CN113914385B - 一种对旋喷效果进行动态监测的模型试验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对旋喷效果进行动态监测的模型试验方法，属于旋喷桩施工技术领域，基于短波红外光谱仪及旋喷模型试验箱对旋喷桩径质量及大小进行实时监测的方法采用如下步骤：制造旋喷模型试验箱，选择配套的短波红外光谱仪；模型施工准备；现场标定；对目标区域进行引孔作业后，旋喷设备就位；正式旋喷施工；评价有效旋喷区域及旋喷效果稳定性；根据数据反馈调整施工参数；完成旋喷桩模型试验。本发明通过采用短波红外光谱仪，对旋喷桩模型试验的成桩效果进行评估，并通过数据反馈对施工参数进行实时调整，最终寻找出不同土质情况下的施工参数，用于指导施工。
Description
技术领域
本发明涉及旋喷桩施工技术领域，特别涉及到一种对旋喷效果进行动态监测的模型试验方法。
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，钻孔取芯是最为直接，也是应用最为广泛的检测方法，但需要对选喷体进行破坏，且属于后验方法，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。基于此，本发明提出一种对旋喷效果进行动态监测的模型试验方法。
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旋喷效果进行动态监测的模型试验方法，克服了现有技术的不足。通过采用短波红外光谱仪，对旋喷桩模型试验的成桩效果进行评估，并通过数据反馈对施工参数进行实时调整，最终寻找出不同土质情况下的施工参数，用于指导施工。
一种对旋喷效果进行动态监测的模型试验方法，其特征在于，基于短波红外光谱仪及旋喷模型试验箱对旋喷桩径质量及大小进行实时监测的方法采用如下步骤：
步骤1：根据旋喷桩径设计值d，设计并制造配套的旋喷模型试验箱，旋喷模型试验箱为圆筒形结构，其内径与旋喷桩径设计值相同，旋喷模型试验箱上部桶体为高强钢化玻璃；选择配套的短波红外光谱仪，短波红外波段覆盖范围为1000-2500nm，光谱分辨率范围为6nm-10nm；
步骤2：在旋喷模型试验箱内置入设定高度、设定种类的土体，土体各项性质参数应与原始地层保持一致；旋喷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；
步骤3：现场标定；将选好的短波红外光谱仪置入旋喷模型试验箱外侧，短波红外光谱仪随旋喷轨迹按螺旋路径自下而上移动；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，提取特定光谱参数的特征吸收峰进行分析；提取矿物岩石粉末特征吸收峰的波长位置范围；
步骤4：对目标区域进行引孔作业后，旋喷设备就位；
步骤5：将旋喷钻头移送至孔底，短波红外光谱仪置于旋喷模型试验箱的外侧下方，短波红外光谱仪中心点、旋喷喷嘴中心点、旋喷钻杆中轴线三者交汇于同一直线，开始启动短波红外光谱仪，短波红外光谱仪初始移动时间等同于或迟于旋喷钻头初始提钻时间，短波红外光谱仪按设定频率光谱数据进行采集、分析；正式开展旋喷桩施工质量实时探测，喷射含有设定掺量矿物岩石粉末的浆液，通过向上提升旋喷钻头进行旋喷作业，高压旋喷过程中浆液的流量、浓度、压力以及旋喷钻杆的旋转速度和提升速度等旋喷施工参数按照设定施工方案来确定，基于步骤3中标定的矿物岩石粉末特征吸收峰的波长位置范围，短波红外光谱实时获取旋喷桩体外表面不同位置处的矿物岩石粉末分布及表面积占比，在旋喷桩体外表面识别出存在矿物岩石粉末的位置即为有效旋喷区域，采用单位区域矿物岩石粉末表面积占比来表征旋喷效果稳定性；
步骤6：根据施工过程中矿物岩石粉末分布及表面积占比结果，获取旋喷桩有效旋喷区域及旋喷效果稳定性的空间分布；
步骤7：将步骤6中的空间分布进行分析，检测结果显示浆液过少的地方采用增大浆液流量、放慢提升速度的方法，检测结果显示浆液过多的地方采用降低浆液流量、加快提升速度的方法；
