本發(fā)明屬于巖土工程，更具體地，涉及一種高壓旋噴樁成樁強(qiáng)度智能預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、高壓旋噴樁技術(shù)是一種地基處理和地下連續(xù)墻施工的重要方法，利用高壓噴射水泥漿液或其他固化劑混合物加固土壤結(jié)構(gòu)。在建筑基礎(chǔ)工程、堤壩防護(hù)、隧道支護(hù)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。當(dāng)前，隨著工程技術(shù)的進(jìn)步和施工設(shè)備的智能化升級(jí)，高壓旋噴樁工藝的施工效率和質(zhì)量控制能力均有顯著提升。隨著城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷深化，以及環(huán)保要求的提高，高壓旋噴樁因其施工噪音低、污染小、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，在未來(lái)的地基處理行業(yè)中占據(jù)更為重要的地位。預(yù)計(jì)隨著新材料的研發(fā)和施工技術(shù)的革新，該技術(shù)將在深度更大、地質(zhì)條件更復(fù)雜的工程場(chǎng)景中發(fā)揮更大的作用。

2、雖然高壓旋噴樁在各行業(yè)已有大量的成功案例，但針對(duì)成樁后的樁身強(qiáng)度的檢測(cè)，仍采用傳統(tǒng)的鉆探取芯的方式。規(guī)范建議的取芯檢測(cè)，一般要等到成樁28天或達(dá)到一定齡期，樁身達(dá)到一定強(qiáng)度后測(cè)試。此時(shí)如果發(fā)現(xiàn)樁身強(qiáng)度不滿足設(shè)計(jì)要求，再進(jìn)行返工，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致施工成本的大幅增加。目前存在一種樁身成樁強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法，基于施工現(xiàn)場(chǎng)返漿測(cè)試結(jié)果，結(jié)合對(duì)現(xiàn)場(chǎng)噴漿施工參數(shù)、返漿量監(jiān)測(cè)、返漿比重、返漿含水率、返漿edta滴定試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算分析，可以準(zhǔn)確測(cè)得樁體的水泥質(zhì)量（或水泥摻量），結(jié)合配置的不同水泥摻量的試塊強(qiáng)度曲線，預(yù)測(cè)樁體齡期強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)樁體成樁質(zhì)量的快速預(yù)測(cè)。但是該方法沒(méi)有考慮高壓旋噴樁水泥土混合物返漿的延遲效應(yīng)，即高壓旋噴樁樁機(jī)在地面下施工噴出的水泥漿和土體混合后，要經(jīng)歷一定時(shí)間，才能到達(dá)地表；例如當(dāng)鉆噴桿在地面下50m深施工時(shí)，在地面返漿口取得的返漿，實(shí)際上可能是地面下55m處的水泥土混合物。由于不同深度，地層巖性不同，在預(yù)測(cè)強(qiáng)度時(shí)，所采用的試塊強(qiáng)度曲線是不同的，最終預(yù)測(cè)得到的樁身強(qiáng)度是不同的。

3、此外，高壓旋噴樁施工過(guò)程中，高壓水泥漿水力切割原狀土，原狀土破碎后，顆粒大小不同，粒徑不同的原狀土與水泥漿結(jié)合后，在水泥土混合物初凝之前，在重力作用下會(huì)緩慢向下沉淀。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)取芯結(jié)果，發(fā)現(xiàn)樁頂3m范圍內(nèi)，樁身成樁強(qiáng)度相較于其余部分樁體的強(qiáng)度要偏低，且按照設(shè)計(jì)的施工參數(shù)，很有可能出現(xiàn)施工效果不滿足要求的情況。行業(yè)多采用超噴方式，即當(dāng)鉆噴桿到達(dá)設(shè)計(jì)樁頂后，繼續(xù)向上施工1~2m，后續(xù)基坑開(kāi)挖到底后，還需要再破除，增加了工程量。

4、因此，需要一種高壓旋噴樁成樁強(qiáng)度只能預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)，引入沉淀效應(yīng)理論，考慮樁頂以下3m范圍內(nèi)的顆粒沉淀，以及其對(duì)樁身強(qiáng)度的影響，通過(guò)改進(jìn)施工參數(shù)，提高樁頂以下3m范圍內(nèi)的強(qiáng)度，則不必再進(jìn)行超噴和后續(xù)開(kāi)挖破除，可以進(jìn)一步節(jié)省施工成本，推動(dòng)行業(yè)技術(shù)的進(jìn)步。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供一種高壓旋噴樁成樁強(qiáng)度智能預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)，在現(xiàn)有的基于施工現(xiàn)場(chǎng)返漿測(cè)試的高壓旋噴樁成樁強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法的基礎(chǔ)上，考慮了高壓旋噴樁水泥土混合物返漿的延遲效應(yīng)、考慮了樁頂以下3m范圍內(nèi)的水泥漿顆粒沉淀效應(yīng)，解決了強(qiáng)度預(yù)測(cè)結(jié)果不精準(zhǔn)的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，按照本發(fā)明實(shí)施例的第一方面，提供一種高壓旋噴樁成樁強(qiáng)度智能預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟：

