Forskningsutbyte |DMP-I digital mikrostörning med fyra axlar blandande högteknologi, forskning och utveckling och tillämpning

Sammanfattning

Med tanke på de problem som finns i den konventionella påltekniken för blandning av cement och jord, såsom ojämn fördelning av pålkroppens styrka, stora konstruktionsstörningar och stor påverkan på pålens kvalitet av mänskliga faktorer, är en ny teknik med DMP digital mikrostörning fyra- axelblandningspålen utvecklades.I denna teknik kan fyra borrkronor spruta slam och gas samtidigt och arbeta med flera lager av skärblad med variabel vinkel för att skära jorden under pålbildningsprocessen.Kompletterat med sprutningsprocessen för omvandling upp och ner, löser den problemet med ojämn styrkafördelning av pålkroppen och kan effektivt minska cementförbrukningen.Med hjälp av spalten som bildas mellan det specialformade borrröret och jorden släpps slurryn ut autonomt, vilket ger en lätt störning av jorden runt högen under byggprocessen.Det digitala styrsystemet realiserar den automatiserade konstruktionen av pålbildning och kan övervaka, registrera och ge tidig varning för pålbildningsprocessen i realtid.

Introduktion

Cement-jordblandningshögar används i stor utsträckning inom området för teknisk konstruktion: såsom jordförstärkning och vattentäta gardiner i grundgropsprojekt;hålförstärkning i sköldtunnlar och rördomkraftsbrunnar;grundbehandling av svaga jordlager;anti-läckage i vattenskyddsprojekt väggar samt barriärer i soptippar med mera.För närvarande, när omfattningen av projekt blir större och större, har kraven på konstruktionseffektivitet och miljöskydd för cement-jordblandningspålar blivit högre och högre.Dessutom, för att möta de allt mer komplexa miljöskyddskraven kring projektkonstruktionen, måste konstruktionskvaliteten för cement-jordblandningspålar kontrolleras.Och att minska byggandets påverkan på den omgivande miljön har blivit ett akut behov.

Konstruktionen av blandningspålar använder huvudsakligen en blandningsborr för att blanda cement och jord in situ för att bilda en påle med en viss styrka och anti-läckageprestanda.Vanligt använda cement- och jordblandningshögar inkluderar enkelaxliga, dubbelaxliga, treaxliga och femaxliga cement- och jordblandningshögar.Dessa typer av blandningshögar har också olika sprutnings- och blandningsprocesser.

Den enaxliga blandningshögen har bara ett borrrör, botten sprutas och blandningen utförs genom ett litet antal blad.Detta begränsas av antalet borrrör och blandningsblad, och arbetseffektiviteten är relativt låg;

Den biaxiala blandningshögen består av 2 borrrör, med ett separat slurryrör i mitten för injektering.De två borrrören har inte injekteringsfunktionen eftersom borrkronorna på båda sidor måste röras om upprepade gånger för att slurryn ska sprutas från det mellersta slurryröret inom det plana området.Fördelningen är enhetlig, så processen "två sprayer och tre omrörningar" krävs under konstruktionen av dubbelaxeln, vilket begränsar dubbelaxelns konstruktionseffektivitet, och likformigheten i pålbildningen är också relativt dålig.Det maximala byggdjupet är cirka 18 meter [1];

Den treaxliga blandningshögen innehåller tre borrrör, med injekteringsbruk sprutat på båda sidor och tryckluft sprutat i mitten.Detta arrangemang kommer att göra att hållfastheten hos den mellersta pålen blir mindre än den på de två sidorna, och pålkroppen kommer att ha svaga länkar på planet;dessutom den treaxliga blandningspålen. Vattencementen som används är relativt stor, vilket minskar pålkroppens hållfasthet i viss mån;

Den femaxliga blandningshögen är baserad på två- och treaxlig, lägger till antalet blandningsborrstavar för att förbättra arbetseffektiviteten och förbättrar kvaliteten på pålkroppen genom att öka antalet blandningsblad [2-3] .Processen för sprutning och blandning skiljer sig från de två första.Det är ingen skillnad.

