專利名稱：基于能量消耗監測的深層攪拌樁施工質量控制方法
技術領域：
本發明涉及的是一種建筑工程技術領域的方法，具體是一種基于能量消耗監測的 深層攪拌樁施工質量控制方法。
背景技術：
深層攪拌樁在軟土地基的加固處理中已經成功應用了 30多年，其施工過程是通 過攪拌機械將化學混合物(水泥、石灰等)與地基土就地混合，深層攪拌樁的強度是通過水 泥(或石灰)與土的化學反應獲得的。強度的影響因素主要包括固化劑和現場土的特征、 混合的均勻程度和養護條件，其中混合的均勻程度是一個很關鍵的影響因素，工程中的質 量問題主要是由于攪拌混合的不均勻引起的。現場施工一般有兩種途徑可以提高水泥混合 土的攪拌均勻性其一是開發各種高效率的攪拌設備，如攪拌葉片與不同形狀噴嘴，近年來 已開發了多種新的工法，如雙攪(DM)工法，帶有固定葉片的深層攪拌樁攪拌頭，以及結合 攪拌與旋噴優點的混合施工法如帶擴散防止板及噴漿口的旋噴深層攪拌頭；其二是如何在 施工中有效地使用既有的攪拌設備，提高施工管理水平，使之不斷完善。但是一般現場攪 拌的質量控制基本依靠操作人員的經驗，由于操作人員經驗的差異便會帶來施工質量的差 異，從而使得施工管理整體水平較低。有現場測試表明混合強度不僅與攪拌葉片的類型有 關，還與攪拌過程中施加的總能量有關。經過對現有技術文獻檢索發現，目前我國正在使用的建筑地基處理技術規范 (JGJ79-2002)有關于攪拌與復攪的規定，但是攪拌時間的長短以及復攪的次數一般由操作 人員的經驗決定。這樣做會導致施工質量的差異，以及資源的浪費，合理性較差。
發明內容
本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種基于能量消耗監測的深層攪拌樁 施工質量控制方法，通過室內攪拌試驗，并建立室內模型地基，然后改進施工設備，并進行 模型樁試驗，然后得到無側限抗壓強度與攪拌能量之間的關系，最后確定最佳施工參數，從 而可以更合理的控制深層攪拌樁的施工質量。本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括以下步驟第一步、施工現場地質勘測先對需要進行施工的現場進行地質勘察，獲取施工現 場土樣進行參數測試分析，得到施工現場土層劃分信息和地質信息；所述的施工現場土樣是指用厚壁取土設備，在施工現場從地面至樁的設計深度 取土，用于做室內配合比試驗，取土量根據試件量確定，以每層土不少于三個試件為宜；所述的參數分析包括以下步驟①首先利用孔隙水壓式的靜力觸探檢測地層的貫入阻力與孔隙水壓力隨深度的 變化曲線；然后以測得的孔隙水壓與貫入阻力之比為橫軸，以貫入阻力與初始地層應力之 比為縱軸，作出關系圖，將該圖劃分若干不同土性特征區，每一種特征代表一種土的類型； 將實測的靜力觸探曲線的數據標于該圖以判斷場地土層的類型；再根據土的類型對照貫入阻力曲線與孔隙水壓力分布曲線，確定施工現場土層劃分信息；靜力觸探的測試深度為需 施工攪拌樁深度的1. 5倍；檢測數量至少3個孔。②用薄壁取土器在施工現場鉆孔提取天然原狀土的試樣，采用激光粒度儀對取回 的土樣進行粒度分析試驗，得到其顆粒組成，確定粘粒、粉粒、砂粒的百分含量；測定土層含 水量，液塑限，孔隙比；用固結測試儀測定土層的固結性質；用強熱減量的方法測定土中的 有機質含量；用PH測定儀測定土的PH值；用單軸試驗測定土層的無側限抗壓強度；取土深 度為樁身長度的1. 