一种智能化的旋喷桩施工方法、系统及介质与流程

本发明涉及地基处理，尤其涉及一种智能化的旋喷桩施工方法、系统及介质。

背景技术：

1、随着现代工程技术的快速发展，各种先进的施工工艺逐步运用在地基处理的建设中。旋喷桩地基处理技术作为先进的地基处理技术之一，通过利用钻机将特制的高压射流喷头钻至或者送至预定的深度，通过旋转注浆管喷射高压射流体切削土体，边旋转边缓慢上拔，使得水泥浆与切割破碎的土体充分混合，成桩结束后经过一系列物理化学反应后形成强度高、渗透性小、压缩性底的水泥土，达到土体改良的目的。按照喷射注浆切割土体输送介质的不同，又分为单管法、双管法、三管法三种类型。单管法是旋喷高压水泥浆切割土体并与被切割破碎土体混合；双管法则是环状压缩空气与高压水泥浆同轴喷射切割土体；三管法则是环状压缩空气与高压清水射流同轴喷射切割土体，同时输送抵押水泥浆与被切割破碎土体混合。

2、现有的旋喷桩地基加固过程，主要还是根据基于试验区测试的经验参数，选取合适的施工工艺参数进行施工，工艺参数主要包含喷射方式、喷嘴个数、喷嘴直径、喷射压力(根据工艺不同选择合适喷气、喷水、喷浆压力)、喷浆量、旋转速度、提升速度等。

3、然而，在实际的施工过程中，地层的分布通常都与试验区的地层不一致，即使在同一场地的不同位置，地层的厚度分布也往往不一致。地层界面高低起伏不定，导致实际施工过程中采用的工艺参数与地层不匹配，致使成桩质量参差不齐，难以满足设计要求。并且，现有的旋喷桩施工装备智能化程度低，常规的旋喷桩施工控制系统的一般是根据钻机动力头电流值、扭矩或输出功率等单项指标进行实时监控，辅助判断地层分布，进而根据地层变化调整合适工艺参数，但这些单项指标除了受地层影响因素，还受其他人为、设备等因素影响，且这类指标对于贯入阻力相近的土层，如软弱粘性土、淤泥质土等敏感性差，地层界面划分可靠性差。地层判断和工艺参数调整多为根据人工的经验进行人为操作，无法很好的标准化以及适应不同的施工环境和场地。而由于收集试验参数的样本难度大，时间跨度长，因此也难以采用机器学习的算法来代替人工进行施工参数的数据优化。

技术实现思路

1、为了克服上述问题，本发明提供一种智能化的旋喷桩施工方法、系统及介质。

2、本发明提供了一种智能化的旋喷桩施工方法，包括：

3、在施工场地中选取试验区，在所述试验区进行旋喷桩施工之前，先对所述试验区进行cptu静力触探测试，获取测试数据；其中，所述测试数据包括经孔压修正的锥尖阻力和侧壁摩阻力；

4、根据修正的robertson土分类方法，依据测试数据获取所述试验区依据深度变化的土体类别；

5、在试验区进行至少一次旋喷桩施工，在每一次施工过程中，针对每一种土体类别，均采用不同的工艺参数，获取各种土体类别在不同工艺参数下的成桩参数，将对应的土体类别、工艺参数和成桩参数存入施工大数据库；其中，所述工艺参数包括水灰比、水泥掺量、喷浆压力、喷气压力、旋转速度、提升速度、喷嘴个数和喷嘴直径；所述成桩参数包括桩体抗压强度和桩径；

