CN113863396A - 一种考虑多因素影响下对复合桩建造成本进行预测的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种考虑多因素影响下对复合桩建造成本进行预测的方法，属于复合桩施工技术领域，基于搅拌钻机、植桩设备施工过程的动态监测数据，结合勘察报告给定的地层条件，对复合桩建造成本进行预测的方法，采用如下步骤：搅拌钻机、植桩设备稳定性测试；搅拌过程影响因素相关数据采集；桩过程影响因素相关数据采集建立每米设备损耗单价数据库；复合桩建造成本综合预测模型构建；复合桩建造成本综合预测模型建立及优化。本发明通过搅拌钻机、植桩设备施工过程的动态监测数据，构建复合桩建造成本综合预测模型，结合勘察报告给定的地层条件，对以后项目的的复合桩建造成本进行预测。

Description

一种考虑多因素影响下对复合桩建造成本进行预测的方法
技术领域
本发明涉及复合桩施工技术领域，特别涉及到一种考虑多因素影响下对复合桩建造成本进行预测的方法。
背景技术
我国沿海、江河流域经常分布软土地基，在荷载、循环、车辆等动力作用下，地基沉降是地基失效的主要形式，常导致高速公路、铁路、机场、码头的质量问题，处理软土地基的各种方法中常选用复合桩。复合桩即水泥土搅拌桩内部植入预制桩。工程实践表明，复合桩具有施工简单，快速，扰动小等优点，能有效地提高软土地基的稳定性，减少和控制沉降量。这种方法是利用水泥粉、水泥浆或水泥砂浆等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械即搅拌的方式，在地基深处，就地将软土和加固料强制搅拌，由加固料和软土间产生一系列的物理和化学反应，之后再水泥土桩内植入预制桩，形成具有整体性和一定强度的复合桩，从而提高地基承载力，减少地基沉降。
复合桩的成本与材料和设备的使用量密切相关，材料需要考虑不同地质情况下冬天调整掺量，设备则要考虑磨损、折旧、台班租赁等等费用，但是不同的地质情况导致设备的使用费产生差异。而项目投标前期只有简单的地勘报告和项目概况，并不能进入拟建场地进行试桩施工，因此，成本的预估往往与投标成本相差较大，特别是遇到复杂地质情况的地区，对整个工程的成本预估更加不准确。
但是，并没有学者对不同地质情况下的施工成本进行精细化预测，因此，为了更加准确的计算施工成本，并对不同地质条件下施工成本进行收集，进而指导后续工程的成本计算。基于此，本发明提出了一种考虑多因素影响下对复合桩建造成本进行预测的方法。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种考虑多因素影响下对复合桩建造成本进行预测的方法，克服了现有技术的不足。通过搅拌钻机、植桩设备施工过程的动态监测数据，建立不同土层在不同深度范围内的每米设备损耗单价数据库，构建复合桩建造成本综合预测模型，结合勘察报告给定的地层条件，对以后项目的的复合桩建造成本进行预测。
一种考虑多因素影响下对复合桩建造成本进行预测的方法，其特征在于，复合桩包括搅拌桩和预制桩两部分，首先在设计桩位上施工搅拌桩，施工搅拌桩后将预制桩植入到搅拌桩中，基于搅拌钻机、植桩设备施工过程的动态监测数据，结合勘察报告给定的地层条件，对复合桩建造成本进行预测的方法，采用如下步骤：
步骤1：搅拌钻机、植桩设备稳定性测试；
确定搅拌方案后，获取固化材料种类、预制芯桩种类信息；在施工过程中对搅拌钻机下钻与提钻总时间Ta，单桩搅拌长度R、固化材料用量C进行实时动态监测；确定植桩方案后对植桩设备的压桩总时间Tz、植桩长度L进行实时动态监测；
步骤2：搅拌过程影响因素相关数据采集；
在搅拌钻头中部设置瞬变电磁仪，瞬变电磁仪通过轴承固定在搅拌钻头内壁上，瞬变电磁仪不随搅拌钻头的旋转而旋转，通过瞬变电磁仪发射电磁信号，进而使得搅拌钻头各组成部分产生感应电动势，获取各组成部分磨损不同比例时对应的感应电动势；通过瞬变电磁仪，针对各个土层在不同深度条件下分析搅拌钻头各组成部分每米产生的磨损比例V，设定搅拌钻头各组成部分磨损至设定磨损比例U时无法正常使用，更换搅拌钻头总费用为S，进而可获取搅拌设备在搅拌桩设定深度范围内各个土层中每米设备损耗单价P，即P=（V/U）*S；同时获取不同地层、不同搅拌桩深度条件下搅拌钻机下钻与提钻总时间Ta以及搅拌桩施工固化材料的总用量C1、单桩搅拌长度R；
