【技术实现步骤摘要】
【】本专利技术涉及一种水化热预测与控制方法，具体涉及一种静钻根植桩植桩过程中桩端和桩侧水化热预测与控制方法及系统，属于土木工程。
技术介绍
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技术介绍
1、静钻根植桩是一种新型桩基础，具有承载力高、桩身材料强度发挥好、挤土效应小等优点，其施工流程包括多个步骤，如桩位放样、场地平整、钻孔、扩底、桩端注浆、桩周注浆、钻机搅拌、拔钻杆、植桩和桩顶固定等。在植桩过程中，桩端和桩侧的水化热发展过快可能影响预制桩桩端与扩底部分连接，以及桩侧与桩周水泥土连接的可靠性。因此，需要保证水化热在植桩过程中的平稳发展，降低预制桩的温度应力，从而确保工程桩基的稳定性和承载能力。
2、现有技术的静钻根植桩施工过程中，对水化热的分布与发展缺乏足够的了解与调节方法，而且静钻根植桩的温度传感器布置以及实时采集，存在成本高、时间长、影响施工进度等缺点，需要提出有效的方法实时预测并精准调节水化热的发展，保证静钻根植桩各部件间的连接可靠。
3、因此，为解决上述技术问题，确有必要提供一种创新的静钻根植桩植桩过程中桩端和桩侧水化热预测与控制方法及系统，以克服现有技术中的所述缺陷。
技术实现思路
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技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种静钻根植桩植桩过程中桩端和桩侧水化热预测与控制方法，其通过利用地表温度传感器和云计算，实现对植桩过程中桩端和桩侧水化热的实时预测，同时，根据水化热预测结果，利用控制器调整均热液的循环速度或触发均热袋内的溶解反应，实现对水化热的
2、为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：静钻根植桩植桩过程中桩端和桩侧水化热预测与控制方法，其采用一种静钻根植桩水化热控制系统，该系统包括地表温度传感器、均热网、均热袋、均热管以及控制器；所述均热网、均热袋和控制器组成桩端水化热控制系统；所述均热管、均热管内的均热液以及控制器组成桩侧水化热控制系统；
3、所述桩端和桩侧水化热预测与控制方法包括如下步骤：
4、1)，根据地表温度传感器读数和地勘测得的地温梯度，计算地下各深度处在施工前的初始温度；
5、2)，收集静钻根植桩的温度变化计算参数，所述参数包括桩径、桩长、桩身材料比热容、当前批次水泥浆的水化热、热扩散率；
6、3)，计算桩端和桩侧各编号节点处由水化反应引起的温度变化量；
7、4)，根据各位置处的初始地温和温度变化量，计算静钻根植桩桩端和桩侧各编号节点处的最终温度；
8、5)，根据各节点的最终温度数据，记录所有超过35℃的桩端和桩侧节点，并发送信号至控制器；
9、6)，控制器根据节点位置触发桩端或桩侧水化热控制系统调节温度异常节点的温度。
10、本专利技术的静钻根植桩植桩过程中桩端和桩侧水化热预测与控制方法进一步为：所述步骤1)中，初始温度的计算方法为：
11、t0＝tsurface+z×g
12、式中：t0为某一深度处的初始温度，tsurface为地表温度，z为深度，g为地温梯度。
13、本专利技术的静钻根植桩植桩过程中桩端和桩侧水化热预测与控制方法进一步为：所述步骤3)中，桩端温度变化量的计算方法如下：
14、
15、式中：θ为温度变化量，τ为现在时刻，τ'为初始时刻；q为水化热，c为比热容，d为热扩散率；l为桩长，r0为桩身半径，r为计算位置到预制桩中心的距离；i0(x)为零阶第一类修正贝塞尔函数，exp(x)表示指数函数，erf(ξ)为误差函数；
16、桩侧温度变化量的计算方法如下：
17、
18、式中：θ为温度变化量，τ为现在时刻，τ'为初始时刻；q为水化热，c为比热容，d为热扩散率；l为桩长，r0为桩身半径，z为计算位置深度的坐标；i0(x)为零阶第一类修正贝塞尔函数，exp(x)表示指数函数，erf(ξ)为误差函数。
19、本专利技术的静钻根植桩植桩过程中桩端和桩侧水化热预测与控制方法进一步为：所述步骤4)中，桩端和桩侧的最终温度的计算方法如下：
