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中文요약
말뚝 본체 강도의 불균등한 분포, 시공 교란이 크고, 인적 요인에 의한 말뚝 품질에 큰 영향을 미치는 등 기존 시멘트-토 혼합 말뚝 기술에 존재하는 문제점을 고려하여, DMP 디지털 미세섭동 4차 신기술 축믹싱파일을 개발하였습니다. 이 기술에서는 4개의 드릴 비트가 슬러리와 가스를 동시에 분사할 수 있으며 여러 층의 가변 각도 절단 블레이드와 함께 작동하여 파일 형성 과정에서 토양을 절단할 수 있습니다. 상하 변환 분사 공정을 보완하여 파일 본체의 강도 분포가 고르지 않은 문제를 해결하고 시멘트 소비를 효과적으로 줄일 수 있습니다. 특수 형상의 드릴 파이프와 토양 사이에 형성된 틈을 통해 슬러리가 자동으로 배출되어 시공 과정에서 파일 주변 토양에 약간의 교란이 발생합니다. 디지털 제어 시스템은 파일 형성의 자동화된 건설을 실현하고 파일 형성 과정을 실시간으로 모니터링, 기록 및 조기 경고할 수 있습니다.
소개
시멘트-토양 혼합 파일은 엔지니어링 건설 분야에서 널리 사용됩니다: 기초 구덩이 프로젝트의 토양 강화 및 방수 커튼과 같은; 쉴드 터널 및 파이프 재킹 우물의 구멍 보강; 약한 토양층의 기초 처리; 수자원 보존의 누출 방지는 벽뿐만 아니라 매립지의 장벽 등을 프로젝트합니다. 현재 프로젝트 규모가 점점 더 커지면서 시멘트-토양 혼합 파일의 건설 효율성과 환경 보호에 대한 요구 사항이 점점 더 높아지고 있습니다. 또한 프로젝트 건설과 관련하여 점점 더 복잡해지는 환경 보호 요구 사항을 충족하려면 시멘트-토양 혼합 파일의 건설 품질을 제어해야 합니다. 그리고 건설이 주변 환경에 미치는 영향을 줄이는 것이 시급한 요구 사항이 되었습니다.
혼합 파일의 건설은 주로 혼합 드릴 비트를 사용하여 시멘트와 토양을 현장에서 혼합하여 특정 강도와 누출 방지 성능을 갖춘 파일을 형성합니다. 일반적으로 사용되는 시멘트 및 토양 혼합 파일에는 단일 축, 이중 축, 3축 및 5축 시멘트 및 토양 혼합 파일이 포함됩니다. 이러한 유형의 혼합 파일에는 분사 및 혼합 공정도 다릅니다.
단일축 믹싱파일은 드릴파이프가 1개만 있고 바닥에 스프레이를 하고 소수의 블레이드를 통해 믹싱을 하는 방식이다. 이는 드릴 파이프와 혼합 블레이드의 수에 의해 제한되며 작업 효율성은 상대적으로 낮습니다.
2축 혼합 파일은 2개의 드릴 파이프로 구성되며, 중앙에 그라우팅을 위한 별도의 슬러리 파이프가 있습니다. 두 개의 드릴 파이프에는 평면 범위 내에서 중간 슬러리 파이프에서 슬러리가 분사되도록 양쪽의 드릴 비트를 반복적으로 교반해야하기 때문에 그라우팅 기능이 없습니다. 분포가 균일하므로 이중축 건설시 "2회 분무 3교반" 공정이 필요하므로 이중축의 시공 효율이 제한되고 파일 형성의 균일성도 상대적으로 열악합니다. 최대 건설 깊이는 약 18미터입니다[1].
3축 혼합 파일에는 3개의 드릴 파이프가 포함되어 있으며 양쪽에 그라우트가 분사되고 중앙에 압축 공기가 분사됩니다. 이렇게 배열하면 중간 말뚝의 강도가 양쪽 측면의 강도보다 작아지고 말뚝 본체는 평면에서 약한 연결을 가지게 됩니다. 또한, 3축 혼합 파일은 사용된 물 시멘트가 상대적으로 커서 파일 본체의 강도를 어느 정도 감소시킵니다.
