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中文Zusammenfassung
Angesichts der Probleme, die bei der herkömmlichen Zement-Boden-Mischpfahltechnologie bestehen, wie z. B. ungleichmäßige Verteilung der Pfahlkörperfestigkeit, große Baustörungen und große Auswirkungen menschlicher Faktoren auf die Pfahlqualität, wurde eine neue Technologie der digitalen Mikrostörung DMP vier- Achsenmischhaufen entwickelt.Bei dieser Technologie können vier Bohrer gleichzeitig Schlamm und Gas versprühen und mit mehreren Schichten von Schneidmessern mit variablem Winkel arbeiten, um den Boden während des Pfahlbildungsprozesses zu schneiden.Ergänzt durch das Up-Down-Umwandlungssprühverfahren löst es das Problem der ungleichmäßigen Festigkeitsverteilung des Pfahlkörpers und kann den Zementverbrauch wirksam reduzieren.Mit Hilfe des Spalts, der zwischen dem speziell geformten Bohrrohr und dem Boden entsteht, wird die Gülle selbstständig ausgetragen, wodurch während des Bauprozesses eine leichte Störung des Bodens um den Pfahl herum erreicht wird.Das digitale Steuerungssystem realisiert den automatisierten Aufbau der Pfahlbildung und kann den Pfahlbildungsprozess in Echtzeit überwachen, aufzeichnen und frühzeitig warnen.
Einführung
Zement-Boden-Mischpfähle werden häufig im Ingenieurbau eingesetzt: z. B. zur Bodenverstärkung und wasserdichten Vorhängen bei Baugrubenprojekten;Lochverstärkung in Schildtunneln und Rohrvortriebsbrunnen;Fundamentbehandlung schwacher Bodenschichten;Versickerungsschutz bei Wasserschutzprojekten, Mauern sowie Barrieren in Deponien und mehr.Da der Umfang der Projekte derzeit immer größer wird, sind die Anforderungen an die Baueffizienz und den Umweltschutz von Zement-Boden-Mischpfählen immer höher geworden.Darüber hinaus muss die Bauqualität von Zement-Boden-Mischpfählen kontrolliert werden, um den immer komplexer werdenden Umweltschutzanforderungen rund um den Projektbau gerecht zu werden.Und die Reduzierung der Auswirkungen des Bauwesens auf die Umwelt ist zu einem dringenden Bedürfnis geworden.
Beim Bau von Mischpfählen wird hauptsächlich ein Mischbohrer verwendet, um Zement und Erde vor Ort zu mischen und so einen Pfahl mit einer bestimmten Festigkeit und Versickerungsschutzleistung zu bilden.Zu den häufig verwendeten Zement- und Erdmischpfählen gehören einachsige, zweiachsige, dreiachsige und fünfachsige Zement- und Erdmischpfähle.Auch bei solchen Mischhaufen gibt es unterschiedliche Sprüh- und Mischverfahren.
Der einachsige Mischpfahl hat nur ein Bohrrohr, der Boden ist besprüht und das Mischen erfolgt über eine kleine Anzahl von Schaufeln.Dies wird durch die Anzahl der Bohrrohre und Mischblätter begrenzt und die Arbeitseffizienz ist relativ gering;
Der biaxiale Mischpfahl besteht aus 2 Bohrrohren, mit einem separaten Schlammrohr in der Mitte zum Verpressen.Die beiden Bohrrohre haben keine Injektionsfunktion, da die Bohrer auf beiden Seiten wiederholt gerührt werden müssen, damit die Aufschlämmung aus dem mittleren Aufschlämmungsrohr innerhalb des Ebenenbereichs versprüht wird.Die Verteilung ist gleichmäßig, so dass beim Bau des Doppelschachts der Prozess „zwei Sprühen und drei Rühren“ erforderlich ist, was die Baueffizienz des Doppelschachts einschränkt und auch die Gleichmäßigkeit der Pfahlbildung relativ schlecht ist.Die maximale Bautiefe beträgt etwa 18 Meter [1];
Der dreiachsige Mischpfahl enthält drei Bohrrohre, die beidseitig mit Injektionsmörtel und in der Mitte mit Druckluft besprüht werden.Diese Anordnung führt dazu, dass die Festigkeit des mittleren Pfahls geringer ist als die der beiden Seiten, und der Pfahlkörper weist in der Ebene schwache Verbindungen auf;Darüber hinaus ist der dreiachsige Mischpfahl Der verwendete Wasserzement ist relativ groß, was die Festigkeit des Pfahlkörpers in gewissem Maße verringert;
Der fünfachsige Mischpfahl basiert auf dem zweiachsigen und dem dreiachsigen Mischpfahl, wobei die Anzahl der Mischbohrstangen zur Verbesserung der Arbeitseffizienz hinzugefügt und die Qualität des Pfahlkörpers durch Erhöhung der Anzahl der Mischblätter verbessert wird [2-3] .Der Vorgang des Sprühens und Mischens unterscheidet sich von den ersten beiden.Es gibt keinen Unterschied.
