CFG桩施工参数自动记录仪及其应用.doc

CFG桩施工参数自动记录仪及其应用2009年第7期铁道建筑RailwayEngineering93文章编号:1003.1995(2009)07.0093.03CFG桩施工参数自动记录仪及其应用杜嘉俊,刘红峰(中铁十七局集团有限公司,太原030006)摘要:通过分析CFG桩施工质量控制存在的问题,详细介绍了CFG桩施工参数自动记录仪的原理,性能,使用方法以及在京沪高速铁路李窑路基CFG桩试验段的应用效果.关键词:CFG桩施工参数自动记录仪中图分类号:TU473.16文献标识码:B1CFG桩简介CFG(cementflying.ashgrave1)桩是水泥粉煤灰碎石桩的简称.桩体材料是由水泥,粉煤灰,碎石,石屑或砂,水和外加剂通过搅拌形成的混合料.成桩方法目前有长螺旋钻孔管内泵压混合料灌注成桩法,振动沉管灌注成桩法和长螺旋钻孔灌注成桩法三种,前者应用最多.近年来,CFG桩在铁路工程地基处理中被大量采用.根据客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准(铁建设2005160号),CFG桩验收主控项目包括水泥和粗细骨料的品种,规格与质量,混合料的坍落度,强度,桩体数量与布桩形式,每根桩的投料量,桩顶浮浆清理与桩体有效长度,桩身质量与完整性以及承载力共八项.其中,每根桩的投料量要求不少于设计灌注量,检验方法为料斗现场计量或混凝土泵自动记录.在铁路工程大面积地基处理中,当CFG桩采用长螺旋钻孑L管内泵压混合料灌注成桩法施工时,一般情况下1台桩机配备1台拖式混凝土泵,1台发电机(无外部电源时)和若干辆混凝土罐车,昼夜连续施工.1根桩的灌注量多取一辆罐车或几辆罐车混合料的平均数,很难准确测定1根桩的实际灌注量,也无法确定桩体不同深度的灌注量.另外,CFG桩验收一般项目包括桩位,桩体垂直度和桩体有效直径三项.其中,桩体有效直径要求不小于设计值,检验方法为开挖50100cm深后,钢尺丈量.开挖检查费时费工,只能检查桩顶附近的直径,无法检查桩长范围内直收稿日期:2009.03.18;修回日期:20090404基金项目:铁道部科技发展计划项目(2008G032.1)作者简介:杜嘉俊(1965一),男,江苏江都人,高级工程师,硕士.径是否全部满足设计要求.2007年中铁十七局集团公司在京沪高速铁路李窑路基CFG桩试验段施工中,研制了CFG桩施工参数自动记录仪,通过应用较好地解决了CFG桩施工中桩体有效直径与灌注量验收遇到的难题,提高了CFG桩施工质量控制水平和施工技术水平.2仪器简介CFG桩施工参数自动记录仪由深度传感器装置,电机电流传感器,泵送传感器和数据记录仪组成,钻进时记录深度,速度,电机的电流,提钻时记录泵送的次数,提钻的速度,深度等实时数据情况.当泵送的混合料数量小于提钻高度所需混合料数量时,红灯闪耀,蜂鸣报警,提示操作人员放慢提钻速度,加快泵送速度,防止出现断桩事故.可直接量测记录钻进深度d,钻进电流,泵送次数n,实时时间t和环境温度,输出间接参数钻进速度,提钻速度和混合料流量Q.仪器由12V电池供电,也可外接电源.内部电池可支持正常工作2h.仪器使用环境温度一1040.2.1深度传感器深度传感器采用编码式传感器,安装在与钻杆相连的钢丝绳上,通过滑轮机构将动力头的直线运动转换为传动轮的转动,传动轮再带动旋转编码器,从而量测出动力头的位移和移动速度,经过换算即得到钻杆钻进深度和速度.深度传感器的精度设计为1cm,测量最大深度为35m.2.2电机电流传感器桩机在钻进过程中,电机电流的差异可反应出地层地质的变化.电流传感器采用霍尔电流传感器,直接安装在电线外.铁道建筑2.3混凝土泵流量传感器混凝土泵为往返式活塞泵.单位时间内混合料的流量Q与泵的活塞截面积,活塞行程以及活塞在缸内往返次数(即泵送次数n)有关.考虑到活塞往返运动依靠液压油缸作为动力,混合料输送量Q通过液压油缸控制电磁阀信号记录泵送次数后计算得到,精度为o.OOlm3.2.4集线盒集线盒是将现场深度传感器,电机电流传感器,混凝土泵流量传感器信号进行汇总的装置.信号汇总后接入数据记录仪.2.5数据记录仪数据记录仪由编码器检测电路,电流检测电路,计数电路,温度测量电路和接线端子组成(见图1),通过转接盒与传感器连接,完成数据采集,显示,打印和存储等工作.图1CFG桩施工参数数据记录仪编码器监测电路接收编码器信号,将编码器输出信息(脉冲数和转向)读入并转换,发给CPU.电流检测电路将电流传感器输出信号进行A/D转换,将转换后的数值发给CPU,CPU算出实时的电流值,并显示.计数电路通过继电器将电磁阀的高压电信号进行隔离转换,转为CPU计数器可识别的脉冲信号.温度测量电路是通过温度敏感元件输出信号进行A/D转换,将转换后的数值传给CPU,CPU经过计算得到实时的环境温度.CPU通过深度的差值存储相应的数据,待记录完毕后,人工选择数据处理方式,可选择串口传输,USB传输,直接打印数据或删除数据.3仪器使用方法如图2所示,自动记录仪开机后系统自检,完毕后进入主菜单,在菜单的右上角显示时间,分别显示数据监测,数据查询,数据传输和参数设置选项.