Störningen av den omgivande jorden under konstruktionen av cement-jord-blandningshögar orsakas huvudsakligen av klämning och sprickbildning av jorden orsakad av omrörning av blandningsbladen, och penetration och sprickning av cementuppslamningen [4-5].På grund av de stora störningar som orsakas av byggandet av konventionella blandningspålar, vid byggande i känsliga miljöer såsom intilliggande kommunala anläggningar och skyddade byggnader, är det vanligtvis nödvändigt att använda dyrare allround högtryckssprutning (MJS-metoden) eller enkel injektering. -axelblandningspålar (IMS-metoden) och andra mikrostrukturer.Störande byggmetoder.

Dessutom, under konstruktionen av konventionella blandningspålar, är viktiga konstruktionsparametrar såsom sänknings- och lyfthastigheten för borrröret och mängden sprutbetong nära relaterade till operatörernas erfarenhet.Detta gör det också svårt att spåra konstruktionsprocessen för blandningspålarna och resulterar i skillnader i pålarnas kvalitet.

För att lösa problemen med konventionella cement-jordblandningspålar, såsom ojämn fördelning av pålens styrka, stora konstruktionsstörningar och många mänskliga störningsfaktorer, har Shanghais ingenjörssamhälle utvecklat en ny digital mikrostörningsteknik med fyra axlar för blandningspålar.Den här artikeln kommer i detalj att introducera egenskaperna och de tekniska tillämpningseffekterna av fyraxlig blandningspålteknik i sprutbetongsblandningsteknik, konstruktionsstörningskontroll och automatiserad konstruktion.

1、DMP digital mikrostörning med fyra axlar för blandningshögutrustning

DMP-I digitala fyraaxliga blandningspåldrivningsutrustning för mikroperturbation består huvudsakligen av ett blandningssystem, ett pålramsystem, ett gasförsörjningssystem, ett automatiskt massa- och massatillförselsystem och ett digitalt styrsystem för att realisera automatiserad pålkonstruktion .

2、 Blandnings- och sprutprocess

De fyra borrrören är försedda med sprutbetongrör och jetrör inuti.Som visas i figur 2 kan borrhuvudet spruta slam och tryckluft samtidigt under pålformningsprocessen, vilket undviker de problem som orsakas av sprutning av vissa borrrör och sprutning av vissa borrrör.Problemet med ojämn fördelning av pålstyrkan på planet;eftersom varje borrrör har ingrepp av tryckluft kan blandningsmotståndet reduceras helt, vilket är användbart för konstruktion i hårdare jordlager och sandig jord, och kan göra att cement och jord blandas.Dessutom kan tryckluft påskynda kolsyraprocessen av cement och jord och förbättra den tidiga styrkan hos cement och jord i blandningshögen.

Blandningsborrkronorna i DMP-I digitala fyraaxliga blandningspåldrivare med mikroperturbation är utrustade med 7 lager blandningsblad med variabel vinkel.Antalet enpunktsjordblandningar kan nå 50 gånger, vilket vida överstiger de 20 gånger som rekommenderas av specifikationen;blandningsborren Den är utrustad med differentialblad som inte roterar med borrröret under pålbildningsprocessen, vilket effektivt kan förhindra bildning av lerkulor.Detta kan inte bara öka antalet jordblandningstider, utan också förhindra bildningen av stora jordklumpar under blandningsprocessen, vilket säkerställer slurryns enhetlighet i jorden.

