高压旋喷桩施工成桩直径实时监控方法及监控装置与流程

本发明涉及软土地基加固中高压旋喷桩施工成桩直径监控方法，尤其涉及一种旋喷桩施工成桩直径的无损检测与实时监控方法。

背景技术：

旋喷桩作为一种有效的地基改良方法，其适用范围非常广泛。旋喷桩的质量对于工程的安全至关重要，而作为隐蔽工程，其强度、直径等参数很难直接测得。目前有很多方法可用于旋喷桩强度检测，也有旋喷桩施工参数实时监控记录装置，而用于检测旋喷桩直径的方法则相对较少，特别是无损实时监控方法，即在旋喷桩施工时直接判断成桩直径的监控方法。

现有检测旋喷桩直径的方法是在旋喷桩施工后，一般采用钻孔取芯或开挖检查等方法进行随机抽检。这类方法属于后验方法，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。所以，目前有待发明一种高压旋喷桩施工成桩直径实时监控方法，从根本上对旋喷桩直径进行控制，以确保旋喷桩施工质量。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种高压旋喷桩施工成桩直径实时监控方法及监控装置，可在旋喷桩成桩施工过程中对桩径进行实时监控，既能避免桩径不足导致的潜在安全隐患，又能控制旋喷桩径过大而造成的材料浪费。本发明所需设备成本低且可回收，对操作人员技术要求较低，对桩径的监控效果好。

为实现上述技术效果，本发明公开了一种高压旋喷桩施工成桩直径实时监控方法，包括步骤：

于高压旋喷桩的设计桩径边缘处的土体中埋设测声管，所述测声管内部中空且上端开口；

于所述测声管中安置噪声计，所述噪声计上设有数据电缆线；所述噪声计通过所述数据电缆线吊设于所述测声管的上端开口的上方并下放至所述测声管中；

通过数据连接线将所述数据电缆线信号连接于噪声分析记录仪；

施工高压旋喷桩，向土体中喷设高压射流；利用所述噪声计实时检测所述高压射流碰击所述测声管而产生的噪音，并生成噪音信号；

通过所述数据电缆线与所述数据连接线将所述噪音信号传输至所述噪声分析记录仪；

所述噪声分析记录仪根据所述噪音信号对所述高压射流的射径进行分析，确定高压旋喷桩施工的有效成桩直径。

所述高压旋喷桩施工成桩直径实时监控方法进一步的改进在于，在埋设所述测声管时，控制所述测声管下端的标高低于或等于高压旋喷桩的桩底设计标高。

所述高压旋喷桩施工成桩直径实时监控方法进一步的改进在于，于所述测声管中安置噪声计时，于所述测声管的上端开口的上方设置数据电缆绞车，将所述数据电缆线可收放地安装于所述数据电缆绞车上；在施工高压旋喷桩的过程中，利用所述数据电缆绞车收放所述数据电缆线，保持所述噪声计的标高与所述高压射流的标高相一致。

所述高压旋喷桩施工成桩直径实时监控方法进一步的改进在于，在施工高压旋喷桩的过程中，旋喷钻杆作转动与提升运动并通过喷嘴向土体中喷射高压射流，所述高压射流周期性地碰到所述测声管，产生所述噪音；所述噪声计检测所述噪音并生成标示噪音大小的电流信号，作为所述噪音信号。

所述高压旋喷桩施工成桩直径实时监控方法进一步的改进在于，所述噪声分析记录仪根据所述噪音信号生成噪声分贝值和具有周期性的波形峰值的噪声分贝率曲线图。

所述高压旋喷桩施工成桩直径实时监控方法进一步的改进在于，所述噪声分析记录仪中预设有一参照阈值，在施工高压旋喷桩的过程中，保持所述噪声分贝率曲线图的周期性的波形峰值在所述参照阈值范围内；

