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中文まとめ
従来のセメント・土混合杭技術に存在する杭本体強度の不均一分布、施工乱れの多さ、人為的要因による杭品質への影響の多さなどの問題点に鑑み、新技術DMPデジタルマイクロパータベーション4-軸混合パイルを開発。この技術では、4 つのドリルビットがスラリーとガスを同時にスプレーし、複数層の可変角度切断ブレードと連携して杭形成プロセス中に土壌を切断します。アップダウンコンバージョンスプレープロセスを追加することで、杭本体の強度の不均一な分布の問題を解決し、セメントの消費量を効果的に削減できます。特殊形状のドリルパイプと地盤との間に形成される隙間を利用してスラリーを自律的に排出し、施工中に杭周囲の地盤をわずかに撹乱します。デジタル制御システムは杭形成の自動施工を実現し、杭形成プロセスをリアルタイムで監視、記録、早期警告することができます。
導入
セメントと土壌の混合杭は、基礎ピットプロジェクトにおける土壌補強や防水カーテンなど、土木建設の分野で広く使用されています。シールドトンネルおよびパイプ推進井の穴の補強。弱い土壌層の基礎処理;水保護プロジェクトの壁や埋め立て地のバリアなどでの浸透防止。現在、プロジェクトの大規模化に伴い、セメント土混合杭の施工効率や環境保護に対する要求はますます高まっています。さらに、プロジェクト建設に関するますます複雑化する環境保護要件を満たすために、セメントと土壌を混合する杭の建設品質を管理する必要があります。そして、建設による周辺環境への影響を軽減することが急務となっています。
混合杭の建設では、主に混合ドリルビットを使用して現場でセメントと土壌を混合し、一定の強度と浸透防止性能を備えた杭を形成します。一般的に使用されるセメントと土の混合杭には、単軸、二軸、三軸、および五軸のセメントと土の混合杭が含まれます。これらのタイプの混合パイルには、さまざまなスプレーおよび混合プロセスもあります。
単軸混合杭にはドリルパイプが1本しかなく、底部から噴霧され、少数のブレードで混合が行われます。これはドリルパイプと混合ブレードの数によって制限され、作業効率は比較的低くなります。
二軸混合杭は 2 本のドリル パイプで構成され、グラウト注入用に中央に別のスラリー パイプが付いています。中央のスラリーパイプから噴霧されるスラリーを面内範囲内にするには両側のドリルビットを繰り返し撹拌する必要があるため、2本のドリルパイプにはグラウト機能はありません。分布が均一であるため、二重シャフトの建設中に「2回のスプレーと3回の撹拌」プロセスが必要であり、これが二重シャフトの施工効率を制限し、杭形成の均一性も比較的悪いです。建設の最大深さは約 18 メートルです [1]。
三軸混合杭には3本のドリルパイプがあり、両側にグラウトが吹き付けられ、中央に圧縮空気が吹き付けられます。この配置により、中間杭の強度が両側の強度よりも小さくなり、杭本体の平面上のリンクが弱くなります。また、三軸混合杭では使用される水セメントが比較的多く、杭本体の強度がある程度低下します。
5 軸混合杭は 2 軸および 3 軸をベースとして、混合ドリルロッドの数を追加して作業効率を向上させ、混合ブレードの数を増やすことで杭本体の品質を向上させます[2-3]。 。スプレーと混合のプロセスは、最初の 2 つとは異なります。違いはありません。
セメント土混合杭の施工時における周囲地盤への撹乱は，主に撹拌翼の撹拌による土の絞りやひび割れ，セメントスラリーの浸透や分裂によって引き起こされる4-5)。従来の混合杭の建設によって引き起こされる大きな外乱のため、隣接する自治体施設や保護された建物などの敏感な環境で建設する場合は、通常、より高価な全周高圧ジェットグラウト工法（MJS工法）または単一工法を使用する必要があります。軸混合杭（IMS工法）などの微細構造物。迷惑な施工方法。
さらに、従来の混合杭の建設中、ドリルパイプの沈下速度と上昇速度、吹付けコンクリートの量などの重要な建設パラメータは、オペレーターの経験と密接に関係しています。また、混合杭の施工過程を追跡することが困難となり、杭の品質にばらつきが生じます。