5倍，在施工范圍內的取土孔至少3個；從而確定地質信息。③用厚壁取土設備，從地面至樁的設計深度取土，用于做室內配合比試驗，取土量 根據試件量確定，以每層土不少于三個試件為宜；第二步、室內攪拌試驗，具體包括兩個步驟①將取得的擾動土樣按重量比5%，10%，15%，20%，25%制成試件；每個比例各 6個試件，其中3個養護14天，另外3個養護28天后，分別測定無側限抗壓強度，對于每層 土均需進行室內配合比試驗。②將上述混合比試驗的結果制成圖，其中豎軸為強度，橫軸為水泥摻量；然后根據 設計強度從上述圖中讀取最佳水泥摻量。第三步、室內模型樁試驗，具體包括兩個步驟①利用施工現場土樣建立室內模型地基首先將取回來的土樣放入模型槽并攪拌 充分，然后在預加荷載的情況下使地基固結，制成室內模型地基。②在室內模型地基上進行模型樁試驗在原有攪拌樁打設設備的基礎上，在電源 連接位置增加電流測定裝置并計算得到攪拌機在給定時間內的消耗能量；根據第二步確定 的最佳水泥摻量，用已經改進過的攪拌樁打設設備在室內模型地基上打設若干攪拌樁并進 行標號；所述的電流測定裝置是指電流表、雜散電流測定儀或智能測流儀；所述的攪拌機在給定時間內的消耗能量通過以下方式得到W = U · I · t式中U為攪拌機的工作電壓、I為電流、t為攪拌時間。所述的已經改進過的攪拌樁打設設備是指在原有攪拌樁打設設備的基礎上，在 電源連接處增加測定電流的裝置。第四步、在樁硬化之前，用薄壁取土器從攪拌樁中提取得到水泥土樣并制成測試 試件，將測試試件放入溫度為20士3°C、相對濕度在90%以上的養護室進行養護達到規定 養護齡期后，進行無側限抗壓試驗得到無側限抗壓強度，與第三步中得到的攪拌機在給定 時間內的消耗能量確定攪拌所消耗的能量與無側限抗壓強度的關系以及無側限抗壓強度 與施工現場土層劃分信息和地質信息之間的關系，最終確定最佳施工參數并進行現場攪拌 實施。所述的無側限抗壓試驗是指試驗時，將圓柱形試樣放在無側限壓力儀中，在不加 任何側向壓力的情況下施加垂直壓力，直到使試件剪切破壞為止，剪切破壞時試樣所能承 受的最大軸向壓力稱為無側限抗壓強度，該試驗過程稱為無側限抗壓試驗。所述的現場攪拌實施是指在攪拌樁打設設備電源連接處設置一電表，以測定消 耗能量；然后根據施工方案中的設計強度要求，以及第四步中已經確定的消耗能量、無側限抗壓強度與最佳施工參數三者之間的關系，確定最佳施工參數，以及需要消耗多少能量；隨 后進行第一根攪拌樁施工，在打設攪拌樁的同時，關注電表的變化，達到消耗的能量時，停 止攪拌，第一根施工完成；然后依此重復，完成其他攪拌樁的施工。本發明首先通過室內攪拌試驗確定水泥最佳摻入比，并進行模型樁試驗，確定消 耗能量、無側限抗壓強度與最佳施工參數三者之間的關系，得到最佳施工參數，在該參數的 指導下，便可以定量的、較為準確的控制攪拌樁的施工質量。
圖1為實施例無側限抗壓強度與水泥摻入比關系圖。圖2為實施例樁位布置圖。圖3為實施例無側限抗壓強度與攪拌能量關系圖