在所述噪声分贝率曲线图的周期性的波形峰值小于或大于所述参照阈值时，调整高压旋喷桩的施工参数，使所述噪声分贝率曲线图的周期性的波形峰值保持在所述参照阈值范围内。

本发明还公开了一种高压旋喷桩施工成桩直径实时监控装置，包括：

测声管，埋设于高压旋喷桩的设计桩径边缘处的土体中，所述测声管内部中空且上端开口；

噪声计，置于所述测声管中，所述噪声计上设有数据电缆线；

数据电缆绞车，设于所述测声管的上端开口的上方，所述数据电缆线可收放地安装于所述数据电缆绞车上；

噪声分析记录仪，通过数据连接线与所述数据电缆绞车相连并与所述数据电缆线信号接通。

所述高压旋喷桩施工成桩直径实时监控装置进一步的改进在于，所述数据电缆绞车包括绞车转体和电滑环，所述电滑环安装于所述绞车转体上并随所述绞车转体的转动而旋转；所述数据电缆线与所述数据连接线分别连接于所述电滑环并通过所述电滑环旋转接通。

所述高压旋喷桩施工成桩直径实时监控装置进一步的改进在于，所述数据电缆线绕设于所述绞车转体上并随所述绞车转体的转动而收放，所述数据电缆线的第一端连接于所述电滑环，所述数据电缆线的第二端连接于所述噪声计。

所述高压旋喷桩施工成桩直径实时监控装置进一步的改进在于，所述数据电缆线为屏蔽电缆线，并标注有长度尺寸；所述数据电缆绞车上安装有用于采集所述数据电缆线的收放长度的旋转编码器测深装置，所述旋转编码器测深装置通过所述数据连接线信号连接于所述噪声分析记录仪。

本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：在高压旋喷桩施工前，预先在高压旋喷桩的设计桩径外缘处的土体中埋设测试管，在测声管中放置噪声计，将噪音计信号连接至噪声分析记录仪；在高压旋喷桩的施工过程中，从做转动与提升运动的旋喷钻杆的喷嘴处喷射出高压射流，碰击到测声管，发出噪音，噪声计检测到该噪音并生成噪音信号，传输至噪声分析记录仪中，利用噪声分析记录仪的自动数据采集与处理，分析出高压射流的射径，从而可确定高压旋喷桩施工的有效成桩直径。采用本发明方法可以在旋喷桩成桩施工过程中对桩径进行实时监控，既能避免桩径不足导致的潜在安全隐患，又能控制旋喷桩径过大而造成的材料浪费。该方法所需设备成本低且可回收，对操作人员技术要求较低，对桩径的监控效果好。

附图说明

图1为本发明高压旋喷桩施工成桩直径实时监控装置的使用状态示意图。

图2为本发明高压旋喷桩施工成桩直径实时监控方法的测声管的第一种布设方式的示意图。

图3为本发明高压旋喷桩施工成桩直径实时监控方法的测声管的第二种布设方式的示意图。

图4为本发明高压旋喷桩施工成桩直径实时监控方法的测声管的第三种布设方式的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

首先参阅图1所示，本发明高压旋喷桩施工成桩直径实时监控装置主要由测声管1、噪声计2、数据电缆线3、数据电缆绞车4、数据连接线5与噪声分析记录仪6组成，它们之间的连接与旋喷钻机7及旋喷钻杆8的位置关系，参见图1所示。

测声管1采用测声钢管，测声钢管应在高压旋喷桩施工前打入地下，测声钢管的管底标高与高压旋喷桩的桩底设计标高应相同，有时也可略低于高压旋喷桩的桩底设计标高，以确保能够对整根高压旋喷桩进行监控。测声钢管的位置应位于高压旋喷桩的设计桩径的外边缘处。

测声管1的布置一般为单管布置，如图1和图2所示，即在高压旋喷桩的设计桩径边缘处打设一孔并放入测声管1。测声管1也可双管布置，即在高压旋喷桩的设计桩径边缘处打设两孔，该两孔的位置分别位于相互垂直的两个直径线外边缘，如图3所示，分别放入测声管1。或者将一根测声管1布置在高压旋喷桩的设计桩径边缘处，将另一根测声管1布置在高压旋喷桩的设计桩径边缘外一定距离位置处，作参考对比，如图4所示。具体采用何种方案可根据工程重要性确定。