5축 믹싱 파일은 2축과 3축을 기본으로 믹싱 드릴 로드 수를 추가하여 작업 효율을 높이고, 믹싱 블레이드 수를 늘려 파일 본체의 품질을 향상시킨 것이다[2-3] . 스프레이하고 혼합하는 과정은 처음 두 과정과 다릅니다. 차이가 없습니다.
시멘트-토 혼합말뚝 시공시 주변 지반에 대한 교란은 주로 혼합 블레이드의 교반에 따른 지반의 압착 및 균열과 시멘트 슬러리의 침투 및 쪼개짐에 의해 발생된다[4-5]. 기존 믹싱파일의 시공으로 인한 큰 교란으로 인해 인접한 도시시설 및 보호건물 등 민감한 환경에 시공할 경우에는 일반적으로 보다 고가의 만능 고압 제트 그라우팅(MJS 공법)이나 단일공법을 사용하는 것이 필요합니다. 축 혼합 파일(IMS 방법) 및 기타 미세 구조물. 혼란스러운 건설 방법.
또한, 기존 믹싱파일 시공시 드릴파이프의 하강 및 인양속도, 숏크리트 양 등 주요 시공변수는 작업자의 경험과 밀접한 관련이 있다. 이로 인해 믹싱파일의 시공과정을 추적하기 어려워지고, 파일의 품질에도 차이가 발생하게 됩니다.
불균등한 파일 강도 분포, 대규모 건설 교란 및 많은 인간 간섭 요인과 같은 기존 시멘트-토양 혼합 파일의 문제를 해결하기 위해 상하이 엔지니어링 커뮤니티는 새로운 디지털 미세 교란 4축 혼합 파일 기술을 개발했습니다. 본 논문에서는 숏크리트 혼합기술, 시공교란제어 및 자동화시공에 있어서 4축 믹싱파일 기술의 특징과 공학적 적용효과를 자세히 소개하고자 한다.
1, DMP 디지털 미세 교란 4축 혼합 파일 장비
DMP-I 디지털 미세섭동 4축 혼합 파일 드라이버 장비는 주로 혼합 시스템, 파일 프레임 시스템, 가스 공급 시스템, 자동 펄프화 및 펄프 공급 시스템, 자동화된 파일 시공을 구현하는 디지털 제어 시스템으로 구성됩니다. .
2, 혼합 및 분사 공정
4개의 드릴 파이프에는 내부에 숏크리트 파이프와 제트 파이프가 장착되어 있습니다. 그림 2에서 볼 수 있듯이 드릴 헤드는 파일 형성 과정에서 슬러리와 압축 공기를 동시에 분사할 수 있어 일부 드릴 파이프의 분사와 일부 드릴 파이프의 분사로 인해 발생하는 문제를 피할 수 있습니다. 평면에 파일 강도가 고르지 않게 분포되는 문제; 각 드릴 파이프에는 압축 공기가 개입되기 때문에 혼합 저항이 완전히 감소되어 단단한 토양층과 모래 토양의 건설에 도움이 되며 시멘트와 토양을 혼합할 수 있습니다. 또한 압축공기는 시멘트와 토양의 탄산화 과정을 가속화하고 혼합 파일의 시멘트와 토양의 초기 강도를 향상시킬 수 있습니다.
DMP-I 디지털 미세 교란 4축 믹싱 파일 드라이버의 믹싱 드릴 비트에는 7겹의 가변 각도 믹싱 블레이드가 장착되어 있습니다. 단일 지점 토양 혼합 횟수는 사양에서 권장하는 20회를 훨씬 초과하는 50회에 도달할 수 있습니다. 믹싱 드릴 비트 파일 형성 과정에서 드릴 파이프와 함께 회전하지 않는 차동 블레이드가 장착되어 점토 진흙 공의 형성을 효과적으로 방지할 수 있습니다. 이는 토양 혼합 횟수를 늘릴 수 있을 뿐만 아니라 혼합 과정에서 큰 토양 덩어리가 형성되는 것을 방지하여 토양 내 슬러리의 균일성을 보장합니다.
