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》振冲碎石桩工程的的不确定性特点振冲碎石桩设计的的半经验半理论性性--计算案例三：土层层平均附加应力平均附加应力沿土土层的分布示意图图严格来说，在进行行复核地基承载力力计算时，应根据附加应力的的分布，对处理深深度范围内的各土土层分别进行验算算。常用计算方式计算结果存在一定定的局限性《GB50007-2011》振冲碎石桩工程的的不确定性特点振冲碎石桩设计的的半经验半理论性性--计算案例四：地基基沉降变形地基沉降变形计算算S=ΨsS´=Ψs∑(ziαi-zi-1αi-1)*P0/Espi沉降经验系数Ψs的经验取值根据基础长宽数值值和计算点深度的的关系选取αi的经验值经验值n的选取对Espi有较大影响Espi=[1+m(n-1)]Esin选值范围2-4地基沉降计算结果果受多个经验值的的影响《GB50007-2011》振冲碎石桩工程的的不确定性特点振冲碎石桩设计的的半经验半理论性性--桩体布置和参数设设计经验化特点目前多根据地勘报报告中土层的分析析按经验初步设定定处理深度后，再再按规范进行理论论验算振冲桩处理深度振冲碎石桩工程的的不确定性特点振冲碎石桩设计的的半经验半理论性性--桩体布置和参数设设计经验化特点不同的桩径和桩距距的组合可以实现现相同的面积置换换率m=dₒ²/dc²dₒ--平均桩径dc--单桩等效影响圆直直径，等边三角形形为1.05S，正方形为1.13S桩径1米，桩距2米情况：m=0.227总桩数：251X116=29116总进尺：291160米总填料料量：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米总填料量量：283504m³例：处理面积200X500=100000㎡，处理深度10米振冲碎石桩工程程的不确定性特特点振冲碎石桩设计计的半经验半理理论性--施工工艺设计的的经验化特点按经验设定，并并通过现场试验验和工艺试验确确定加密段长度：通常小于50cm留振时间：通常不少于5秒加密段和留振时时间多种功率的振冲冲器75KW,130KW,180KW,260KW多种尺寸的振冲冲器325,377,402,426,450振冲器功率和尺尺寸的选择填料种类：碎石，砾石，卵卵石，矿渣填料的粒径：20mm-150mm填料方式：强迫填料，连续续填料，间断填料填料的种类和方方式施工工艺的选择择对地基加固效效果将产生较大大影响振冲碎石桩工程程的不确定性特特点振冲碎石桩施工工质量控制节点点的复杂性--工艺试验和施工工参数确定确定施工参数检验加固效果确定工作电流、、加密段长度、、留振时间、填填料量和填料方方法重型动力触性能能探、标准贯入入试验、压载试试验、渗透试验验工艺试验的目的的工艺试验的局限限性试验区域的代表表性检验效果的偏差差以局部区域工艺艺试验为基础制制定的施工参数数不能覆盖所有有范围局部区域施工形形成的群桩效果果与最终形成的的复合地基群桩桩效果存在一定定偏差工艺试验的局限限性将对后期施施工的有效性产产生较大影响振冲碎石桩工程程的不确定性特特点振冲碎石桩施工工质量控制节点点的复杂性--加密电流对质量量的影响加密电流与碎石石桩设计方案的的关系由于加密电流的的数值，最终对对复合地基的置置换率产生直接接影响，因此，，加密电流的制制定是振冲碎石石桩施工中的核核心质量控制参参数之一填入更少石料，，形成更小桩径径无法填入设计方方案要求的填料料数量设备频繁跳闸，，设备烧毁填入更多石料，，形成更大桩径径无法达到加密电电流制桩效率受到影影响更硬的土层更弱的土层基于局部区域工工艺试验制定的的加密电流如果遇到振冲碎石桩工程程的不确定性特特点振冲碎石桩施工工质量控制节点点的复杂性--加密电流对质量量的影响在桩径大小不一一的情况下，如如何确保全场地地的平均置换率率达到设计要求求，是确保加固固效果的要点振冲碎石桩工程程的不确定性特特点振冲碎石桩施工工质量控制节点点的复杂性--振冲碎石桩的隐隐蔽工程特点实现振冲碎石桩桩隐蔽工程科学学管理的必要条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程程的不确定性特特点振冲碎石桩施工工质量控制节点点的复杂性--振冲碎石桩的隐隐蔽工程特点孔口记录目前常用的振冲冲施工过程控制制的手段难以实现隐蔽工工程施工科学管管理的必要条件件由于采用人工记记录：施工控制参数的的准确性施工过程数据的的连续性土层变化时各控控制参数的对应应关系振冲施工过程的的质量可控性和施工后的可追溯性难以得到保证振冲碎石桩工程程的不确定性特特点振冲碎石桩施工工效果检验的代代表性--振冲碎石桩检验验的方式静载试验的不同同方式影响因素检测时间（恢复复期）检测的方案群桩效果静载试验的结果果具有一定的局局限性振冲碎石桩工程程的不确定性特特点振冲碎石桩施工工效果检验的代代表性--振冲碎石桩检验验的数量动力触探检验桩桩体密实度静载试验检验地地基荷载和变形形性能总桩