专利名称：基于能量消耗监测的深层搅拌桩施工质量控制方法
技术领域：
本发明涉及的是一种建筑工程技术领域的方法，具体是一种基于能量消耗监测的 深层搅拌桩施工质量控制方法。
背景技术：
深层搅拌桩在软土地基的加固处理中已经成功应用了 30多年，其施工过程是通 过搅拌机械将化学混合物(水泥、石灰等)与地基土就地混合，深层搅拌桩的强度是通过水 泥(或石灰)与土的化学反应获得的。强度的影响因素主要包括固化剂和现场土的特征、 混合的均勻程度和养护条件，其中混合的均勻程度是一个很关键的影响因素，工程中的质 量问题主要是由于搅拌混合的不均勻引起的。现场施工一般有两种途径可以提高水泥混合 土的搅拌均勻性其一是开发各种高效率的搅拌设备，如搅拌叶片与不同形状喷嘴，近年来 已开发了多种新的工法，如双搅(DM)工法，带有固定叶片的深层搅拌桩搅拌头，以及结合 搅拌与旋喷优点的混合施工法如带扩散防止板及喷浆口的旋喷深层搅拌头；其二是如何在 施工中有效地使用既有的搅拌设备，提高施工管理水平，使之不断完善。但是一般现场搅 拌的质量控制基本依靠操作人员的经验，由于操作人员经验的差异便会带来施工质量的差 异，从而使得施工管理整体水平较低。有现场测试表明混合强度不仅与搅拌叶片的类型有 关，还与搅拌过程中施加的总能量有关。经过对现有技术文献检索发现，目前我国正在使用的建筑地基处理技术规范 (JGJ79-2002)有关于搅拌与复搅的规定，但是搅拌时间的长短以及复搅的次数一般由操作 人员的经验决定。这样做会导致施工质量的差异，以及资源的浪费，合理性较差。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于能量消耗监测的深层搅拌桩 施工质量控制方法，通过室内搅拌试验，并建立室内模型地基，然后改进施工设备，并进行 模型桩试验，然后得到无侧限抗压强度与搅拌能量之间的关系，最后确定最佳施工参数，从 而可以更合理的控制深层搅拌桩的施工质量。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤第一步、施工现场地质勘测先对需要进行施工的现场进行地质勘察，获取施工现 场土样进行参数测试分析，得到施工现场土层划分信息和地质信息；所述的施工现场土样是指用厚壁取土设备，在施工现场从地面至桩的设计深度 取土，用于做室内配合比试验，取土量根据试件量确定，以每层土不少于三个试件为宜；所述的参数分析包括以下步骤①首先利用孔隙水压式的静力触探检测地层的贯入阻力与孔隙水压力随深度的 变化曲线；然后以测得的孔隙水压与贯入阻力之比为横轴，以贯入阻力与初始地层应力之 比为纵轴，作出关系图，将该图划分若干不同土性特征区，每一种特征代表一种土的类型； 将实测的静力触探曲线的数据标于该图以判断场地土层的类型；再根据土的类型对照贯入阻力曲线与孔隙水压力分布曲线，确定施工现场土层划分信息；静力触探的测试深度为需 施工搅拌桩深度的1. 5倍；检测数量至少3个孔。②用薄壁取土器在施工现场钻孔提取天然原状土的试样，采用激光粒度仪对取回 的土样进行粒度分析试验，得到其颗粒组成，确定粘粒、粉粒、砂粒的百分含量；测定土层含 水量，液塑限，孔隙比；用固结测试仪测定土层的固结性质；用强热减量的方法测定土中的 有机质含量；用PH测定仪测定土的PH值；用单轴试验测定土层的无侧限抗压强度；取土深 度为桩身长度的1. 5倍，在施工范围内的取土孔至少3个；从而确定地质信息。③用厚壁取土设备，从地面至桩的设计深度取土，用于做室内配合比试验，取土量 根据试件量确定，以每层土不少于三个试件为宜；第二步、室内搅拌试验，具体包括两个步骤①将取得的扰动土样按重量比5%，10%，15%，20%，25%制成试件；每个比例各 6个试件，其中3个养护14天，另外3个养护28天后，分别测定无侧限抗压强度，对于每层 土均需进行室内配合比试验。②将上述混合比试验的结果制成图，其中竖轴为强度，横轴为水泥掺量；然后根据 设计强度从上述图中读取最佳水泥掺量。第三步、室内模型桩试验，具体包括两个步骤①利用施工现场土样建立室内模型地基首先将取回来的土样放入模型槽并搅拌 充分，然后在预加荷载的情况下使地基固结，制成室内模型地基。②在室内模型地基上进行模型桩试验在原有搅拌桩打设设备的基础上，在电源 连接位置增加电流测定装置并计算得到搅拌机在给定时间内的消耗能量；根据第二步确定 的最佳水泥掺量，用已经改进过的搅拌桩打设设备在室内模型地基上打设若干搅拌桩并进 行标号；所述的电流测定装置是指电流表、杂散电流测定仪或智能测流仪；所述的搅拌机在给定时间内的消耗能量通过以下方式得到W = U · I · t式中U为搅拌机的工作电压、I为电流、t为搅拌时间。