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中文Resumo
Tendo em vista os problemas existentes na tecnologia convencional de estacas de mistura de cimento-solo, como distribuição desigual da resistência do corpo da estaca, grandes perturbações na construção e grande impacto na qualidade da estaca por fatores humanos, uma nova tecnologia de microperturbação digital DMP quatro- pilha de mistura de eixo foi desenvolvida.Nesta tecnologia, quatro brocas podem pulverizar lama e gás ao mesmo tempo e trabalhar com múltiplas camadas de lâminas de corte de ângulo variável para cortar o solo durante o processo de formação da pilha.Complementado pelo processo de pulverização de conversão ascendente, resolve o problema da distribuição desigual da força do corpo da estaca e pode efetivamente reduzir o consumo de cimento.Com a ajuda do vão formado entre o tubo de perfuração de formato especial e o solo, a lama é descarregada de forma autônoma, o que provoca leve perturbação do solo ao redor da estaca durante o processo de construção.O sistema de controle digital realiza a construção automatizada da formação de estacas e pode monitorar, registrar e fornecer alerta antecipado para o processo de formação de estacas em tempo real.
Introdução
As estacas de mistura cimento-solo são amplamente utilizadas no campo da construção de engenharia: como reforço de solo e cortinas impermeáveis em projetos de poços de fundação;reforço de furos em túneis de blindagem e poços de elevação de tubos;tratamento de base de camadas fracas de solo;anti-infiltração em paredes de projetos de conservação de água, bem como barreiras em aterros sanitários e muito mais.Actualmente, à medida que a escala dos projectos se torna cada vez maior, os requisitos para a eficiência da construção e protecção ambiental das estacas de mistura de cimento-solo tornaram-se cada vez mais elevados.Além disso, para atender aos requisitos cada vez mais complexos de proteção ambiental em torno da construção do projeto, a qualidade da construção das estacas de mistura cimento-solo deve ser controlada.E reduzir o impacto da construção no ambiente envolvente tornou-se uma necessidade urgente.
A construção de estacas misturadoras utiliza principalmente uma broca misturadora para misturar cimento e solo in situ para formar uma estaca com certa resistência e desempenho anti-infiltração.As estacas de mistura de cimento e solo comumente usadas incluem estacas de cimento e mistura de solo de eixo único, eixo duplo, três e cinco eixos.Esses tipos de pilhas de mistura também possuem diferentes processos de pulverização e mistura.
A pilha de mistura de eixo único possui apenas um tubo de perfuração, o fundo é pulverizado e a mistura é realizada por meio de um pequeno número de lâminas.Isto é limitado pelo número de tubos de perfuração e lâminas de mistura, e a eficiência do trabalho é relativamente baixa;
A pilha de mistura biaxial consiste em 2 tubos de perfuração, com um tubo de polpa separado no meio para rejuntamento.Os dois tubos de perfuração não têm a função de reboco porque as brocas em ambos os lados precisam ser agitadas repetidamente para fazer com que a lama seja pulverizada do tubo de lama do meio dentro da faixa plana.A distribuição é uniforme, portanto o processo “duas pulverizações e três agitações” é necessário durante a construção do fuste duplo, o que restringe a eficiência de construção do fuste duplo, e a uniformidade da formação da estaca também é relativamente pobre.A profundidade máxima de construção é de cerca de 18 metros [1];
A pilha de mistura de três eixos contém três tubos de perfuração, com argamassa pulverizada em ambos os lados e ar comprimido pulverizado no meio.Este arranjo fará com que a resistência da estaca do meio seja menor do que a dos dois lados, e o corpo da estaca terá elos fracos no plano;além disso, a pilha de mistura de três eixos. O cimento-água utilizado é relativamente grande, o que reduz até certo ponto a resistência do corpo da estaca;
A pilha de mistura de cinco eixos é baseada em dois eixos e três eixos, adicionando o número de hastes de perfuração de mistura para melhorar a eficiência do trabalho e melhorando a qualidade do corpo da estaca aumentando o número de lâminas de mistura [2-3] .O processo de pulverização e mistura é diferente dos dois primeiros.Não há diferença.