具體實施例方式下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施 例。如圖1和圖2所示，本實施例以下步驟進行(1)明確現場地質情況最上面一層(0. 0 0. 6m)為非飽和土層，由風化作用而形 成；其下層(0. 6 13. 5m)黏土層，呈青灰色；再下面是砂層，即上部深厚層粘土，下部砂巖。 所取土樣的含水量在90 150%之間，粘粒含量為60%，粉粒含量為35%，砂粒含量為5%。(2)進行室內配合比試驗，將取得的擾動土樣按重量比5 %，10%，15%，20%， 25%制成試件；每個比例各6個試件，其中3個養護14天，另外3個養護28天后，分別測定 無側限抗壓強度，并做出無側限抗壓強度與水泥摻入比關系圖，如圖1，隨后根據設計強度， 讀出確定最佳水泥摻量為20%。(3)建立室內模型地基，將土樣置于(1. 5mXl. 5m，高度為lm) 土箱中，并進行充分 攪拌，然后在20kPa的荷載下固結。(4)在原有攪拌樁打設設備上增加一電表，然后在該模型地基上打設4根樁，編號 為1、2、3、4，具體樁位布置如圖2 ；具體參數水灰比為80%，水泥摻入比為20%，向下攪拌 速度為0. 25m/min,向上攪拌速度為0. 25m/min，樁的直徑為150mm，長度為500mm，攪拌頭的 轉動速率為30轉/分，1號樁未進行復攪，2號樁復攪2次，3號樁復攪3次，4號樁復攪4次。 在養護28天后挖出并制成直徑為50mm，高為IOOmm的試件，然后做無側限抗壓試驗，測定 抗壓強度，得到無側限抗壓強度與攪拌能量的關系，具體如圖3，由該圖并結合設計要求可 以確定最佳施工參數水泥摻入比為20%，攪拌速率為30轉/分，向上攪拌速度為0. 25m/ min,向下攪拌速度為0. 25m/min,復攪次數為3次。(5)現場攪拌施工，由第4步確定的最佳參數，并參照圖3，進行攪拌樁施工，經過 測定28d強度，均達到了設計要求，并且樁身均勻與完整性很好。本實施例可以定量的控制攪拌樁施工質量，相比以前單純依靠技術人員經驗控制 施工質量，更科學，更準確，施工完成的攪拌樁樁身均勻且完整性很好，并且使得施工更便
于管理。
權利要求
一種基于能量消耗監測的深層攪拌樁施工質量控制方法，其特征在于，包括以下步驟第一步、施工現場地質勘測先對需要進行施工的現場進行地質勘察，獲取施工現場土樣進行參數測試分析，得到施工現場土層劃分信息和地質信息；第二步、室內攪拌試驗，具體步驟為2.1)將取得的擾動土樣按重量比5％，10％，15％，20％，25％制成試件；每個比例各6個試件，其中3個養護14天，另外3個養護28天后，分別測定無側限抗壓強度，對于每層土均需進行室內配合比試驗；2.2)將上述混合比試驗的結果制成圖，其中豎軸為強度，橫軸為水泥摻量；然后根據設計強度從上述圖中讀取最佳水泥摻量；第三步、室內模型樁試驗，具體步驟為3.1)利用施工現場土樣建立室內模型地基首先將取回來的土樣放入模型槽并攪拌充分，然后在預加荷載的情況下使地基固結，制成室內模型地基；3.2)在室內模型地基上進行模型樁試驗在原有攪拌樁打設設備的基礎上，在電源連接位置增加電流測定裝置并計算得到攪拌機在給定時間內的消耗能量；根據第二步確定的最佳水泥摻量，用已經改進過的攪拌樁打設設備在室內模型地基上打設若干攪拌樁并進行標號；第四步、通過無側限抗壓試驗獲得最佳施工參數并進行現場攪拌實施。
2.根據權利要求1所述的基于能量消耗監測的深層攪拌樁施工質量控制方法，其特征 是，所述的獲取施工現場土樣是指用厚壁取土設備，在施工現場從地面至樁的設計深度取 土，用于做室內配合比試驗，取土量根據試件量確定，以每層土不少于三個試件。
