CFG樁施工參數(shù)自動記錄儀及其應用

1、.CFG樁施工參數(shù)自動記錄儀及其應用2009年第7期鐵道建筑RailwayEngineering93文章編號:1003.1995(2009)07.0093.03CFG樁施工參數(shù)自動記錄儀及其應用杜嘉俊,劉紅峰(中鐵十七局集團有限公司,太原030006)摘要:通過分析CFG樁施工質量控制存在的問題,詳細介紹了CFG樁施工參數(shù)自動記錄儀的原理,性能,使用方法以及在京滬高速鐵路李窯路基CFG樁試驗段的應用效果.關鍵詞:CFG樁施工參數(shù)自動記錄儀中圖分類號:TU473.16文獻標識碼:B1CFG樁簡介CFG(cementflying.ashgrave1)樁是水泥粉煤灰碎石樁的簡稱.樁體材料是由水泥,粉

2、煤灰,碎石,石屑或砂,水和外加劑通過攪拌形成的混合料.成樁方法目前有長螺旋鉆孔管內泵壓混合料灌注成樁法,振動沉管灌注成樁法和長螺旋鉆孔灌注成樁法三種,前者應用最多.近年來,CFG樁在鐵路工程地基處理中被大量采用.根據(jù)"客運專線鐵路路基工程施工質量驗收暫行標準"(鐵建設2005160號),CFG樁驗收主控項目包括"水泥和粗細骨料的品種,規(guī)格與質量,混合料的坍落度,強度,樁體數(shù)量與布樁形式,每根樁的投料量,樁頂浮漿清理與樁體有效長度,樁身質量與完整性以及承載力"共八項.其中,每根樁的投料量要求不少于設計灌注量,檢驗方法為"料斗現(xiàn)場計量或混凝土泵自動

3、記錄".在鐵路工程大面積地基處理中,當CFG樁采用長螺旋鉆孑L管內泵壓混合料灌注成樁法施工時,一般情況下1臺樁機配備1臺拖式混凝土泵,1臺發(fā)電機(無外部電源時)和若干輛混凝土罐車,晝夜連續(xù)施工.1根樁的灌注量多取一輛罐車或幾輛罐車混合料的平均數(shù),很難準確測定1根樁的實際灌注量,也無法確定樁體不同深度的灌注量.另外,CFG樁驗收一般項目包括"樁位,樁體垂直度和樁體有效直徑"三項.其中,樁體有效直徑要求"不小于設計值",檢驗方法為"開挖50100cm深后,鋼尺丈量".開挖檢查費時費工,只能檢查樁頂附近的直徑,無法檢查樁長范圍內直

4、收稿日期:2009.03.18;修回日期:20090404基金項目:鐵道部科技發(fā)展計劃項目(2008G032.1)作者簡介:杜嘉俊(1965一),男,江蘇江都人,高級工程師,碩士.徑是否全部滿足設計要求.2007年中鐵十七局集團公司在京滬高速鐵路李窯路基CFG樁試驗段施工中,研制了CFG樁施工參數(shù)自動記錄儀,通過應用較好地解決了CFG樁施工中樁體有效直徑與灌注量驗收遇到的難題,提高了CFG樁施工質量控制水平和施工技術水平.2儀器簡介CFG樁施工參數(shù)自動記錄儀由深度傳感器裝置,電機電流傳感器,泵送傳感器和數(shù)據(jù)記錄儀組成,鉆進時記錄深度,速度,電機的電流,提鉆時記錄泵送的次數(shù),提鉆的速度,深度等實

5、時數(shù)據(jù)情況.當泵送的混合料數(shù)量小于提鉆高度所需混合料數(shù)量時,紅燈閃耀,蜂鳴報警,提示操作人員放慢提鉆速度,加快泵送速度,防止出現(xiàn)斷樁事故.可直接量測記錄鉆進深度d,鉆進電流,泵送次數(shù)n,實時時間t和環(huán)境溫度,輸出間接參數(shù)鉆進速度,提鉆速度和混合料流量Q.儀器由12V電池供電,也可外接電源.內部電池可支持正常工作2h.儀器使用環(huán)境溫度一1040.2.1深度傳感器深度傳感器采用編碼式傳感器,安裝在與鉆桿相連的鋼絲繩上,通過滑輪機構將動力頭的直線運動轉換為傳動輪的轉動,傳動輪再帶動旋轉編碼器,從而量測出動力頭的位移和移動速度,經過換算即得到鉆桿鉆進深度和速度.深度傳感器的精度設計為1cm,測量最大深