6、在施工场地开始进行其中一个点位的旋喷桩施工前，先在该点位贯入带有cptu静力触探测试功能的旋喷桩钻机，获取该点位依据深度变化的土体类别；

7、依据该点位依据深度变化的土体类别，以及施工设计需要的成桩参数，在施工大数据库中匹配依据深度变化的工艺参数，作为该点位的施工数据；

8、依据施工数据完成该点位的旋喷桩施工。

9、作为优选地，所述在施工场地中选取试验区，具体包括分步骤如下：

10、获取整个施工场地的地质勘察资料，得到施工场地所包含的全部土体类别；

11、选取至少一个试验区，且每个所述试验区的施工深度范围内均包含整个施工场地具有的全部土体类别。

12、优选地，所述先对所述试验区进行cptu静力触探测试，获取测试数据，具体为：

13、通过与施工钻机集成的cptu测试系统，对所述试验区进行cptu静力触探测试，获取测试数据。

14、优选地，所述修正的robertson土分类方法，具体为：

15、通过cptu静力触探测试获取不同地层的侧壁摩阻力fs，和经孔压修正的锥尖阻力qt；

16、依据侧壁摩阻力fs(mpa)和修正的锥尖阻力qt(mpa)，计算修正归一化锥尖阻力qtn和归一化摩阻力fr，计算公式如下：

17、qtn＝[qt-σvo)/pa](pa/σ′vo)m

18、fr＝(fs/(qt-σvo))×100％

19、m＝0.381(ic)+0.05(σ′vo/pa)-0.15

20、ic＝[(3.47-logqt)2+(logfr+1.22)2]0.5

21、qt＝(qt-σvo)/σ′vo

22、其中，σvo是上覆地层总应力(mpa)，根据土层深度进行计算；σ′vo是有效上覆地层总应力(mpa)，根据土层深度进行计算；pa是1个标准大气压，即0.1mpa；m是与土类别相关的应力修正系数；qt是归一化锥尖阻力；

23、根据修正归一化锥尖阻力qtn和归一化摩阻力fr，根据坐标点(fr、qtn)在基于cptu的土分类图中分布区域，获取相应的土体类别；其中，土体类别共划分为七大类，分别是：收缩性敏感性粘性土、收缩性粘性土、膨胀性粘性土、收缩性中间土、膨胀性中间土、收缩性砂土和膨胀性砂土。

24、优选地，所述依据施工位置依据深度变化的土体类别，以及施工设计需要的成桩参数，在施工大数据库中匹配依据深度变化的工艺参数，作为施工数据，该步骤中还包括分步骤如下：

25、在施工大数据库中，匹配桩体抗压强度和桩径大于等于施工设计需要成桩参数的工艺参数。

26、优选地，所述依据施工位置依据深度变化的土体类别，以及施工设计需要的成桩参数，在施工大数据库中匹配依据深度变化的工艺参数，作为施工数据，该步骤中还包括分步骤如下：

27、当同一组土体类别和成桩参数匹配到多个工艺参数时，先优选水泥掺量的值最高的一组工艺参数；

28、如匹配到多个水泥掺量相同的工艺参数，则优选旋转速度最低的一组工艺参数；

29、如匹配到多个水泥掺量与旋转速度相同的工艺参数，则优选喷浆压力最小的一组工艺参数；

30、如匹配到多个水泥掺量、旋转速度和喷浆压力均相同的工艺参数，则随机匹配其中一个工艺参数。

31、优选地，所述依据施工数据完成该点位的旋喷桩施工，还包括分步骤如下：

32、在旋喷桩的施工过程中，对所述施工大数据库进行实时更新，自动存储当前的土体类别、工艺参数和成桩参数。

33、本发明还提供了一种智能化的旋喷桩施工系统，包括：感知层、决策层和执行层；

34、所述感知层用于在施工场地中选取试验区，在所述试验区进行旋喷桩施工之前，先对所述试验区进行cptu静力触探测试，获取测试数据；根据修正的robertson土分类方法，依据测试数据获取所述试验区依据深度变化的土体类别；以及在施工场地开始进行其中一个点位的旋喷桩施工前，先在该点位贯入带有cptu静力触探测试功能的旋喷桩钻机，获取该点位依据深度变化的土体类别；其中，所述测试数据包括经孔压修正的锥尖阻力和侧壁摩阻力；

35、所述决策层用于在试验区进行至少一次旋喷桩施工，在每一次施工过程中，针对每一种土体类别，均采用不同的工艺参数，获取各种土体类别在不同工艺参数下的成桩参数，将对应的土体类别、工艺参数和成桩参数存入施工大数据库；在施工场地开始进行其中一个点位的旋喷桩施工时，依据该点位依据深度变化的土体类别，以及施工设计需要的成桩参数，在施工大数据库中匹配依据深度变化的工艺参数，作为该点位的施工数据；其中，所述工艺参数包括水灰比、水泥掺量、喷浆压力、喷气压力、旋转速度、提升速度、喷嘴个数和喷嘴直径；所述成桩参数包括桩体抗压强度和桩径；

36、所述执行层用于依据施工数据完成该点位的旋喷桩施工。

37、本发明提供了一种终端设备，包括处理器和存储装置，所述存储装置用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述处理器执行时，所述处理器实现上述智能化的旋喷桩施工方法。

38、本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行上述智能化的旋喷桩施工方法。本发明的有益效果是：

39、(1)通过基于孔压静力触探cptu的土层识别方法，相比传统的采用钻进过程反馈的单一指标，其获取的地层数据信息可靠，受人为操作、外在环境影响因素较少，可重复性高，且对软弱地层反应灵敏，可有效识别软土、粘性土、砂性土等地基。

40、(2)传统的成桩过程工艺参数是根据工程经验选取，且难以采用定性的方法确定工艺参数，而本发明提供了一种旋喷桩智能决策系统和方法，可根据数据库中储存的工程案例真实数据，按照一定目标原则快速自动匹配最优工艺参数。