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中文Resumen
En vista de los problemas existentes en la tecnología convencional de pilotes de mezcla de cemento y suelo, como la distribución desigual de la resistencia del cuerpo del pilote, las grandes perturbaciones en la construcción y el gran impacto en la calidad del pilote por parte de factores humanos, se ha desarrollado una nueva tecnología de microperturbación digital DMP de cuatro Se desarrolló una pila de mezcla de eje.En esta tecnología, cuatro brocas pueden rociar lodo y gas al mismo tiempo y trabajar con múltiples capas de cuchillas de corte de ángulo variable para cortar el suelo durante el proceso de formación del pilote.Complementado con el proceso de pulverización de conversión de arriba a abajo, resuelve el problema de la distribución desigual de la resistencia del cuerpo del pilote y puede reducir eficazmente el consumo de cemento.Con la ayuda del espacio formado entre el tubo de perforación de forma especial y el suelo, el lodo se descarga de forma autónoma, lo que consigue una ligera alteración del suelo alrededor del pilote durante el proceso de construcción.El sistema de control digital realiza la construcción automatizada de la formación de pilotes y puede monitorear, registrar y proporcionar alertas tempranas para el proceso de formación de pilotes en tiempo real.
Introducción
Los pilotes para mezclar cemento y suelo se utilizan ampliamente en el campo de la construcción de ingeniería: como refuerzo de suelo y cortinas impermeables en proyectos de pozos de cimentación;refuerzo de orificios en túneles de protección y pozos de elevación de tuberías;tratamiento de cimentación de capas de suelo débiles;antifiltración en paredes de proyectos de conservación de agua, así como barreras en vertederos y más.En la actualidad, a medida que la escala de los proyectos se hace cada vez mayor, los requisitos para la eficiencia de la construcción y la protección ambiental de los pilotes de mezcla de cemento y suelo se han vuelto cada vez más altos.Además, para cumplir con los cada vez más complejos requisitos de protección ambiental relacionados con la construcción del proyecto, se debe controlar la calidad de la construcción de los pilotes de mezcla de cemento y suelo.Y reducir el impacto de la construcción en el medio ambiente se ha convertido en una necesidad urgente.
La construcción de pilotes de mezcla utiliza principalmente una broca mezcladora para mezclar cemento y tierra in situ para formar un pilote con cierta resistencia y rendimiento anti-filtración.Los pilotes para mezclar suelo y cemento de uso común incluyen pilotes para mezclar suelo y cemento de un solo eje, doble eje, tres ejes y cinco ejes.Este tipo de pilas de mezcla también tienen diferentes procesos de pulverización y mezcla.
La pila de mezcla de un solo eje tiene solo una tubería de perforación, el fondo se rocía y la mezcla se realiza a través de una pequeña cantidad de paletas.Esto está limitado por la cantidad de tubos de perforación y paletas mezcladoras, y la eficiencia del trabajo es relativamente baja;
La pila de mezcla biaxial consta de 2 tubos de perforación, con un tubo de lodo separado en el medio para la inyección.Los dos tubos de perforación no tienen la función de inyección porque las brocas de ambos lados deben agitarse repetidamente para que la lechada se rocíe desde la tubería de lodo intermedia dentro del rango plano.La distribución es uniforme, por lo que se requiere el proceso de "dos pulverizaciones y tres agitaciones" durante la construcción del doble eje, lo que restringe la eficiencia de la construcción del doble eje, y la uniformidad de la formación del pilote también es relativamente pobre.La profundidad máxima de construcción es de unos 18 metros [1];
La pila de mezcla de tres ejes contiene tres tubos de perforación, con lechada pulverizada en ambos lados y aire comprimido en el centro.Esta disposición hará que la resistencia del pilote del medio sea menor que la de los dos lados, y el cuerpo del pilote tendrá eslabones débiles en el plano;Además, el pilote de mezcla de tres ejes utilizado con cemento de agua es relativamente grande, lo que reduce en cierta medida la resistencia del cuerpo del pilote;
La pila de mezcla de cinco ejes se basa en dos ejes y tres ejes, agregando la cantidad de varillas de perforación de mezcla para mejorar la eficiencia del trabajo y mejorando la calidad del cuerpo de la pila al aumentar la cantidad de paletas de mezcla [2-3] .El proceso de pulverización y mezcla es diferente a los dos primeros.No hay diferencia.
