专利名称：水泥土搅拌桩的质量实时监测方法
技术领域：
本发明涉及一种把水泥作为固化剂，通过喷送系统送入地基中，同时利用搅拌机搅拌翼的转动，使土与固化剂充分拌匀所凝结成的水泥土固结体，尤其是水泥土搅拌桩的质量实时监测方法，通过对水泥土搅拌桩成桩过程中的水泥掺入比和喷注均匀度进行连续的动态监测，以保证水泥土搅拌桩的成桩质量。
水泥土搅拌桩是以水泥作固化剂，用搅拌机在地基深部就地将土与水泥浆或水泥干粉强制拌和形成水泥土桩。它可以根据工程需要组成柱状、格栅状和块状的桩体，加固体亦可软可硬。因此既可以作为建筑物、设备基础下的复合地基，又可以作为独立基础下的桩基。然而水泥土搅拌桩质量准确评价问题却始终未得到很好的解决，现有技术中水泥土搅拌桩的质量评价是在水泥土搅拌桩成型或固结以后再进行检测的。郭志业·《浙江建筑》1990年第一期《水泥土搅拌桩质量检测与分析》一文总结了目前常用的水泥土搅拌桩的质量检测方法。1、触探采用轻便触探仪，根据触探击数判断各桩段的水泥土强度。2、钻探取样用标贯或套管压入刚成型的桩中，取出水泥样土，观察搅拌均匀程度，并制成试块，按龄期进行强度试验。对成桩超过7天的桩身，可用钻机取蕊检查质量，从蕊上能清楚看到水泥土的搅拌均匀程度。3、动测根据时域波形、纵波速度、频谱分析和总功率等资料检验桩的质量。4、钎探用一根一定规格的平头钢钎插入搅拌桩的桩体，以插入桩体的深度来判断各桩段的水泥土强度。另黄新、胡同安、周国钧《江苏建筑》87·2，《软土地基深层搅拌加固法》一文还公开了一种薄壁取土器，于成桩后七天内进行桩体质量的检验。上述的对水泥土搅拌桩的质量检测方法存在共同的不足之处是只有在水泥土搅拌桩成型或固化以后才能进行检测，不但因为检测的部位有其局限性，未必能真实地反映搅拌桩的整体质量，而且，即使被测桩体存在质量问题，要进行修复也有相当的不便;如果在该有质量问题的搅拌桩附近适当的位置重新补桩，这样设备的闲置时间较长，利用率不高。如果打桩完毕即撤走设备，发现桩体存在质量问题再安置桩机补桩则更为不便。总之，这种事后进行桩体质量检验的方法所存在的不足是显而易见的。
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，而提供一种使用方便，在水泥土搅拌成桩的过程中就能反映桩体质量，便于及时弥补桩体质量上的不足，确保搅拌桩成桩质量的实时监测方法。
本发明的目的是通过下列技术手段加以实现的。本发明的水泥土搅拌桩质量实时监测方法，将密度传感器和流量传感器安装于水泥固化剂的喷送管道，搅拌桩成桩动态过程中的水泥固化剂的掺入比和喷注均匀度信号，由密度传感器和流量传感器接收，并通过(模-数)A/D转换和微机处理，显示出反映桩体上水泥固化剂喷注量的叠加累积量和桩体深度关系的数表或/和曲线，通过与桩体设计值进行定量比较，根据需要对桩体上所存在的薄弱桩段实时进行重复搅拌和/或补充喷注，以确保水泥土搅拌桩的成桩质量。
本发明与现有技术相比所具有的优点是十分明显的。1、水泥土搅拌桩制桩质量除了常规的固定因素外，关键是水泥掺入比和喷注均匀度。由于本发明对搅拌桩成桩过程中的水泥掺入比和喷注均匀度进行动态的实时监测如发现桩体上某一深度的桩段存在着水泥掺入比不足或搅拌不均匀，不符合桩体设计要求，可以实时通过对该桩段重复搅拌和/或补充喷注，及时弥补，实之有效地保证了每根搅拌桩的成桩质量。2、由于对桩体的质量监测是实时监测，避免局部检测随机误差较大的缺陷，而且一旦发现桩体上存在质量问题，桩机只需在原桩位将搅拌翼下降至该薄弱桩段进行复搅或补充喷注，十分方便，不但质量可以保证，而且工程的施工周期可以有一定幅度缩短。
