋喷浆液压力为Q，最大高压气压力为B；对旋喷浆液返浆流量K进行监测，当K大于或等于0，且K小于或等于0.4H时，旋喷浆液流量保持为Y，旋喷浆液压力保持为E，高压气压力保持为P；当K大于0.4H且小于0.8H时，旋喷浆液流量调整为Y至（Y+G）/2之间，旋喷浆液压力调整为E至（E+Q）/2之间，高压气压力调整为P至（P+B）/2之间；当K大于或等于0.8H时，旋喷浆液流量调整为（Y+G）/2至G之间，旋喷浆液压力调整为（E+Q）/2至Q之间，高压气压力调整为（P+B）/2至B之间；
步骤4：开展旋喷施工作业；
按照步骤1至步骤3开展旋喷施工作业，直至旋喷钻头提升至指定高度时，完成单桩旋喷施工作业；按照此步骤最终完成全部旋喷施工作业；
步骤5：完成旋喷施工作业；
按照设计要求完成旋喷施工作业，清理施工场地，整理旋喷设备并退出施工场地。
2.根据权利要求1所述的一种对高压旋喷桩施工效果进行动态监测的施工方法，其特征在于，所述对返浆中的矿物岩石粉末含量K进行监测时，设定旋喷最大提钻速度为D，旋喷施工过程中的提钻速度将做出如下调整：
（1）当K大于或等于0，且K小于或等于0.6H时，旋喷钻头转速目标值设定为0.5D-D；
（2）当K大于或等于0.6H时，旋喷钻头转速目标值设定为0.1D-0.5D。
3.根据权利要求1所述的一种对高压旋喷桩施工效果进行动态监测的施工方法，其特征在于，所述对返浆中的矿物岩石粉末含量K进行监测，当K大于或等于0.8H时，且旋喷钻机已调整至最大旋喷浆液流量G，最大旋喷浆液压力Q，最大高压气压力B持续运行2分钟内K仍然大于或等于0.8H，此时可采用间歇式提钻的方式进行旋喷作业。
4.根据权利要求1所述的一种对高压旋喷桩施工效果进行动态监测的施工方法，其特征在于，所述引孔直径大于旋喷钻头中心杆的外径，引孔直径与旋喷钻头中心杆的外径的差值随之旋喷直径的增大而增大。
5.根据权利要求1所述的一种对高压旋喷桩施工效果进行动态监测的施工方法，其特征在于，所述短波红外光谱仪提取特定光谱参数的频率不应小于5次/分钟。
6.根据权利要求1所述的一种对高压旋喷桩施工效果进行动态监测的施工方法，其特征在于，所述短波红外光谱仪可设置若干个，同时对提取特定光谱参数进行分析，计算出返浆中的矿物岩石粉末含量K为若干短波红外光谱仪结果的均值。
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