所述的已经改进过的搅拌桩打设设备是指在原有搅拌桩打设设备的基础上，在 电源连接处增加测定电流的装置。第四步、在桩硬化之前，用薄壁取土器从搅拌桩中提取得到水泥土样并制成测试 试件，将测试试件放入温度为20士3°C、相对湿度在90%以上的养护室进行养护达到规定 养护龄期后，进行无侧限抗压试验得到无侧限抗压强度，与第三步中得到的搅拌机在给定 时间内的消耗能量确定搅拌所消耗的能量与无侧限抗压强度的关系以及无侧限抗压强度 与施工现场土层划分信息和地质信息之间的关系，最终确定最佳施工参数并进行现场搅拌 实施。所述的无侧限抗压试验是指试验时，将圆柱形试样放在无侧限压力仪中，在不加 任何侧向压力的情况下施加垂直压力，直到使试件剪切破坏为止，剪切破坏时试样所能承 受的最大轴向压力称为无侧限抗压强度，该试验过程称为无侧限抗压试验。所述的现场搅拌实施是指在搅拌桩打设设备电源连接处设置一电表，以测定消 耗能量；然后根据施工方案中的设计强度要求，以及第四步中已经确定的消耗能量、无侧限抗压强度与最佳施工参数三者之间的关系，确定最佳施工参数，以及需要消耗多少能量；随 后进行第一根搅拌桩施工，在打设搅拌桩的同时，关注电表的变化，达到消耗的能量时，停 止搅拌，第一根施工完成；然后依此重复，完成其他搅拌桩的施工。本发明首先通过室内搅拌试验确定水泥最佳掺入比，并进行模型桩试验，确定消 耗能量、无侧限抗压强度与最佳施工参数三者之间的关系，得到最佳施工参数，在该参数的 指导下，便可以定量的、较为准确的控制搅拌桩的施工质量。
图1为实施例无侧限抗压强度与水泥掺入比关系图。图2为实施例桩位布置图。图3为实施例无侧限抗压强度与搅拌能量关系图
具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。如图1和图2所示，本实施例以下步骤进行(1)明确现场地质情况最上面一层(0. 0 0. 6m)为非饱和土层，由风化作用而形 成；其下层(0. 6 13. 5m)黏土层，呈青灰色；再下面是砂层，即上部深厚层粘土，下部砂岩。 所取土样的含水量在90 150%之间，粘粒含量为60%，粉粒含量为35%，砂粒含量为5%。(2)进行室内配合比试验，将取得的扰动土样按重量比5 %，10%，15%，20%， 25%制成试件；每个比例各6个试件，其中3个养护14天，另外3个养护28天后，分别测定 无侧限抗压强度，并做出无侧限抗压强度与水泥掺入比关系图，如图1，随后根据设计强度， 读出确定最佳水泥掺量为20%。(3)建立室内模型地基，将土样置于(1. 5mXl. 5m，高度为lm) 土箱中，并进行充分 搅拌，然后在20kPa的荷载下固结。(4)在原有搅拌桩打设设备上增加一电表，然后在该模型地基上打设4根桩，编号 为1、2、3、4，具体桩位布置如图2 ；具体参数水灰比为80%，水泥掺入比为20%，向下搅拌 速度为0. 25m/min,向上搅拌速度为0. 25m/min，桩的直径为150mm，长度为500mm，搅拌头的 转动速率为30转/分，1号桩未进行复搅，2号桩复搅2次，3号桩复搅3次，4号桩复搅4次。 在养护28天后挖出并制成直径为50mm，高为IOOmm的试件，然后做无侧限抗压试验，测定 抗压强度，得到无侧限抗压强度与搅拌能量的关系，具体如图3，由该图并结合设计要求可 以确定最佳施工参数水泥掺入比为20%，搅拌速率为30转/分，向上搅拌速度为0. 25m/ min,向下搅拌速度为0. 25m/min,复搅次数为3次。(5)现场搅拌施工，由第4步确定的最佳参数，并参照图3，进行搅拌桩施工，经过 测定28d强度，均达到了设计要求，并且桩身均勻与完整性很好。本实施例可以定量的控制搅拌桩施工质量，相比以前单纯依靠技术人员经验控制 施工质量，更科学，更准确，施工完成的搅拌桩桩身均勻且完整性很好，并且使得施工更便
于管理。
权利要求