Die Störung des umgebenden Bodens beim Bau von Zement-Boden-Mischpfählen wird hauptsächlich durch das Zusammendrücken und Reißen des Bodens durch das Rühren der Mischschaufeln sowie das Eindringen und Spalten der Zementschlämme verursacht [4-5].Aufgrund der großen Störungen, die durch die Errichtung herkömmlicher Mischpfähle entstehen, ist es beim Bau in sensiblen Umgebungen wie angrenzenden kommunalen Einrichtungen und geschützten Gebäuden in der Regel erforderlich, teurere Allround-Hochdruckstrahlinjektionen (MJS-Verfahren) oder Einzelinjektionen zu verwenden -Achsen-Mischpfähle (IMS-Methode) und andere Mikrostrukturen.Störende Bauweisen.
Darüber hinaus hängen beim Bau konventioneller Mischpfähle entscheidende Bauparameter wie die Sink- und Hubgeschwindigkeit des Bohrgestänges sowie die Spritzbetonmenge eng mit der Erfahrung der Betreiber zusammen.Dies erschwert auch die Nachvollziehbarkeit des Bauprozesses der Mischpfähle und führt zu Unterschieden in der Qualität der Pfähle.
Um die Probleme herkömmlicher Zement-Boden-Mischpfähle wie ungleichmäßige Pfahlfestigkeitsverteilung, große Baustörungen und viele menschliche Störfaktoren zu lösen, hat die Shanghaier Ingenieurgemeinschaft eine neue vierachsige Mischpfahltechnologie mit digitaler Mikrostörung entwickelt.In diesem Artikel werden die Eigenschaften und technischen Anwendungseffekte der vierachsigen Mischpfahltechnologie in der Spritzbetonmischtechnologie, der Baustörungskontrolle und dem automatisierten Bau ausführlich vorgestellt.
1、DMP digitale Mikrostörungs-Vierachsen-Mischstapelausrüstung
Die digitale Mikrostörungs-Vierachsen-Mischpfahlramme-Ausrüstung DMP-I besteht hauptsächlich aus einem Mischsystem, einem Pfahlrahmensystem, einem Gasversorgungssystem, einem automatischen Aufschluss- und Zellstoffversorgungssystem und einem digitalen Steuerungssystem zur Realisierung eines automatisierten Pfahlbaus .
2、Misch- und Sprühprozess
Die vier Bohrrohre sind innen mit Spritzbetonrohren und Strahlrohren ausgestattet.Wie in Abbildung 2 dargestellt, kann der Bohrkopf während des Pfahlbildungsprozesses gleichzeitig Schlamm und Druckluft sprühen, wodurch die Probleme vermieden werden, die durch das Sprühen einiger Bohrrohre und das Sprühen einiger Bohrrohre verursacht werden.Das Problem der ungleichmäßigen Verteilung der Pfahlfestigkeit auf der Ebene;Da in jedes Bohrrohr Druckluft eingreift, kann der Mischwiderstand vollständig reduziert werden, was beim Bau in härteren Bodenschichten und sandigem Boden hilfreich ist und eine Mischung aus Zement und Erde bewirken kann.Darüber hinaus kann Druckluft den Karbonisierungsprozess von Zement und Erde beschleunigen und die Frühfestigkeit von Zement und Erde im Mischhaufen verbessern.
Die Mischbohrer der digitalen Mikroperturbations-Vierachsen-Mischramme DMP-I sind mit 7 Lagen Mischflügeln mit variablem Winkel ausgestattet.Die Anzahl der Einzelpunkt-Bodenmischungen kann das 50-fache erreichen und liegt damit weit über dem in der Spezifikation empfohlenen 20-fachen;Der Mischbohrer ist mit Differentialmessern ausgestattet, die sich während des Pfahlbildungsprozesses nicht mit dem Bohrrohr drehen, wodurch die Bildung von Tonschlammkugeln wirksam verhindert werden kann.Dies kann nicht nur die Anzahl der Bodenmischvorgänge erhöhen, sondern auch die Bildung großer Erdklumpen während des Mischvorgangs verhindern und so die Gleichmäßigkeit der Gülle im Boden gewährleisten.
