智能化水泥土搅拌桩施工设备及其施工方法与流程

本发明涉及地基处理，尤其是涉及一种智能化水泥土搅拌桩施工设备及其施工方法。

背景技术：

1、水泥土搅拌桩因其具有施工简单、快速、扰动小等优点常应用于软土地基加固，同时水泥搅拌桩的施工有高度的隐蔽性，施工工序较多，工艺流程相互衔接紧密，主要工序的施工过程都在地下进行，另外由于前期地勘各钻孔间有一定间隔距离，所提供的地质情况引导的施工参数并非对每一根桩都具备高适应性，这些都会给搅拌桩工程施工质量控制带来了诸多影响；

2、目前的水泥土搅拌桩机常由人工操作，机长操作桩机通常依据设计给定的水泥掺入量来保持下钻速度与喷浆速度，而设计时水泥掺入量依据最软弱土层确定，机长难以依据实际土层参数变化调整喷浆量等参数；同时水泥土搅拌桩施工桩长通常由“双控原则”决定施工桩长，即按设计桩长与桩机电流值综合判定每根桩的桩长，但在实际操作时，受施工设备功率、新旧程度、供电条件等因素影响均会对电流值判断造成较大影响，施工桩长难以得到精准控制，桩长若是没有进入持力层则会对施工质量产生严重影响，进入持力层过多则会损坏施工设备及造成一定的浪费。

技术实现思路

1、本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，为此，本发明提出一种智能化水泥土搅拌桩施工设备，提供在水泥搅拌桩施工时测量实际土层性质并经过分析优化，调整喷浆压力、喷浆流量、桩长等施工参数，提高水泥搅拌桩施工质量。

2、本发明还提出一种智能化水泥土搅拌桩施工设备的施工方法。

3、根据本发明第一方面实施例的智能化水泥土搅拌桩施工设备，包括：机架；水泥搅拌桩机，水泥搅拌桩机沿上下方向设置在机架上，水泥搅拌桩机包括驱动装置、搅拌轴、输浆管和搅拌头，驱动装置设置在机架上，搅拌轴沿上下方向设置在驱动装置下端，搅拌头设置在搅拌轴下端，输浆管与搅拌轴连通；静力触探采集装置，静力触探采集装置与水泥搅拌桩机平行设置，静力触探采集装置包括静力触探钻杆和静力触探探头，静力触探钻杆上端与驱动装置相连，静力触探钻杆沿上下方向设置，静力触探探头设置在静力触探钻杆下端，静力触探探头低于搅拌头；智能分析控制装置，智能分析控制装置与水泥搅拌桩机和静力触探采集装置电连接，智能分析控制装置包括倾角传感器、电磁流量计、深度传感器、拉力传感器、电流传感器、计算机和控制台。

4、根据本发明第一方面实施例的智能化水泥土搅拌桩施工设备，至少具有如下有益效果：待搅拌头下钻的土层均已经过静力触探装置探测，并用过智能分析控制装置分析出实际土层参数，通过实时监测倾角传感器、电磁流量计、深度传感器、拉力传感器、电流传感器的数据，分析并给定适应于实际土层的施工参数并进行动态调整，通过施工过程中施工参数随着适应实际土层参数的动态调整，改善了因土层差异导致的桩体强度分布不均的问题；通过综合分析设计桩长、搅拌头进入持力层后桩机的电流值、静力触探装置探测出的实际土层参数综合判断出施工桩长，增加施工桩长对实际土层适应性。

5、根据本发明的一些实施例，倾角传感器设置有多个，多个倾角传感器分别设置在静力触探钻杆和搅拌轴上，多个倾角传感器分别用于检测搅拌轴和静力触探钻杆与地面的垂直度。

6、根据本发明的一些实施例，电磁流量计设置在输浆管上，电磁流量计用于检测注浆量。

7、根据本发明的一些实施例，水泥搅拌桩机还包括卷扬机，卷扬机设置在机架上，卷扬机通过钢丝绳与驱动装置连接，卷扬机用于驱动搅拌轴和静力触探钻杆上下移动，深度传感器设置在钢丝绳上。

