一种对搅拌效果进行动态监测的模型试验方法技术

本发明专利技术公开了一种对搅拌效果进行动态监测的模型试验方法，属于搅拌桩施工技术领域，基于短波红外光谱仪及搅拌模型试验箱对搅拌桩径质量及大小进行实时监测的方法采用如下步骤：制造搅拌模型试验箱，选择配套的短波红外光谱仪；地层模拟，调试短波红外光谱仪；现场标定；搅拌下钻并对参数进行分析；搅拌提升并监测搅拌效果；根据反馈数据实时调整施工参数；完成搅拌桩模型试验。本发明专利技术通过采用短波红外光谱仪，对搅拌桩模型试验的成桩效果进行评估，并通过数据反馈对施工参数进行实时调整，最终寻找出不同土质情况下的施工参数，用于指导施工。于指导施工。于指导施工。

【技术实现步骤摘要】
一种对搅拌效果进行动态监测的模型试验方法


[0001]本专利技术涉及搅拌桩施工
，特别涉及到一种对搅拌效果进行动态监测的模型试验方法。

技术介绍

[0002]随着科学技术的不断发展和进步，红外光谱仪已经具有较高的检测水平，红外光谱仪是利用物质对不同波长的红外辐射的吸收特性，进行分子结构和化学组成分析的仪器。红外光谱仪通常由光源、单色器、探测器和计算机处理信息系统组成，红外光谱仪不仅能鉴定化合物又能准确测定化合物含量，可以对样品进行定性和定量分析，广泛应用于医药化工、地矿、石油、煤炭、环保、海关、宝石鉴定、刑侦鉴定等领域。
[0003]我国沿海、江河流域经常分布软土地基，在荷载、循环、车辆等动力作用下，地基沉降是地基失效的主要形式，常导致高速公路、铁路、机场、码头的质量问题，处理软土地基的各种方法中最常选用复合地基，而复合地基一般采用水泥土搅拌桩的施工工艺进行施工。工程实践表明，水泥土搅拌桩具有施工简单，快速，扰动小等优点，能有效地提高软土地基的稳定性，减少和控制沉降量。这种方法是利用水泥粉、水泥浆或水泥砂浆等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械即搅拌的方式，在地基深处，就地将软土和加固料强制搅拌，由加固料和软土间产生一系列的物理和化学反应，形成具有整体性和一定强度的固结体，从而提高地基承载力，减少地基沉降。
[0004]目前，水泥土搅拌桩的搅拌效果均通过钻孔取芯进行检查，检测难度较大，效率低施工成本高，并且其属于事后检测，需要对搅拌体进行破坏，其问题在于即使发现搅拌不均匀，也很难采取补救方法；只能重新施工再次取芯，无法避免的造成材料的浪费。因此，为了准确寻找施工参数，又降低试验成本的目标，需要一种能在施工过程中进行搅拌桩搅拌效果进行检测的方法，基于此，本专利技术提出一种对搅拌效果进行动态监测的模型试验方法。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的上述技术问题，本专利技术提出了一种对搅拌效果进行动态监测的模型试验方法，克服了现有技术的不足。通过采用短波红外光谱仪，对搅拌桩模型试验的成桩效果进行评估，并通过数据反馈对施工参数进行实时调整，最终寻找出不同土质情况下的施工参数，用于指导施工。
[0006]一种对搅拌效果进行动态监测的模型试验方法，其特征在于，基于短波红外光谱仪及搅拌模型试验箱对搅拌桩径质量及大小进行实时监测的方法采用如下步骤：步骤1：根据搅拌叶片直径设计值d，设计并制造配套的搅拌模型试验箱，搅拌模型试验箱为上部开口、下部封闭式的圆筒形结构，搅拌模型试验箱上部桶体为疏水性高强钢化玻璃，桶体内径大于或等于搅拌桩径设计值；选择配套的短波红外光谱仪，短波红外光谱仪的光谱分辨率数值小于或等于搅拌浆液中掺入材料的最小粒径；步骤2：在模型试验箱上部设置施加垂直荷载的加压装置，加压装置为中空圆环形
结构；在搅拌模型试验箱内置入设定高度、设定种类的土体，土体各项性质参数应与原始地层保持一致；初始条件下将选好的短波红外光谱仪放置于搅拌模型试验箱侧部并完成设备调试工作；步骤3：现场标定；搅拌浆液中掺入设定掺量的矿物岩石粉末，矿物岩石粉末不会对搅拌效果产生阻碍作用并且由含有氢氧根离子、碳酸根离子两种官能团之一的矿物岩石磨制而成；采用短波红外光谱仪对矿物岩石粉末特征吸收峰的波长位置范围进行提取；步骤4：将搅拌钻头移至模型试验箱上方中心处，短波红外光谱仪中心点与搅拌钻头中的喷嘴中心点位于同一水平面且短波红外光谱仪置于搅拌模型试验箱外侧，开始启动短波红外光谱仪，设定频率提取特定光谱参数进行分析；短波红外光谱仪与搅拌钻头同时开始向下移动并保持相同的移动速度，喷嘴喷射含有设定掺量矿物岩石粉末的浆液，通过向下移动搅拌钻头进行搅拌作业，搅拌过程中浆液的流量、配比以及搅拌钻杆的旋转速度和下钻速度等搅拌施工参数按照设定施工方案来确定，与此同时，短波红外光谱仪按设定频率光谱数据进行采集、分析；基于步骤3中标定的矿物岩石粉末特征吸收峰的波长位置范围，短波红外光谱实时获取搅拌桩体外表面不同位置处的矿物岩石粉末分布及表面积占比，在搅拌桩体外表面识别出存在矿物岩石粉末的位置即为下钻过程有效搅拌区域，采用单位区域矿物岩石粉末表面积占比来表征下钻过程搅拌效果稳定性；步骤5：搅拌钻头搅拌至设定位置处向上提升钻头，与此同时，短波红外光谱仪与搅拌钻头同时开始向上移动并保持相同的移动速度，通过短波红外光谱向上移动时监测的搅拌桩体外表面不同位置处的矿物岩石粉末分布及表面积占比，即可识别搅拌试验最终有效搅拌区域并分析出最终搅拌效果稳定性；步骤6：当提升钻头的过程中，搅拌桩体外表面不同位置处的矿物岩石粉末表面积占比过少或分布不均匀时，增加浆液流量，增大搅拌速度，降低提升钻头速度；步骤7：完成搅拌桩模型试验。