La alteración del suelo circundante durante la construcción de pilotes de mezcla de cemento y suelo es causada principalmente por la compresión y el agrietamiento del suelo causado por la agitación de las paletas mezcladoras y la penetración y división de la lechada de cemento [4-5].Debido a las grandes perturbaciones causadas por la construcción de pilotes de mezcla convencionales, cuando se construye en entornos sensibles como instalaciones municipales adyacentes y edificios protegidos, generalmente es necesario utilizar un sistema más costoso de inyección de lechada a alta presión (método MJS) o de una sola pieza. -Pilotes de mezcla de ejes (método IMS) y otras microestructuras.Métodos de construcción perturbadores.
Además, durante la construcción de pilotes de mezcla convencionales, los parámetros clave de construcción, como la velocidad de hundimiento y elevación de la tubería de perforación y la cantidad de hormigón proyectado, están estrechamente relacionados con la experiencia de los operadores.Esto también dificulta el seguimiento del proceso de construcción de los pilotes de mezcla y da como resultado diferencias en la calidad de los pilotes.
Para resolver los problemas de los pilotes convencionales de mezcla de cemento y suelo, como la distribución desigual de la resistencia de los pilotes, las grandes perturbaciones de la construcción y muchos factores de interferencia humana, la comunidad de ingenieros de Shanghai ha desarrollado una nueva tecnología digital de pilotes de mezcla de cuatro ejes con microperturbación.Este artículo presentará en detalle las características y los efectos de las aplicaciones de ingeniería de la tecnología de pilotes mezcladores de cuatro ejes en la tecnología de mezclado de hormigón proyectado, el control de perturbaciones en la construcción y la construcción automatizada.
1. Equipo de pila de mezcla de cuatro ejes con microperturbación digital DMP
El equipo hincador de pilotes mezclador de cuatro ejes con microperturbación digital DMP-I consta principalmente de un sistema de mezcla, un sistema de marco de pilotes, un sistema de suministro de gas, un sistema automático de despulpado y suministro de pulpa y un sistema de control digital para realizar la construcción automatizada de pilotes. .
2. Proceso de mezcla y pulverización.
Los cuatro tubos de perforación están equipados con tubos de hormigón proyectado y tubos de chorro en el interior.Como se muestra en la Figura 2, el cabezal de perforación puede rociar lodo y aire comprimido al mismo tiempo durante el proceso de formación del pilote, evitando los problemas causados por la pulverización de algunas tuberías de perforación y la pulverización de algunas tuberías de perforación.El problema de la distribución desigual de la resistencia del pilote en el plano;Debido a que cada tubería de perforación cuenta con la intervención de aire comprimido, la resistencia a la mezcla se puede reducir por completo, lo que es útil para la construcción en capas de suelo más duras y suelos arenosos, y puede hacer que el cemento y el suelo se mezclen.Además, el aire comprimido puede acelerar el proceso de carbonatación del cemento y el suelo y mejorar la resistencia inicial del cemento y el suelo en la pila de mezcla.
Las brocas mezcladoras del martinete mezclador de cuatro ejes con microperturbación digital DMP-I están equipadas con 7 capas de cuchillas mezcladoras de ángulo variable.El número de mezclas de suelo en un solo punto puede llegar a 50 veces, superando con creces las 20 veces recomendadas por la especificación;la broca mezcladora está equipada con cuchillas diferenciales que no giran con la tubería de perforación durante el proceso de formación del pilote, lo que puede prevenir eficazmente la formación de bolas de lodo arcilloso.Esto no sólo puede aumentar el número de veces que se mezcla el suelo, sino que también previene la formación de grandes terrones de suelo durante el proceso de mezclado, asegurando así la uniformidad de la lechada en el suelo.