Der vierachsige Mischpfahl DMP-I mit digitaler Mikrostörung verwendet die Auf-Ab-Umwandlungs-Spritzbetontechnologie, wie in Abbildung 3 dargestellt. Am Mischbohrkopf befinden sich zwei Schichten von Spritzbetonanschlüssen.Beim Absinken wird die untere Spritzbetonöffnung geöffnet.Durch die Wirkung des oberen Mischflügels wird die versprühte Gülle vollständig mit dem Boden vermischt.Beim Anheben wird die untere Spritzbetonöffnung geschlossen und gleichzeitig die obere Spritzbetonöffnung geöffnet, sodass die aus der oberen Spritzbetonöffnung ausgestoßene Gülle unter der Wirkung der unteren Messer vollständig mit dem Boden vermischt werden kann.Auf diese Weise können Schlamm und Erde während des gesamten Absink- und Rührvorgangs vollständig gerührt werden, was die Gleichmäßigkeit von Zement und Erde im Tiefenbereich des Pfahlkörpers weiter verbessert und das Problem der Doppel- und Dreiachsen wirksam löst -Achsen-Mischpfahltechnik im Bohrgestänge-Hebeverfahren.Das Problem besteht darin, dass die aus der unteren Einspritzöffnung versprühte Aufschlämmung von den Rührblättern nicht vollständig gerührt werden kann.
3、Mikrostörungsbaukontrolle
Der Querschnitt des Bohrgestänges des vierachsigen Mischpfahlrammes DMP-I mit digitaler Mikrostörung weist eine ovale Sonderform auf.Wenn sich das Bohrgestänge dreht, sinkt oder hebt, bildet sich um das Bohrgestänge herum ein Schlammaustrags- und Abluftkanal.Wenn beim Rühren der Innendruck des Bodens die Spannung vor Ort übersteigt, wird die Aufschlämmung auf natürliche Weise entlang des Aufschlämmungsabflusskanals um das Bohrrohr herum abgeführt, wodurch ein Zusammendrücken des Bodens durch die Ansammlung von Aufschlämmungsgasdruck in der Nähe vermieden wird Mischbohrer.
Die digitale Mikroperturbations-Vierachsen-Mischpfahlramme DMP-I ist mit einem Untergrunddrucküberwachungssystem am Bohrmeißel ausgestattet, das Änderungen des Untergrunddrucks während des gesamten Pfahlbildungsprozesses in Echtzeit überwacht und sicherstellt, dass der Untergrunddruck konstant ist durch Anpassen des Schlammgasdrucks innerhalb eines angemessenen Bereichs gesteuert werden.Gleichzeitig können die konfigurierten Differenzialmesser wirksam verhindern, dass Ton am Bohrgestänge haftet und sich Schlammbälle bilden, und außerdem den Mischwiderstand und die Bodenstörung wirksam reduzieren.
4、Intelligente Bausteuerung
Die digitale Mikrostörungs-Vierachsen-Mischpfahlramme DMP-I ist mit einem digitalen Steuerungssystem ausgestattet, das einen automatisierten Pfahlbau realisieren, Bauprozessparameter in Echtzeit aufzeichnen und den Pfahlbildungsprozess überwachen und frühzeitig warnen kann.
Das digitale Steuerungssystem kann den Bau von Mischpfählen basierend auf den durch die Versuchspfähle ermittelten Bauparametern automatisch abschließen.Es kann automatisch das Absinken und Anheben des Mischsystems, die Anpassung des Schlammflusses und die Geschwindigkeit der Pfahlbildung in Abschnitten entsprechend der Verteilung der vertikalen Bodenschicht steuern, den Strahldruck entsprechend dem eingestellten Wert des Bodendrucks anpassen und Bauprozesse steuern wie zum Beispiel die Auf- und Abwärtsumwandlung von Spritzinjektionen.Dadurch wird der Einfluss menschlicher Faktoren auf die Bauqualität des Mischpfahls während des Bauprozesses erheblich reduziert und die Zuverlässigkeit und Konsistenz der Qualität des Mischpfahls verbessert.
Mit Hilfe von Präzisionssensoren, die an der Ausrüstung installiert sind, kann das digitale Steuerungssystem wichtige Bauparameter wie Mischgeschwindigkeit, Sprühvolumen, Schlammdruck und -durchfluss sowie Untergrunddruck überwachen und frühzeitig vor ungewöhnlichen Baubedingungen warnen, was die Sicherheit erhöht des Mischpfahlbauprozesses.Transparenz und Aktualität der Problemlösung.Gleichzeitig kann das digitale Steuerungssystem die Parameter des gesamten Bauprozesses aufzeichnen und die aufgezeichneten Bauparameter über das Netzwerkmodul in Echtzeit auf die Cloud-Plattform hochladen, um sie einfach anzuzeigen und zu überprüfen und so die Authentizität und Sicherheit der generierten Daten zu gewährleisten während des Bauprozesses.