DMP-I 디지털 미세 교란 4축 혼합 파일은 그림 3과 같이 상하 변환 숏크리트 기술을 채택합니다. 혼합 드릴 헤드에는 2층의 숏크리트 포트가 있습니다. 가라앉으면 하부 숏크리트 포트가 열린다. 분무된 슬러리는 상부 혼합 블레이드의 작용에 따라 토양과 완전히 혼합됩니다. 인양되면 하부 숏크리트 포트가 닫히고 동시에 상부 거나이트 포트가 열려 상부 거나이트 포트에서 분출된 슬러리가 하부 블레이드의 작용으로 토양과 완전히 혼합될 수 있습니다. 이러한 방식으로, 침하 및 교반의 전체 과정에서 슬러리와 토양을 완전히 교반할 수 있어 파일체 깊이 범위 내에서 시멘트와 토양의 균일성을 더욱 향상시키고 이중축 및 삼축 문제를 효과적으로 해결합니다. - 드릴 파이프 리프팅 공정의 축 혼합 파일 기술. 문제는 하단 주입구에서 분사되는 슬러리가 교반날개에 의해 충분히 교반되지 않는다는 점이다.
3, 미세 교란 건설 제어
DMP-I 디지털 미세섭동 4축 믹싱 파일 드라이버의 드릴파이프 단면은 타원형과 같은 특수한 모양을 하고 있다. 드릴 파이프가 회전하거나 가라앉거나 들어올려지면 드릴 파이프 주위에 슬러리 배출 및 배기 채널이 형성됩니다. 교반 시 토양의 내부 압력이 현장 응력을 초과하면 드릴 파이프 주변의 슬러리 배출 채널을 따라 슬러리가 자연적으로 배출되어 드릴 파이프 근처에 슬러리 가스 압력이 축적되어 발생하는 토양의 압착을 방지합니다. 믹싱 드릴 비트.
DMP-I 디지털 미세섭동 4축 믹싱 파일 드라이버는 드릴 비트에 지중압력 모니터링 시스템을 탑재해 파일 형성 전 과정에서 지중압력 변화를 실시간으로 모니터링하고 지중압력이 적정 수준인지 확인하는 시스템이다. 슬러리 가스 압력을 조정하여 합리적인 범위 내에서 제어됩니다. 동시에 구성된 차동 블레이드는 점토가 드릴 파이프에 달라붙는 것과 머드볼 형성을 효과적으로 방지하고 혼합 저항과 토양 교란을 효과적으로 줄일 수 있습니다.
4, 지능형 건설 제어
DMP-I 디지털 미세 교란 4축 혼합 파일 드라이버 장비에는 디지털 제어 시스템이 장착되어 있어 자동화된 파일 건설을 실현하고, 건설 프로세스 매개변수를 실시간으로 기록하고, 파일 형성 과정에서 조기 경고를 모니터링하고 제공할 수 있습니다.
디지털 제어 시스템은 시험 파일에 의해 결정된 건설 매개변수를 기반으로 혼합 파일의 건설을 자동으로 완료할 수 있습니다. 수직토층의 분포에 따라 혼합시스템의 가라앉음과 들림, 슬러리 흐름 매칭, 구간별 파일 형성속도를 자동으로 제어하고 지반압력 설정값에 따라 제트압력을 조절하며 시공공정을 제어할 수 있습니다. 스프레이 그라우팅의 위아래 변환과 같은. 이는 건설 과정에서 혼합 파일의 건설 품질에 대한 인적 요소의 영향을 크게 줄이고 혼합 파일 품질의 신뢰성과 일관성을 향상시킵니다.
장비에 설치된 정밀 센서를 통해 디지털 제어 시스템은 혼합 속도, 분사량, 슬러리 압력 및 유량, 지하 압력과 같은 주요 건설 매개 변수를 모니터링하고 비정상적인 건설 조건에 대한 조기 경고를 제공하여 안전성을 높일 수 있습니다. 믹싱파일 시공과정입니다. 문제 해결의 투명성과 적시성. 동시에 디지털 제어 시스템은 전체 건설 프로세스의 매개변수를 기록하고 기록된 건설 매개변수를 네트워크 모듈을 통해 실시간으로 클라우드 플랫폼에 업로드하여 쉽게 확인하고 검사할 수 있어 생성된 데이터의 신뢰성과 안전성을 보장합니다. 건설 과정에서.