La pila de mezcla de cuatro ejes con microperturbación digital DMP-I adopta la tecnología de conversión ascendente de hormigón proyectado, como se muestra en la Figura 3. Hay dos capas de puertos de hormigón proyectado en el cabezal de perforación mezclador.Cuando se hunde, se abre el puerto inferior de shotcrete.La lechada pulverizada se mezcla completamente con el suelo bajo la acción de la paleta mezcladora superior.Cuando se levanta, el puerto de hormigón proyectado inferior se cierra y al mismo tiempo se abre el puerto de gunita superior para que la lechada expulsada del puerto de gunita superior pueda mezclarse completamente con el suelo bajo la acción de las cuchillas inferiores.De esta manera, la lechada y el suelo se pueden agitar completamente durante todo el proceso de hundimiento y agitación, lo que mejora aún más la uniformidad del cemento y el suelo dentro del rango de profundidad del cuerpo del pilote y resuelve eficazmente el problema del doble eje y tres. Tecnología de pilotes de mezcla de ejes en el proceso de elevación de la tubería de perforación.El problema es que las paletas agitadoras no pueden agitar completamente la lechada pulverizada desde el puerto de inyección inferior.
3 、 Control de construcción de micro perturbaciones.
La sección transversal de la tubería de perforación del martinete mezclador de cuatro ejes con microperturbación digital DMP-I tiene una forma especial ovalada.Cuando la tubería de perforación gira, se hunde o se eleva, se formará un canal de descarga y escape de lodo alrededor de la tubería de perforación.Al agitar, cuando la presión interna del suelo excede la tensión in situ, la lechada se descargará naturalmente a lo largo del canal de descarga de la lechada alrededor de la tubería de perforación, evitando así la compresión del suelo causada por la acumulación de presión de gas de la lechada cerca del broca mezcladora.
El martinete mezclador de cuatro ejes con microperturbación digital DMP-I está equipado con un sistema de monitoreo de presión subterránea en la broca, que monitorea los cambios en la presión subterránea en tiempo real durante todo el proceso de formación del pilote y garantiza que la presión subterránea sea controlado dentro de un rango razonable ajustando la presión del gas de la lechada.Al mismo tiempo, las palas diferenciales configuradas pueden prevenir eficazmente que la arcilla se adhiera a la tubería de perforación y la formación de bolas de lodo, y también reducir eficazmente la resistencia a la mezcla y la alteración del suelo.
4 、 Control de construcción inteligente
El equipo hinca de pilotes mezclador de cuatro ejes con microperturbación digital DMP-I está equipado con un sistema de control digital, que puede realizar la construcción automatizada de pilotes, registrar los parámetros del proceso de construcción en tiempo real y monitorear y proporcionar alertas tempranas durante el proceso de formación del pilote.
El sistema de control digital puede completar automáticamente la construcción de pilotes de mezcla según los parámetros de construcción determinados por los pilotes de prueba.Puede controlar automáticamente el hundimiento y elevación del sistema de mezcla, la adaptación del flujo de lodo y la velocidad de formación de pilotes en secciones de acuerdo con la distribución de la capa vertical de suelo, ajustar la presión del chorro de acuerdo con el valor establecido de la presión del suelo y controlar los procesos de construcción. como la conversión hacia arriba y hacia abajo de la lechada por aspersión.Esto reduce en gran medida el impacto de los factores humanos en la calidad de la construcción del pilote de mezcla durante el proceso de construcción y mejora la confiabilidad y consistencia de la calidad del pilote de mezcla.
Con la ayuda de sensores de precisión instalados en el equipo, el sistema de control digital puede monitorear parámetros clave de construcción, como la velocidad de mezcla, el volumen de pulverización, la presión y el flujo de lodo y la presión subterránea, y puede proporcionar alerta temprana sobre condiciones anormales de construcción, lo que aumenta la seguridad. del proceso de construcción del pilote de mezcla.Transparencia y oportunidad en la resolución de problemas.Al mismo tiempo, el sistema de control digital puede registrar los parámetros de todo el proceso de construcción y cargar los parámetros de construcción registrados en la plataforma en la nube en tiempo real a través del módulo de red para una fácil visualización e inspección, garantizando la autenticidad y seguridad de los datos generados. durante el proceso de construcción.
5 、 Tecnología y parámetros de construcción.
