实时数据在振冲碎石桩质量控制中的应用

动态实时过程数据在振冲碎石桩全过程质量控制中的应用卢鹏云2021年振冲碎石桩工艺描述及特点1目录2振冲碎石桩工程的不确定性特点振冲碎石桩工程的全过程质量控制理论34振冲碎石桩施工的过程控制振冲碎石桩施工质量监控管理系统56总结及展望振冲碎石桩工艺描述及特点什么是振冲碎石桩振冲碎石桩是使用振冲置换法的地基加固工程中，利用振冲器的水平振动和高压水冲（气冲）的共同作用，在软弱土层中形成的碎石或其它粗粒料加强桩体。此加强桩体与原地基土形成人工复合地基，以满足建筑物的荷载与变形要求。振冲碎石桩的物理特点

柔性桩体组成桩体的碎石间无粘结桩柱机理，承担竖向荷载

变截面桩径桩径由于土层不同而变化平均桩径和实时桩径对振冲设计有影响

可透水性桩体可形成透水管道桩体与周围土体形成水压差可横向变形并传递水平荷载振冲碎石桩工程的不确定性特点目前振冲碎石桩工程全过程流程示意图--流程的单向性效果检测按规范和设计要求，对振冲桩的施工质量进行检测和评定地质勘察获取工程地质的基本状况和原始土层的详细物理力学指标，是振冲桩设计的重要依据振冲桩施工按设计要求进行振冲桩的制桩施工振冲桩设计通过分析和计算，制定满足地基加固要求的振冲桩施工基本参数、施工工艺和检测方法地质勘察信息的局限性--有限的勘察孔数量采取土样孔数量不少于勘探孔总数1/2原位测试孔数量不少于勘探孔总数1/3有限的勘察孔布置和测试数量有时候不能全面反映原始土层的真实状况5050505050505050岩土工程勘察规范对详勘点数量的要求??勘察点振冲碎石桩工程的不确定性特点地质勘察信息的局限性--复杂地基中代表性勘察孔的选取在地基土层分布复杂的情况下，作为振冲碎石桩设计依据的代表型勘察孔的选取，将很大程度上影响最终的设计方案：桩深桩距桩径填料量换而言之，复杂地层中，单一的设计方案不能覆盖所有需加固区域的地质情形需求振冲碎石桩工程的不确定性特点振冲碎石桩设计的半经验半理论性--设计的主要内容振冲碎石桩工程的不确定性特点土力学计算桩体布置和参数设计施工工艺设计承载力计算：单桩承载力确定桩间土承载力确定复合地基承载力计算复合地基沉降计算：复合地基压缩模量确定沉降计算经验系数确定变形计算深度确定稳定性验算计算抗液化能力计算处理范围确定：非液化场地不同型式基础液化场地基础外处理范围桩体参数确定：桩长，桩径，桩距布桩型式确定：正三角形，正方形，矩形填料要求：填料选用填料数量填料方式施工质量控制要求：加密段长度留振时间桩头处理施工设备确定功率，设备尺寸目前振冲碎石桩的以上设计内容，都是在半经验半理论的基础上制定完成振冲碎石桩工程的不确定性特点振冲碎石桩设计中，由于使用大量的经验公式和经验值，设计方案的有效性需要通过工艺试验、工程施工实施情况，以及加固效果检测来进行评估并验证。承载力计算沉降计算稳定性验算抗液化计算振冲碎石桩设计的半经验半理论性--计算中大量经验值的使用振冲碎石桩工程的不确定性特点振冲碎石桩设计的半经验半理论性--计算案例一：单桩承载力

