CN113914384A - 一种用于旋喷桩径监测的短波红外光谱数据处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于旋喷桩径监测的短波红外光谱数据处理方法，属于旋喷桩施工技术领域，采用由含有氢氧根离子、碳酸根离子两种官能团之一的矿物岩石粉末组成的旋喷浆液，基于设置于旋喷钻头上部的短波红外光谱仪对旋喷提钻引孔内返浆特征吸收峰的波长位置范围进行实时数据监测，采用如下步骤将短波红外光谱仪采集的光谱参数进行处理进而确定旋喷桩径的方法：识别并提取旋喷引孔周边土体的光谱参数；识别并提取旋喷提钻过程数据；旋喷数据整理；识别并提取有效旋喷数据；确定旋喷桩径特征；获取桩径结果。本发明将短波红外光谱仪应用到旋喷桩径监测方面，对旋喷桩的成桩直径进行实时监测，并根据监测结果随时调整施工参数，保证施工质量。
Description
技术领域
本发明涉及旋喷桩施工技术领域，特别涉及到一种用于旋喷桩径监测的短波红外光谱数据处理方法。
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。
随着国家基础建设的增多，特别是在大量建设高速公路、高层建筑、特大桥时都涉及若干桩基工程，而高压旋喷桩在基础工程、隧道工程等工程中应用十分广泛，其质量检测至关重要。旋喷桩桩径对桩的承载力影响巨大，决定着工程的质量。而与其他桩相比，旋喷桩桩径不易控制，也不易检测。
目前，旋喷桩施工工程中常采用的检查手段有很多种，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，为了实现施工过程中动态监测，引进了短波红外光谱的理论，并对监测数据进行处理，故本发明提出一种用于旋喷桩径监测的短波红外光谱数据处理方法。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种用于旋喷桩径监测的短波红外光谱数据处理方法，克服了现有技术的不足。将短波红外光谱仪应用到旋喷桩径监测方面，对旋喷桩的成桩直径进行实时监测，并根据监测结果随时调整施工参数，保证施工质量。
一种用于旋喷桩径监测的短波红外光谱数据处理方法，其特征在于，采用由含有氢氧根离子、碳酸根离子两种官能团之一的矿物岩石粉末组成的旋喷浆液，基于设置于旋喷钻头上部的短波红外光谱仪对旋喷提钻引孔内返浆特征吸收峰的波长位置范围进行实时数据监测，采用如下步骤将短波红外光谱仪采集的光谱参数进行处理进而确定旋喷桩径的方法：
步骤1：识别并提取旋喷引孔周边土体的光谱参数；旋喷引孔完成后，沿旋喷引孔中轴线自上而下监测引孔周边土体在波长为2300-2400nm之间的特征吸收峰及标准化吸收率、旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标，最终将获取的时间节点分别对应的标准化吸收率、旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标进行存储，并形成数据集A；
步骤2：识别并提取旋喷提钻过程数据；识别并提取旋喷引孔内返浆体的在波长为2300-2400nm之间的特征吸收峰及标准化吸收率、旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标、旋喷注浆量、旋喷返浆量；旋喷钻头置入旋喷引孔底部后，正式开始旋喷，沿旋喷引孔中轴线自下而上监测引孔内返浆在波长为2300-2400nm之间的特征吸收峰及标准化吸收率、旋喷喷嘴中心点、旋喷注浆量、旋喷返浆量所对应的空间位置坐标进行存储，并形成数据集B；
步骤3：旋喷数据整理；将数据集A和B每一时间节点旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标合并生成三维空间信息模型；以数据集B中的每一个旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标为基准，遍历数据集A中的旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标，并将数据集B中与距离数据集A最近的旋喷喷嘴中心点移位合并，数据集A旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标变更为与距离数据集B最近的旋喷喷嘴中心点坐标；以数据集A和B中旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标为基准，将数据集A和B合并形成新的数据集C，数据集C中原数据集B数据排序靠前，原数据集A排序靠后；
步骤4：识别并提取有效旋喷数据；遍历数据集C中每一行数据，若同一行中靠前的标准化吸收率大于靠后的标准化吸收率为有效数据行，若同一行中靠前的标准化吸收率小于或等于靠后的标准化吸收率为无效数据行并将此数据行删除，由此获得新的数据集D；遍历数据集D中每一行数据，若同一行中旋喷返浆量大于或等于旋喷注浆量为有效数据行，若同一行中旋喷返浆量小于旋喷注浆量为无效数据行并将此数据行删除，由此获得新的数据集E；