20、t＝t0+θ
21、式中：t为最终温度，t0为初始温度，θ为步骤3)得出的温度变化量。
22、本专利技术的静钻根植桩植桩过程中桩端和桩侧水化热预测与控制方法进一步为：所述温度传感器为电阻式温度传感器，测量精度精确到0.1摄氏度，其埋设在地表；温度传感器连接至数据采集仪，每隔5分钟采集一次地表温度，打上时间戳，并通过数据采集仪的通信模块上传至云端存储。
23、本专利技术的静钻根植桩植桩过程中桩端和桩侧水化热预测与控制方法进一步为：所述均热网为圆形，其网格的尺寸为2cm×2cm；所述均热网内部为空心结构，且在网格节点处设有空腔，空腔内置电机；所述电机通过电线连接至控制器，并由控制器控制；所述电机上连接有一挤压接头，所述挤压接头能挤压对应的均热袋。
24、本专利技术的静钻根植桩植桩过程中桩端和桩侧水化热预测与控制方法进一步为：所述均热袋通过聚酯绳绑扎在均热网的各节点位置；均热袋使用聚乙烯材料包装，尺寸为3cm×3cm，质量为50克；均热袋中盛有氯化铵与水；氯化铵与水的质量按照1:2的比例配备，两者之间通过塑料膜隔开。
25、本专利技术的静钻根植桩植桩过程中桩端和桩侧水化热预测与控制方法进一步为：所述均热管分为横向均热管和竖向均热管两组，并沿静钻根植桩桩侧的横向和纵向平行布置；所述横向均热管和竖向均热管的交点处使用聚酯绳绑扎；所述竖向均热管与桩身母线平行，横向均热管与竖向均热管成45°角；相邻横向均热管和竖向均热管均相互平行，间距均为2cm；各均热管的形状为单u型，外径1.2cm、内径1cm；所述横向均热管的进液口和出液口，竖向均热管的进液口和出液口均连接控制器，管内的均热液循环速度由控制器控制；所述均热液选用乙二醇，初始均热液循环流速为1m/s。
26、本专利技术的静钻根植桩植桩过程中桩端和桩侧水化热预测与控制方法进一步为：所述步骤6)具体为：桩端处的节点异常时，触发对应节点处的电机，带动对应位置的挤压接头对均热袋施加3kpa的压力，挤破其内部水和氯化铵中间的塑料膜，促进氯化铵溶解在水中吸热，降低均热袋覆盖节点处的温度；桩侧处的节点异常时，增大对应均热管内的均热液循环速度，将其提升至2m/s，降低均热管覆盖节点处的温度。
27、本专利技术的静钻根植桩植桩过程中桩端和桩侧水化热预测与控制方法还为：所述控制器上设有若干由控制器控制的进液阀门和出液阀门；每一横向均热管和竖向均热管的进液口上连接至进液阀门；每一横向均热管和竖向均热管的出液口上连接至出液阀门；所述控制器内设有循环泵，所述循环泵能驱动均热液循环；所述控制器上连接有一通信模块。
28、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
29、1.本专利技术的静钻根植桩植桩过程中桩端和桩侧水化热预测与控制方法通过利用地表温度传感器和相关计算，能实时预测本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.静钻根植桩植桩过程中桩端和桩侧水化热预测与控制方法，其特征在于：其采用一种静钻根植桩水化热控制系统，该系统包括地表温度传感器、均热网、均热袋、均热管以及控制器；所述均热网、均热袋和控制器组成桩端水化热控制系统；所述均热管、均热管内的均热液以及控制器组成桩侧水化热控制系统；
2.如权利要求1所述的静钻根植桩植桩过程中桩端和桩侧水化热预测与控制方法，其特征在于：所述步骤1)中，初始温度的计算方法为：
3.如权利要求1所述的静钻根植桩植桩过程中桩端和桩侧水化热预测与控制方法，其特征在于：所述步骤3)中，桩端温度变化量的计算方法如下：
4.如权利要求1所述的静钻根植桩植桩过程中桩端和桩侧水化热预测与控制方法，其特征在于：所述步骤4)中，桩端和桩侧的最终温度的计算方法如下：
5.如权利要求1所述的静钻根植桩植桩过程中桩端和桩侧水化热预测与控制方法，其特征在于：所述温度传感器为电阻式温度传感器，测量精度精确到0.1摄氏度，其埋设在地表；温度传感器连接至数据采集仪，每隔5分钟采集一次地表温度，打上时间戳，并通过数据采集仪的通信模块上传至云端存