单桩承载力的理论计算方法

单桩承载力的原位测试法fpu=20.8CuBrauns计算法：fpu=25.2CuHughes和Withers计算法：其中：fpu碎石桩单桩承载力

，Cu为桩间土不排水抗剪强度重型圆锥动力触探N63.5预估法经验理论选取对计算结果的影响经验值选取计算对结果的影响《

水利水电工程施工技术全书》第一卷第五册《振冲工程》振冲碎石桩工程的不确定性特点振冲碎石桩设计的半经验半理论性--计算案例二：复合地基承载力复合地基承载力计算fspk=mfpk+(1-m)fsk面积置换率m=d²/de²

fspk=[1+m(n-1)]*fsk面积置换率m=d²/de²桩土应力比n取值范围2-4

经验取值受经验取值影响经验值的选取对复合地基承载力的计算结果有较大影响《水利水电工程振冲法地基处理技术规范DL/T5214-2011》振冲碎碎石桩桩工程程的不不确定定性特特点振冲碎碎石桩桩设计计的半半经验验半理理论性性--计算案案例三三：土土层平平均附附加应应力平均附附加应应力沿沿土层层的分分布示示意图图严格来来说，，在进进行复复核地地基承承载力力计算算时，，应根据据附加加应力力的分分布，，对处处理深深度范范围内内的各各土层层分别别进行行验算算。常用计计算方方式计算结结果存存在一一定的的局限限性《GB50007-2011》振冲碎碎石桩桩工程程的不不确定定性特特点振冲碎碎石桩桩设计计的半半经验验半理理论性性--计算案案例四四：地地基沉沉降变变形地基沉沉降变变形计计算S=ΨsS´=Ψs∑(ziαi-zi-1αi-1)*P0/Espi沉降经经验系系数Ψs的经验取值值根据基础长长宽数值和和计算点深深度的关系系选取αi的经验值经验值n的选取对Espi有较大影响响Espi=[1+m(n-1)]Esin选值范围2-4地基沉降计计算结果受受多个经验验值的影响响《GB50007-2011》振冲碎石桩桩工程的不不确定性特特点振冲碎石桩桩设计的半半经验半理理论性--桩体布置和和参数设计计经验化特点点目前多根据据地勘报告告中土层的的分析按经经验初步设设定处理深深度后，再再按规范进进行理论验验算振冲桩处理理深度振冲碎石桩桩工程的不不确定性特特点振冲碎石桩桩设计的半半经验半理理论性--桩体布置和和参数设计计经验化特点点不同的桩径径和桩距的的组合可以以实现相同同的面积置置换率m=dₒ²/dc²dₒ--平均桩径dc--单桩等效影影响圆直径径，等边三三角形为1.05S，正方形为为1.13S桩径1米，桩距2米情况：m=0.227总桩数：251X116=29116总进尺：291160米总总填料量：：285700m³桩径1.2米，桩距2.4米情况：m=0.227总桩数：209X96=20064总进尺：20064米总填填料量：283504m³例：处理面面积200X500=100000㎡，处理深度度10米振冲碎石桩桩工程的不不确定性特特点振冲碎石桩桩设计的半半经验半理理论性--施工工艺设设计的经验化特点点按经验设定定，并通过过现场试验验和工艺试试验确定加密段长度度：通常小于50cm留振时间：：通常不少于于5秒加密段和留留振时间多种功率的的振冲器75KW,130KW,180KW,260KW多种尺寸的的振冲器325,377,402,426,450振冲器功率率和尺寸的的选择填料种类：：碎石，砾石石，卵石，，矿渣填料的粒径径：20mm-150mm填料方式：：强迫填料，，连续填料料，间断填料填料的种类类和方式施工工艺的的选择对地地基加固效效果将产生生较大影响响振冲碎石桩桩工程的不不确定性特特点振冲碎石桩桩施工质量量控制节点点的复杂性性--工艺试验和和施工参数数确定确定施工参参数检验加