El proceso de construcción de pilotes de mezcla de cuatro ejes con microperturbación digital DMP incluye principalmente la preparación de la construcción, la construcción de pilotes de prueba y la construcción de pilotes formales.De acuerdo con los parámetros de construcción obtenidos de la construcción del pilote de prueba, el sistema de control de construcción digital realiza la construcción automatizada del pilote.Combinados con experiencia real en ingeniería, se pueden seleccionar los parámetros de construcción que se muestran en la Tabla 1.A diferencia de los pilotes de mezcla convencionales, la relación agua-cemento utilizada para los pilotes de mezcla de cuatro ejes es diferente cuando se hunde y se levanta.La relación agua-cemento utilizada para el hundimiento es de 1,0~1,5, mientras que la relación agua-cemento para la elevación es de 0,8~1,0.Al hundirse y agitarse, la lechada de cemento tiene una mayor proporción agua-cemento y la lechada tiene un efecto suavizante más suficiente en el suelo, lo que puede reducir eficazmente la resistencia a la agitación;al levantar, dado que el suelo dentro del cuerpo del pilote se ha mezclado, una proporción menor de agua y cemento puede aumentar efectivamente la resistencia del cuerpo del pilote.
Utilizando el proceso de mezclado de hormigón proyectado mencionado anteriormente, el pilote mezclador de cuatro ejes puede lograr el mismo efecto que el proceso convencional con un contenido de cemento del 13% al 18%, cumpliendo con los requisitos de ingeniería para la resistencia e impermeabilidad de los pilotes mezcladores de cemento y suelo. , y al mismo tiempo provoca cambios debido al cemento. La ventaja de reducir la dosis es que el suelo de reemplazo durante el proceso de construcción también se reduce en consecuencia.El inclinómetro instalado en la tubería de perforación resuelve el problema del difícil control de la verticalidad durante la construcción de pilotes convencionales de mezcla de suelo y cemento.La verticalidad medida del cuerpo del pilote de mezcla de cuatro ejes puede alcanzar 1/300.
6 、 Aplicaciones de ingeniería
Para estudiar más a fondo la resistencia del cuerpo del pilote de mezcla de cuatro ejes con microperturbación digital DMP y el impacto del proceso de formación del pilote en el suelo circundante, se llevaron a cabo experimentos de campo en diferentes condiciones estratigráficas.La resistencia de las muestras de cemento y de suelo medidas en los días 21 y 28 de las muestras de núcleos de pilotes de mezcla recolectadas alcanzó 0,8 MPa, lo que cumple con los requisitos de resistencia del cemento y del suelo en la ingeniería subterránea convencional.
En comparación con los pilotes tradicionales de mezcla de cemento y suelo, los pilotes de mezcla de microperturbación (método IMS) y de lechada por chorro de alta presión (método MJS) de uso común pueden reducir significativamente el desplazamiento horizontal del suelo circundante y el asentamiento superficial causado por la construcción de pilotes. ..En la práctica de la ingeniería, los dos métodos anteriores se reconocen como técnicas de construcción de microperturbaciones y se utilizan a menudo en proyectos de ingeniería con altos requisitos de protección ambiental circundante.
La Tabla 2 compara los datos de monitoreo del suelo circundante y la deformación de la superficie causada por la pila de mezcla de cuatro ejes con microperturbación digital DMP, el método de construcción MJS y el método de construcción IMS durante el proceso de construcción.Durante el proceso de construcción del pilote mezclador de cuatro ejes con microperturbación, a una distancia de 2 metros del cuerpo del pilote, el desplazamiento horizontal y la elevación vertical del suelo se pueden controlar a aproximadamente 5 mm, lo que equivale al método de construcción MJS. y el método de construcción IMS, y puede lograr una alteración mínima del suelo alrededor del pilote durante el proceso de construcción del pilote.
En la actualidad, los pilotes mezcladores de cuatro ejes con microperturbación digital DMP se han utilizado con éxito en diferentes tipos de proyectos, como refuerzo de cimientos e ingeniería de pozos de cimientos en Jiangsu, Zhejiang, Shanghai y otros lugares.Combinando la investigación, el desarrollo y la aplicación de ingeniería de la tecnología de pilotes de mezcla de cuatro ejes, se compiló el "Estándar técnico para pilotes de mezcla de cuatro ejes con microperturbaciones" (T/SSCE 0002-2022) (Estándar del Grupo de la Sociedad de Ingeniería Civil de Shanghai), que incluye equipos, diseño, construcción y pruebas, etc. Se han presentado requisitos específicos para estandarizar la aplicación de la tecnología de pilotes de mezcla de cuatro ejes con microperturbación digital DMP.
Hora de publicación: 22 de septiembre de 2023