步骤5：确定旋喷桩径特征；根据旋喷工艺试验，可获得旋喷桩体直径与返浆在波长为2300-2400nm之间的标准化吸收率之间的函数关系f；遍历数据集E中每一行数据，获得返浆标准化吸收率即同一行中靠前的标准化吸收率与靠后的标准化吸收率的差值，提取每一行数据中的旋喷喷嘴中心点坐标与返浆标准化吸收率，形成数据集F；根据函数关系f，将数据集F中的返浆标准化吸收率替换为旋喷桩直径，形成数据集P；
步骤6：获取桩径结果；以地表旋喷桩中心为原点建立空间直角坐标系，将数据集P中的数据在三维空间内拟合，即获取空间条件下有效的旋喷桩径结果。
优选地，所述短波红外光谱仪设置多组时，波长为2300-2400nm之间的标准化吸收率取多组结果的平均值。
优选地，所述数据集A和数据集B应达到设定的数据密度，在垂直方向每米应至少包含100个旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标数据。
优选地，所述步骤4中数据集A和B合并形成新的数据集C过程中，如数据集A和B数据行不同，则将数据集A或B中旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标未发生移位合并的数据行删除后再合并；如数据集A和B数据行相同，则无需处理。
优选地，所述步骤6中获得的空间条件下有效的旋喷桩径大小介于旋喷引孔直径与旋喷极限直径之间。
本发明所带来的有益技术效果：
（1）将事后检测变为过程监测，可以在线监测正在施工中的旋喷桩桩径，并根据监测结果随时调整施工参数，保证施工质量。（2）节省时间，以往检测方法无论开挖检测还是钻孔取芯都需要在旋喷桩固接后进行，等待时间长，影响施工工期。（3）节省费用，以往检测方法无论开挖检测还是钻孔取芯都需要耗费较多人力或设备，并且检测本身花费的时间长。
附图说明
图1为本发明一种用于旋喷桩径监测的短波红外光谱数据处理方法的流程图。
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，一种用于旋喷桩径监测的短波红外光谱数据处理方法，采用由含有氢氧根离子、碳酸根离子两种官能团之一的矿物岩石粉末组成的旋喷浆液，基于设置于旋喷钻头上部的短波红外光谱仪对旋喷提钻引孔内返浆特征吸收峰的波长位置范围进行实时数据监测，采用如下步骤将短波红外光谱仪采集的光谱参数进行处理进而确定旋喷桩径的方法：
步骤1：识别并提取旋喷引孔周边土体的光谱参数；旋喷引孔完成后，沿旋喷引孔中轴线自上而下监测引孔周边土体在波长为2300-2400nm之间的特征吸收峰及标准化吸收率、旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标，最终将获取的时间节点分别对应的标准化吸收率、旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标进行存储，并形成数据集A；
步骤2：识别并提取旋喷提钻过程数据；识别并提取旋喷引孔内返浆体的在波长为2300-2400nm之间的特征吸收峰及标准化吸收率、旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标、旋喷注浆量、旋喷返浆量；旋喷钻头置入旋喷引孔底部后，正式开始旋喷，沿旋喷引孔中轴线自下而上监测引孔内返浆在波长为2300-2400nm之间的特征吸收峰及标准化吸收率、旋喷喷嘴中心点、旋喷注浆量、旋喷返浆量所对应的空间位置坐标进行存储，并形成数据集B；
步骤3：旋喷数据整理；将数据集A和B每一时间节点旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标合并生成三维空间信息模型；以数据集B中的每一个旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标为基准，遍历数据集A中的旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标，并将数据集B中与距离数据集A最近的旋喷喷嘴中心点移位合并，数据集A旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标变更为与距离数据集B最近的旋喷喷嘴中心点坐标；以数据集A和B中旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标为基准，将数据集A和B合并形成新的数据集C，数据集C中原数据集B数据排序靠前，原数据集A排序靠后；
步骤4：识别并提取有效旋喷数据；遍历数据集C中每一行数据，若同一行中靠前的标准化吸收率大于靠后的标准化吸收率为有效数据行，若同一行中靠前的标准化吸收率小于或等于靠后的标准化吸收率为无效数据行并将此数据行删除，由此获得新的数据集D；遍历数据集D中每一行数据，若同一行中旋喷返浆量大于或等于旋喷注浆量为有效数据行，若同一行中旋喷返浆量小于旋喷注浆量为无效数据行并将此数据行删除，由此获得新的数据集E；