步骤8：完成旋喷桩模型试验。
优选地，所述步骤3中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的设定频率不低于300fps。
优选地，所述旋喷钻头采用单喷嘴或双喷嘴结构喷射浆液，水泥浆液水灰比为1.0-1.5。
优选地，所述高强钢化玻璃的设计表面应力大于最大旋喷压力。
优选地，所述旋喷钻杆的直径与设计旋喷直径的比值范围为0.025-0.15。
优选地，对调整的施工参数和对应的土质情况建立数据库，对实际施工进行施工参数指导。
本发明所带来的有益技术效果：
通过采用短波红外光谱仪，对旋喷桩模型试验的成桩效果进行评估，并通过数据反馈对施工参数进行实时调整，最终寻找出不同土质情况下的施工参数，用于指导施工。该方法简单，无需在场地内试桩施工并且开挖验证，进行调整施工参数，在室内就能将施工参数精准确定。
附图说明
图1为本发明一种对旋喷效果进行动态监测的模型试验方法的施工流程图。
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，一种对旋喷效果进行动态监测的模型试验方法，基于短波红外光谱仪及旋喷模型试验箱对旋喷桩径质量及大小进行实时监测的方法采用如下步骤：
步骤1：根据旋喷桩径设计值d，设计并制造配套的旋喷模型试验箱，旋喷模型试验箱为圆筒形结构，其内径与旋喷桩径设计值相同，旋喷模型试验箱上部桶体为高强钢化玻璃；选择配套的短波红外光谱仪，短波红外波段覆盖范围为1000-2500nm，光谱分辨率范围为6nm-10nm；
步骤2：在旋喷模型试验箱内置入设定高度、设定种类的土体，土体各项性质参数应与原始地层保持一致；旋喷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；
步骤3：现场标定；将选好的短波红外光谱仪置入旋喷模型试验箱外侧，短波红外光谱仪随旋喷轨迹按螺旋路径自下而上移动；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，提取特定光谱参数的特征吸收峰进行分析；提取矿物岩石粉末特征吸收峰的波长位置范围；
步骤4：对目标区域进行引孔作业后，旋喷设备就位；
步骤5：将旋喷钻头移送至孔底，短波红外光谱仪置于旋喷模型试验箱的外侧下方，短波红外光谱仪中心点、旋喷喷嘴中心点、旋喷钻杆中轴线三者交汇于同一直线，开始启动短波红外光谱仪，短波红外光谱仪初始移动时间等同于或迟于旋喷钻头初始提钻时间，短波红外光谱仪按设定频率光谱数据进行采集、分析；正式开展旋喷桩施工质量实时探测，喷射含有设定掺量矿物岩石粉末的浆液，通过向上提升旋喷钻头进行旋喷作业，高压旋喷过程中浆液的流量、浓度、压力以及旋喷钻杆的旋转速度和提升速度等旋喷施工参数按照设定施工方案来确定，基于步骤3中标定的矿物岩石粉末特征吸收峰的波长位置范围，短波红外光谱实时获取旋喷桩体外表面不同位置处的矿物岩石粉末分布及表面积占比，在旋喷桩体外表面识别出存在矿物岩石粉末的位置即为有效旋喷区域，采用单位区域矿物岩石粉末表面积占比来表征旋喷效果稳定性；
步骤6：根据施工过程中矿物岩石粉末分布及表面积占比结果，获取旋喷桩有效旋喷区域及旋喷效果稳定性的空间分布；
步骤7：将步骤6中的空间分布进行分析，检测结果显示浆液过少的地方采用增大浆液流量、放慢提升速度的方法，检测结果显示浆液过多的地方采用降低浆液流量、加快提升速度的方法；
步骤8：完成旋喷桩模型试验。
优选地，所述步骤3中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的设定频率不低于300fps。
优选地，所述旋喷钻头采用单喷嘴或双喷嘴结构喷射浆液，水泥浆液水灰比为1.0-1.5。
优选地，所述高强钢化玻璃的设计表面应力大于最大旋喷压力。
优选地，所述旋喷钻杆的直径与设计旋喷直径的比值范围为0.025-0.15。
优选地，对调整的施工参数和对应的土质情况建立数据库，对实际施工进行施工参数指导。
实施例2：
