一种基于图像识别进行高压旋喷的施工方法与流程

2021-01-17 15:01:16|

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本发明涉及建筑工程施工技术领域，特别涉及到一种基于图像识别进行高压旋喷的施工方法。

背景技术：

高压旋喷施工技术是以旋转的喷头喷出高速流体一边切削土体一边使水泥浆液与切碎的土体混合，经化学反应后形成坚固的加固土柱，强度可达数兆帕以上。该工法由日本nit的中西涉博士发明，最初是简单的单管法(也称ccp工法)，其后又开发了二重管法、三重管法等。单管法仅喷射水泥浆液；二重管法以压缩空气同轴包裹高压水泥浆液切割土体并两者相互混合，使加固体直径比单管法有较大的提高；三重管法以压缩空气同轴包裹高压水流首先切割土体，形成较大直径的碎土空隙，再以泥浆泵注入水泥浆填充与混合，使加固体直径比前两种方法有了极大的提高。之后又开发了超级旋喷技术、双高压旋喷技术、交叉喷射旋喷技术、双液旋喷技术等，使生成桩直径越来越大。我国自70年代末成功开发高压旋喷施工技术后，该工法在国内较多工程领域得到了广泛的应用，如水利工程防渗墙、城市地下工程、边坡稳定、码头、桥梁基处等。

旋喷桩桩径对桩的承载力影响巨大，决定着工程的质量。而与其他桩相比，旋喷桩桩径不易控制，也不易检测。从安全角度出发，最好每一根桩都能检测到。但实际上，都是按某种比例抽检。目前，旋喷桩施工工程中常采用的检查手段有很多种，如钻孔取芯、开挖和围井试验、探地雷达和高密度电法技术、瑞利波法等。钻孔取芯是最为直接，也是应用最为广泛的检测方法，其属于后验方法，其问题在于即使发现桩径偏小，也很难采取补救方法；若发现桩径偏大，也无法弥补材料的浪费。因此，为了达到保证施工质量的同时，又降低施工成本的目标，需要新型的高压旋喷施工方法，实现施工过程中根据工况对施工参数进行实时调整，基于此，本发明提出一种基于图像识别进行高压旋喷的施工方法。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种基于图像识别进行高压旋喷的施工方法，克服了现有技术的不足。通过设置高速摄像机，采用图像灰度分析的高科技方法，将传统人眼识别升级到新型设备采集，将主观判别提升到客观分析，通过灰度的占比情况精确地确定翻出的浆液内原位土体的占比，通过返浆判定旋喷的质量，进而调整施工参数，实现了施工机械化、智能化，解放了劳动力，降低施工成本。

一种基于图像识别进行高压旋喷的施工方法，其特征在于，实现上述方法需要具备的设备包括高速摄像机、固定支架、图像处理系统、旋喷钻机、地质钻机、引流槽、浆液收集罐、旋喷钻机控制台；所述固定支架安装在钻孔周围，高速摄像机安装在固定支架之上，高速摄像机与图像处理系统通过无线电传输，图像处理系统与旋喷钻机控制台通过电缆线连接，具体施工方法如下：

步骤一：引孔施工

采用地质钻机，在设计桩位上施工引孔，确保引孔的垂直度偏差不超过1.5%；

步骤二：安装高速摄像机

以设计钻孔为中心，设置半径为0.3m～1.5m的圆柱形引流槽，引流槽顶部开放，在底部中心设置直径与引孔直径相同大小的开放圆孔，底部其他区域完全封闭，在底部开放圆孔下方焊接一个直径与设置引孔直径相同大小、长度为0.5-3.0m的圆形套管，引流槽上部设置引流通道，引流通道与浆液收集罐连接使得返浆通过引孔流入引流槽最终流入浆液收集罐；将圆形套管插入引孔内部，如圆形套管与引孔之间存在间隙的，采用速凝浆液进行填充；待速凝浆液终凝后，在引流槽外部安装高速摄像机支架，支架高出地面1.0m～2.0m，在支架的顶端安装高速摄像机，且高速摄像机的镜头对向引流槽内的不同区域，高速摄像机的个数为2～10个，确保摄像机拍摄画面区域不存在任何阴影覆盖和重叠，安装完毕后检查高速摄像机的运行情况和照片拍摄质量；

步骤三：旋喷施工前预试验

封闭引流槽底部的圆形套管，按设计要求配置旋喷水泥浆液并置入引流槽内，采用高速摄像机对配置好的旋喷水泥浆液进行拍摄，将获取的照片进行灰度处理，统计相片中每个像素的灰度值，获取旋喷水泥浆液灰度区间范围为[s1,s2]；