固效效果确定工作电电流、加密密段长度、、留振时间间、填料量量和填料方方法重型动力触触性能探、、标准贯入入试验、压压载试验、、渗透试验验工艺试验的的目的工艺试验的的局限性试验区域的的代表性检验效果的的偏差以局部区域域工艺试验验为基础制制定的施工工参数不能能覆盖所有有范围局部区域施施工形成的的群桩效果果与最终形形成的复合合地基群桩桩效果存在在一定偏差差工艺试验的的局限性将将对后期施施工的有效效性产生较较大影响振冲碎石桩工工程的不确定定性特点振冲碎石桩施施工质量控制制节点的复杂杂性--加密电流对质质量的影响加密电流与碎碎石桩设计方方案的关系由于加密电流流的数值，最最终对复合地地基的置换率率产生直接影影响，因此，，加密电流的的制定是振冲冲碎石桩施工工中的核心质质量控制参数数之一填入更少石料料，形成更小小桩径无法填入设计计方案要求的的填料数量设备频繁跳闸闸，设备烧毁毁填入更多石料料，形成更大大桩径无法达到加密密电流制桩效率受到到影响更硬的土层更弱的土层基于局部区域域工艺试验制制定的加密电电流如果遇到振冲碎石桩工工程的不确定定性特点振冲碎石桩施施工质量控制制节点的复杂杂性--加密电流对质质量的影响在桩径大小不不一的情况下下，如何确保保全场地的平平均置换率达达到设计要求求，是确保加加固效果的要要点振冲碎石桩工工程的不确定定性特点振冲碎石桩施施工质量控制制节点的复杂杂性--振冲碎石桩的的隐蔽工程特特点实现振冲碎石石桩隐蔽工程程科学管理的的必要条件合理性可追溯性可控性施工方案施工过程施工完成振冲碎石桩工工程的不确定定性特点振冲碎石桩施施工质量控制制节点的复杂杂性--振冲碎石桩的的隐蔽工程特特点孔口记录目前常用的振振冲施工过程程控制的手段段难以实现隐蔽蔽工程施工科科学管理的必必要条件由于采用人工工记录：施工控制参数数的准确性施工过程数据据的连续性土层变化时各各控制参数的的对应关系振冲施工过程程的质量可控性和施工后的可追溯性难以得到保证证振冲碎石桩工工程的不确定定性特点振冲碎石桩施施工效果检验验的代表性--振冲碎石桩检检验的方式静载试验的不不同方式影响因素检测时间（恢恢复期）检测的方案群桩效果静载试验的结结果具有一定定的局限性振冲碎石桩工工程的不确定定性特点振冲碎石桩施施工效果检验验的代表性--振冲碎石桩检检验的数量动力触探检验验桩体密实度度静载试验检验验地基荷载和和变形性能总桩数的1%-3%单项工程不少少于3根每200根-400根抽检1点检测点总数不不少于3点有限的检测数数量不能覆盖盖加固处理的的全部区域的的加固处理效效果振冲碎石桩工工程的全过程程质量控制理理论振冲碎石桩工工程的流程优优化的未来发发展趋势--目前状况地质勘查振冲桩设计振冲桩施工效果检测振冲碎石桩工工程全过程存存在不确定性性局限性半经验半理论论性质量控制复杂杂性检验效果代表表性目前，具有单向特点的振冲碎石桩桩工程流程需需要进行合理理优化，以消消除工程全过过程中诸多的的不确定性带带来的工程质质量隐患振冲碎石桩工工程的流程优优化的未来发发展趋势--全过程质量控控制流程Investigation地质勘察和检检测方案的优优化DesignConstructionInspection&test1.地质勘查2.振冲桩设计3.振冲桩施工4.效果检测勘察和设计方方案的优化设计和施工方方案的优化施工和检测方方案的优化振冲碎石桩全全过程质量控控制流程振冲碎石桩工工程的全过程程质量控制理理论振冲碎石桩全全过程质量控控制是指对振冲碎碎石桩工程的的各个环节（（勘察、设计计、施工、检检测）进行动动态管理，各各环节之间根根据工程的实实时情况相互互影响，不断断优化，以达达到不确定性性因素较多的的振冲碎石桩桩质量控制的的要求。