实时检测水泥搅拌桩桩体水泥含量的测试系统和测试方法

摘要

本发明公开了一种水泥搅拌桩施工现场实时检测桩体水泥含量的测试系统和测试方法。测试系统具体包括水泥浆密度测量装置和水泥掺入量计算装置；测试方法包括：测量水泥浆罐内水泥浆的密度；测量水泥土密度；输入测量值，计算水泥含量这三个步骤；利用该测试系统和测试方法可在施工现场实时检测水泥浆密度和水泥土密度，从而在地下工程的地基加固过程的施工现场实时检测水泥的掺入量，摒弃了传统现场取芯样并于实验室测量的方法，方便快捷，时间周期短，具有很好的监督作用，能够有效避免工程偷工减料。

说明书

技术领域

本发明涉及一种施工现场检测水泥含量的测试系统和测试方法，具体涉及 一种实时检测水泥搅拌桩桩体水泥含量的测试系统和测试方法，适用于检测水 泥搅拌桩、高压旋喷桩等的水泥掺入量；属于地下工程领域。

背景技术

大量的地下工程诸如高层地基加固、基坑开挖、桥梁架设、高速公路路基 加固等都需要对地基进行注浆加固。现有的技术中，需要将施工现场的水泥浆 带回实验室检测，并且在检测水泥土密度时需现场取芯样，检测手段复杂且周 期较长，很难快速判断是否存在偷工减料的问题。地下工程施工存在一定隐蔽 性，施工单位为了自己的利益在作业时可能会偷工减料，这给我国的基础设施 造成巨大的安全隐患。因此，迫切需要一种能在施工现场实时检测水泥掺入量 的技术手段。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种水泥搅拌桩施工现场 实时检测桩体水泥含量的测试系统和测试方法。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

本发明首先公开了实时检测水泥搅拌桩桩体水泥含量的测试系统，该测试 系统具体包括水泥浆密度测量装置和水泥掺入量计算装置；其中，水泥浆密度 测量装置包括：第一电控中心、与第一电控中心电连接的测量导线和若干第一 压力传感器，所述第一电控中心包括：电源、开关、电压表、电阻、数据处理 模块及第一显示模块，所述测量导线自水泥浆罐顶部垂直下落至接触水泥浆液 面时电压表数值发生变化，所述第一压力传感器布设于水泥浆罐的罐底，压力 测试数据反馈至数据处理模块并计算出水泥浆密度后显示至第一显示模块；

所述水泥掺入量计算装置包括：第二电控中心和与第二电控中心电连接的 第二压力传感器，所述第二压力传感器固定于钻头的端部，所述钻头伸入待测 试的桩体内，所述第二电控中心包括：数据采集模块、单片机、第二显示模块 及输入模块，所述第二传感器的采集数据反馈至数据采集模块并经单片机计算 出水泥土密度后显示至第二显示模块；水泥浆密度、水泥土密度、水灰比和土 体密度输入输入模块后经单片机计算出水泥含量显示至第二显示模块。

优选地，前述第一压力传感器的数量为2个、4个或6个，均布于水泥浆罐 的底壁上，采用计算均值的方式可提高测量精度。

进一步地，前述测量导线的端部设有一重力块，这样能够确保测量导线自 水泥浆罐的灌顶竖直下落，保证测试结果的可靠性。

此外，本发明还公开了利用前述的测量系统实时检测水泥搅拌桩桩体水泥 含量的测试方法，具体包括如下步骤：

S1、测量水泥浆罐内水泥浆的密度：闭合第一电控中心的开关，将测量导 线从水泥浆罐的灌顶竖直落下，当电压表读数变化时测量导线与水泥浆液面接 触，量取测量导线长度h及水泥浆罐的高度H，同时记录第一压力传感器的返 回值P，数据处理模块根据公式ρ_水泥浆＝P/g(H-h)计算得到水泥浆密度，其中 g＝9.8g/cm³；

S2、测量水泥土密度：第二电控中心发射测应力信号，采集第二传感器的 返回数据P_i，至某一次喷浆搅拌均匀时再采集一次数据P_i+1，并记录钻头提起高 度Z，单片机根据公式ρ_水泥土＝(P_i+1-P_i)/gZ计算得到水泥土密度，其中 g＝9.8g/cm³；

S3、输入测量值，计算水泥含量：将步骤S1计算得到的水泥浆密度ρ_水泥浆、 步骤S2计算得到的水泥土密度ρ_水泥土、已知数据水灰比及土体密度输入输入模块 中，单片机根据公式水泥含量＝(ρ_土体-ρ_水泥土)ρ_水泥浆/[(1+水灰比)(ρ_水泥土-ρ_水泥浆)ρ_土体]计 算得到水泥含量并显示至第二显示模块上。

在本发明中，计算水泥含量时，具有如下假设前提：

(1)、水泥土水化后体积不发生变化；

(2)、水泥搅拌桩桩身成型后不发生收缩，且已搅拌均匀。

这样一来，

ρ_水泥土＝(m_水泥浆+m_土体)/(m_水泥浆/ρ_水泥浆+m_土体/ρ_土体)(a)

根据公式(a)可推计算水泥土中水泥含量的计算公式：

本发明的有益之处在于：本发明的测试系统可在施工现场实时检测水泥浆 密度和水泥土密度，从而在地下工程的地基加固过程的施工现场实时检测水泥 的掺入量，摒弃了传统现场取芯样并于实验室测量的方法，方便快捷，时间周 期短，具有很好的监督作用，能够有效避免工程偷工减料。