噪声计2与数据电缆线3相连，数据电缆线3固定在数据电缆绞车4上，转动数据电缆绞车4，将噪声计2放入测声管1底部，噪声计2的标高与高压旋喷桩施工中的旋喷钻杆上的喷嘴标高基本一致。将数据连接线5分别与数据电缆绞车4、噪声分析记录仪6相连。

噪声计2具有噪声(声级)自动测量、数字检波与信号放大功能，并以电流信号输出，并且尺寸小、重量轻。

数据电缆线3采用屏蔽电缆线，具有一定的承重作用，并在其外层标注长度尺寸，可通过观察数据电缆线上的标尺，检测出数据电缆线的收放长度。数据电缆绞车4具有自动或手动收线、放线功能，数据电缆绞车4包括绞车转体和电滑环，电滑环安装于绞车转体上并随绞车转体的转动而旋转；数据电缆线与数据连接线分别连接于电滑环并通过电滑环旋转接通。电滑环，在所有滑环系列中使用最广泛，也称电刷、碳刷、集电环、集流环、汇流环、旋通、旋转电气关节，专用于在无限制连续旋转时，传输功率电源、信号电源。电滑环的定子部分与转子部分分别引出导线连接固定结构与旋转结构的电源与终端电器，并随之旋转。根据其整体结构的不同，分为实圆滑环(在旋转体上挖一个孔，安装滑环)，空圆滑环(将滑环安装在旋转轴上)，以及分离滑环、扁盘滑环、水银滑环、特型滑环等等。进一步地，在数据电缆绞车4上还安装有旋转编码器测深装置(图中未显示该旋转编码器测深装置)，在数据电缆绞车的绞车转体转动时，通过数据电缆线提升噪声计，此时该旋转编码器测深装置实时采集数据电缆线的收放长度，生成数据电缆线的收放长度信号，并通过数据连接线传至噪声分析记录仪，在噪声分析记录仪上显示数据电缆线的收放长度、时间-噪声计深度曲线。数据电缆线绕设于数据电缆绞车的绞车转体上并随绞车转体的转动而实现收放，数据电缆线的第一端连接于电滑环，数据电缆线的第二端连接于噪声计，配置了电滑环，能在收放线的状态下持续将数据电缆线与数据连接线接通，还能通过安装的旋转编码器测深装置检测出数据电缆线的收放长度。

数据电缆绞车4上还设有自锁式绞车转盘，用于转动绞车转体，该自锁式绞车转盘具有将绞车转体锁死在任一位置的刹车功能，以便于控制数据电缆线的收放长度。

噪声分析记录仪6安装专用软件程序，具有自动数据采集与处理功能，可同时处理数据电缆线的收放长度信号与三路噪声计传输的信号，能在噪声分析记录仪6的显示屏61上显示数据电缆线的收放长度、时间-噪声计深度曲线，显示采集的噪声分贝值与噪声分贝率曲线图(时间-噪声分贝值曲线图)，并在噪声分析记录仪6的内接或外接U盘62上保存记录，打印或输出记录的显示时间-噪声计深度曲线、噪声分贝值与噪声分贝率曲线图。

当高压旋喷桩施工时，从作转动与提升的旋喷钻杆8喷嘴81处喷射出的高压射流82(液体)，射出的高压射流82会周期性的碰到测声管1，在测声管1内的噪声计2周围产生一定的噪音，从与噪声计2连接的数据电缆线3，通过数据电缆绞车4与数据连接线5，将表示噪音大小的电流信号输入噪声分析记录仪6，再通过噪声分析记录仪6的自动数据采集与处理，就在噪声分析记录仪6的显示屏61上显示噪声计2周围的噪声分贝值或时间-噪声分贝值曲线图，并在噪声分析记录仪6的内接或外接U盘62上保存记录，打印或输出记录的噪声分贝值与时间-噪声分贝值曲线图，从而可确定高压旋喷桩施工的有效成桩直径。

采用本发明高压旋喷桩施工成桩直径实时监控方法及监控装置，可以在所有类型的旋喷桩施工过程中对桩径情况进行实时监控，保证旋喷桩的成桩直径，避免桩径不足或过大，确保工程安全，节省施工材料；本方法的操作容易，检测结果可靠，检测成本较低。