6、度為35m.2.2電機電流傳感器樁機在鉆進過程中,電機電流的差異可反應出地層地質的變化.電流傳感器采用霍爾電流傳感器,直接安裝在電線外.鐵道建筑2.3混凝土泵流量傳感器混凝土泵為往返式活塞泵.單位時間內混合料的流量Q與泵的活塞截面積,活塞行程以及活塞在缸內往返次數(shù)(即泵送次數(shù)n)有關.考慮到活塞往返運動依靠液壓油缸作為動力,混合料輸送量Q通過液壓油缸控制電磁閥信號記錄泵送次數(shù)后計算得到,精度為o.OOlm3.2.4集線盒集線盒是將現(xiàn)場深度傳感器,電機電流傳感器,混凝土泵流量傳感器信號進行匯總的裝置.信號匯總后接入數(shù)據(jù)記錄儀.2.5數(shù)據(jù)記錄儀數(shù)據(jù)記錄儀由編碼器檢測電路,電流檢測電路,計數(shù)電路,溫

7、度測量電路和接線端子組成(見圖1),通過轉接盒與傳感器連接,完成數(shù)據(jù)采集,顯示,打印和存儲等工作.圖1CFG樁施工參數(shù)數(shù)據(jù)記錄儀編碼器監(jiān)測電路接收編碼器信號,將編碼器輸出信息(脈沖數(shù)和轉向)讀入并轉換,發(fā)給CPU.電流檢測電路將電流傳感器輸出信號進行A/D轉換,將轉換后的數(shù)值發(fā)給CPU,CPU算出實時的電流值,并顯示.計數(shù)電路通過繼電器將電磁閥的高壓電信號進行隔離轉換,轉為CPU計數(shù)器可識別的脈沖信號.溫度測量電路是通過溫度敏感元件輸出信號進行A/D轉換,將轉換后的數(shù)值傳給CPU,CPU經過計算得到實時的環(huán)境溫度.CPU通過深度的差值存儲相應的數(shù)據(jù),待記錄完畢后,人工選擇數(shù)據(jù)處理方式,可選擇串

8、口傳輸,USB傳輸,直接打印數(shù)據(jù)或刪除數(shù)據(jù).3儀器使用方法如圖2所示,自動記錄儀開機后系統(tǒng)自檢,完畢后進入主菜單,在菜單的右上角顯示時間,分別顯示數(shù)據(jù)監(jiān)測,數(shù)據(jù)查詢,數(shù)據(jù)傳輸和參數(shù)設置選項.通過面板上的"十'"鍵選項,被選項呈反顯狀態(tài),按面板上的"確認"鍵可進入下一級菜單.使用前,需先進入?yún)?shù)設置,查看參數(shù)是否設置正確,時鐘是否準確,確認無誤后再進入數(shù)據(jù)監(jiān)測,否則會影響監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性.根據(jù)每車混凝土的數(shù)量和泵送完一車所需要的泵送次數(shù),得出每泵送一次的混凝土數(shù)量為0.038m3.圖2主萊單每臺泵機記錄之前及在使用中要經常進行校定.深度參數(shù)的校定,

9、鉆機準確下鉆10m時,查看記錄儀上的顯示下鉆深度,進行對比,調整顯示系數(shù),以校定深度參數(shù).電流的顯示系數(shù),與深度校定相似,鉆機屏顯電流與記錄儀屏顯電流對比,調整顯示系數(shù).3.1數(shù)據(jù)監(jiān)測進入"數(shù)據(jù)監(jiān)控"菜單后,輸入樁號,開始監(jiān)測,如圖3所示.CFG樁施工過程中,自動記錄儀監(jiān)測的參數(shù)有左側顯示的當前深度(鉆進,提鉆),速度(鉆進,提鉆),泵送次數(shù)和右側的,(當前電流),(當前環(huán)境溫度),L.(當前流量),L.(標準流量),(差額流量).圖3數(shù)據(jù)監(jiān)控項目圖4數(shù)據(jù)查詢菜單3.2數(shù)據(jù)查詢如圖4所示,進入"數(shù)據(jù)查詢",如有記錄,則會顯示出已監(jiān)測過的CFG樁號,通過&

10、quot;十"""鍵可選擇樁號,顯示各樁的記錄數(shù)據(jù).如圖5所示,監(jiān)測數(shù)據(jù)為分頁顯示,每頁兩條資料,通過"十'0"進行翻頁顯示,按下"返回"鍵返回樁號選擇菜單.每條數(shù)據(jù)包括深度,監(jiān)測日期時間(第一行),電流,溫度,速度,泵送次數(shù)及流量(第二行).3.3數(shù)據(jù)傳輸如圖6所示,進入"數(shù)據(jù)傳輸"菜單后,顯示為"串口輸出""u盤導出""數(shù)據(jù)打印"三個選項,通過"十"""可切換要使用的功能,按下"確認&