A perturbação do solo circundante durante a construção de estacas de mistura cimento-solo é causada principalmente pela compressão e fissuração do solo causada pela agitação das lâminas de mistura e pela penetração e divisão da pasta de cimento [4-5].Devido à grande perturbação causada pela construção de estacas de mistura convencionais, ao construir em ambientes sensíveis, como instalações municipais adjacentes e edifícios protegidos, geralmente é necessário usar jet grouting de alta pressão (método MJS) mais caro ou simples. estacas de mistura de eixo (método IMS) e outras microestruturas.Métodos de construção perturbadores.
Além disso, durante a construção de estacas de mistura convencionais, os principais parâmetros de construção, como a velocidade de afundamento e elevação do tubo de perfuração e a quantidade de concreto projetado, estão intimamente relacionados à experiência dos operadores.Isto também dificulta o rastreamento do processo de construção das estacas de mistura e resulta em diferenças na qualidade das estacas.
A fim de resolver os problemas das estacas convencionais de mistura de cimento-solo, como distribuição irregular da resistência da estaca, grandes perturbações na construção e muitos fatores de interferência humana, a comunidade de engenharia de Xangai desenvolveu uma nova tecnologia de estaca de mistura de quatro eixos com microperturbação digital.Este artigo apresentará em detalhes as características e os efeitos da aplicação de engenharia da tecnologia de pilha de mistura de quatro eixos na tecnologia de mistura de concreto projetado, controle de perturbações na construção e construção automatizada.
1、Equipamento de pilha de mistura de quatro eixos de microperturbação digital DMP
O equipamento bate-estaca de mistura de quatro eixos de microperturbação digital DMP-I consiste principalmente em um sistema de mistura, um sistema de estrutura de estaca, um sistema de fornecimento de gás, um sistema automático de polpação e fornecimento de celulose e um sistema de controle digital para realizar a construção automatizada de estacas .
2、Processo de mistura e pulverização
Os quatro tubos de perfuração são equipados com tubos de concreto projetado e tubos de jato em seu interior.Conforme mostrado na Figura 2, a cabeça de perfuração pode pulverizar lama e ar comprimido ao mesmo tempo durante o processo de formação da estaca, evitando os problemas causados pela pulverização de alguns tubos de perfuração e pela pulverização de alguns tubos de perfuração.O problema da distribuição desigual da resistência da estaca no plano;como cada tubo de perfuração tem a intervenção de ar comprimido, a resistência à mistura pode ser totalmente reduzida, o que é útil para construção em camadas de solo mais duras e solo arenoso, e pode misturar cimento e solo.Além disso, o ar comprimido pode acelerar o processo de carbonatação do cimento e do solo e melhorar a resistência inicial do cimento e do solo na pilha de mistura.
As brocas de mistura do bate-estaca de mistura de quatro eixos de microperturbação digital DMP-I são equipadas com 7 camadas de lâminas de mistura de ângulo variável.O número de misturas de solo em ponto único pode chegar a 50 vezes, excedendo em muito as 20 vezes recomendadas pela especificação;a broca de mistura É equipada com lâminas diferenciais que não giram com o tubo de perfuração durante o processo de formação da pilha, o que pode prevenir eficazmente a formação de bolas de lama de argila.Isto pode não só aumentar o número de tempos de mistura do solo, mas também evitar a formação de grandes torrões de solo durante o processo de mistura, garantindo assim a uniformidade da lama no solo.
