一种旋喷施工效果的三维模型构建方法

技术领域

本发明涉及旋喷桩施工技术领域，特别涉及到一种旋喷施工效果的三维模型构建方法。

背景技术

随着科学技术的不断发展和进步，红外光谱仪已经具有较高的检测水平，红外光谱仪是利用物质对不同波长的红外辐射的吸收特性，进行分子结构和化学组成分析的仪器。红外光谱仪通常由光源、单色器、探测器和计算机处理信息系统组成，红外光谱仪不仅能鉴定化合物又能准确测定化合物含量，可以对样品进行定性和定量分析，广泛应用于医药化工、地矿、石油、煤炭、环保、海关、宝石鉴定、刑侦鉴定等领域。

旋喷桩是利用钻机将旋喷注浆管及喷头钻置于桩底设计高程，将预先配制好的浆液通过高压发生装置使液流获得巨大能量后，从注浆管边的喷嘴中高速喷射出来，形成一股能量高度集中的液流，直接破坏土体，喷射过程中，钻杆边旋转边提升，使浆液与土体充分搅拌混合，在土中形成一定直径的柱状固结体，从而使地基得到加固。

随着国家基础建设的增多，特别是在大量建设高速公路、高层建筑、特大桥时都涉及若干桩基工程，而高压旋喷桩在基础工程、隧道工程等工程中应用十分广泛，其质量检测至关重要。旋喷桩桩径对桩的承载力影响巨大，决定着工程的质量。旋喷桩在属于隐蔽性工程，在施工过程中采用同种施工参数施工，由于土层软硬层度不同，最终地质情况复杂度决定了旋喷体的状态。目前，地下旋喷体的形态仅通过数值软件模拟或者现场开挖确定，数值软件模拟很难精准复原原位土体的分布状态，自然模型建立不够精准，现场开挖的深度又不能太深且耗时耗力，因此，需要一种新的技术能对旋喷体进行三维成像，基于此，本发明提出了一种旋喷施工效果的三维模型构建方法。

发明内容

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种旋喷施工效果的三维模型构建方法，克服了现有技术的不足。采用短波红外光谱仪对旋喷桩的边界进行探测，通过旋喷施工边界校核与调整，建立旋喷体三维模型。

一种旋喷施工效果的三维模型构建方法，其特征在于，采用含有氢氧根离子、碳酸根离子两种官能团之一的矿物岩石粉末组成的旋喷浆液开展旋喷施工，基于钻孔钻头设置的短波红外光谱仪对土层标准化吸收率进行数据采集以及设置的测斜仪对钻孔垂直度进行检测，采用如下步骤将短波红外光谱仪采集的光谱参数及测斜仪数据进行处理进而确定旋喷桩径的方法：

步骤1：开展旋喷作业；

确定旋喷桩中心点及设计直径，旋喷浆液选用含有氢氧根离子、碳酸根离子两种官能团之一的矿物岩石粉末组成的固化材料浆液，按旋喷设计方案开展旋喷施工作业；

步骤2：确定旋喷设计边界；

按照设计方案，以旋喷桩中心点为原点建立空间直角坐标系，x轴与y轴为水平面坐标轴，z轴为垂直竖向坐标轴；基于旋喷桩设计长度与设计直径，在空间直角坐标系中生成设计旋喷桩范围及边界；

步骤3：钻孔及垂直度检测，旋喷施工边界确定；

在地表旋喷桩设计边界每间隔设定角度确定钻孔点位，采用钻头上设置有短波红外光谱仪的钻孔钻机在钻孔点位垂直向下钻进；钻进过程中短波红外光谱仪对土层标准化吸收率进行数据采集，同时对钻孔的垂直度进行检测；短波红外光谱仪钻孔自上而下监测孔土层在波长为2300-2400nm之间的特征吸收峰及标准化吸收率，当波长为2300-2400nm之间的特征吸收峰存在特征吸收峰并且标准化吸收率大于或等于0.2，则认定为有效旋喷点，将有效旋喷点空间坐标进行存储；反之，当波长为2300-2400nm之间的特征吸收峰存在特征吸收峰并且标准化吸收率小于0.2，则认定为无效旋喷点，将无效旋喷点空间坐标进行存储；

步骤4：钻孔及垂直度检测结果校核，旋喷施工边界校核与调整；

针对无效旋喷点，在原钻孔点位的基础上沿圆心轴线向圆心内移动设定距离，采用钻头上设置有短波红外光谱仪的钻孔钻机在钻孔点位垂直向下钻进；钻进过程中针对无效旋喷点空间坐标对应的z轴方向坐标值点位，采用短波红外光谱仪对土层标准化吸收率进行数据采集，同时对钻孔的垂直度进行检测；短波红外光谱仪钻孔自上而下监测孔土层在波长为2300-2400nm之间的特征吸收峰及标准化吸收率，当波长为2300-2400nm之间的特征吸收峰存在特征吸收峰并且标准化吸收率大于或等于0.2，则认定为有效旋喷点，将有效旋喷点空间坐标进行存储；反之，当波长为2300-2400nm之间的特征吸收峰存在特征吸收峰并且标准化吸收率小于0.2，则认定为无效旋喷点，将无效旋喷点空间坐标进行存储；若无效旋喷点存在，则继续重复本步骤，直至无效旋喷点消失或者钻孔点位已移动至圆心，若钻孔点位已移动至圆心则此轴线方向有效旋喷点坐标为圆心坐标；