3、s0100、根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)結(jié)果，對(duì)高壓旋噴樁施工處的土層進(jìn)行劃分；

4、s0200、測(cè)試不同土層中標(biāo)準(zhǔn)水泥試塊的強(qiáng)度與水泥摻量的關(guān)系曲線；

5、s0300、通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲取不同水泥摻量下的返漿edta滴定標(biāo)準(zhǔn)曲線；

6、s0400、在高壓旋噴樁返漿口進(jìn)行水泥土返漿取樣，確定定量水泥土返漿樣品中對(duì)應(yīng)水泥質(zhì)量；

7、s0500、監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)施工噴漿流量和返漿流量，確定返漿取樣樣品的實(shí)際深度；

8、s0600、測(cè)量水泥土返漿樣品的密度；

9、s0700、對(duì)定量水泥土返漿樣品進(jìn)行烘干處理，得到烘干后的水泥土返漿樣品質(zhì)量；

10、s0800、根據(jù)步驟s0200-s0700中的參數(shù)和曲線，得到樁體中的水泥質(zhì)量；

11、s0900、根據(jù)樁體中的水泥質(zhì)量，得到樁體中的水泥摻量，預(yù)測(cè)樁體齡期無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度；

12、s1000、進(jìn)行水泥土混合物沉淀效應(yīng)分析，預(yù)測(cè)樁頂以下3m范圍內(nèi)的成樁強(qiáng)度。

13、進(jìn)一步地，步驟s0500中，具體還包括以下步驟：

14、s0501、確定深層地基加固土飽和，即噴漿的體積與返漿體積相等，設(shè)定噴漿流量恒定為，鉆探提升速度恒定為；

15、s0502、測(cè)量噴嘴距離地表的高度、樁體的直徑、返漿取樣樣品自實(shí)際噴漿深度到地表的返漿體積；

16、s0503、根據(jù)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)計(jì)算得到返漿實(shí)際深度距離噴嘴高度，從而得到返漿取樣樣品的實(shí)際深度。

17、進(jìn)一步地，步驟s0503中，所述返漿實(shí)際深度距離噴嘴高度為：

18、，

19、其中，為返漿取樣樣品自實(shí)際噴漿深度返漿至地表的耗時(shí)，具體為：

20、，

21、其中，返漿取樣樣品自實(shí)際噴漿深度到地表的返漿體積具體為：

22、，

23、進(jìn)而聯(lián)立得到返漿實(shí)際深度距離噴嘴高度為：

24、。

25、進(jìn)一步地，由返漿實(shí)際深度距離噴嘴高度得到返漿取樣樣品所代表的樁體埋設(shè)深度為：。

26、進(jìn)一步地，步驟s1000中，具體還包括以下步驟：

27、s1001、開(kāi)展理論分析，建立高壓旋噴樁水泥土混合物粒徑分布緊密性沉積模型，用于表觀水泥漿孔結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度；

28、s1002、采用室內(nèi)試驗(yàn)，驗(yàn)證上述理論推導(dǎo)，同時(shí)研究土顆粒粒徑與高壓旋噴樁成樁強(qiáng)度的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括訓(xùn)練集和測(cè)試集；

29、s1003、對(duì)水泥土顆粒粒徑與樁身強(qiáng)度的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，以適應(yīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入要求；

30、s1004、建立bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，根據(jù)數(shù)據(jù)情況設(shè)置相應(yīng)的隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)；

31、s1005、使用訓(xùn)練集數(shù)據(jù)訓(xùn)練bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，調(diào)整網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，直至達(dá)到預(yù)定的誤差目標(biāo)；

32、s1006、計(jì)算高壓旋噴樁水泥土混合物粒徑分布緊密性沉積模型的相對(duì)誤差和決定系數(shù)，評(píng)估模型的預(yù)測(cè)性能；

33、s1007、對(duì)樁頂以下3m范圍內(nèi)的成樁進(jìn)行強(qiáng)度預(yù)測(cè)，并通過(guò)調(diào)整施工參數(shù)，保證成樁強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