DMP-I digital mikroperturbation med fyra axlar för blandningshögen använder upp- och nedkonverteringsteknik för sprutbetong som visas i figur 3. Det finns två lager sprutbetongportar på blandningsborrhuvudet.När den sjunker öppnas den nedre sprutbetongporten.Den sprutade slurryn blandas helt med jorden under inverkan av det övre blandningsbladet.När den lyfts stängs den nedre sprutbetongporten och öppnar samtidigt den övre gunitporten så att slurryn som skjuts ut från den övre gunitporten kan blandas helt med jorden under inverkan av de nedre bladen.På detta sätt kan uppslamningen och jorden omröras helt under hela processen med att sjunka och omröra, vilket ytterligare förbättrar enhetligheten hos cement och jord inom djupområdet för pålkroppen och effektivt löser problemet med dubbelaxlar och tre -axis blandningspålteknologi i borrrörslyftningsprocessen.Problemet är att uppslamningen som sprutas från den nedre injektionsporten inte kan omröras helt av omrörarbladen.

3、Konstruktionskontroll av mikrostörningar

Tvärsnittet av borrröret i den digitala DMP-I-mikroperturbationsfyraaxliga blandningspåldrivaren är en ovalliknande specialform.När borrröret roterar, sjunker eller lyfts bildas en slurryutlopps- och avgaskanal runt borröret.Vid omrörning, när det inre trycket i jorden överstiger in-situ spänningen, kommer slurryn att släppas ut naturligt längs slurryutloppskanalen runt borröret, och undviker därigenom klämning av jorden orsakad av ackumulering av slurrygastryck nära blandningsborr.

Den digitala DMP-I-mikroperturbationsblandaren med fyra axlar är utrustad med ett underjordiskt tryckövervakningssystem på borrkronan, som övervakar förändringar i underjordstrycket i realtid under hela pålbildningsprocessen och säkerställer att underjordstrycket är kontrolleras inom ett rimligt område genom att justera slurrygastrycket.Samtidigt kan de konfigurerade differentialbladen effektivt förhindra lera från att fästa vid borrröret och bildandet av lerkulor, och även effektivt minska blandningsmotstånd och jordstörningar.

4、Intelligent konstruktionskontroll

Den digitala DMP-I-mikroperturbationsutrustningen med fyra axlar för blandningspålar är utrustad med ett digitalt styrsystem, som kan realisera automatiserad pålkonstruktion, registrera konstruktionsprocessparametrar i realtid och övervaka och ge tidig varning under pålbildningsprocessen.

Det digitala styrsystemet kan automatiskt slutföra konstruktionen av blandningspålar baserat på de konstruktionsparametrar som bestäms av provpålarna.Den kan automatiskt styra sänkningen och lyftningen av blandningssystemet, slamflödesmatchning och pålbildningshastighet i sektioner enligt fördelningen av det vertikala jordskiktet, justera jettrycket enligt det inställda värdet för marktrycket och styra konstruktionsprocesser såsom upp- och nedkonvertering av sprejfogning.Detta minskar avsevärt inverkan av mänskliga faktorer på konstruktionskvaliteten hos blandningshögen under byggprocessen, och förbättrar tillförlitligheten och konsistensen av blandningshögens kvalitet.

Med hjälp av precisionssensorer installerade på utrustningen kan det digitala styrsystemet övervaka viktiga konstruktionsparametrar som blandningshastighet, sprutvolym, slurrytryck och flöde och underjordiskt tryck, och kan ge tidig varning för onormala byggförhållanden, vilket ökar säkerheten av konstruktionsprocessen för blandningspålen.Transparens och aktualitet för problemlösning.Samtidigt kan det digitala styrsystemet registrera parametrarna för hela byggprocessen och ladda upp de inspelade konstruktionsparametrarna till molnplattformen i realtid via nätverksmodulen för enkel visning och inspektion, vilket säkerställer äktheten och säkerheten för de genererade data under byggprocessen.