步骤5：检测结果分析，旋喷体三维成型；

在空间直角坐标系中将所有钻孔内的有效旋喷点拟合连线生成若干旋喷曲线，将若干旋喷曲线在空间直角坐标系中拟合为旋喷曲面；旋喷曲面位于设计旋喷桩边界上或外侧为有效旋喷区域，旋喷曲面位于设计旋喷桩边界内侧为无效旋喷区域；旋喷曲面包围区域即为实际有效旋喷区域。

优选地，所述钻孔钻机的垂直度精度优于千分之二。

优选地，所述步骤3中每间隔设定角度的取值范围为30-90度。

优选地，所述短波红外光谱仪和测斜仪采集数据达到设定的数据密度，在垂直方向每米至少包含100个采集数据点。

本发明所带来的有益技术效果：

（1）通过短波红外光谱仪对旋喷桩的边界进行探测，对旋喷施工边界校核与调整，最终建立旋喷体三维模型，使隐蔽工程可视化。（2）节省时间，以往检测方法无论开挖检测还是钻孔取芯都需要在旋喷桩固结后进行，等待时间长，影响施工工期。（3）节省费用，以往检测方法无论开挖检测还是钻孔取芯都需要耗费较多人力或设备，并且检测本身花费的时间长。

附图说明

图1为本发明一种旋喷施工效果的三维模型构建方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

实施例1：

如图1所示，一种旋喷施工效果的三维模型构建方法，采用含有氢氧根离子、碳酸根离子两种官能团之一的矿物岩石粉末组成的旋喷浆液开展旋喷施工，基于钻孔钻头设置的短波红外光谱仪对土层标准化吸收率进行数据采集以及设置的测斜仪对钻孔垂直度进行检测，采用如下步骤将短波红外光谱仪采集的光谱参数及测斜仪数据进行处理进而确定旋喷桩径的方法：

步骤1：开展旋喷作业；

确定旋喷桩中心点及设计直径，旋喷浆液选用含有氢氧根离子、碳酸根离子两种官能团之一的矿物岩石粉末组成的固化材料浆液，按旋喷设计方案开展旋喷施工作业；

步骤2：确定旋喷设计边界；

按照设计方案，以旋喷桩中心点为原点建立空间直角坐标系，x轴与y轴为水平面坐标轴，z轴为垂直竖向坐标轴；基于旋喷桩设计长度与设计直径，在空间直角坐标系中生成设计旋喷桩范围及边界；

步骤3：钻孔及垂直度检测，旋喷施工边界确定；

在地表旋喷桩设计边界每间隔设定角度确定钻孔点位，采用钻头上设置有短波红外光谱仪的钻孔钻机在钻孔点位垂直向下钻进；钻进过程中短波红外光谱仪对土层标准化吸收率进行数据采集，同时对钻孔的垂直度进行检测；短波红外光谱仪钻孔自上而下监测孔土层在波长为2300-2400nm之间的特征吸收峰及标准化吸收率，当波长为2300-2400nm之间的特征吸收峰存在特征吸收峰并且标准化吸收率大于或等于0.2，则认定为有效旋喷点，将有效旋喷点空间坐标进行存储；反之，当波长为2300-2400nm之间的特征吸收峰存在特征吸收峰并且标准化吸收率小于0.2，则认定为无效旋喷点，将无效旋喷点空间坐标进行存储；

步骤4：钻孔及垂直度检测结果校核，旋喷施工边界校核与调整；

针对无效旋喷点，在原钻孔点位的基础上沿圆心轴线向圆心内移动设定距离，采用钻头上设置有短波红外光谱仪的钻孔钻机在钻孔点位垂直向下钻进；钻进过程中针对无效旋喷点空间坐标对应的z轴方向坐标值点位，采用短波红外光谱仪对土层标准化吸收率进行数据采集，同时对钻孔的垂直度进行检测；短波红外光谱仪钻孔自上而下监测孔土层在波长为2300-2400nm之间的特征吸收峰及标准化吸收率，当波长为2300-2400nm之间的特征吸收峰存在特征吸收峰并且标准化吸收率大于或等于0.2，则认定为有效旋喷点，将有效旋喷点空间坐标进行存储；反之，当波长为2300-2400nm之间的特征吸收峰存在特征吸收峰并且标准化吸收率小于0.2，则认定为无效旋喷点，将无效旋喷点空间坐标进行存储；若无效旋喷点存在，则继续重复本步骤，直至无效旋喷点消失或者钻孔点位已移动至圆心，若钻孔点位已移动至圆心则此轴线方向有效旋喷点坐标为圆心坐标；