步骤四：开始旋喷施工

利用旋喷钻机将钻杆沿引孔下放到设计深度，按照设计的喷浆压力、浆液流量、提升速度进行旋喷施工，当钻杆开始提升喷浆时，开启高速摄像机，高速摄像机按照时间间隔为2s～120s自动拍摄，拍摄的照片通过无线电传输到图像处理系统；

步骤五：图像处理

将图像处理系统接收到的照片进行灰度处理，统计相片中每个像素的灰度值及对应的像素数量，设定灰度小于s1的像素数量为a，灰度大于等于s1且小于等于s2的像素数量为b，灰度大于s2的像素数量为c，设定水泥浆影响因子w=(a+c)/(a+b+c)，根据w的值调整施工参数；

步骤六：调整施工参数

当w不大于30%时，增大浆液的流量直至达到最大流量qmax，增大旋喷压力直至增大到最大旋喷压力fmax，降低提升速度直至降低到最低提升速度smin；

当w介于30%~70%之间时，保持当前的施工参数不变，继续施工；

当w不小于70%时，减小浆液的流量直至达到最小流量qmin，减小旋喷压力直至减小到最小旋喷压力fmin，增大提升速度直至增大到最大提升速度smax；

步骤七：将旋喷钻头提升至设定标高，停止旋喷施工作业，静置一段时间，采用低压力进行浆液回灌，待浆液初凝达到设计标高后完成该旋喷桩施工。

优选地，所述引流槽、套管均为钢铁材质，引流槽和套管之间通过法兰连接，引流槽的高度为0.5m～1.0m，引流槽的厚度为3mm～5mm，套管的壁厚为3mm～5mm。

优选地，所述高速摄像机的分辨率不小于1600x1200。

优选地，所述步骤四中高速摄像机的拍摄区域为矩形，矩形的长为10mm~50mm，矩形的宽为2mm~20mm。

优选地，所述支架为合金材质，支架由固定段和连接平台，高速摄像机与连接平台通过螺栓连接，连接平台的角度可以相对固定段旋转，固定段插入到土体中保持支架稳定。

优选地，所述高速摄像机拍摄间隔随返浆流量的大小而改变，当返浆流量不大于100l/min时，高速摄像机拍摄间隔为20s～120s，当返浆流量介于100l/min～300l/min时，高速摄像机拍摄间隔为10s～30s，当返浆流量不小于300l/min时，高速摄像机拍摄间隔为2s～20s。

优选地，所述最大流量qmax为500l/min，最大旋喷压力fmax为60mpa，最大提升速度smax为50cm/min，最小流量qmin为100l/min，最小旋喷压力fmin为20mpa，最低提升速度smin为5cm/min。

本发明所带来的有益技术效果：

通过设置高速摄像机，采用图像灰度分析的高科技方法，将传统人眼识别升级到新型设备采集，将主观判别提升到客观分析，通过灰度的占比情况精确地确定翻出的浆液内原位土体的占比，通过返浆判定旋喷的质量，进而调整施工参数，实现了施工机械化、智能化，解放了劳动力，降低施工成本。

附图说明

图1为本发明一种基于图像识别进行高压旋喷的施工方法的施工流程图。

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，一种基于图像识别进行高压旋喷的施工方法，其特征在于，实现上述方法需要具备的设备包括高速摄像机、固定支架、图像处理系统、旋喷钻机、地质钻机、引流槽、浆液收集罐、旋喷钻机控制台；所述固定支架安装在钻孔周围，高速摄像机安装在固定支架之上，高速摄像机与图像处理系统通过无线电传输，图像处理系统与旋喷钻机控制台通过电缆线连接，具体施工方法如下：

步骤一：引孔施工

采用地质钻机，在设计桩位上施工引孔，确保引孔的垂直度偏差不超过1.5%；

步骤二：安装高速摄像机

以设计钻孔为中心，设置半径为1m的圆柱形引流槽，引流槽顶部开放，在底部中心设置直径与引孔直径相同大小的开放圆孔，底部其他区域完全封闭，在底部开放圆孔下方焊接一个直径与设置引孔直径相同大小、长度为1m的圆形套管，引流槽上部设置引流通道，引流通道与浆液收集罐连接使得返浆通过引孔流入引流槽最终流入浆液收集罐；将圆形套管插入引孔内部，如圆形套管与引孔之间存在间隙的，采用速凝浆液进行填充；待速凝浆液终凝后，在引流槽外部安装高速摄像机支架，支架高出地面1.0m，在支架的顶端安装高速摄像机，且高速摄像机的镜头对向引流槽内的不同区域，高速摄像机的个数为5个，确保摄像机拍摄画面区域不存在任何阴影覆盖和重叠，安装完毕后检查高速摄像机的运行情况和照片拍摄质量；