6.如权利要求1所述的静钻根植桩植桩过程中桩端和桩侧水化热预测与控制方法，其特征在于：所述均热网为圆形，其网格的尺寸为2cm×2cm；所述均热网内部为空心结构，且在网格节点处设有空腔，空腔内置电机；所述电机通过电线连接至控制器，并由控制器控制；所述电机上连接有一挤压接头，所述挤压接头能挤压对应的均热袋。
7.如权利要求6所述的静钻根植桩植桩过程中桩端和桩侧水化热预测与控制方法，其特征在于：所述均热袋通过聚酯绳绑扎在均热网的各节点位置；均热袋使用聚乙烯材料包装，尺寸为3cm×3cm，质量为50克；均热袋中盛有氯化铵与水；氯化铵与水的质量按照1:2的比例配备，两者之间通过塑料膜隔开。
8.如权利要求1所述的静钻根植桩植桩过程中桩端和桩侧水化热预测与控制方法，其特征在于：所述均热管分为横向均热管和竖向均热管两组，并沿静钻根植桩桩侧的横向和纵向平行布置；所述横向均热管和竖向均热管的交点处使用聚酯绳绑扎；所述竖向均热管与桩身母线平行，横向均热管与竖向均热管成45°角；相邻横向均热管和竖向均热管均相互平行，间距均为2cm；各均热管的形状为单U型，外径1.2cm、内径1cm；所述横向均热管的进液口和出液口，竖向均热管的进液口和出液口均连接控制器，管内的均热液循环速度由控制器控制；所述均热液选用乙二醇，初始均热液循环流速为1m/s。
9.如权利要求7或8所述的静钻根植桩植桩过程中桩端和桩侧水化热预测与控制方法，其特征在于：所述步骤6)具体为：桩端处的节点异常时，触发对应节点处的电机，带动对应位置的挤压接头对均热袋施加3kPa的压力，挤破其内部水和氯化铵中间的塑料膜，促进氯化铵溶解在水中吸热，降低均热袋覆盖节点处的温度；桩侧处的节点异常时，增大对应均热管内的均热液循环速度，将其提升至2m/s，降低均热管覆盖节点处的温度。
10.如权利要求8所述的静钻根植桩植桩过程中桩端和桩侧水化热预测与控制方法，其特征在于：所述控制器上设有若干由控制器控制的进液阀门和出液阀门；每一横向均热管和竖向均热管的进液口上连接至进液阀门；每一横向均热管和竖向均热管的出液口上连接至出液阀门；所述控制器内设有循环泵，所述循环泵能驱动均热液循环；所述控制器上连接有一通信模块。
...【技术特征摘要】
1.静钻根植桩植桩过程中桩端和桩侧水化热预测与控制方法，其特征在于：其采用一种静钻根植桩水化热控制系统，该系统包括地表温度传感器、均热网、均热袋、均热管以及控制器；所述均热网、均热袋和控制器组成桩端水化热控制系统；所述均热管、均热管内的均热液以及控制器组成桩侧水化热控制系统；
2.如权利要求1所述的静钻根植桩植桩过程中桩端和桩侧水化热预测与控制方法，其特征在于：所述步骤1)中，初始温度的计算方法为：
3.如权利要求1所述的静钻根植桩植桩过程中桩端和桩侧水化热预测与控制方法，其特征在于：所述步骤3)中，桩端温度变化量的计算方法如下：
4.如权利要求1所述的静钻根植桩植桩过程中桩端和桩侧水化热预测与控制方法，其特征在于：所述步骤4)中，桩端和桩侧的最终温度的计算方法如下：
5.如权利要求1所述的静钻根植桩植桩过程中桩端和桩侧水化热预测与控制方法，其特征在于：所述温度传感器为电阻式温度传感器，测量精度精确到0.1摄氏度，其埋设在地表；温度传感器连接至数据采集仪，每隔5分钟采集一次地表温度，打上时间戳，并通过数据采集仪的通信模块上传至云端存储。
6.如权利要求1所述的静钻根植桩植桩过程中桩端和桩侧水化热预测与控制方法，其特征在于：所述均热网为圆形，其网格的尺寸为2cm×2cm；所述均热网内部为空心结构，且在网格节点处设有空腔，空腔内置电机；所述电机通过电线连接至控制器，并由控制器控制；所述电机上连接有一挤压接头，所述挤压接头能挤压对应的均热袋。
7.如权利要求6所述的静钻根植桩植桩过程中桩端和桩侧水化热预测与控制方法，其特征在于：所述均热袋通过聚酯绳绑扎在均热网的各节点位置...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑许冬，谢新宇，刘铠宁，郑凌逶，吴勇，周奇辉，
申请(专利权)人：浙江大学温州研究院，
类型：发明
国别省市：
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