如图1所示，一种对旋喷效果进行动态监测的模型试验方法，基于短波红外光谱仪及旋喷模型试验箱对旋喷桩径质量及大小进行实时监测的方法采用如下步骤：
步骤1：旋喷桩径设计值d为2m，设计并制造配套的旋喷模型试验箱，旋喷模型试验箱为圆筒形结构，其内径与旋喷桩径设计值相同，旋喷模型试验箱上部桶体为高强钢化玻璃；选择配套的短波红外光谱仪，短波红外波段覆盖范围为1000-2500nm，光谱分辨率范围为6nm-10nm；
步骤2：在旋喷模型试验箱内置入设定高度的现场原位土体；旋喷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的矿物岩石磨制而成；
步骤3：现场标定；将选好的短波红外光谱仪置入旋喷模型试验箱外侧，短波红外光谱仪随旋喷轨迹按螺旋路径自下而上移动；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，提取特定光谱参数的特征吸收峰进行分析；提取矿物岩石粉末特征吸收峰的波长位置范围；
步骤4：对目标区域进行引孔作业后，旋喷设备就位；
步骤5：将旋喷钻头移送至孔底，短波红外光谱仪置于旋喷模型试验箱的外侧下方，短波红外光谱仪中心点、旋喷喷嘴中心点、旋喷钻杆中轴线三者交汇于同一直线，开始启动短波红外光谱仪，短波红外光谱仪初始移动时间等同于或迟于旋喷钻头初始提钻时间，短波红外光谱仪按设定频率光谱数据进行采集、分析；正式开展旋喷桩施工质量实时探测，喷射含有设定掺量矿物岩石粉末的浆液，通过向上提升旋喷钻头进行旋喷作业，高压旋喷过程中浆液的流量、浓度、压力以及旋喷钻杆的旋转速度和提升速度等旋喷施工参数按照设定施工方案来确定，基于步骤3中标定的矿物岩石粉末特征吸收峰的波长位置范围，短波红外光谱实时获取旋喷桩体外表面不同位置处的矿物岩石粉末分布及表面积占比，在旋喷桩体外表面识别出存在矿物岩石粉末的位置即为有效旋喷区域，采用单位区域矿物岩石粉末表面积占比来表征旋喷效果稳定性；
步骤6：根据施工过程中矿物岩石粉末分布及表面积占比结果，获取旋喷桩有效旋喷区域及旋喷效果稳定性的空间分布；
步骤7：将步骤6中的空间分布进行分析，检测结果显示浆液过少的地方采用增大浆液流量、放慢提升速度的方法，检测结果显示浆液过多的地方采用降低浆液流量、加快提升速度的方法；
步骤8：完成旋喷桩模型试验。
优选地，所述步骤3中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的设定频率不低于300fps。
优选地，所述旋喷钻头采用单喷嘴结构喷射浆液，水泥浆液水灰比为1.0。
优选地，所述高强钢化玻璃的设计表面应力大于最大旋喷压力。
优选地，对调整的施工参数和对应的土质情况建立数据库，对实际施工进行施工参数指导。
本发明是一种对旋喷效果进行动态监测的模型试验方法，通过采用短波红外光谱仪，对旋喷桩模型试验的成桩效果进行评估，并通过数据反馈对施工参数进行实时调整，最终寻找出不同土质情况下的施工参数，用于指导施工。
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)
1.一种对旋喷效果进行动态监测的模型试验方法，其特征在于，基于短波红外光谱仪及旋喷模型试验箱对旋喷桩径质量及大小进行实时监测的方法采用如下步骤：
步骤1：根据旋喷桩径设计值d，设计并制造配套的旋喷模型试验箱，旋喷模型试验箱为圆筒形结构，其内径与旋喷桩径设计值相同，旋喷模型试验箱上部桶体为高强钢化玻璃；选择配套的短波红外光谱仪，短波红外波段覆盖范围为1000-2500nm，光谱分辨率范围为6nm-10nm；
步骤2：在旋喷模型试验箱内置入设定高度、设定种类的土体，土体各项性质参数应与原始地层保持一致；旋喷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；
步骤3：现场标定；将选好的短波红外光谱仪置入旋喷模型试验箱外侧，短波红外光谱仪随旋喷轨迹按螺旋路径自下而上移动；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，提取特定光谱参数的特征吸收峰进行分析；提取矿物岩石粉末特征吸收峰的波长位置范围；