[0007]优选地，所述短波红外光谱仪的布置数量不少于1台，当多台短波红外光谱仪同时工作应采取对称布置方式。
[0008]优选地，所述搅拌桩模型试验实施过程中，在模型试验箱上部设置排浆管，对返浆进行回收。
[0009]优选地，所述搅拌模型试验箱内径较搅拌钻头最大直径设计值多2cm
‑
20cm。
[0010]优选地，所述搅拌钻杆的直径与设计搅拌直径的比值范围为0.01
‑
0.15。
[0011]优选地，所述短波红外光谱仪覆盖短波红外波段的范围为1000
‑
2500nm，光谱分辨率范围为6nm
‑
10nm。
[0012]本专利技术所带来的有益技术效果：通过采用短波红外光谱仪，对搅拌桩模型试验的成桩效果进行评估，并通过数据反馈对施工参数进行实时调整，最终寻找出不同土质情况下的施工参数，用于指导施工。该方法简单，无需在场地内试桩施工并且开挖验证，进行调整施工参数，在室内就能将施工参数精准确定。
附图说明
[0013]图1为本专利技术一种对搅拌效果进行动态监测的模型试验方法的施工流程图。
具体实施方式
[0014]下面结合附图以及具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明：实施例1：如图1所示，一种对搅拌效果进行动态监测的模型试验方法，基于短波红外光谱仪及搅拌模型试验箱对搅拌桩径质量及大小进行实时监测的方法采用如下步骤：步骤1：根据搅拌叶片直径设计值d，设计并制造配套的搅拌模型试验箱，搅拌模型试验箱为上部开口、下部封闭式的圆筒形结构，搅拌模型试验箱上部桶体为疏水性高强钢化玻璃，桶体内径大于或等于搅拌桩径设计值；选择配套的短波红外光谱仪，短波红外光谱仪的光谱分辨率数值小于或等于搅拌浆液中掺入材料的最小粒径；步骤2：在模型试验箱上部设置施加垂直荷载的加压装置，加压装置为中空圆环形结构；在搅拌模型试验箱内置入设定高度的粘性土；初始条件下将选好的短波红外光谱仪放置于搅拌模型试验箱侧部并完成设备调试工作；步骤3：现场标定；搅拌浆液中掺入设定掺量的矿物岩石粉末，矿物岩石粉末不会对搅拌效果产生阻碍作用并且由含有氢氧根离子、碳酸根离子两种官能团之一的矿物岩石磨制而成；采用短波红外光谱仪对矿物岩石粉末特征吸收峰的波长位置范围进行提取；步骤4：将搅拌钻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对搅拌效果进行动态监测的模型试验方法，其特征在于，基于短波红外光谱仪及搅拌模型试验箱对搅拌桩径质量及大小进行实时监测的方法采用如下步骤：步骤1：根据搅拌叶片直径设计值d，设计并制造配套的搅拌模型试验箱，搅拌模型试验箱为上部开口、下部封闭式的圆筒形结构，搅拌模型试验箱上部桶体为疏水性高强钢化玻璃，桶体内径大于或等于搅拌桩径设计值；选择配套的短波红外光谱仪，短波红外光谱仪的光谱分辨率数值小于或等于搅拌浆液中掺入材料的最小粒径；步骤2：在模型试验箱上部设置施加垂直荷载的加压装置，加压装置为中空圆环形结构；在搅拌模型试验箱内置入设定高度、设定种类的土体，土体各项性质参数应与原始地层保持一致；初始条件下将选好的短波红外光谱仪放置于搅拌模型试验箱侧部并完成设备调试工作；步骤3：现场标定；搅拌浆液中掺入设定掺量的矿物岩石粉末，矿物岩石粉末不会对搅拌效果产生阻碍作用并且由含有氢氧根离子、碳酸根离子两种官能团之一的矿物岩石磨制而成；采用短波红外光谱仪对矿物岩石粉末特征吸收峰的波长位置范围进行提取；步骤4：将搅拌钻头移至模型试验箱上方中心处，短波红外光谱仪中心点与搅拌钻头中的喷嘴中心点位于同一水平面且短波红外光谱仪置于搅拌模型试验箱外侧，开始启动短波红外光谱仪，设定频率提取特定光谱参数进行分析；短波红外光谱仪与搅拌钻头同时开始向下移动并保持相同的移动速度，喷嘴喷射含有设定掺量矿物岩石粉末的浆液，通过向下移动搅拌钻头进行搅拌作业，搅拌过程中浆液的流量、配比以及搅拌钻杆的旋转速度和下钻速度等搅拌施工参数按照设定施工方案来确定，与此同时，短波红外光谱仪按设定频率光谱数据进行采集、分析；基于步骤3中标定的矿物岩石粉末特征吸收峰的波长位置范围，短波红外光谱实时获取搅拌桩体外表面不同位置处的矿物岩石粉末分...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋伟杰，朱庆凯，刘博，李建平，刘光磊，武思宇，
申请(专利权)人：北京中岩大地科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：