11、quot;選定.圖5數(shù)據(jù)查詢項目圖6數(shù)據(jù)傳輸菜單選擇"串口輸出"前,先用串口傳輸線,將自動記錄儀的傳輸口和計算機的COM口連接好.在計算機上運行數(shù)據(jù)傳輸軟件,鼠標點擊"數(shù)據(jù)上傳"按鈕,則傳輸軟件開始等待數(shù)據(jù)傳輸.在記錄儀上通過"十"""選擇傳輸范圍,既可選擇全部傳輸,也可選擇傳輸單個樁的數(shù)據(jù),按下"確認"開始傳輸,此時顯示"傳輸中"2009年第7期CFG樁施工參數(shù)自動記錄儀及其應用95傳輸結束,自動返回傳輸范圍選擇接口.選擇"u盤導出"前,先將u盤插入US

12、B插口(U盤必須在儀器開機后插入插口,否則儀器將無法識別u盤),通過"十"""選擇傳輸范圍,既可選擇全部傳輸,也可選擇傳輸單個樁的數(shù)據(jù),按下"確認"后傳輸數(shù)據(jù).u盤導出文件默認為"txt"記事本格式,如需要"excel"格式可在計算機運行數(shù)據(jù)傳輸軟件,通過其中的"數(shù)據(jù)轉換"功能將"txt"格式轉換為"excel"格式.選擇"數(shù)據(jù)打印"后,在自動記錄儀上通過"十"""選擇打印范圍

13、,即可選擇全部或單個樁的數(shù)據(jù),進行打印.3.4參數(shù)設置如圖7所示,進入"參數(shù)設置"菜單后,顯示為"測量參數(shù)","時間校正","清除前次數(shù)據(jù)"和"清除全部數(shù)據(jù)"四個選項.如圖8所示,進入"測量參數(shù)"選項后,顯示為單位流量,泵送量,存儲間隔,電流參數(shù),深度參數(shù)五項,可通過"十"""鍵選擇參數(shù),通過"一""一"要改變的數(shù)字,通過"+'一"改變該位數(shù)值的大小.進入"時

14、間校正"顯示為"年""月""日""時""分""秒",通過"十""""一""一"鍵選擇要修改的時間單位,通過"+""一"改變該時間單位的大小.選擇"清除前次資料"將以"樁"為單位刪除最新一次完整的監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄.選擇"清除全部數(shù)據(jù)"將清空內存內所有監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄.圖7參數(shù)設置菜單圖8測量參數(shù)設置

15、菜單4工程應用實例京滬高速鐵路李窯路基CFG樁試驗段位于河北省青縣境內,起止里程DKI90+124DK190+354,長230m.該段地形平坦,地勢開闊,地表向下依次下伏:黏土,黃褐色,硬塑,厚01.3m,d=120kPa;粉質黏土,黃褐色灰褐色,軟塑硬塑,厚1.42.4m,口.=130kPa;粉土,黃褐色黑灰色,密實,潮濕,9.09.7m為淺灰色,厚1.73.7m;粉砂,灰黑色,稍密,飽和,含云母,夾10%一15%的黏土,15m以下為中密,厚4.7m;口.=90110kPa;細砂,黃褐色淺黃色,密實,飽和,含云母,局部夾粉土薄層,其中32.335.0m為褐黃色,35m以下為黃褐色,含貝殼碎片

16、,厚9.513.9m,粉質黏土,黃褐色,軟塑,含鐵銹斑紋,厚4.6nl,=140kPa.該段路基為松軟土路堤.為滿足無砟軌道工后沉降規(guī)定,地基采用CFG樁加固,樁徑為O.4m,0.5m,樁長22.8m,23.35m,30.35m,樁間距1.6m,1.7m,1.8m,共計2950根,采用履帶式ZL90型長螺旋樁機施工.CFG樁施工參數(shù)自動記錄儀研制成功后,現(xiàn)場選擇樁徑0.4m,樁長23.35m以及樁徑0.5m,樁長23.35m與30.35m三種類型201根CFG樁,對鉆進深度與速度,鉆進時樁機電流,提鉆速度,泵送次數(shù)和混合料泵送量等參數(shù)進行實時記錄,自動生成*.tet文本格式文件,經數(shù)據(jù)傳輸軟件處理后生成excel格式數(shù)據(jù)表格.通過對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,發(fā)現(xiàn):自動記錄儀顯示的鉆進深度與標記在樁機塔架上的樁長標識相吻合,能夠準確記錄鉆進深度;鉆進速度為2.13.0m/min,鉆頭在黏土,粉質黏土和粉土中的鉆進速度較快,在細砂層中的鉆進速度較慢;樁機鉆進時的電流與地層軟硬程度和入土深度有關,幅度100271A,在黏土,粉質黏土和粉土中的電流較小,在細砂層中的電流較大;CFG樁存在明顯的超灌量,在混凝土泵正常工作,泵管沒有堵塞,混合料連續(xù)供應等條件下,單根樁的混合料灌人量(見圖9)不小于設計值,相應樁體有效直徑也滿足設計要求