5、 Byggteknik och parametrar

Den digitala DMP-mikro-störningsprocessen med fyra axlar för blandningspålkonstruktion inkluderar huvudsakligen konstruktionsförberedelse, provpålkonstruktion och formell pålkonstruktion.Enligt de konstruktionsparametrar som erhållits från provpålens konstruktion, realiserar det digitala konstruktionskontrollsystemet den automatiserade konstruktionen av pålen.I kombination med verklig ingenjörserfarenhet kan de konstruktionsparametrar som visas i Tabell 1 väljas.Till skillnad från konventionella blandningspålar är förhållandet mellan vatten och cement som används för den fyraxliga blandningspålen annorlunda vid sänkning och lyft.Vatten-till-cement-förhållandet som används för att sjunka är 1,0~1,5, medan vatten-till-cement-förhållandet för lyft är 0,8~1,0.Vid sänkning och omrörning har cementuppslamningen ett större vatten-cementförhållande, och slurryn har en mer tillräcklig mjukgörande effekt på jorden, vilket effektivt kan minska omrörningsmotståndet;vid lyft, eftersom jorden i pålkroppen har blandats, kan ett mindre vatten-cementförhållande effektivt öka pålkroppens hållfasthet.

Med den ovan nämnda sprutbetongblandningsprocessen kan den fyraxliga blandningshögen uppnå samma effekt som den konventionella processen med en cementhalt på 13% till 18%, vilket uppfyller de tekniska kraven för hållfastheten och ogenomträngligheten hos cement-jordblandningshögar , och samtidigt åstadkomma förändringar på grund av cement. Fördelen med att minska doseringen är att ersättningsjorden under byggprocessen också minskar i motsvarande mån.Lutningsmätaren installerad på borrröret löser problemet med svår kontroll av vertikalitet under konstruktionen av konventionella cement-jordblandningshögar.Den uppmätta vertikaliteten för den fyraxliga blandningspålens kropp kan nå 1/300.

6, Ingenjörsapplikationer

För att ytterligare studera pålkroppens styrka hos den digitala DMP-mikroperturbationsfyraaxliga blandningshögen och påverkan av pålformningsprocessen på den omgivande jorden, utfördes fältexperiment under olika stratigrafiska förhållanden.Styrkan hos cement- och jordkärnprover som uppmätts den 21:a och 28:e dagarna av de insamlade blandningspålens kärnprover nådde 0,8 MPa, vilket uppfyller kraven för cement- och jordhållfasthet i konventionell underjordsteknik.

Jämfört med traditionella cement-jord blandningspålar, kan den vanligen använda all-round högtrycksinjekteringen (MJS-metoden) och mikrostörningsblandningspålarna (IMS-metoden) avsevärt minska den horisontella förskjutningen av omgivande jord och ytsättning orsakad av pålkonstruktion ..Inom ingenjörspraktik är ovanstående två metoder erkända som mikrostörningskonstruktionstekniker och används ofta i ingenjörsprojekt med höga krav på omgivande miljöskydd.

Tabell 2 jämför övervakningsdata för den omgivande marken och ytdeformation orsakad av den digitala DMP-mikroperturbationsfyra-axliga blandningspålen, MJS-konstruktionsmetoden och IMS-konstruktionsmetoden under byggprocessen.Under konstruktionsprocessen av den fyraaxliga blandningspålen med mikrostörningar, på ett avstånd av 2 meter från pålens kropp. Den horisontella förskjutningen och den vertikala höjningen av jorden kan kontrolleras till ca 5 mm, vilket motsvarar MJS konstruktionsmetoden och IMS-konstruktionsmetoden, och kan uppnå minimal störning av jorden runt pålen under pålkonstruktionsprocessen.

För närvarande har DMP digitala mikrostörningar med fyra axlar blandningshögar använts framgångsrikt i olika typer av projekt som förstärkning av fundament och konstruktion av grundgrop i Jiangsu, Zhejiang, Shanghai och andra platser.Genom att kombinera forskning och utveckling och teknisk tillämpning av fyraxlig blandningspålteknologi sammanställdes "Technical Standard for Micro-Disturbance Four-axis Mixing Pile" (T/SSCE 0002-2022) (Shanghai Civil Engineering Society Group Standard), som inkluderar utrustning, design, konstruktion och testning, etc. Specifika krav har lagts fram för att standardisera tillämpningen av DMP digital mikrostörningsteknik med fyra axlar för blandningsstapel.

Posttid: 2023-09-22