8、根据本发明的一些实施例，拉力传感器设置在卷扬机上，拉力传感器用于检测卷扬机作业时的拉力值。

9、根据本发明的一些实施例，电流传感器设置在水泥搅拌桩机上，电流传感器用于检测水泥搅拌桩机电机的电流。

10、根据本发明第二方面实施例的智能化水泥土搅拌桩施工设备的施工方法，包括：

11、步骤1：平整场地；

12、步骤2：放样，确定搅拌桩桩位，并做好搅拌桩、静力触探施工点位相应的标记；

13、步骤3：智能化水泥土搅拌桩施工设备进行自检与移位：

14、步骤4：依据设计资料将待处理土体依据土层参数进行分层，由土体地表层往下依次预设定为a1、a2、a3、a4、a5；

15、步骤5：静力触探装置确定各个土层的土层参数；

16、步骤6：水泥土搅拌施工。

17、根据本发明的一些实施例，步骤3包括：

18、步骤3.1：通电后对操控主机显示的电磁流量计、深度传感器、倾角传感器等读数数值进行前期人工分析；

19、步骤3.2：将桩机进行移位至相对应点位，确保桩机搅拌轴搅拌头、静力触探探头对准放样标记点；

20、步骤3.3：校正桩机搅拌轴和静力触探钻杆的垂直度。

21、根据本发明的一些实施例，步骤5包括：

22、步骤5.1：打开电源开关，预热并调试至正常工作状态；

23、步骤5.2：启动桩机驱动装置，加压使静力触探探头压入土,静力触探探头水平高度低于水泥土搅拌桩搅拌头2m；

24、步骤5.3：保持匀速贯入,直至贯穿a1土层；

25、步骤5.4：通过智能分析控制装置预设的程序分析采入的锥尖阻力值与侧壁阻力值，准确反应出土层深度与锥尖阻力、侧壁阻力之间对应的数值关系，并综合设计文件分析给定水泥掺入量、下钻速度、喷浆速度等施工参数，控制水泥土搅拌桩机钻杆下钻与上提的速度、灌浆量；

26、步骤5.5：根据静力触探装置得到的a1土层参数与预设的a1土层参数进行对比：若预设的a1土层厚度大于2m，则将预设a1土层按每2m间隔划分为子土层，判断各子土层参数是否与设计相同，若否，则将预设a1子土层参数替换为分析后实际土层参数，完成后再进行确定下一子土层的土层参数；

27、步骤5.6：重复步骤5.2至步骤5.5，直至当静力触探探头即将钻进至设计桩底2m范围内时,启动桩长判别程序,通过安装在传动链条上的拉力传感器与安装在电机上的电流传感器,在超过额定电流且维持10秒时采集的拉力值与电流值作为极限值,并结合静力触探锥尖阻力和侧壁阻力反馈的土层参数与设计资料综合确定搅拌桩施工桩长。

28、根据本发明的一些实施例，步骤6包括：

29、步骤6.1：开启水泥土搅拌桩机，静力触探探头入土2m后，水泥土搅拌桩机搅拌头随驱动装置加压入土，按照智能分析控制装置依据土层参数分析给定的指令喷射水泥浆料，并搅拌钻头上的搅拌叶片对固料与土体进行充分搅拌；

30、步骤6.2：保持对安装在水泥土搅拌桩机上的电磁流量计、深度传感器、倾角传感器、拉力传感器与安装在电机上的电流传感器持续监测记录；

31、步骤6.3：在静力触探探头与水泥土搅拌桩机搅拌头同时钻进时，保持匀速贯入，同时控制钻杆的垂直度；

32、步骤6.4：达到施工桩长时，对加压装置进行换向，开始提升并搅拌，直至将搅拌头提升至离原地面0.4m高度。

33、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。