不均一な杭強度分布、大きな施工妨害、多くの人的干渉要因など、従来のセメントと土の混合杭の問題を解決するために、上海エンジニアリングコミュニティは新しいデジタルマイクロ摂動4軸混合杭技術を開発しました。本稿では、吹き付けコンクリート混合技術、施工妨害制御、施工自動化における四軸混合杭技術の特徴と工学的応用効果について詳しく紹介する。
1、DMPデジタル微小摂動四軸混合杭装置
DMP-Iデジタルマイクロ摂動4軸混合パイルドライバー装置は、主に混合システム、パイルフレームシステム、ガス供給システム、自動パルプ化およびパルプ供給システム、自動杭施工を実現するデジタル制御システムで構成されています。 。
2、混合・噴霧工程
4本のドリルパイプの内部には吹付けコンクリートパイプとジェットパイプが装備されています。図2に示すように、ドリルヘッドは杭形成プロセス中にスラリーと圧縮空気を同時にスプレーすることができ、一部のドリルパイプのスプレーと一部のドリルパイプのスプレーによって引き起こされる問題を回避します。パイル強度の面内不均一分布の問題。各ドリルパイプには圧縮空気が介在しているため、混合抵抗が完全に低減され、硬い土層や砂質土の施工に役立ち、セメントと土を混合させることができます。さらに、圧縮空気はセメントと土壌の炭酸化プロセスを促進し、混合杭内のセメントと土壌の初期強度を向上させることができます。
DMP-I デジタルマイクロ摂動 4 軸混合パイルドライバーの混合ドリルビットには、7 層の可変角度混合ブレードが装備されています。一点土壌混合の回数は 50 回に達する可能性があり、仕様で推奨されている 20 回をはるかに超えています。ミキシングドリルビット 杭形成プロセス中にドリルパイプと一緒に回転しない差動ブレードが装備されており、粘土泥団子の形成を効果的に防止できます。これにより、土壌混合回数が増えるだけでなく、混合プロセス中に大きな土壌塊の形成が防止され、土壌中のスラリーの均一性が確保されます。
DMP-I デジタル マイクロ摂動 4 軸混合杭は、図 3 に示すように、アップダウン変換吹付けコンクリート技術を採用しています。混合ドリル ヘッドには 2 層の吹付けコンクリート ポートがあります。沈むと、下部吹付けコンクリートのポートが開きます。噴霧されたスラリーは、上部混合ブレードの作用により土壌と完全に混合されます。持ち上げられると、下部吹付クリートポートが閉じられ、同時に上部ガナイトポートが開き、上部ガナイトポートから排出されたスラリーが下部ブレードの作用で土壌と完全に混合されます。このようにして、沈下と撹拌の全プロセス中にスラリーと土壌を十分に撹拌することができ、杭本体の深さ範囲内のセメントと土壌の均一性がさらに向上し、二軸と三軸の問題を効果的に解決します。ドリルパイプ吊り上げプロセスにおける軸混合杭技術。問題は、底部注入口から噴霧されたスラリーが撹拌翼で十分に撹拌できないことです。
3、微小擾乱工事制御
DMP-Iデジタル微小摂動4軸ミキシングパイルドライバーのドリルパイプ断面は楕円形のような特殊な形状です。ドリルパイプが回転、沈降、または上昇すると、ドリルパイプの周囲にスラリーの排出および排出チャネルが形成されます。撹拌時、土壌の内圧が原位置応力を超えると、スラリーはドリルパイプ周囲のスラリー排出路に沿って自然に排出され、ドリルパイプ付近にスラリーガスの圧力が蓄積して土壌が圧迫されるのを防ぎます。ミキシングドリルビット。
DMP-I デジタルマイクロ摂動 4 軸ミキシングパイルドライバーには、ドリルビットに地中圧力監視システムが装備されており、杭形成プロセス全体を通じて地中の圧力の変化をリアルタイムで監視し、地中の圧力が確実に維持されるようにします。スラリーガスの圧力を調整することにより、適切な範囲内に制御されます。同時に、構成された差動ブレードは、粘土がドリルパイプに付着してマッドボールの形成を効果的に防止し、混合抵抗と土壌の撹乱も効果的に軽減します。
4、インテリジェント施工管理
DMP-I デジタルマイクロ摂動 4 軸混合杭打ち機にはデジタル制御システムが装備されており、自動杭施工を実現し、施工プロセスパラメータをリアルタイムで記録し、杭形成プロセス中の監視と早期警告を行うことができます。