34、進(jìn)一步地，步驟s1001中，所述高壓旋噴樁水泥土混合物粒徑分布緊密性沉積模型具體為：

35、，

36、其中，為粒徑的累積篩余分?jǐn)?shù)，為土顆粒粒徑，為體系中最小顆粒的粒徑，為體系中最大顆粒的粒徑，為分布模數(shù)。

37、進(jìn)一步地，步驟s1007中，對(duì)樁頂以下3m范圍內(nèi)的成樁進(jìn)行強(qiáng)度預(yù)測(cè)時(shí)，引入水化反應(yīng)速率和熱量釋放對(duì)成樁強(qiáng)度的影響，所述成樁強(qiáng)度具體為：

38、；

39、其中，和為與水泥種類相關(guān)的常數(shù)，

40、為與孔隙率相關(guān)的影響因子，

41、為隨時(shí)間初始孔隙率，

42、為熱量釋放速率對(duì)孔隙率變化的影響函數(shù)，

43、為熱量釋放速率，

44、為熱量釋放速率對(duì)成樁強(qiáng)度的影響函數(shù)，

45、為溫度校正因子，

46、為時(shí)間，

47、為反應(yīng)速率常數(shù)，

48、為指數(shù)因子，

49、為水化程度。

50、進(jìn)一步地，所述熱量釋放速率為：

51、，

52、其中，為累計(jì)放熱量，

53、為最大放熱量，

54、為水化程度，。

55、進(jìn)一步地，所述溫度校正因子為：

56、，

57、其中，為常數(shù)，

58、為活化能，

59、為氣體常數(shù)，

60、為溫度。

61、按照本發(fā)明實(shí)施例的第二方面，提供一種高壓旋噴樁成樁強(qiáng)度智能預(yù)測(cè)系統(tǒng)，包括：

62、勘測(cè)模塊：用于根據(jù)地質(zhì)勘測(cè)結(jié)果，對(duì)高壓旋噴樁施工處的土層進(jìn)行劃分；

63、測(cè)試模塊：用于測(cè)試不同土層中標(biāo)準(zhǔn)水泥試塊的強(qiáng)度與水泥摻量的關(guān)系曲線；

64、實(shí)驗(yàn)?zāi)K：用于通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲取不同水泥摻量下的返漿edta滴定標(biāo)準(zhǔn)曲線；

65、取樣模塊：用于在高壓旋噴樁返漿口進(jìn)行水泥土返漿取樣，確定定量水泥土返漿樣品中對(duì)應(yīng)水泥質(zhì)量；

66、監(jiān)測(cè)模塊：用于監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)施工噴漿流量和返漿流量，確定返漿取樣樣品的實(shí)際深度；

67、第一測(cè)量模塊：用于測(cè)量水泥土返漿樣品的密度；

68、烘干模塊：用于對(duì)定量水泥土返漿樣品進(jìn)行烘干處理，得到烘干后的水泥土返漿樣品質(zhì)量；

69、第二測(cè)量模塊：用于根據(jù)步驟s0200-s0700中的參數(shù)和曲線，得到樁體中的水泥質(zhì)量；

70、第一預(yù)測(cè)模塊：用于根據(jù)樁體中的水泥質(zhì)量，得到樁體中的水泥摻量，預(yù)測(cè)樁體齡期無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度；

71、第二預(yù)測(cè)模塊：用于進(jìn)行水泥土混合物沉淀效應(yīng)分析，預(yù)測(cè)樁頂以下3m范圍內(nèi)的成樁強(qiáng)度。

72、總體而言，通過(guò)本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

73、1.本發(fā)明的高壓旋噴樁成樁強(qiáng)度智能預(yù)測(cè)方法，在現(xiàn)有的基于施工現(xiàn)場(chǎng)返漿測(cè)試的高壓旋噴樁成樁強(qiáng)度預(yù)測(cè)方法的基礎(chǔ)上，考慮了高壓旋噴樁水泥土混合物返漿的延遲效應(yīng)、考慮了樁頂以下3m范圍內(nèi)的水泥漿顆粒沉淀效應(yīng)，解決了強(qiáng)度預(yù)測(cè)結(jié)果不精準(zhǔn)的問(wèn)題。

74、2.本發(fā)明的高壓旋噴樁成樁強(qiáng)度智能預(yù)測(cè)方法，克服了傳統(tǒng)的鉆孔取芯方法必須到達(dá)齡期后才能進(jìn)行高壓旋噴樁成樁質(zhì)量事后檢測(cè)的不足，在高壓旋噴樁施工期間即可進(jìn)行預(yù)測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，保證施工質(zhì)量。

75、3.本發(fā)明的高壓旋噴樁成樁強(qiáng)度智能預(yù)測(cè)方法，對(duì)土顆粒粒徑與高壓旋噴樁成樁強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行分組、歸一化處理，創(chuàng)建bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行網(wǎng)格訓(xùn)練，顯著提升了對(duì)高壓旋噴樁成樁強(qiáng)度的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。