一种基于能量消耗监测的深层搅拌桩施工质量控制方法，其特征在于，包括以下步骤第一步、施工现场地质勘测先对需要进行施工的现场进行地质勘察，获取施工现场土样进行参数测试分析，得到施工现场土层划分信息和地质信息；第二步、室内搅拌试验，具体步骤为2.1)将取得的扰动土样按重量比5％，10％，15％，20％，25％制成试件；每个比例各6个试件，其中3个养护14天，另外3个养护28天后，分别测定无侧限抗压强度，对于每层土均需进行室内配合比试验；2.2)将上述混合比试验的结果制成图，其中竖轴为强度，横轴为水泥掺量；然后根据设计强度从上述图中读取最佳水泥掺量；第三步、室内模型桩试验，具体步骤为3.1)利用施工现场土样建立室内模型地基首先将取回来的土样放入模型槽并搅拌充分，然后在预加荷载的情况下使地基固结，制成室内模型地基；3.2)在室内模型地基上进行模型桩试验在原有搅拌桩打设设备的基础上，在电源连接位置增加电流测定装置并计算得到搅拌机在给定时间内的消耗能量；根据第二步确定的最佳水泥掺量，用已经改进过的搅拌桩打设设备在室内模型地基上打设若干搅拌桩并进行标号；第四步、通过无侧限抗压试验获得最佳施工参数并进行现场搅拌实施。
2.根据权利要求1所述的基于能量消耗监测的深层搅拌桩施工质量控制方法，其特征 是，所述的获取施工现场土样是指用厚壁取土设备，在施工现场从地面至桩的设计深度取 土，用于做室内配合比试验，取土量根据试件量确定，以每层土不少于三个试件。
3.根据权利要求1所述的基于能量消耗监测的深层搅拌桩施工质量控制方法，其特征 是，所述的参数分析包括以下步骤①首先利用孔隙水压式的静力触探检测地层的贯入阻力与孔隙水压力随深度的变化 曲线；然后以测得的孔隙水压与贯入阻力之比为横轴，以贯入阻力与初始地层应力之比为 纵轴，作出关系图，将该图划分若干不同土性特征区，每一种特征代表一种土的类型；将实 测的静力触探曲线的数据标于该图以判断场地土层的类型；再根据土的类型对照贯入阻力 曲线与孔隙水压力分布曲线，确定施工现场土层划分信息；静力触探的测试深度为需施工 搅拌桩深度的1. 5倍；检测数量至少3个孔；②用薄壁取土器在施工现场钻孔提取天然原状土的试样，采用激光粒度仪对取回的土 样进行粒度分析试验，得到其颗粒组成，确定粘粒、粉粒、砂粒的百分含量；测定土层含水 量，液塑限，孔隙比；用固结测试仪测定土层的固结性质；用强热减量的方法测定土中的有 机质含量；用PH测定仪测定土的pH值；用单轴试验测定土层的无侧限抗压强度；取土深度 为桩身长度的1. 5倍，在施工范围内的取土孔至少3个；从而确定地质信息；③用厚壁取土设备，从地面至桩的设计深度取土，用于做室内配合比试验，取土量根据 试件量确定，以每层土不少于三个试件。
4.根据权利要求1所述的基于能量消耗监测的深层搅拌桩施工质量控制方法，其特征 是，所述的无侧限抗压试验是指试验时，将圆柱形试样放在无侧限压力仪中，在不加任何 侧向压力的情况下施加垂直压力，直到使试件剪切破坏为止，剪切破坏时试样所能承受的最大轴向压力称为无侧限抗压强度，该试验过程称为无侧限抗压试验。
5.根据权利要求1所述的基于能量消耗监测的深层搅拌桩施工质量控制方法，其特 征是，所述的通过无侧限抗压试验获得最佳施工参数是指在桩硬化之前，用薄壁取土器从 搅拌桩中提取得到水泥土样并制成测试试件，将测试试件放入温度为20士3°C、相对湿度在 90%以上的养护室进行养护达到规定养护龄期后，进行无侧限抗压试验得到无侧限抗压强 度，与第三步中得到的搅拌机在给定时间内的消耗能量确定搅拌所消耗的能量与无侧限抗 压强度的关系以及无侧限抗压强度与施工现场土层划分信息和地质信息之间的关系，最终 确定最佳施工参数。
6.根据权利要求1所述的基于能量消耗监测的深层搅拌桩施工质量控制方法，其特 征是，所述的现场搅拌实施是指在搅拌桩打设设备电源连接处设置一电表，以测定消耗能 量；然后根据施工方案中的设计强度要求，以及第四步中已经确定的消耗能量、无侧限抗压 强度与最佳施工参数三者之间的关系，确定最佳施工参数，以及需要消耗多少能量；随后进 行第一根搅拌桩施工，在打设搅拌桩的同时，关注电表的变化，达到消耗的能量时，停止搅 拌，第一根施工完成；然后依此重复，完成其他搅拌桩的施工。
全文摘要
一种建筑工程技术领域的基于能量消耗监测的深层搅拌桩施工质量控制方法，通过施工现场地质勘测、室内搅拌试验、室内模型桩试验并通过无侧限抗压试验获得最佳施工参数并进行现场搅拌实施。本发明与现有技术相比可以更合理的控制深层搅拌桩的施工质量。
文档编号E02D33/00GK101812854SQ201010151519
公开日2010年8月25日 申请日期2010年4月21日 优先权日2010年4月21日
发明者彭鑫, 沈水龙, 王志丰, 罗春泳 申请人:上海交通大学