步骤5：检测结果分析，旋喷体三维成型；

在空间直角坐标系中将所有钻孔内的有效旋喷点拟合连线生成若干旋喷曲线，将若干旋喷曲线在空间直角坐标系中拟合为旋喷曲面；旋喷曲面位于设计旋喷桩边界上或外侧为有效旋喷区域，旋喷曲面位于设计旋喷桩边界内侧为无效旋喷区域；旋喷曲面包围区域即为实际有效旋喷区域。

优选地，所述钻孔钻机的垂直度精度优于千分之二。

优选地，所述步骤3中每间隔设定角度的取值范围为30-90度。

优选地，所述短波红外光谱仪和测斜仪采集数据达到设定的数据密度，在垂直方向每米至少包含100个采集数据点。

实施例2：

如图1所示，在室外场地上进行模型构建试验，设计旋喷桩的直径为1m，深度为2m，地层条件为杂填土，采用本发明介绍的技术方案继续宁试验。采用含有碳酸根离子的矿物岩石粉末组成的旋喷浆液开展旋喷施工，基于钻孔钻头设置的短波红外光谱仪对土层标准化吸收率进行数据采集以及设置的测斜仪对钻孔垂直度进行检测，采用如下步骤将短波红外光谱仪采集的光谱参数及测斜仪数据进行处理进而确定旋喷桩径的方法：

步骤1：开展旋喷作业；

确定旋喷桩中心点，旋喷浆液选用含有碳酸根离子的矿物岩石粉末组成的固化材料浆液，按旋喷设计方案开展旋喷施工作业；

步骤2：确定旋喷设计边界；

按照设计方案，以旋喷桩中心点为原点建立空间直角坐标系，x轴与y轴为水平面坐标轴，z轴为垂直竖向坐标轴；基于旋喷桩设计长度2m与设计直径1m，在空间直角坐标系中生成设计旋喷桩范围及边界；

步骤3：钻孔及垂直度检测，旋喷施工边界确定；

在地表旋喷桩设计边界每间隔设定角度确定钻孔点位，采用钻头上设置有短波红外光谱仪的钻孔钻机在钻孔点位垂直向下钻进；钻进过程中短波红外光谱仪对土层标准化吸收率进行数据采集，同时对钻孔的垂直度进行检测；短波红外光谱仪钻孔自上而下监测孔土层在波长为2300-2400nm之间的特征吸收峰及标准化吸收率，当波长为2300-2400nm之间的特征吸收峰存在特征吸收峰并且标准化吸收率大于或等于0.2，则认定为有效旋喷点，将有效旋喷点空间坐标进行存储；反之，当波长为2300-2400nm之间的特征吸收峰存在特征吸收峰并且标准化吸收率小于0.2，则认定为无效旋喷点，将无效旋喷点空间坐标进行存储；

步骤4：钻孔及垂直度检测结果校核，旋喷施工边界校核与调整；

针对无效旋喷点，在原钻孔点位的基础上沿圆心轴线向圆心内移动设定距离，采用钻头上设置有短波红外光谱仪的钻孔钻机在钻孔点位垂直向下钻进；钻进过程中针对无效旋喷点空间坐标对应的z轴方向坐标值点位，采用短波红外光谱仪对土层标准化吸收率进行数据采集，同时对钻孔的垂直度进行检测；短波红外光谱仪钻孔自上而下监测孔土层在波长为2300-2400nm之间的特征吸收峰及标准化吸收率，当波长为2300-2400nm之间的特征吸收峰存在特征吸收峰并且标准化吸收率大于或等于0.2，则认定为有效旋喷点，将有效旋喷点空间坐标进行存储；反之，当波长为2300-2400nm之间的特征吸收峰存在特征吸收峰并且标准化吸收率小于0.2，则认定为无效旋喷点，将无效旋喷点空间坐标进行存储；若无效旋喷点存在，则继续重复本步骤，直至无效旋喷点消失或者钻孔点位已移动至圆心，若钻孔点位已移动至圆心则此轴线方向有效旋喷点坐标为圆心坐标；

步骤5：检测结果分析，旋喷体三维成型；

在空间直角坐标系中将所有钻孔内的有效旋喷点拟合连线生成若干旋喷曲线，将若干旋喷曲线在空间直角坐标系中拟合为旋喷曲面；旋喷曲面位于设计旋喷桩边界上或外侧为有效旋喷区域，旋喷曲面位于设计旋喷桩边界内侧为无效旋喷区域；旋喷曲面包围区域即为实际有效旋喷区域。

试验后对旋喷体进行开挖，与三维模型构建效果进行对比，两者基本吻合，充分说明该方法建造的三维模型具备工程实用性。

本发明是一种旋喷施工效果的三维模型构建方法，采用短波红外光谱仪对旋喷桩的边界进行探测，通过旋喷施工边界校核与调整，建立旋喷体三维模型。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。