一种冲孔灌注桩桩基土层类别自动判别系统及其工作方法与流程

本发明涉及土木工程施工中的土层类别辨别技术，特别是一种冲孔灌注桩桩基土层类别自动判别系统。

背景技术：

目前土木工程施工工程中，施工现场对土层类别判别通常采用以下方法：

1、施工前由地质勘测队放样测量。由于不同类别土层的厚度变化无常，且放样密度无法做到一桩一孔，因此每个桩基下的土层类别与放样测量点所测定的土层类别有一定误差。

2、由现场施工人员经验判定。如观察打孔速度、听打孔声音等经验法判断。基于经验法判断，存在着较大的误差和人为主观因素。

3、捞取岩样。即每冲击一定深度时，把孔底的沉渣捞起来，如果普遍呈现一种岩样，那这种岩样就可以代表目前已经钻到的土层类别，对照地勘的岩石描述，从颜色、风化程度、岩石类别等方面去判断属于哪一层。该方法只能粗略判断土层，受干扰概率大，无法判断土层厚度，从而更无法计算出持力层。

上述方法虽然也能获得土层的类别，但均存在误差大且受到人为因素的影响，更不容易获得土层的厚度。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种能自动精准地判断土层类别及该类土层厚度的深度的冲孔灌注桩桩基土层类别自动判别系统及其工作方法，用于指导现场施工，判断进入持力层的深度，校核冲孔灌注桩设计深度。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种冲孔灌注桩桩基土层类别自动判别系统，包括频率采集器、无线数字传感器和计算机，所述频率采集器经无线数字传感器向计算机传输数据，所述频率采集器和无线数字传感器置于冲孔灌注桩桩机重锤中，所述无线数字传感器将被测量直接转换成数字量输出到计算机。

进一步地，所述频率采集器和无线数字传感器用环氧树脂封存于冲孔灌注桩桩机重锤中。

一种冲孔灌注桩桩基土层类别自动判别系统的工作方法，包括以下步骤：

a、将频率采集器和无线数值传感器连接，并用环氧树脂将其封存于冲孔灌注桩桩机重锤中；

b、如果计算机中已有标准土层数据库，则转步骤d；否则转步骤c；

c、冲孔灌注桩桩机工作前，利用重锤冲击标准放样土层，频率采集器采集土层频率并通过无线数字传感器将所采集的数据传送到计算机，计算机接收数据并处理数据后，形成标准土层数据库并保存在计算机内；

d、冲孔灌注桩桩机工作时，重锤冲击土层，频率采集器采集土层频率并通过无线数传感器将所采集的数据传送到计算机，计算机接收数据并处理数据后，将土层的数据与标准土层数据库进行比较，得出该类土层的类别；根据重锤冲击时频率变化点与重锤后续冲击落点的相对高度得出该类土层的厚度，并记录该类土层的厚度。

进一步地，所述标准土层包括填土层、粘土层、粉土层、淤泥层、砂土层、碎石土层、砾卵石层、岩溶发育岩层或裂隙发育的地层。

本发明的技术依据如下：

1、冲孔灌注桩适用于填土层、粘土层、粉土层、淤泥层、砂土层、碎石土层、砾卵石层、岩溶发育岩层或裂隙发育的地层。由于冲孔灌注桩适用的土层有限，因此建立数据库比较容易。

2、同一台冲孔灌注桩桩机作业时，其重锤冲击高度保持不变，因此不用考虑由于冲击能量的变化导致土层频率变化。

3、所采集的信息在无线传播过程中，无线数字传感器能把被测量直接转换成数字量输出，具有高的测量精度和分辨率，稳定性好，抗干扰能力强，保证了数据的真实可靠。

4、同一地区土层的密实度变化不大，因此同类土层撞击所产生的频率变化幅度很小。

本发明的优点是显而易见的，主要表现在：

1、本发明可以快速精准地判断出土层的类别。根据现场冲孔频率与计算机中的标准土层数据库对比，即可准确得出实际土层的类别，有效地解决了现阶段施工人员主观估计土层类别时不能准确地获得土层类别的问题，同时可以验算施工设计或者更改最初设计，提高工程质量，降低工程成本。

2、本发明可以精准测出作业土层的厚度。当土层类别发生变化时，重锤冲击土层的频率会发生明显波动，记录频率变化点与后续重锤冲击落点深度的相对差即为作用在该类土层上的厚度。避免了由于施工场地土层的不均匀变化及持力层厚度与放样所测的持力层厚度不足时导致的施工错误，保证了施工安全，同时防止了如人为判断施工已进入持力土层，并按原设计施工。但该持力土层厚度小于设计持力层厚度或持力土层中间掺杂着其他软弱土层，而施工人员无法判断出该地层情况，从而导致桩基承载力不足的问题的出现。

附图说明

图1是本发明的工作流程示意图。

图2是现场土层分布及打桩情况示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步地描述。采用如图1所示的冲孔灌注桩桩基土层类别自动判别系统的工作方法对图2所示的工程进行改善的实施例如下：

图中的a桩为设计桩，即标准放样设计桩。

图中的b桩所在区域与a桩所在区域相比，实际持力层厚度不足。按现有技术判断，b桩与a桩深度相同，应该已进入持力层，从而导致b桩打穿持力层进入软弱的强风化层。但如使用本发明则可实时测得b桩所在区域的持力层厚度小于与a桩所在区域的持力层厚度，从而降低b桩的深度，避免b桩打穿持力层进入软弱的强风化层。

图中的c桩所在区域与a桩所在区域相比，实际持力层上边界高于a桩持力层上边界，c桩提前进入持力层，且c桩所在区域持力层厚度满足设计要求。因此，如使用本发明可降低c桩的深度，可提前结束施工，降低工程成本。

图中的d桩所在区域与a桩所在区域相比，实际持力层厚度符合设计要求，但持力层中间出现软弱，从而导致桩基承载能力不足。如使用本发明则可通过增加d桩的深度来避免桩基承载能力不足的问题。

综上所述，本发明不仅能自动精准地判别土层类别，而且可以精准地检测施工作业在该类土层的厚度，从而提高工程质量，提高工程经济效益。

以上所述，仅为本发明的较佳的具体实施方式，但本发明专利的保护范围并不局限于此，所有熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术和设计范围内，根据本发明的技术和设计方案及其本发明的构思加以等同替换，改变或制造均涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种冲孔灌注桩桩基土层类别自动判别系统及其工作方法，所述的系统包括频率采集器、无线数字传感器和计算机，所述频率采集器经无线数字传感器向计算机传输数据，所述频率采集器和无线数字传感器置于冲孔灌注桩桩机重锤中。本发明根据现场冲孔频率与计算机中的标准土层数据库对比，即可准确得出实际土层的类别，有效地解决了现阶段施工人员主观估计土层类别时不能准确地获得土层类别的问题，同时可以验算施工设计或者更改最初设计，提高工程质量，降低工程成本。本发明可以精准测出作业土层的厚度，避免了由于施工场地土层的不均匀变化及持力层厚度与放样所测的持力层厚度不足时导致的施工错误，保证了施工安全。

技术研发人员：程正星;毛涛涛;杨继宁;张东冉;易南概
受保护的技术使用者：大连海事大学
技术研发日：2017.08.24
技术公布日：2017.11.24