如下图1是水泥土搅拌桩质量实时监测系统框图。
图2是反映水泥喷注量的叠加累积量与桩体深度关系的直角坐标曲线图。
图3辐射强度与密度的关系曲线。
本发明将通过下述实施例和附图作进一步的详述。
实施例一本实施例中，水泥土搅拌桩以水泥作固化剂，用(SJB-1型)深层搅拌机钻孔，在地基深部就地将土与水泥浆强制拌和，通过一系列的物理-化学反应形成具有一定强度和承载能力的水泥土搅拌桩。桩体的质量除了水泥标号、喷浆速度，复搅等工艺要求外，关键是水泥掺入比(即水泥掺入量同原状土容量之比)和喷注均匀度。在按照本发明质量实时监测方法而设计的监测系统中(参见图1)，辐射式密度传感器4和电磁式流量传感器3安装于水泥浆喷送管道1，水泥土搅拌桩成桩过程中，不论是干粉状或泥浆状的水泥固化剂均沿喷送管道1的轴线输送，其水泥的掺入比和喷注均匀度信号，由密度传感器4和流量传感器3接收，通过密度转换器6、流量转换器5、及密度信号(模-数)A1/D1转换器8、流量信号(模-数)A2/D2转换器7，输入微机9进行处理，送入微机的口径值系水泥浆喷送管道的内径值，搅拌翼的搅拌速度和往复搅拌次数均为变化值，根据施工现场操作情况由微机键盘一次键入。为了便于微机控制和分析根据搅拌头的运动关系H＝v·t式中H为搅拌桩深度，V为搅拌头上、下往复运动的平均速度，t为搅拌头单一行程所需的时间，将桩体长度分段与时间分段进行换算。如某一搅拌桩长度为10米，搅拌桩的工艺过程为二个往复搅拌行程(共计40米)，搅拌头平均移动速度为1米/分，则完成该搅拌桩理论上所需时间为40分钟，其中第1分钟、第20分钟和第40分钟水泥浆喷注量都在桩体的0-1米桩段内叠加累积。当搅拌头按工艺要求完成二个往复搅拌行程后，由微机打印出桩体上实际喷注量与桩体深度的坐标曲线，参见图2。将每米段水泥喷注量的叠加累积量与桩体设计理论喷注量进行比较，就可以得出该搅拌桩各个桩段的质量是否符合设计要求的结论。图2中，1、4点符合要求，2点所示桩段固化剂喷注过量，3点所示桩段固化剂喷注的累积量不足(桩深3-4米)。对于低于设计喷注量Qm′误差范围-δ的对应桩段需要进行重复搅拌或/和补充喷注，以确保桩体的质量。事实上用微机对搅拌桩成桩过程中的水泥掺入比和喷注均匀度所进行的实时分析是动态连续的，只要有必要还可以将桩体分段分至半米一长度间隔，甚至更细。桩体长度分割段数与精度有关，分割越细则精度愈高。
在本实施例中，密度传感器4选用型号为NNF-210的核辐射密度计，其输出信号为0～10mA直流标准信号。密度传感器的工作原理是利用被测物厚度一定的条件下，不同密度对辐射吸收不同的原理，测量水泥系固化剂喷注管道1内介质的密度或浓度，进行连续的非接触式测量。管道内径为D，密度为p的被测介质，被射线穿过后，传感器上的射线强度I与p＝0时射线强度I成指数关系
式中μm质量吸收系数I-入射射线强度(p＝0)I-出射射线强度(p＝0)p-介质密度d-穿过介质的厚度(D＝d)介质密度p与射线强度的关系曲线参见附图3。