数的1%-3%单项工程不少于于3根每200根-400根抽检1点检测点总数不少少于3点有限的检测数量量不能覆盖加固固处理的全部区区域的加固处理理效果振冲碎石桩工程程的全过程质量量控制理论振冲碎石桩工程程的流程优化的的未来发展趋势势--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程程全过程存在不不确定性局限性半经验半理论性性质量控制复杂性性检验效果代表性性目前，具有单向特点的振冲碎石桩工工程流程需要进进行合理优化，，以消除工程全全过程中诸多的的不确定性带来来的工程质量隐隐患振冲碎石桩工程程的流程优化的的未来发展趋势势--全过程质量控制制流程Investigation地质勘察和检测测方案的优化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案案的优化设计和施工方案案的优化施工和检测方案案的优化振冲碎石桩全过过程质量控制流流程振冲碎石桩工程程的全过程质量量控制理论振冲碎石桩全过过程质量控制是指对振冲碎石石桩工程的各个个环节（勘察、、设计、施工、、检测）进行动动态管理，各环环节之间根据工工程的实时情况况相互影响，不不断优化，以达达到不确定性因因素较多的振冲冲碎石桩质量控控制的要求。振冲碎石桩全过过程质量控制流流程的特点振冲碎石桩工程程的全过程质量量控制理论全工程质量控制制流程覆盖振冲冲碎石桩工程所所有环节（勘察察、设计、施工工、检测）各环节的方案和和实施方式相互互影响各环节的方案和和实施方式需根根据工程实际情情况进行优化、、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工工程全过程质量控制制流程能最大限度度的根据工程地地质和施工情形形，有针对性的的对工程各环节节进行情景化的调整和和优化，有助于消除不不确定性较多的的振冲碎石桩工工程的质量和安安全隐患。振冲碎石桩全过过程质量控制流流程的实施要点点振冲碎石桩工程程的全过程质量量控制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制制的核心环节振冲碎石桩全过过程质量控制流流程的关键环节节--振冲碎石桩施工工振冲碎石桩施工工的过程控制获取数据设计方案的实施施和验证覆盖密度更大的的“详勘”为方案优化提供供数据依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工工的功能延伸振冲施工的任务务不仅仅是完成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试验桩施工工艺和参数制定定试验桩检测工程桩施工施工情况分析持续施工工程桩结束检测方案确定检测桩点检测数量检测实施碎石桩制桩过程程控制的流程施工情情况分分析成孔难难度返土类类型返水情情况地层差差异填料表表现填料数数量主要依依据地勘报报告建筑物物要求求设计方方案及及指标标施工质质量控控制参参数振冲碎碎石桩桩施工工的过过程控控制质量控控制数数据优化设设计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控制制数据据分类类地质数数据施工实实时数据据设计数数据建筑物物数据据土层类类别和和分布布天然土土的物物理指指标天然土土的力力学指指标建筑物物类别别建筑物物级别别对地基基的安安全要要求施工基基本参参数桩体布布置碎石桩桩数量量时间、、电流流、深深度、、填料料量实时桩桩径和和平均均桩径径施工工工效（（钻孔孔、成成桩））获取过过程数数据是是实施施全过过程质质量控控制的的关键键施工监监控施工工工艺设计要要求施工流流程地质信信息土层情情况地质差差异勘察补补充数据汇汇总制桩时时间制桩数数量填料数数量质量判判断桩体基基本参参数桩体平平均直直径桩体实实时直直径过程数数据人工方方式难难以获获取可可靠的的过程程数据据振冲碎碎石桩桩施工工的过过程控控制1234制桩时时间成孔效效率成桩效效率土质情情况填料数数量土层状状况成桩直直径复合地地基置置换率率工作深深度成孔实实时位位置成桩实实时位位置设计参参数工作电电流原始土土层的的状况况设备工工作状状况加密效效果振冲碎碎石桩桩质量量控制制核心心过程程数据据振冲碎碎石桩桩施工工质量量控制制核心心参数数振冲碎碎石桩桩施工工的过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碎石桩数据存存取及分析软软件用于离机处理理的办公室软软件，对施工工数据进行汇汇总、分析、、图表化处理理D软件组成振冲碎石桩施施工质量监控控管理系统碎石桩制桩质质量监控管理理系统的应用用--施工操作监测测控制振冲碎石桩施施工质量监控控管理系统终端控制平板板电脑的主页页面可采用彩色触触屏技术，操操作和使用更更直观、方便便碎石桩制桩质质量监控管理理系统的应用用--施工操作监测测控制振冲碎石桩施施工质量监控控管理系统设备和操作安安全参