步骤5：确定旋喷桩径特征；根据旋喷工艺试验，可获得旋喷桩体直径与返浆在波长为2300-2400nm之间的标准化吸收率之间的函数关系f；遍历数据集E中每一行数据，获得返浆标准化吸收率即同一行中靠前的标准化吸收率与靠后的标准化吸收率的差值，提取每一行数据中的旋喷喷嘴中心点坐标与返浆标准化吸收率，形成数据集F；根据函数关系f，将数据集F中的返浆标准化吸收率替换为旋喷桩直径，形成数据集P；
步骤6：获取桩径结果；以地表旋喷桩中心为原点建立空间直角坐标系，将数据集P中的数据在三维空间内拟合，即获取空间条件下有效的旋喷桩径结果。
优选地，所述短波红外光谱仪设置多组时，波长为2300-2400nm之间的标准化吸收率取多组结果的平均值。
优选地，所述数据集A和数据集B应达到设定的数据密度，在垂直方向每米应至少包含100个旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标数据。
优选地，所述步骤4中数据集A和B合并形成新的数据集C过程中，如数据集A和B数据行不同，则将数据集A或B中旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标未发生移位合并的数据行删除后再合并；如数据集A和B数据行相同，则无需处理。
优选地，所述步骤6中获得的空间条件下有效的旋喷桩径大小介于旋喷引孔直径与旋喷极限直径之间。
实施例2：
如图1所示，将本发明介绍的方法在工程现场进行试验验证，采用由含有碳酸根离子的矿物岩石粉末组成的旋喷浆液，基于设置于旋喷钻头上部的短波红外光谱仪对旋喷提钻引孔内返浆特征吸收峰的波长位置范围进行实时数据监测，采用如下步骤将短波红外光谱仪采集的光谱参数进行处理进而确定旋喷桩径的方法：
步骤1：识别并提取旋喷引孔周边土体的光谱参数；旋喷引孔完成后，沿旋喷引孔中轴线自上而下监测引孔周边土体在波长为2300-2400nm之间的特征吸收峰及标准化吸收率、旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标，最终将获取的时间节点分别对应的标准化吸收率、旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标进行存储，并形成数据集A；
步骤2：识别并提取旋喷提钻过程数据；识别并提取旋喷引孔内返浆体的在波长为2300-2400nm之间的特征吸收峰及标准化吸收率、旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标、旋喷注浆量、旋喷返浆量；旋喷钻头置入旋喷引孔底部后，正式开始旋喷，沿旋喷引孔中轴线自下而上监测引孔内返浆在波长为2300-2400nm之间的特征吸收峰及标准化吸收率、旋喷喷嘴中心点、旋喷注浆量、旋喷返浆量所对应的空间位置坐标进行存储，并形成数据集B；
步骤3：旋喷数据整理；将数据集A和B每一时间节点旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标合并生成三维空间信息模型；以数据集B中的每一个旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标为基准，遍历数据集A中的旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标，并将数据集B中与距离数据集A最近的旋喷喷嘴中心点移位合并，数据集A旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标变更为与距离数据集B最近的旋喷喷嘴中心点坐标；以数据集A和B中旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标为基准，将数据集A和B合并形成新的数据集C，数据集C中原数据集B数据排序靠前，原数据集A排序靠后；
步骤4：识别并提取有效旋喷数据；遍历数据集C中每一行数据，若同一行中靠前的标准化吸收率大于靠后的标准化吸收率为有效数据行，若同一行中靠前的标准化吸收率小于或等于靠后的标准化吸收率为无效数据行并将此数据行删除，由此获得新的数据集D；遍历数据集D中每一行数据，若同一行中旋喷返浆量大于或等于旋喷注浆量为有效数据行，若同一行中旋喷返浆量小于旋喷注浆量为无效数据行并将此数据行删除，由此获得新的数据集E；
步骤5：确定旋喷桩径特征；根据旋喷工艺试验，可获得旋喷桩体直径与返浆在波长为2300-2400nm之间的标准化吸收率之间的函数关系f；遍历数据集E中每一行数据，获得返浆标准化吸收率即同一行中靠前的标准化吸收率与靠后的标准化吸收率的差值，提取每一行数据中的旋喷喷嘴中心点坐标与返浆标准化吸收率，形成数据集F；根据函数关系f，将数据集F中的返浆标准化吸收率替换为旋喷桩直径，形成数据集P；
步骤6：获取桩径结果；以地表旋喷桩中心为原点建立空间直角坐标系，将数据集P中的数据在三维空间内拟合，即获取空间条件下有效的旋喷桩径结果。
根据反映出的旋喷桩径结果对施工参数进行调整，当旋喷桩径小于设计值时候，增加喷浆压力并降低钻头提升速度，当旋喷直径大于设计值时，降低喷浆压力并加快钻头提升速度。
本发明是一种用于旋喷桩径监测的短波红外光谱数据处理方法，将短波红外光谱仪应用到旋喷桩径监测方面，对旋喷桩的成桩直径进行实时监测，并根据监测结果随时调整施工参数，保证施工质量。