流量传感器3选用型号为LDZ-5型的电磁流量计，输出信号为0～10mA的标准信号，口径与水泥系固化剂喷注管道1的内径相适或略小些，并用法兰盘2将此流量传感器3同轴安装在喷注管道1上，且被测介质流经该流量传感器3。如果固化剂是干粉状的水泥，因为被测介质的变化，因此流量传感器也需作相应的调整，一般选用差压式流量计如文丘里流量计或孔板流量计。密度传感器除了前述的辐射式密度计外，还可以选用电容式密度计。
实施例二除了实施例一所述的在搅拌桩按工艺要求形成桩体，搅拌翼提离地面后，由微机打印出的数表或曲线与桩体设计值进行比较，评价搅拌桩的成桩质量并作相应的补偿外，还可以在搅拌杆头的最后一个提升返程中进行搅拌桩桩体质量的实时评价，自动对薄弱桩段进行相应的补偿。参见附图1的框图，在桩机搅拌杆头最后一个返程中，由密度传感器4和流量传感器3接收到的搅拌桩桩体上各个桩段的水泥掺入比和喷注均匀度信号，经(模-数)A/D转换输入微机进行处理，然后经控制信号(数-模)D3/A3转换器11，模拟信号放大器12，控制执行机构13。直接控制搅拌头14的动作。如果桩体某一深度的桩段未达到设计要求，搅拌头14在向上提升的过程中在此处可以实时进行复搅或/和补充喷注，直至达到设计值后再继续向上提升，搅拌头14根据微机的控制信号动作。当搅拌头提离地面后，该搅拌桩也就按设计要求完成了。
尽管通过实施例对本发明的水泥土搅拌桩的质量实时监测方法作了较为详细的说明，然而同属于本发明构思的水泥系固化剂除了单一的水泥干粉和水泥浆外，还可以在水泥中掺入木质素磺酸钙、石膏和三乙醇胺等外加剂，此类固化剂的搅拌桩质量监测方法与前述实施例是相同。
权利要求
1.一种把水泥作为固化剂，通过喷送系统送入地基中，同时利用搅拌机搅拌翼的转动，使土与固化剂充分拌匀所凝结成的水泥土固结体，尤其是水泥土搅拌桩的质量实时监测方法，其特征是将密度传感器和流量传感器安装于水泥固化剂的喷送管道，搅拌桩成桩动态过程中的水泥固化剂掺入比和喷注均匀度信号由密度传感器和流量传感器接收，并通过(模-数)A/D转换和微机处理，显示出反映桩体上水泥固化剂喷注量的叠加累积量和桩体深度关系的数表或/和曲线，通过与桩体设计值进行定量比较，根据需要对桩体上的薄弱桩段实时进行重复搅拌和/或补充喷注。
2.如权利要求1所述的水泥土搅拌桩的质量实时监测方法，其特征是用以接收水泥固化剂掺入比和喷注均匀度信号的密度传感器和流量传感器分别是辐射式密度传感器和电磁式流量传感器。
3.如权利要求1所述的水泥土搅拌桩的质量实时监测方法，其特征是对薄弱桩段实时进行重复搅拌和/或补充喷注，可以根据固化剂掺入比和喷注均匀度信号，由微机直接控制搅拌杆头动作，在搅拌杆头最后一个提升返程内自动完成对薄弱桩段的修复。
全文摘要
本发明涉及一种把水泥作为固化剂，通过喷送系统送入地基中，同时利用搅拌机搅拌翼的转动，使土与固化剂充分拌匀凝结成水泥土搅拌桩的质量实时监测方法。搅拌桩成桩过程中的水泥掺入比及喷注均匀度信号由安装于输送管道的密度传感器和流量传感器接收，并经信号的(模—数)A/D转换和微机处理，显示出反映桩体上固化剂喷注量的叠加累积量与桩体深度关系的数表或曲线，与桩体设计值进行比较，根据需要对薄弱桩段进行复搅和补充喷注。
文档编号G01N33/38GK1065422SQ9110205
公开日1992年10月21日 申请日期1991年3月30日 优先权日1991年3月30日
发明者郑建光 申请人:郑建光