下面以单重管高压旋喷桩施工前试验成桩实时检测有效成桩直径举例：配合图1和图2所示，当旋喷钻机7、旋喷钻杆8、以及旋喷施工准备工作完成后，根据预估的高压旋喷桩施工要达到的桩径D，将1至2根的测声管1放置在距旋喷钻杆8的中心设计桩径D/2处，测声管1的深度为试验成桩深度，并控制好其垂直度；将噪声计2通过数据电缆线3与转动数据电缆绞车4，被放置在测声钢管1的底部；将数据连接线5分别与数据电缆绞车4、噪声分析记录仪6相连，接通噪声分析记录仪6的电源。

在高压旋喷桩施工开始时，按照试验设计的施工参数，控制高压水泥浆浆液的压力与流量，转动旋喷钻杆8，并按设计要求提升旋喷钻杆8；这时，从旋喷钻杆8的喷嘴处81，喷射出高压射流82(高压水泥浆液射流)，以旋转与向上移动的方式，切割地下深处的泥土，使水泥浆液与泥土混合，以形成水泥土桩体9；从作转动与提升的旋喷钻杆8的喷嘴81处喷射出的高压射流82(高压液体射流)，会周期性的碰到测声管1，在测声管1内的噪声计2周围产生一定的噪音，从与噪声计2连接的数据电缆线3，通过数据电缆绞车4与数据连接线5，将表示噪音大小的电流信号输入噪声分析记录仪6，再通过噪声分析记录仪6的自动数据采集与处理，就在噪声分析记录仪6的显示屏61上显示噪声计2周围的噪声分贝值或噪声分贝率曲线图(时间-噪声分贝值曲线图)。

在整个高压旋喷桩施工过程中，噪声计应与旋喷钻杆的喷嘴基本保持同样的标高，并观察噪声分析记录仪的显示屏上显示的时间-噪声分贝值曲线图，当时间-噪声分贝值曲线图上周期性的波形峰值达到E值(该E值可由试验确定)，就可判定喷嘴处喷射出的高压射流高压水泥浆液射流)碰到测声管，高压旋喷桩施工的有效成桩直径大于设计值D。

若该周期性的波形峰值小于E值，说明从旋喷钻杆的喷嘴处喷射出的高压射流未喷射到测声管所在位置，则此时高压旋喷桩施工的有效成桩直径不足；若该周期性的波形峰值大于定E值10分贝或以上，说明高压射流末端超过了测声管所在位置，则此时成桩直径过大。发生这两种情况时应及时调整高压旋喷的施工参数。

在整个高压旋喷桩施工过程中，成桩深度从桩底到上部桩顶标高处的施工时间范围内，周期性的波形峰值应保持在[E，E+10]的参照阈值范围内(该E值可由试验确定，单位为：分贝)，则可确保高压旋喷桩施工的有效成桩直径大于设计值D且满足成桩要求，当小于或大于该[E，E+10]的参照阈值范围时，应及时调整高压旋喷的施工参数。

该处高压旋喷桩施工完成后，应马上提出噪声计2，并拨出测声管1。此时，高压旋喷桩施工时产生的返浆，会自然回灌填满测声管1拨出后形成的空洞孔。

本发明高压旋喷桩施工成桩直径实时监控方法及监控装置主要采用了：在高压旋喷桩施工前，预先在高压旋喷桩的设计桩径外缘处的土体中埋设测试管，在测声管中放置噪声计，将噪音计信号连接至噪声分析记录仪；在高压旋喷桩的施工过程中，从做转动与提升运动的旋喷钻杆的喷嘴处喷射出高压射流，碰击到测声管，发出噪音，噪声计检测到该噪音并生成噪音信号，传输至噪声分析记录仪中，利用噪声分析记录仪的自动数据采集与处理，分析出高压射流的射径，从而可确定高压旋喷桩施工的有效成桩直径。

采用本发明方法可以在旋喷桩成桩施工过程中对桩径进行实时监控，既能避免桩径不足导致的潜在安全隐患，又能控制旋喷桩径过大而造成的材料浪费。该方法所需设备成本低且可回收，对操作人员技术要求较低，对桩径的监控效果好。

以上结合附图及实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。