A pilha de mistura de quatro eixos de microperturbação digital DMP-I adota a tecnologia de conversão up-down de concreto projetado, conforme mostrado na Figura 3. Existem duas camadas de portas de concreto projetado na cabeça da broca de mistura.Quando afunda, a porta inferior de concreto projetado é aberta.A pasta pulverizada é totalmente misturada com o solo sob a ação da lâmina misturadora superior.Ao ser levantada, a porta inferior de concreto projetado é fechada e ao mesmo tempo abre a porta superior do gunite para que a lama ejetada da porta superior do gunite possa ser totalmente misturada com o solo sob a ação das lâminas inferiores.Desta forma, a lama e o solo podem ser totalmente agitados durante todo o processo de afundamento e agitação, o que aumenta ainda mais a uniformidade do cimento e do solo dentro da faixa de profundidade do corpo da estaca e resolve efetivamente o problema de eixo duplo e três tecnologia de pilha de mistura de eixos no processo de elevação do tubo de perfuração.O problema é que a pasta pulverizada a partir da porta de injeção inferior não pode ser totalmente agitada pelas lâminas de agitação.
3、Controle de construção de micro-distúrbios
A seção transversal do tubo de perfuração do bate-estaca de mistura de quatro eixos de microperturbação digital DMP-I tem um formato especial oval.Quando o tubo de perfuração gira, afunda ou sobe, uma descarga de lama e um canal de exaustão serão formados ao redor do tubo de perfuração.Ao agitar, quando a pressão interna do solo excede a tensão in-situ, a lama será descarregada naturalmente ao longo do canal de descarga de lama ao redor do tubo de perfuração, evitando assim a compressão do solo causada pelo acúmulo de pressão de gás de lama perto do broca de mistura.
O bate-estaca de mistura de quatro eixos de microperturbação digital DMP-I está equipado com um sistema de monitoramento de pressão subterrânea na broca, que monitora as mudanças na pressão subterrânea em tempo real durante todo o processo de formação da estaca e garante que a pressão subterrânea seja controlado dentro de uma faixa razoável ajustando a pressão do gás de lama.Ao mesmo tempo, as lâminas diferenciais configuradas podem prevenir eficazmente a aderência da argila ao tubo de perfuração e a formação de bolas de lama, e também reduzir eficazmente a resistência à mistura e a perturbação do solo.
4、Controle de construção inteligente
O equipamento de bate-estaca de mistura de quatro eixos de microperturbação digital DMP-I é equipado com um sistema de controle digital, que pode realizar a construção automatizada de estacas, registrar parâmetros do processo de construção em tempo real e monitorar e fornecer alerta precoce durante o processo de formação de estacas.
O sistema de controle digital pode concluir automaticamente a construção de estacas de mistura com base nos parâmetros de construção determinados pelas estacas de teste.Ele pode controlar automaticamente o afundamento e levantamento do sistema de mistura, correspondência de fluxo de lama e velocidade de formação de pilha em seções de acordo com a distribuição da camada vertical do solo, ajustar a pressão do jato de acordo com o valor definido da pressão no solo e controlar processos de construção como conversão para cima e para baixo de reboco por pulverização.Isto reduz significativamente o impacto dos fatores humanos na qualidade de construção da pilha de mistura durante o processo de construção e melhora a confiabilidade e consistência da qualidade da pilha de mistura.
Com a ajuda de sensores de precisão instalados no equipamento, o sistema de controle digital pode monitorar os principais parâmetros de construção, como velocidade de mistura, volume de pulverização, pressão e fluxo de lama e pressão subterrânea, e pode fornecer alerta precoce para condições anormais de construção, aumentando a segurança do processo de construção da pilha de mistura.Transparência e pontualidade na resolução de problemas.Ao mesmo tempo, o sistema de controle digital pode registrar os parâmetros de todo o processo de construção e carregar os parâmetros de construção registrados para a plataforma em nuvem em tempo real através do módulo de rede para fácil visualização e inspeção, garantindo a autenticidade e segurança dos dados gerados durante o processo de construção.