3.根據權利要求1所述的基于能量消耗監測的深層攪拌樁施工質量控制方法，其特征 是，所述的參數分析包括以下步驟①首先利用孔隙水壓式的靜力觸探檢測地層的貫入阻力與孔隙水壓力隨深度的變化 曲線；然后以測得的孔隙水壓與貫入阻力之比為橫軸，以貫入阻力與初始地層應力之比為 縱軸，作出關系圖，將該圖劃分若干不同土性特征區，每一種特征代表一種土的類型；將實 測的靜力觸探曲線的數據標于該圖以判斷場地土層的類型；再根據土的類型對照貫入阻力 曲線與孔隙水壓力分布曲線，確定施工現場土層劃分信息；靜力觸探的測試深度為需施工 攪拌樁深度的1. 5倍；檢測數量至少3個孔；②用薄壁取土器在施工現場鉆孔提取天然原狀土的試樣，采用激光粒度儀對取回的土 樣進行粒度分析試驗，得到其顆粒組成，確定粘粒、粉粒、砂粒的百分含量；測定土層含水 量，液塑限，孔隙比；用固結測試儀測定土層的固結性質；用強熱減量的方法測定土中的有 機質含量；用PH測定儀測定土的pH值；用單軸試驗測定土層的無側限抗壓強度；取土深度 為樁身長度的1. 5倍，在施工范圍內的取土孔至少3個；從而確定地質信息；③用厚壁取土設備，從地面至樁的設計深度取土，用于做室內配合比試驗，取土量根據 試件量確定，以每層土不少于三個試件。
4.根據權利要求1所述的基于能量消耗監測的深層攪拌樁施工質量控制方法，其特征 是，所述的無側限抗壓試驗是指試驗時，將圓柱形試樣放在無側限壓力儀中，在不加任何 側向壓力的情況下施加垂直壓力，直到使試件剪切破壞為止，剪切破壞時試樣所能承受的最大軸向壓力稱為無側限抗壓強度，該試驗過程稱為無側限抗壓試驗。
5.根據權利要求1所述的基于能量消耗監測的深層攪拌樁施工質量控制方法，其特 征是，所述的通過無側限抗壓試驗獲得最佳施工參數是指在樁硬化之前，用薄壁取土器從 攪拌樁中提取得到水泥土樣并制成測試試件，將測試試件放入溫度為20士3°C、相對濕度在 90%以上的養護室進行養護達到規定養護齡期后，進行無側限抗壓試驗得到無側限抗壓強 度，與第三步中得到的攪拌機在給定時間內的消耗能量確定攪拌所消耗的能量與無側限抗 壓強度的關系以及無側限抗壓強度與施工現場土層劃分信息和地質信息之間的關系，最終 確定最佳施工參數。
6.根據權利要求1所述的基于能量消耗監測的深層攪拌樁施工質量控制方法，其特 征是，所述的現場攪拌實施是指在攪拌樁打設設備電源連接處設置一電表，以測定消耗能 量；然后根據施工方案中的設計強度要求，以及第四步中已經確定的消耗能量、無側限抗壓 強度與最佳施工參數三者之間的關系，確定最佳施工參數，以及需要消耗多少能量；隨后進 行第一根攪拌樁施工，在打設攪拌樁的同時，關注電表的變化，達到消耗的能量時，停止攪 拌，第一根施工完成；然后依此重復，完成其他攪拌樁的施工。
全文摘要
一種建筑工程技術領域的基于能量消耗監測的深層攪拌樁施工質量控制方法，通過施工現場地質勘測、室內攪拌試驗、室內模型樁試驗并通過無側限抗壓試驗獲得最佳施工參數并進行現場攪拌實施。本發明與現有技術相比可以更合理的控制深層攪拌樁的施工質量。
文檔編號E02D33/00GK101812854SQ201010151519
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月21日 優先權日2010年4月21日
發明者彭鑫, 沈水龍, 王志豐, 羅春泳 申請人:上海交通大學