步骤三：旋喷施工前预试验

步骤四：开始旋喷施工

步骤五：图像处理

步骤六：调整施工参数

当w不大于30%时，增大浆液的流量直至达到最大流量qmax，增大旋喷压力直至增大到最大旋喷压力fmax，降低提升速度直至降低到最低提升速度smin；

当w介于30%~70%之间时，保持当前的施工参数不变，继续施工；

当w不小于70%时，减小浆液的流量直至达到最小流量qmin，减小旋喷压力直至减小到最小旋喷压力fmin，增大提升速度直至增大到最大提升速度smax；

步骤七：将旋喷钻头提升至设定标高，停止旋喷施工作业，静置一段时间，采用低压力进行浆液回灌，待浆液初凝达到设计标高后完成该旋喷桩施工。

优选地，所述引流槽、套管均为钢铁材质，引流槽和套管之间通过法兰连接，引流槽的高度为1.0m，引流槽的厚度为3mm，套管的壁厚为3mm。

优选地，所述高速摄像机的分辨率为1600x1200。

优选地，所述步骤四中高速摄像机的拍摄区域为矩形，矩形的长为20mm，矩形的宽为15mm。

实施例2：

如图1所示，在软黏土较为丰富的地质条件下进行施工，采用本发明所述的一种基于图像识别进行高压旋喷的施工方法进行如下施工：

实现上述方法需要具备的设备包括高速摄像机、固定支架、图像处理系统、旋喷钻机、地质钻机、引流槽、浆液收集罐、旋喷钻机控制台；所述固定支架安装在钻孔周围，高速摄像机安装在固定支架之上，高速摄像机与图像处理系统通过无线电传输，图像处理系统与旋喷钻机控制台通过电缆线连接，具体施工方法如下：

步骤一：引孔施工

采用地质钻机，在设计桩位上施工引孔，引孔直径为15cm，确保引孔的垂直度偏差不超过1.5%；

步骤二：安装高速摄像机

以设计钻孔为中心，设置半径为1m的圆柱形引流槽，引流槽顶部开放，在底部中心设置直径与引孔直径相同大小的开放圆孔，底部其他区域完全封闭，在底部开放圆孔下方焊接一个直径与设置引孔直径相同大小、长度为1m的圆形套管，引流槽上部设置引流通道，引流通道与浆液收集罐连接使得返浆通过引孔流入引流槽最终流入浆液收集罐；将圆形套管插入引孔内部，如圆形套管与引孔之间存在间隙的，采用速凝浆液进行填充；待速凝浆液终凝后，在引流槽外部安装高速摄像机支架，支架高出地面1.5m，在支架的顶端安装高速摄像机，且高速摄像机的镜头对向引流槽内的不同区域，高速摄像机的个数为7个，确保摄像机拍摄画面区域不存在任何阴影覆盖和重叠，安装完毕后检查高速摄像机的运行情况和照片拍摄质量；

步骤三：旋喷施工前预试验

在将引流槽与圆形套管连接前，按设计要求配置旋喷水泥浆液并置入引流槽内，采用高速摄像机对配置好的旋喷水泥浆液进行拍摄，将获取的照片进行灰度处理，统计相片中每个像素的灰度值，获取旋喷水泥浆液灰度区间范围为[s1,s2]；

步骤四：开始旋喷施工

步骤五：图像处理

步骤六：调整施工参数

当w不大于30%时，增大浆液的流量直至达到最大流量qmax，增大旋喷压力直至增大到最大旋喷压力fmax，降低提升速度直至降低到最低提升速度smin；

当w介于30%~70%之间时，保持当前的施工参数不变，继续施工；

当w不小于70%时，减小浆液的流量直至达到最小流量qmin，减小旋喷压力直至减小到最小旋喷压力fmin，增大提升速度直至增大到最大提升速度smax；

步骤七：将旋喷钻头提升至设定标高，停止旋喷施工作业，静置一段时间，采用低压力进行浆液回灌，待浆液初凝达到设计标高后完成该旋喷桩施工。

优选地，所述引流槽、套管均为钢铁材质，引流槽和套管之间通过法兰连接，引流槽的高度为1.0m，引流槽的厚度为3mm，套管的壁厚为3mm。

优选地，所述高速摄像机的分辨率为1600x1200。

优选地，所述步骤四中高速摄像机的拍摄区域为矩形，矩形的长为20mm，矩形的宽为15mm。

本发明是一种基于图像识别进行高压旋喷的施工方法，通过设置高速摄像机，采用图像灰度分析的高科技方法，将传统人眼识别升级到新型设备采集，将主观判别提升到客观分析，通过灰度的占比情况精确地确定翻出的浆液内原位土体的占比，通过返浆判定旋喷的质量，进而调整施工参数，实现了施工机械化、智能化，解放了劳动力，降低施工成本。

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。

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