5、Tecnologia e parâmetros de construção
O processo de construção de estacas de mistura de quatro eixos de microperturbação digital DMP inclui principalmente preparação de construção, construção de estacas de teste e construção de estacas formais.De acordo com os parâmetros de construção obtidos na construção da estaca experimental, o sistema digital de controle de construção realiza a construção automatizada da estaca.Combinados com a experiência real de engenharia, os parâmetros de construção mostrados na Tabela 1 podem ser selecionados.Diferente das estacas de mistura convencionais, a relação água/cimento usada para a estaca de mistura de quatro eixos é diferente ao afundar e levantar.A proporção de água para cimento usada para afundamento é de 1,0 ~ 1,5, enquanto a proporção de água para cimento para elevação é de 0,8 ~ 1,0.Ao afundar e mexer, a pasta de cimento tem uma proporção água-cimento maior, e a pasta tem um efeito amaciante mais suficiente no solo, o que pode efetivamente reduzir a resistência à agitação;ao levantar, uma vez que o solo dentro do corpo da estaca foi misturado, uma proporção menor de água-cimento pode efetivamente aumentar a resistência do corpo da estaca.
Usando o processo de mistura de concreto projetado acima mencionado, a pilha de mistura de quatro eixos pode obter o mesmo efeito que o processo convencional com um teor de cimento de 13% a 18%, atendendo aos requisitos de engenharia para resistência e impermeabilidade das estacas de mistura de cimento-solo , e ao mesmo tempo provocar mudanças devido ao cimento. A vantagem de reduzir a dosagem é que o solo de reposição durante o processo de construção também é reduzido proporcionalmente.O inclinômetro instalado no tubo de perfuração resolve o problema do difícil controle da verticalidade durante a construção de estacas convencionais de mistura de cimento-solo.A verticalidade medida do corpo da estaca de mistura de quatro eixos pode chegar a 1/300.
6、Aplicações de Engenharia
A fim de estudar ainda mais a resistência do corpo da estaca de mistura de quatro eixos de microperturbação digital DMP e o impacto do processo de formação da estaca no solo circundante, experimentos de campo foram realizados em diferentes condições estratigráficas.A resistência das amostras de núcleo de cimento e solo medidas no 21º e 28º dias das amostras de núcleo de estaca de mistura coletadas atingiu 0,8 MPa, o que atende aos requisitos de resistência de cimento e solo na engenharia subterrânea convencional.
Em comparação com as estacas tradicionais de mistura de cimento-solo, o jet grouting de alta pressão comumente usado (método MJS) e as estacas de mistura de microperturbações (método IMS) podem reduzir significativamente o deslocamento horizontal do solo circundante e o recalque da superfície causado pela construção de estacas ..Na prática de engenharia, os dois métodos acima são reconhecidos como técnicas de construção de microperturbações e são frequentemente utilizados em projetos de engenharia com elevados requisitos de proteção ambiental circundante.
A Tabela 2 compara os dados de monitoramento do solo circundante e da deformação da superfície causada pela pilha de mistura de quatro eixos de microperturbação digital DMP, método de construção MJS e método de construção IMS durante o processo de construção.Durante o processo de construção da estaca de mistura de quatro eixos de microperturbação, a uma distância de 2 metros do corpo da estaca. O deslocamento horizontal e a elevação vertical do solo podem ser controlados em cerca de 5 mm, o que equivale ao método de construção MJS e o método de construção IMS, e pode causar perturbação mínima no solo ao redor da estaca durante o processo de construção da estaca.
Atualmente, as estacas de mistura de quatro eixos de microperturbação digital DMP têm sido usadas com sucesso em diferentes tipos de projetos, como reforço de fundações e engenharia de poços de fundação em Jiangsu, Zhejiang, Xangai e outros lugares.Combinando a pesquisa e o desenvolvimento e a aplicação de engenharia da tecnologia de pilha de mistura de quatro eixos, foi compilado o "Padrão Técnico para Pilha de Mistura de Quatro Eixos de Micro-Distúrbios" (T/SSCE 0002-2022) (Padrão do Grupo da Sociedade de Engenharia Civil de Xangai), que inclui equipamentos, projeto, construção e testes, etc. Requisitos específicos foram apresentados para padronizar a aplicação da tecnologia de pilha de mistura de quatro eixos de microperturbação digital DMP.
Horário da postagem: 22 de setembro de 2023