5, 건설 기술 및 매개 변수
DMP 디지털 미세 교란 4축 혼합 파일 건설 프로세스에는 주로 건설 준비, 시험 파일 건설 및 정형 파일 건설이 포함됩니다. 시험 파일 건설에서 얻은 건설 매개변수에 따라 디지털 건설 제어 시스템은 파일의 자동화된 건설을 실현합니다. 실제 엔지니어링 경험과 결합하여 표 1에 표시된 구성 매개변수를 선택할 수 있습니다. 4축 믹싱 파일은 기존의 믹싱 파일과 달리 가라앉을 때와 들어올릴 때 사용하는 물과 시멘트의 비율이 다릅니다. 싱킹에 사용되는 물-시멘트비는 1.0~1.5이고, 리프팅에 사용되는 물-시멘트비는 0.8~1.0이다. 가라앉고 교반할 때, 시멘트 슬러리는 물-시멘트 비율이 더 크고, 슬러리는 토양에 대해 더 충분한 연화 효과를 가지며, 이는 교반 저항을 효과적으로 감소시킬 수 있습니다. 인양시 파일 본체 내부의 흙이 혼합되어 있으므로 물-시멘트 비율이 작을수록 파일 본체의 강도를 효과적으로 높일 수 있습니다.
위에서 언급한 숏크리트 혼합공법을 이용한 4축 믹싱파일은 시멘트 함량 13~18%로 기존 공법과 동일한 효과를 얻을 수 있어 시멘트-토양 혼합파일의 강도 및 불투수성에 대한 공학적 요구사항을 충족시킨다. , 그리고 동시에 시멘트로 인한 변화를 가져오며, 투입량을 줄이는 장점은 그에 따라 시공 과정에서 대체 토양도 줄어든다는 것입니다. 드릴파이프에 설치된 경사계는 기존의 시멘트-토양 혼합말뚝 시공시 수직도 조절이 어려웠던 문제를 해결하였습니다. 4축 혼합 파일 본체의 측정된 수직도는 1/300에 도달할 수 있습니다.
6、엔지니어링 응용
DMP 디지털 미세섭동 4축 혼합말뚝의 말뚝 본체 강도와 말뚝 형성 과정이 주변 토양에 미치는 영향을 추가로 연구하기 위해 다양한 층위학적 조건에서 현장 실험을 수행했습니다. 채취된 혼합말뚝 코어시료의 21일차와 28일차에 측정한 시멘트 및 토양 코어시료의 강도는 0.8MPa에 달해 기존 지하공사의 시멘트 및 토양강도 요구사항을 충족시켰다.
일반적으로 사용되는 만능 고압 제트 그라우팅(MJS 공법)과 미세 교란 혼합 파일(IMS 공법)은 기존의 시멘트-토 혼합 파일과 비교하여 파일 시공으로 인한 주변 지반의 수평 변위 및 표면 침하를 크게 줄일 수 있습니다. . . 엔지니어링 실무에서는 위의 두 가지 방법이 미세 교란 건설 기술로 인식되어 주변 환경 보호에 대한 요구 사항이 높은 엔지니어링 프로젝트에 자주 사용됩니다.
Table 2는 DMP 디지털 미세섭동 4축 믹싱파일과 MJS 공법 및 IMS 공법으로 시공과정에서 발생하는 주변 지반 및 표면변형에 대한 모니터링 데이터를 비교한 것이다. 미세교란 4축 혼합파일 시공시 파일 본체로부터 2m 거리에서 지반의 수평 변위 및 수직 융기를 약 5mm 정도로 제어할 수 있어 MJS 공법과 동일 및 IMS 공법을 적용하여 말뚝 시공시 말뚝 주변 지반에 대한 교란을 최소화할 수 있습니다.
현재 DMP 디지털 미세 교란 4축 혼합 파일은 장쑤성, 저장성, 상하이 및 기타 지역의 기초 보강 및 기초 구덩이 엔지니어링과 같은 다양한 유형의 프로젝트에 성공적으로 사용되었습니다. 4축 혼합 말뚝 기술의 연구 개발 및 엔지니어링 응용을 결합하여 "미세 교란 4축 혼합 말뚝에 대한 기술 표준"(T/SSCE 0002-2022)(상하이 토목 공학 학회 그룹 표준)을 작성했습니다. 장비, 설계, 건설 및 테스트 등이 포함됩니다. DMP 디지털 미세 교란 4축 혼합 파일 기술의 적용을 표준화하기 위한 특정 요구 사항이 제시되었습니다.
게시 시간: 2023년 9월 22일