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 (5)
1.一种用于旋喷桩径监测的短波红外光谱数据处理方法，其特征在于，采用由含有氢氧根离子、碳酸根离子两种官能团之一的矿物岩石粉末组成的旋喷浆液，基于设置于旋喷钻头上部的短波红外光谱仪对旋喷提钻引孔内返浆特征吸收峰的波长位置范围进行实时数据监测，采用如下步骤将短波红外光谱仪采集的光谱参数进行处理进而确定旋喷桩径的方法：
步骤1：识别并提取旋喷引孔周边土体的光谱参数；旋喷引孔完成后，沿旋喷引孔中轴线自上而下监测引孔周边土体在波长为2300-2400nm之间的特征吸收峰及标准化吸收率、旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标，最终将获取的时间节点分别对应的标准化吸收率、旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标进行存储，并形成数据集A；
步骤2：识别并提取旋喷提钻过程数据；识别并提取旋喷引孔内返浆体的在波长为2300-2400nm之间的特征吸收峰及标准化吸收率、旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标、旋喷注浆量、旋喷返浆量；旋喷钻头置入旋喷引孔底部后，正式开始旋喷，沿旋喷引孔中轴线自下而上监测引孔内返浆在波长为2300-2400nm之间的特征吸收峰及标准化吸收率、旋喷喷嘴中心点、旋喷注浆量、旋喷返浆量所对应的空间位置坐标进行存储，并形成数据集B；
步骤3：旋喷数据整理；将数据集A和B每一时间节点旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标合并生成三维空间信息模型；以数据集B中的每一个旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标为基准，遍历数据集A中的旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标，并将数据集B中与距离数据集A最近的旋喷喷嘴中心点移位合并，数据集A旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标变更为与距离数据集B最近的旋喷喷嘴中心点坐标；以数据集A和B中旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标为基准，将数据集A和B合并形成新的数据集C，数据集C中原数据集B数据排序靠前，原数据集A排序靠后；
步骤4：识别并提取有效旋喷数据；遍历数据集C中每一行数据，若同一行中靠前的标准化吸收率大于靠后的标准化吸收率为有效数据行，若同一行中靠前的标准化吸收率小于或等于靠后的标准化吸收率为无效数据行并将此数据行删除，由此获得新的数据集D；遍历数据集D中每一行数据，若同一行中旋喷返浆量大于或等于旋喷注浆量为有效数据行，若同一行中旋喷返浆量小于旋喷注浆量为无效数据行并将此数据行删除，由此获得新的数据集E；
步骤5：确定旋喷桩径特征；根据旋喷工艺试验，可获得旋喷桩体直径与返浆在波长为2300-2400nm之间的标准化吸收率之间的函数关系f；遍历数据集E中每一行数据，获得返浆标准化吸收率即同一行中靠前的标准化吸收率与靠后的标准化吸收率的差值，提取每一行数据中的旋喷喷嘴中心点坐标与返浆标准化吸收率，形成数据集F；根据函数关系f，将数据集F中的返浆标准化吸收率替换为旋喷桩直径，形成数据集P；
步骤6：获取桩径结果；以地表旋喷桩中心为原点建立空间直角坐标系，将数据集P中的数据在三维空间内拟合，即获取空间条件下有效的旋喷桩径结果。
2.根据权利要求1所述的一种用于旋喷桩径监测的短波红外光谱数据处理方法，其特征在于，所述短波红外光谱仪设置多组时，波长为2300-2400nm之间的标准化吸收率取多组结果的平均值。
3.根据权利要求1所述的一种用于旋喷桩径监测的短波红外光谱数据处理方法，其特征在于，所述数据集A和数据集B应达到设定的数据密度，在垂直方向每米应至少包含100个旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标数据。
4.根据权利要求1所述的一种用于旋喷桩径监测的短波红外光谱数据处理方法，其特征在于，所述步骤4中数据集A和B合并形成新的数据集C过程中，如数据集A和B数据行不同，则将数据集A或B中旋喷喷嘴中心点所对应的空间位置坐标未发生移位合并的数据行删除后再合并；如数据集A和B数据行相同，则无需处理。
5.根据权利要求1所述的一种用于旋喷桩径监测的短波红外光谱数据处理方法，其特征在于，所述步骤6中获得的空间条件下有效的旋喷桩径大小介于旋喷引孔直径与旋喷极限直径之间。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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