通过面板上的十键选项,被选项呈反显状态,按面板上的确认键可进入下一级菜单.使用前,需先进入参数设置,查看参数是否设置正确,时钟是否准确,确认无误后再进入数据监测,否则会影响监测数据的准确性.根据每车混凝土的数量和泵送完一车所需要的泵送次数,得出每泵送一次的混凝土数量为0.038m3.图2主莱单每台泵机记录之前及在使用中要经常进行校定.深度参数的校定,钻机准确下钻10m时,查看记录仪上的显示下钻深度,进行对比,调整显示系数,以校定深度参数.电流的显示系数,与深度校定相似,钻机屏显电流与记录仪屏显电流对比,调整显示系数.3.1数据监测进入数据监控菜单后,输入桩号,开始监测,如图3所示.CFG桩施工过程中,自动记录仪监测的参数有左侧显示的当前深度(钻进,提钻),速度(钻进,提钻),泵送次数和右侧的,(当前电流),(当前环境温度),L.(当前流量),L.(标准流量),(差额流量).图3数据监控项目图4数据查询菜单3.2数据查询如图4所示,进入数据查询,如有记录,则会显示出已监测过的CFG桩号,通过十键可选择桩号,显示各桩的记录数据.如图5所示,监测数据为分页显示,每页两条资料,通过十0进行翻页显示,按下返回键返回桩号选择菜单.每条数据包括深度,监测日期时间(第一行),电流,温度,速度,泵送次数及流量(第二行).3.3数据传输如图6所示,进入数据传输菜单后,显示为串口输出u盘导出数据打印三个选项,通过十可切换要使用的功能,按下确认选定.图5数据查询项目图6数据传输菜单选择串口输出前,先用串口传输线,将自动记录仪的传输口和计算机的COM口连接好.在计算机上运行数据传输软件,鼠标点击数据上传按钮,则传输软件开始等待数据传输.在记录仪上通过十选择传输范围,既可选择全部传输,也可选择传输单个桩的数据,按下确认开始传输,此时显示传输中2009年第7期CFG桩施工参数自动记录仪及其应用95传输结束,自动返回传输范围选择接口.选择u盘导出前,先将u盘插入USB插口(U盘必须在仪器开机后插入插口,否则仪器将无法识别u盘),通过十选择传输范围,既可选择全部传输,也可选择传输单个桩的数据,按下确认后传输数据.u盘导出文件默认为txt记事本格式,如需要excel格式可在计算机运行数据传输软件,通过其中的数据转换功能将txt格式转换为excel格式.选择数据打印后,在自动记录仪上通过十选择打印范围,即可选择全部或单个桩的数据,进行打印.3.4参数设置如图7所示,进入参数设置菜单后,显示为测量参数,时间校正,清除前次数据和清除全部数据四个选项.如图8所示,进入测量参数选项后,显示为单位流量,泵送量,存储间隔,电流参数,深度参数五项,可通过十键选择参数,通过一一要改变的数字,通过+一改变该位数值的大小.进入时间校正显示为年月日时分秒,通过十一一键选择要修改的时间单位,通过+一改变该时间单位的大小.选择清除前次资料将以桩为单位删除最新一次完整的监测数据记录.选择清除全部数据将清空内存内所有监测数据记录.图7参数设置菜单图8测量参数设置菜单4工程应用实例京沪高速铁路李窑路基CFG桩试验段位于河北省青县境内,起止里程DKI90+124DK190+354,长230m.该段地形平坦,地势开阔,地表向下依次下伏:黏土,黄褐色,硬塑,厚01.3m,d=120kPa;粉质黏土,黄褐色灰褐色,软塑硬塑,厚1.42.4m,口.=130kPa;粉土,黄褐色黑灰色,密实,潮湿,9.09.7m为浅灰色,厚1.73.7m;粉砂,灰黑色,稍密,饱和,含云母,夹10%一15%的黏土,15m以下为中密,厚4.7m;口.=90110kPa;细砂,黄褐色浅黄色,密实,饱和,含云母,局部夹粉土薄层,其中32.335.0m为褐黄色,35m以下为黄褐色,含贝壳碎片,厚9.513.9m,粉质黏土,黄褐色,软塑,含铁锈斑纹,厚4.6nl,=140kPa.该段路基为松软土路堤.为满足无砟轨道工后沉降规定,地基采用CFG桩加固,桩径为O.4m,0.5m,桩长22.8m,23.35m,30.35m,桩间距1.6m,1.7m,1.8m,共计2950根,采用履带式ZL90型长螺旋桩机施工.CFG桩施工参数自动记录仪研制成功后,现场选择桩径0.4m,桩长23.35m以及桩径0.5m,桩长23.35m与30.35m三种类型201根CFG桩,对钻进深度与速度,钻进时桩机电流,提钻速度,泵送次数和混合料泵送量等参数进行实时记录,自动生成*.tet文本格式文件,经数据传输软件处理后生成excel格式数据表格.通过对数据进行统计分析,发现:自动记录仪显示的钻进深度与标记在桩机塔架上的桩长标识相吻合,能够准确记录钻进深度;钻进速度为2.13.0m/min,钻头在黏土,粉质黏土和粉土中的钻进速度较快,在细砂层中的钻进速度较慢;桩机钻进时的电流与地层软硬程度和入土深度有关,幅度100271A,在黏土,粉质黏土和粉土中的电流较小,在细砂层中的电流较大;CFG桩存在明显的超灌量,在混凝土泵正常工作,泵管没有堵塞,混合料连续供应等条件下,单根桩的混合料灌人量(见图9)不小于设计值,相应桩体有效直径也满足设计要求.混凝土灌入量,m001002n乓彗l理论灌入量实际灌入量图9某根长23.35