(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 202210568143.7 (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 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. G06F 30/13(2020.01) E02D 1/02(2006.01) E02D 5/46(2006.01) G06F 111/10(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于搅拌能耗的水泥搅拌桩土层识别 方法 (57)摘要 本发明提供了一种基于搅拌能耗的水泥搅 拌桩土层识别方法， 包括以下步骤： 通过勘察确 定确定施工区域内包含的多种第一土层类型， 并 获取每种第一土层类型的物理力学参数； 将设计 施工深度划分为多个深度段； 获取各深度段对应 的损失功耗； 在施工过程中， 每隔预设采集时间 获取动力头信息， 且每当搅拌头下降至各目标深 度段的底端时， 根据第一预设计算规则计算动力 头所做的功的第一实际值； 根据第二预设计算规 则计算出目标深度段的土层类型假设为第一土 层类型时， 动力头所做的功的计算值； 基于第一 实际值和各计算值， 确定目标深度段的土层类 型。 本发明通过动力头对搅拌头通过不同土层类 型所做的功不同和动力头的实际做功， 识别不同 深度所对应的土层类型。 权利要求书3页 说明书11页 附图1页 CN 114880747 A 2022.08.09 CN 114880747 A 1.一种基于搅拌能耗的水泥搅拌桩土层识别方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 对施工区域进行勘察， 确定所述施工区域内包含的多种第一土层类型， 并获取每种所 述第一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， 获取搅拌头下降至各所述深度段底端时搅拌桩机的损 失功耗， 得到各所 述深度段对应的损失功耗； 在施工过程中， 每隔预设采集时间获取动力头信息， 且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， 所述动力头信息包括动力头的 电压值和电流 值； 基于获取的所述动力 头信息， 根据第 一预设计算规则 计算所述动力 头对搅拌头通过目 标深度段这 一段时间所做的功的第一实际值； 基于多种所述第一土层类型的物理力学参数和目标深度段对应的损失功耗， 根据第 二 预设计算规则计算出所述目标深度段的土层类型假设为各种第一土层类型时， 所述动力头 对搅拌头通过目标深度段这一段时间所做的功的计算值， 得到各所述第一土层类型对应的 计算值； 基于所述第 一实际值和各第 一土层类型对应的计算值， 确定所述目标深度段的土层类 型。 2.根据权利要求1所述的基于搅拌能耗的水泥搅拌桩土层识别方法， 其特征在于， 所述 根据第一预设计算规则计算所述动力头对搅拌头通过目标深度段这一段时间所做的功的 第一实际值的步骤 包括： 根据以下公式计算所述动力头对搅拌头通过目标深度段这一段时间所做的功的第一 实际值： 式中， W实为动力头对搅拌头通过目标深度 段这一段时间所做的功的第一实际值， U为动 力头的电压值， n ″为搅拌头通过目标深度段这一段时间内所获取的动力头信息的数量， Ii 为搅拌头通过目标深度段这一段时间所获取的第i个动力头信息中的电流值， i＝1、 2、……、 n″， t为预设采集时间。 3.根据权利要求1所述的基于搅拌能耗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； 所述根据第二预设计算规则计算出所述目标深度段的土层类型假设为各种第一土层 类型时， 所述动力头对 搅拌头通过目标深度段这 一段时间所做的功的计算 值的步骤 包括： 从多种所述第 一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目标 深度段的土层类型假设为目标土层类型时， 所述动力头对搅拌头通过目标深度段这一段时 间所做的功的计算 值： W计＝W耗+(M1+M2)nt′2 π  (2) 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114880747 A 2式中， W计为目标深度段的土层类型假设为第一土层类型时， 动力头对搅拌头通过目标 深度段这一段时间所做的功的计算值， W耗为目标深度段对应的损失功耗， t ′为搅拌头通过 目标深度段的时间， ， M1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为目标深度段假设的第一土层类型的粘聚力， 为目标深度段假设的第一土层类型的 摩擦角， σ 为目标深度段上方的上覆土层压力， M2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。 4.根据权利要求3所述的基于搅拌能耗的水泥搅拌桩土层识别方法， 其特征在于， 所述 公式(5)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  (10) 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(9)和公式(10)代入公式(8)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：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114880747 A 3