5、Bautechnologie und Parameter
Der digitale Mikrostörungs-Vierachsen-Mischpfahlbauprozess von DMP umfasst hauptsächlich Bauvorbereitung, Probepfahlbau und formalen Pfahlbau.Basierend auf den aus dem Probepfahlbau gewonnenen Bauparametern realisiert das digitale Bauleitsystem den automatisierten Bau des Pfahls.In Kombination mit tatsächlicher Ingenieurserfahrung können die in Tabelle 1 aufgeführten Konstruktionsparameter ausgewählt werden.Anders als bei herkömmlichen Mischpfählen ist das Wasser-Zement-Verhältnis beim vierachsigen Mischpfahl beim Absenken und Heben unterschiedlich.Das Wasser-Zement-Verhältnis beim Senken beträgt 1,0 bis 1,5, während das Wasser-Zement-Verhältnis beim Heben 0,8 bis 1,0 beträgt.Beim Absinken und Rühren weist die Zementaufschlämmung ein größeres Wasser-Zement-Verhältnis auf und die Aufschlämmung hat eine ausreichende erweichende Wirkung auf den Boden, wodurch der Rührwiderstand wirksam verringert werden kann.Da beim Heben der Boden im Pfahlkörper vermischt wurde, kann ein geringeres Wasser-Zement-Verhältnis die Festigkeit des Pfahlkörpers effektiv erhöhen.
Mit dem oben genannten Spritzbetonmischverfahren kann der vierachsige Mischpfahl mit einem Zementgehalt von 13 % bis 18 % den gleichen Effekt wie das herkömmliche Verfahren erzielen und damit die technischen Anforderungen an die Festigkeit und Undurchlässigkeit von Zement-Boden-Mischpfählen erfüllen und gleichzeitig Veränderungen durch den Zement herbeiführen. Der Vorteil einer Reduzierung der Dosierung besteht darin, dass auch der Ersatzboden während des Bauprozesses entsprechend reduziert wird.Der am Bohrgestänge installierte Neigungsmesser löst das Problem der schwierigen Kontrolle der Vertikalität beim Bau herkömmlicher Zement-Boden-Mischpfähle.Die gemessene Vertikalität des vierachsigen Mischpfahlkörpers kann 1/300 erreichen.
6、Technische Anwendungen
Um die Pfahlkörperfestigkeit des vierachsigen Mischpfahls DMP mit digitaler Mikrostörung und die Auswirkungen des Pfahlbildungsprozesses auf den umgebenden Boden weiter zu untersuchen, wurden Feldexperimente unter verschiedenen stratigraphischen Bedingungen durchgeführt.Die am 21. und 28. Tag der gesammelten Mischpfahlkernproben gemessene Festigkeit der Zement- und Bodenkernproben erreichte 0,8 MPa, was den Anforderungen an die Zement- und Bodenfestigkeit im konventionellen Tiefbau entspricht.
Im Vergleich zu herkömmlichen Zement-Boden-Mischpfählen können die häufig verwendeten Allround-Hochdruckstrahlinjektionspfähle (MJS-Methode) und Mikrostörungsmischpfähle (IMS-Methode) die durch die Pfahlkonstruktion verursachte horizontale Verschiebung des umgebenden Bodens und Oberflächensetzungen erheblich reduzieren ..In der Ingenieurpraxis gelten die beiden oben genannten Methoden als Mikrostörungsbautechniken und werden häufig bei Ingenieurprojekten mit hohen Anforderungen an den umgebenden Umweltschutz eingesetzt.
Tabelle 2 vergleicht die Überwachungsdaten der umgebenden Boden- und Oberflächenverformung, die durch den digitalen Mikrostörungs-Vierachsen-Mischpfahl DMP, die MJS-Baumethode und die IMS-Baumethode während des Bauprozesses verursacht werden.Während des Bauprozesses des vierachsigen Mikrostörungs-Mischpfahls in einem Abstand von 2 Metern vom Pfahlkörper können die horizontale Verschiebung und die vertikale Anhebung des Bodens auf etwa 5 mm gesteuert werden, was der MJS-Bauweise entspricht und der IMS-Bauweise und kann während des Pfahlbauprozesses eine minimale Störung des Bodens um den Pfahl herum erreichen.
Gegenwärtig werden DMP-Digital-Mikrostörungs-Vierachsen-Mischpfähle erfolgreich in verschiedenen Arten von Projekten wie der Fundamentverstärkung und der Baugrubenkonstruktion in Jiangsu, Zhejiang, Shanghai und anderen Orten eingesetzt.Durch die Kombination der Forschung und Entwicklung sowie der technischen Anwendung der Vier-Achsen-Mischpfahl-Technologie wurde der „Technische Standard für vierachsige Mischpfähle mit Mikrostörungen“ (T/SSCE 0002-2022) (Shanghai Civil Engineering Society Group Standard) erstellt, der umfasst Ausrüstung, Design, Konstruktion und Tests usw. Es wurden spezifische Anforderungen gestellt, um die Anwendung der DMP-Digital-Mikrostörungs-Vierachsen-Mischstapeltechnologie zu standardisieren.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 22.09.2023