振冲碎石桩全全过程质量控控制流程的特特点振冲碎石桩工工程的全过程程质量控制理理论全工程质量控控制流程覆盖盖振冲碎石桩桩工程所有环环节（勘察、、设计、施工工、检测）各环节的方案案和实施方式式相互影响各环节的方案案和实施方式式需根据工程程实际情况进进行优化、调调整全过程覆盖双向性可优化性具有双向特点的振冲碎石桩桩工程全过程质量控控制流程能最大限限度的根据工工程地质和施施工情形，有有针对性的对对工程各环节节进行情景化的调整整和优化，有助于消除除不确定性较较多的振冲碎碎石桩工程的的质量和安全全隐患。振冲碎石桩全全过程质量控控制流程的实实施要点振冲碎石桩工工程的全过程程质量控制理理论钻孔位置钻孔数量取样点选取原位测试点典型剖面地质勘察计算理论经验数值桩体参数桩体布置工艺要求工程设计工艺试验施工参数检验和自检土层变化桩体直径工程施工检测位置检测数量检测时间检测结果差异化效果监测全过程质量控控制的核心环环节振冲碎石桩全全过程质量控控制流程的关关键环节--振冲碎石桩施施工振冲碎石桩施施工的过程控控制获取数据设计方案的实实施和验证覆盖密度更大大的“详勘”为方案优化提提供数据依据据了解土层完成制桩工程设计地质勘察振冲桩施工效果检测振冲碎石桩施施工的功能延延伸振冲施工的任任务不仅仅是是完成制桩工艺试验工程桩施工自检/第三方外检试验范围选取取试验桩施工工艺和参数制制定试验桩检测工程桩施工施工情况分析析持续施工工程桩结束检测方案确定定检测桩点检测数量检测实施碎石桩制桩过过程控制的流流程施工情况分析析成孔难度返土类型返水情况地层差异填料表现填料数量主要依据地勘报告建筑物要求设计方案及指指标施工质量控制制参数振冲碎石桩施施工的过程控控制质量控制数据据优化设计振冲碎石桩施施工的过程控控制振冲碎石桩施施工质量控制制数据分类地质数据施工实时数据设计数据建筑物数据土层类别和分分布天然土的物理理指标天然土的力学学指标建筑物类别建筑物级别对地基的安全全要求施工基本参数数桩体布置碎石桩数量时间、电流、、深度、填料料量实时桩径和平平均桩径施工工效（钻钻孔、成桩））获取过程数据据是实施全过过程质量控制制的关键施工监控施工工艺设计要求施工流程地质信息土层情况地质差异勘察补充数据汇总制桩时间制桩数量填料数量质量判断桩体基本参数数桩体平均直径径桩体实时直径径过程数据人工方式难以以获取可靠的的过程数据振冲碎石桩施施工的过程控控制1234制桩时间成孔效率成桩效率土质情况填料数量土层状况成桩直径复合地基置换换率工作深度成孔实时位置置成桩实时位置置设计参数工作电流原始土层的状状况设备工作状况况加密效果振冲碎石桩质质量控制核心心过程数据振冲碎石桩施施工质量控制制核心参数振冲碎石桩施施工的过程控控制质量控控制核核心参参数的的相互互关系系通过施施工核核心参参数及及其相相互关关系可可以相相对准准确地地获取取以下下信息息：施工的的基本本信息息连续完完整的的施工工过程程施工的的工效效各土层层的状状况（（强度度、软软硬））使用的的施工工工艺艺是否符符合设设计参参数填料次次数和和数量量平均桩桩径和和实时时桩径径施工统统计信信息振冲碎碎石桩桩施工工的过过程控控制振冲碎碎石桩桩桩径径--变截面面特点点遇强者者弱，，遇弱弱则强强1.实际桩桩径将将根据据不同同土层层的软软硬情情况有有所不不同2.土质松松软的的土层层通常常形成成较大大桩径径，反反之，，形成成较小小桩径径3.制桩完完成后后，形成“葫芦状状”的桩体体4.