步骤4：对目标区域进行引孔作业后，旋喷设备就位；
步骤5：将旋喷钻头移送至孔底，短波红外光谱仪置于旋喷模型试验箱的外侧下方，短波红外光谱仪中心点、旋喷喷嘴中心点、旋喷钻杆中轴线三者交汇于同一直线，开始启动短波红外光谱仪，短波红外光谱仪初始移动时间等同于或迟于旋喷钻头初始提钻时间，短波红外光谱仪按设定频率光谱数据进行采集、分析；正式开展旋喷桩施工质量实时探测，喷射含有设定掺量矿物岩石粉末的浆液，通过向上提升旋喷钻头进行旋喷作业，旋喷施工参数按照设定施工方案来确定，旋喷施工参数包括：高压旋喷过程中浆液的流量、浓度、压力以及旋喷钻杆的旋转速度和提升速度，基于步骤3中标定的矿物岩石粉末特征吸收峰的波长位置范围，短波红外光谱实时获取旋喷桩体外表面不同位置处的矿物岩石粉末分布及表面积占比，在旋喷桩体外表面识别出存在矿物岩石粉末的位置即为有效旋喷区域，采用单位区域矿物岩石粉末表面积占比来表征旋喷效果稳定性；
步骤6：根据施工过程中矿物岩石粉末分布及表面积占比结果，获取旋喷桩有效旋喷区域及旋喷效果稳定性的空间分布；
步骤7：将步骤6中的空间分布进行分析，检测结果显示浆液过少的地方采用增大浆液流量、放慢提升速度的方法，检测结果显示浆液过多的地方采用降低浆液流量、加快提升速度的方法；
步骤8：完成旋喷桩模型试验。
2.根据权利要求1所述的一种对旋喷效果进行动态监测的模型试验方法，其特征在于，所述步骤3中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的设定频率不低于300fps。
3.根据权利要求1所述的一种对旋喷效果进行动态监测的模型试验方法，其特征在于，所述旋喷钻头采用单喷嘴或双喷嘴结构喷射浆液，水泥浆液水灰比为1.0-1.5。
4.根据权利要求1所述的一种对旋喷效果进行动态监测的模型试验方法，其特征在于，所述高强钢化玻璃的设计表面应力大于最大旋喷压力。
5.根据权利要求1所述的一种对旋喷效果进行动态监测的模型试验方法，其特征在于，所述旋喷钻杆的直径与设计旋喷直径的比值范围为0.025-0.15。
6.根据权利要求1所述的一种对旋喷效果进行动态监测的模型试验方法，其特征在于，对调整的施工参数和对应的土质情况建立数据库，对实际施工进行施工参数指导。
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| CN101299016A (zh) * | 2008-05-23 | 2008-11-05 | 厦门大学 | 一种基于多重内反射红外光谱的混凝土渗透性的检测方法 |
| CN206090545U (zh) * | 2016-09-28 | 2017-04-12 | 东莞市广渠建筑工程有限公司 | 一种搅拌桩基桩施工深度计量装置 |
| CN206512713U (zh) * | 2017-02-24 | 2017-09-22 | 三峡大学 | 一种高压旋喷注浆机 |
| CN110331746A (zh) * | 2019-07-26 | 2019-10-15 | 北京中岩大地科技股份有限公司 | 一种对旋喷过程进行实时监测的施工方法 |
-
2021
- 2021-09-29 CN CN202111155438.3A patent/CN113914385B/zh active Active
Patent Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 近红外光谱仪测定岩石中蚀变矿物方法研究;修连存等;《岩矿测试》;20091215(第06期);519-523页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113914385A (zh) | 2022-01-11 |
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