(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210569014.X (22)申请日 2022.05.24 (71)申请人 中交第四航 务工程局有限公司 地址 510000 广东省广州市海珠区沥滘路 368号广州之窗总部大厦 (72)发明人 吕卫清　滕超　何丽平　王雪刚　 刘志军　林美鸿　 (74)专利代理 机构 广州新诺专利商标事务所有 限公司 4 4100 专利代理师 刘菁菁 (51)Int.Cl. E02D 1/02(2006.01) E02D 5/46(2006.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 30/20(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于输出扭矩的水泥搅拌桩土层识别 方法 (57)摘要 一种基于输出扭矩的水泥搅拌桩土层识别 方法， 包括以下步骤： 通过勘察确定施工区域内 包含的多种土层类型， 并获取每种所述土层类型 的物理力学参数； 获取设计施工深度， 将所述设 计施工深度划分为多个深度段； 在施工之前， 获 取各所述深度段对应抱桩器与钻杆之间的的摩 擦扭矩； 在施工过程中， 每当所述搅拌头下降至 各深度段的底端时， 将相应深度段记 为目标深度 段， 根据预设计算规则计算所述搅拌头在目标深 度段时破坏各土层类型的驱动扭矩； 获取扭矩传 感器测得的实测扭矩， 基于计算得到的驱动扭矩 和实测扭矩， 确定目标深度段的土层类型。 本发 明通过搅拌头破坏不同土层类型所需的扭矩不 同和扭矩传感器的实测扭矩， 识别不同深度所对 应的土层类型。 权利要求书3页 说明书9页 附图2页 CN 114855748 A 2022.08.05 CN 114855748 A 1.一种基于输出扭矩的水泥搅拌桩土层识别方法， 其特征在于， 包括搅拌组件， 所述搅 拌组件包括抱桩器、 设置在抱桩器上的多根钻杆和与多根钻杆连接用于驱动钻孔旋转的动 力头， 所述钻杆的底端设有搅拌头， 所述搅拌头外侧壁上设有多层叶片， 所述搅拌头底端设 有切割刀片， 其特征在于， 还包括智能终端， 之间设有用于测量钻杆扭矩的扭矩传感器， 所 述智能终端与扭矩传感器连接； 所述方法包括以下步骤： 对施工区域进行勘察， 确定施工区域内包含的多种土层类型， 并获取每种所述土层类 型的物理力学参数； 获取设计施工深度， 将所述设计施工深度划分为多个深度段； 在施工之前， 获取所述搅拌头下降至各深度段底端时抱桩器与钻杆之间的摩擦扭矩， 得到各所述深度段对应的摩擦扭矩； 在施工过程中， 每当所述搅拌头下降至各深度段的底端时， 将所述搅拌头所在的深度 段记为目标深度段， 基于每种所述土层类型的物理力学参数和目标深度段对应的摩擦扭 矩， 根据预设计算 规则计算所述搅拌头在目标深度段时破坏各土层类型的驱动扭矩； 获取所述搅拌头在目标深度段时扭矩传感器测得的实测扭矩， 基于所述搅拌头在目标 深度段时破坏各土层类型的驱动扭矩和扭矩传感器测得的实测扭矩， 确定目标深度段的土 层类型。 2.根据权利要求1所述的基于输出扭矩的水泥搅拌桩土层识别方法， 其特征在于， 所述 物理力学参数包括粘聚力、 摩擦角、 重度、 摩擦系数和 侧压力系数； 根据预设计算规则计算所述搅拌头在目标深度段时破坏各土层类型的驱动扭矩步骤 包括： 从多种所述土层类型中依次选取一个目标土层类型， 根据以下公式计算所述搅拌头在 目标深度段时破坏目标土层类型的驱动扭矩， 得到搅拌头在目标深度段时破坏各土层类型 的驱动扭矩： M驱动＝M1+M2+M3    (4) 式中， M2为土与钻杆的摩擦扭矩， d为钻杆直径， n ′为目标深度段上方的上覆土层的层 数， σzi为第i层上覆土层的土体垂直有效应力， ksi为第i层上覆土层的土的侧压力系数， μsi 为第i层上覆土层的土与钻杆的摩擦系数， hi为第i层上覆土层的厚度， cu为抗剪强度， c为目 标土层类型的粘聚力， 为目标土层类型的摩擦角， σ 为目标深度段上方的上覆土层压力， M3 为搅拌头与土之间的扭矩， l1为切割刀片的长度， B1为切割刀片的宽度， θ1为切割刀片的倾 角， V贯为搅拌头下降速度， n为搅拌头的转速， St为土体灵敏度， k为叶片层数， l2为叶片的长 度， B2为叶片的宽度， θ2为叶片的倾角， M驱动为动力头驱动钻杆的驱动扭矩， M1为目标深度段权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114855748 A 2对应的摩擦扭矩。 3.根据权利要求2所述的基于输出扭矩的水泥搅拌桩土层识别方法， 其特征在于， 所述 公式(3)的推导过程如下： 根据十字板剪切试验原理得到： 式中， M′1为克服圆柱面土体抗剪 强度所需力矩， M ′2为克服顶面和底面土体抗剪 强度所 需力矩， M为克服土体抗剪强度的总力矩， d为钻杆直径， l为叶片长度或切割刀片长度， B为 叶片宽度或切割刀片宽度， θ 为叶片倾角或切割刀片倾角； 在施工过程中， 切割刀片搅拌破坏土体的关系为： h1＝B1sinθ1‑h2    (9) 式中， h2为切割刀片搅拌原状土的厚度， h1为切割刀片搅拌扰动土的厚度； 考虑搅拌头下降的情况， 将公式(8)和公式(9)代入公式(7)得到： 式中， M贯1为切割刀片的扭矩； 计算叶片的扭矩： 式中， M贯1为叶片的扭矩； 搅拌头与土之间的扭矩为： M3＝M贯1+kM贯2    (12)； 将公式(10)和公式(1 1)代入公式(12)得到： 4.根据权利要求2所述的基于输出扭矩的水泥搅拌桩土层识别方法， 其特征在于， 所述 获取所述搅拌头下降至各深度段底端时抱桩器与钻杆之 间的摩擦扭矩， 得到各所述深度段 对应的摩擦扭矩的步骤 包括： 在施工区域确定一个测试点， 并确定测试点下方设计施工深度范围内的实际土层分 布， 得到各深度段对应的实际土层类型； 通过所述搅拌组件对测试点进行施工， 每当所述搅拌头下降至各深度段的底端时， 将权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114855748 A 3