通常设设计所所提到到的桩桩径有有“平均桩桩径”的概念念振冲碎碎石桩桩施工工的过过程控控制B起到施施工自自检作作用，，验证证施工工设计计方案案的合合理性性，为为设计计方案案的优优化提提供数数据支支持C可用于于更精精确地地计算算不同同地层层的面面积置置换率率，有有助于于更准准确的的承载载力和和沉降降计算算D提升半半理论论半经经验振振冲法法的理理论化化层度度A可实现现有针针对性性判断断地层层情况况，在在施工工中结结合地地勘报报告，，优化化完善善施工工工艺艺，保保证施施工质质量振冲碎碎石桩桩桩径径--获取碎碎石桩桩实时时桩径径的意意义振冲碎碎石桩桩施工工的过过程控控制振冲碎碎石桩桩施工工质量量监控控管理理系统统碎石桩桩施工工质量量监控控管理理系统统的使使用施工操作监测控制实时数据获取设备启停控制设备安全监控施工操作指导成孔和密实监控施工实时数据采集实时动态桩形图施工数据汇总报表及图像输出主要功功能施工中中使用用智能化化的碎碎石桩桩质量量管理理监控控系统统取代人人工方方式，，是施工质质量、、安全全和获获取准准确连连续的的施工工实时时数据据的保障障和发发展趋趋势碎石桩桩施工工质量量监控控管理理系统统工作作原理理振冲碎碎石桩桩施工工质量量监控控管理理系统统碎石桩桩施工工质量量监测测管理理系统统的硬硬件组组成控制终终端和和显示示器手持机机或平平板电电脑A系统电电气控控制柜柜可编程程控制制器单单元、、变频频器和低压压电气气系统统B传感器器及执执行器器编码器器、变变送器器、传传感器器等C硬件组组成振冲碎碎石桩桩施工工质量量监控控管理理系统统碎石桩桩施工工质量量监测测管理理系统统的软软件组组成施工管管理系系统下下位机机软件件和终端端控制制设备备相连连的控控制器器底层层软件件，用用于数数据采采集和和控制制安全全A绞车变变频控控制软软件超重控控制提提升，，超轻轻控制制下放放（安安全和和倾斜斜控制制）B施工管管理系系统上上位机机软件件终端控控制设设备（（电脑脑或工工控机机）控控制器器软件件（设设备启启停、、数据据记录录、GPD导航））C碎石桩桩数据据存取取及分分析软软件用于离离机处处理的的办公公室软软件，，对施施工数数据进进行汇汇总、、分析析、图图表化化处理理D软件组组成振冲碎碎石桩桩施工工质量量监控控管理理系统统碎石桩桩制桩桩质量量监控控管理理系统统的应应用--施工操操作监监测控控制振冲碎碎石桩桩施工工质量量监控控管理理系统统终端控控制平平板电电脑的的主页页面可采用用彩色色触屏屏技术术，操操作和和使用用更直直观、、方便便碎石桩桩制桩桩质量量监控控管理理系统统的应应用--施工操操作监监测控控制振冲碎碎石桩桩施工工质量量监控控管理理系统统设备和和操作作安全全参数数设置置石料承承重参参数设设置参参数设设置碎石桩桩制桩桩质量量监控控管理理系统统的应应用--施工操操作监监测控控制振冲碎碎石桩桩施工工质量量监控控管理理系统统密实参参数设设置其它辅辅助功功能参参数设设置碎石桩桩制桩桩质量量监控控管理理系统统的应应用--施工操操作监监测控控制振冲碎碎石桩桩施工工质量量监控控管理理系统统拟施工工桩点点选择择GPS施工设设备就就位碎石桩桩制桩桩质量量监控控管理理系统统的应应用--施工操操作监监测控控制振冲碎碎石桩桩施工工质量量监控控管理理系统统按制定定工艺艺施工工过程程中的的实时时参数数显示示：时间深度电流填料量量卷扬张张力桩体位位置振冲器器工作作状况况密实度度提示示模拟动动画演演示终孔提提示碎石桩桩制桩桩质量量监控控管理理系统统的应应用--施工实实时数数据的的获取取和导导出振冲碎碎石桩桩施工工质量量监控控管理理系统统可用用USB直接接导导出出实实时时数数据据碎石石桩桩制制桩桩质质量量监监控控管管理理系系统统的的应应用用--施工工实实时时数数据据汇汇总总和和分分析析振冲冲碎碎石石桩桩施施工工质质量量监监控控管管理理系系统统碎石石桩桩质质量量控控制制核核心心参参数数综综合合