附图说明

图1是本发明的水泥搅拌桩桩体施工示意图；

图2是水泥浆密度测量装置的应用示意图；

图3是图2中的水泥浆密度测量装置的第一电控中心的电路结构示意图。

图中附图标记的含义：1、水泥浆罐，2、第一电控中心，3、测量导线，4、 重力块，5、第一压力传感器，6、电源，7、开关，8、电压表，9、电阻，10、 第二电控中心，11、第二压力传感器，12、钻头，13、连接线圈，14、水泥搅 拌桩桩体。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不 能理解为对本发明的限制。在权利要求和说明书中使用的序数词例如“第一”、 “第二”、“第三”等，用于修饰权利要求项而不是由于本身含有任何优先、 在先或一项权利要求的顺序在另一权利要求之前或者执行方法步骤的时间顺 序，仅仅作为标签使用以区别例如带有特定名称的权利要求的元素与另外一个 带有相同名称的元素(而不是用于顺序性的术语)。

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

参见图1和图2，本发明首先公开了实时检测水泥搅拌桩桩体14中的水泥 含量的测试系统，该测试系统具体包括水泥浆密度测量装置和水泥掺入量计算 装置。其中，水泥浆密度测量装置能够测量出水泥浆的密度，具体包括：第一 电控中心2、与第一电控中心2电连接的测量导线3和若干第一压力传感器5。

结合图3来看，第一电控中心2包括：电源6、开关7、电压表8、电阻9、 数据处理模块及第一显示模块，测量导线3自水泥浆罐1顶部垂直下落至接触 水泥浆液面时，图3中的第一电控中心的电路A、B两端即被接通，则电压表8 数值发生变化(突变)。进一步地，如图2所示，在测量导线3的端部设有一重 力块4，这样能够确保测量导线3自水泥浆罐1的灌顶竖直下落，保证测试结果 的可靠性。第一压力传感器5布设于水泥浆罐1的罐底，同时将压力测试数据 反馈至数据处理模块并计算出水泥浆密度后显示至第一显示模块。为了提高测 量准确度，第一压力传感器5的数量为2个、4个或6个，均布于水泥浆罐1的 底壁上，采用计算均值的方式求取水泥浆的压力数值。

水泥掺入量计算装置能够实现水泥土密度测量和水泥含量计算，具体包括： 第二电控中心10和与第二电控中心10电连接的第二压力传感器11，其中，第 二压力传感器11固定于钻头12的端部，钻头12伸入待测试的桩体内，第二电 控中心10包括：数据采集模块、单片机、第二显示模块及输入模块，第二传感 器的采集数据反馈至数据采集模块并经单片机计算出水泥土密度后显示至第二 显示模块；水泥浆密度、水泥土密度、水灰比和土体密度输入输入模块后经单 片机计算出水泥含量显示至第二显示模块。

需要说明的是，第二电控中心10与第二压力传感器11之间的连接线圈13 应足够长，方便远距离进行操作，从而提高安全性。

为了更好地理解本发明，对利用该测量系统实时检测水泥搅拌桩桩体14的 水泥含量的测试方法进行详细介绍，假设：水泥土水化后体积不发生变化，水 泥搅拌桩桩身成型后不发生收缩，且已搅拌均匀。

具体包括如下步骤：

S1、测量水泥浆罐1内水泥浆的密度：闭合第一电控中心2的开关7，此时 电压表8的数值基本处于一稳定值，将测量导线3从水泥浆罐1的灌顶竖直缓 慢地落下，当电压表8读数变化时说明测量导线3与水泥浆液面接触，量取测 量导线3长度h及水泥浆罐1的高度H，同时记录第一压力传感器5的返回值P， 数据处理模块根据公式ρ_水泥浆＝P/g(H-h)计算得到水泥浆密度，其中g＝9.8g/cm³， h为水泥浆罐1罐顶到水泥浆液面的高度，H为水泥浆罐1的总高度；如果有多 个第一压力传感器5的话，则求取平均值以提高测量结果可靠性；

S2、测量水泥土密度：第二电控中心10发射测应力信号，采集第二传感器 的返回数据P_i，至某一次喷浆搅拌均匀时再采集一次数据P_i+1，并记录钻头12提 起高度Z，单片机根据公式ρ_水泥土＝(P_i+1-P_i)/gZ计算得到水泥土密度，其中 g＝9.8g/cm³；

S3、输入测量值，计算水泥含量：将步骤S1计算得到的水泥浆密度ρ_水泥浆、 步骤S2计算得到的水泥土密度ρ_水泥土、工程报告中提供的已知数据水灰比及土体 密度输入输入模块中，单片机根据公式 水泥含量＝(ρ_土体-ρ_水泥土)ρ_水泥浆/[(1+水灰比)(ρ_水泥土-ρ_水泥浆)ρ_土体]计算得到水泥含量并 显示至第二显示模块上。

综上，本发明的测试系统可在施工现场实时检测水泥浆密度和水泥土密度， 从而在地下工程的地基加固过程的施工现场实时检测水泥的掺入量，方便快捷， 时间周期短，具有很好的监督作用，能够有效避免工程偷工减料。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人 员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变 换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。