デジタル制御システムは、試行杭によって決定された建設パラメータに基づいて混合杭の建設を自動的に完了できます。垂直土層の分布に応じて混合システムの沈下と持ち上げ、セクション内のスラリーの流れのマッチングと杭の形成速度を自動的に制御し、地盤圧力の設定値に応じてジェット圧力を調整し、建設プロセスを制御できます。スプレーグラウト注入のアップコンバージョンとダウンコンバートなど。これにより、建設プロセス中の混合杭の建設品質に対する人的要因の影響が大幅に軽減され、混合杭の品質の信頼性と一貫性が向上します。
機器に取り付けられた高精度センサーの助けを借りて、デジタル制御システムは混合速度、噴霧量、スラリーの圧力と流量、地中の圧力などの主要な建設パラメータを監視し、異常な建設条件を早期に警告して安全性を向上させることができます。混合杭の建設プロセスの様子。問題解決の透明性と適時性。同時に、デジタル制御システムは建設プロセス全体のパラメータを記録し、記録された建設パラメータをネットワークモジュールを介してリアルタイムでクラウドプラットフォームにアップロードして、簡単に表示および検査できるため、生成されたデータの信頼性と安全性が確保されます。建設プロセス中。
5、施工技術とパラメータ
DMP デジタル微小擾乱 4 軸混合杭の建設プロセスには、主に建設準備、試行杭建設、正式な杭建設が含まれます。試行杭施工で得られた施工パラメータに基づき、デジタル施工管理システムにより杭の自動施工を実現します。実際のエンジニアリング経験と組み合わせることで、表 1 に示す建設パラメータを選択できます。従来の混合杭とは異なり、4軸混合杭に使用される水とセメントの比率は、沈下時と引き上げ時で異なります。沈下に使用される水とセメントの比率は 1.0 ～ 1.5 ですが、吊り上げに使用される水とセメントの比率は 0.8 ～ 1.0 です。沈下して撹拌すると、セメントスラリーの水セメント比が大きくなり、土壌に対するスラリーの軟化効果がより十分になり、撹拌抵抗を効果的に低減できます。吊り上げ時には杭本体内の土が混合されているため、水セメント比を小さくすることで杭本体の強度を効果的に高めることができます。
上述の吹き付けコンクリート混合プロセスを使用して、4軸混合パイルはセメント含有量13％〜18％で従来のプロセスと同じ効果を達成でき、セメントと土壌混合パイルの強度と不透水性に関する工学的要件を満たします。同時にセメントによる変化をもたらします。 用量を減らすことの利点は、それに応じて建設中の置換土も減少することです。ドリルパイプに設置された傾斜計は、従来のセメントと土を混合した杭の建設中に垂直度の制御が困難であるという問題を解決します。 4軸混合杭本体の測定垂直度は1/300に達します。
6、エンジニアリングアプリケーション
DMP デジタル微小摂動 4 軸混合杭の杭本体の強度と周囲の土壌に対する杭形成プロセスの影響をさらに研究するために、さまざまな層序条件で現地実験が実施されました。採取した混合パイルコアサンプルの21日目と28日目に測定したセメントコアサンプルと土コアサンプルの強度は0.8MPaに達し、従来の地下工学におけるセメント強度と土強度の要件を満たしていました。
一般的に使用されている全周高圧ジェットグラウト工法（MJS工法）と微小擾乱混合杭（IMS工法）は、従来のセメント土混合杭と比較して、杭施工に伴う周囲土壌の水平変位や表面沈下を大幅に軽減できます。 。 。工学の現場では、上記の 2 つの工法は微小擾乱施工技術として認識されており、周囲の環境保護の要求が高い工学プロジェクトでよく使用されます。
表 2 は、DMP デジタル微小摂動四軸混合杭、MJS 工法、IMS 工法による施工中の周辺地盤および表面変形のモニタリングデータを比較したものである。微小摂動四軸混合杭の施工中、杭本体から2mの距離で地盤の水平変位と垂直隆起を約5mmに抑制でき、MJS工法と同等IMS工法を採用することで、杭施工時の杭周囲の地盤への影響を最小限に抑えることができます。
現在、DMP デジタル微小擾乱 4 軸混合杭は、江蘇省、浙江省、上海などの基礎補強や基礎ピットエンジニアリングなどのさまざまな種類のプロジェクトで成功裏に使用されています。四軸混合杭技術の研究開発と工学的応用を組み合わせて、「微小擾乱四軸混合杭の技術基準」（T/SSCE 0002-2022）（上海土木協会グループ基準）が編纂されました。 DMP デジタル マイクロ摂動 4 軸混合パイル技術のアプリケーションを標準化するために、特定の要件が提案されています。
投稿日時: 2023 年 9 月 22 日