步骤3：植桩过程影响因素相关数据采集；
在植桩设备顶部安装图像采集器，通过图像识别方式，根据识别植桩设备完成植桩移位离开桩位的时刻与识别第一节预制芯桩起吊的时刻之差，获取植桩设备压桩总时间Tz；
步骤4：建立每米设备损耗单价数据库；
结合搅拌施工过程的监测数据与地勘报告，建立不同土层在不同深度范围内的每米设备损耗单价P数据库；
步骤5：复合桩建造成本综合预测模型构建；
基于复合桩孔位的地勘报告结果获取不同土层性质、土层厚度及所处的深度范围，结合步骤4中的不同土层在不同深度范围内的每米设备损耗单价P数据库，对应土层性质与所处深度范围后，土层厚度与每米设备损耗单价P的乘积即为该土层的搅拌设备损耗费用Sp，将深度范围内的各土层搅拌设备损耗费用Sp求和即为单桩搅拌设备损耗总费用Sx；设定搅拌设备每天固定总费用为Q1，植桩设备每天固定总费用为Q2，搅拌设备、植桩设备每天工作总时间为Tt，则单桩搅拌设备固定费用S3=Q1/(Tt/Ta)，单桩植桩设备固定费用S4=Q2/(Tt/Tz)；设定固化材料单价为B，则单桩固化材料总费用A=B*C1；设定预制桩单价为X，则单桩中预制桩总费用Y=X*L；
步骤6：复合桩建造成本综合预测模型建立及优化；
复合桩建造成本综合预测模型即复合桩单桩建造成本预测值为搅拌设备损耗总费用Sx、单桩搅拌设备固定费用S3、单桩植桩设备固定费用S4、单桩固化材料总费用A、单桩中预制桩总费用Y之和；根据拟建场地的勘察报告，结合每米设备损耗单价数据库、搅拌过程影响因素相关数据及植桩过程影响因素相关数据，采用复合桩建造成本综合预测模型对工程施工成本进行预测，通过工程实践对复合桩施工效率综合预测模型的影响因素搅拌设备损耗总费用Sx、单桩搅拌设备固定费用S3、单桩植桩设备固定费用S4、单桩固化材料总费用A、单桩中预制桩总费用Y进行优化、调整。
优选地，采用如下方法对复合桩建造成本综合预测模型进行优化调整：
在拟建场地内进行3~5根试桩施工，记录每根桩施工完成后搅拌设备和植桩设备分别的费用及固化材料的总费用，并计算每根桩的设备损耗总价，将实际试桩施工的单桩总价与复合桩单桩建造成本预测值进行比较，两者误差小于±5%认定预测模型合格，否则不合格，当出现预测模型不合格时，首先对单桩固化材料总费用A、单桩中预制桩总费用Y与预测模型结果进行比较，再对单桩搅拌设备固定费用S3、单桩植桩设备固定费用S4与预测模型结果进行比较，最后对设备损耗总价与预测模型结果进行比较，当实际值与预测值相差较大时，以实际值为标准对预测值进行调整，直至预测模型合格。
优选地，所述设定磨损比例U的取值范围为10%-30%。
优选地，所述植桩长度L的取值范围为5m-60m。
本发明所带来的有益技术效果：
通过设置瞬变电磁仪对设备在各个土层中每米设备损耗单价进行精细化采集并建立数据库，并结合单桩搅拌设备固定费用、单桩植桩设备固定费用、单桩固化材料总费用等参数建立复合桩建造成本综合预测模型，并采用试桩的方式对模型参数进行优化，最终实现预测模型更加精准，可以将模型应用到其他工程，达到精准测算成本的目标。
附图说明
图1为本发明一种考虑多因素影响下对复合桩建造成本进行预测的方法的施工流程图。
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，一种考虑多因素影响下对复合桩建造成本进行预测的方法，复合桩包括搅拌桩和预制桩两部分，首先在设计桩位上施工搅拌桩，施工搅拌桩后将预制桩植入到搅拌桩中，基于搅拌钻机、植桩设备施工过程的动态监测数据，结合勘察报告给定的地层条件，对复合桩建造成本进行预测的方法，采用如下步骤：
步骤1：搅拌钻机、植桩设备稳定性测试；
确定搅拌方案后，获取固化材料种类、预制芯桩种类信息；在施工过程中对搅拌钻机下钻与提钻总时间Ta，单桩搅拌长度R、固化材料用量C进行实时动态监测；确定植桩方案后对植桩设备的压桩总时间Tz、植桩长度L进行实时动态监测；
步骤2：搅拌过程影响因素相关数据采集；
在搅拌钻头中部设置瞬变电磁仪，瞬变电磁仪通过轴承固定在搅拌钻头内壁上，瞬变电磁仪不随搅拌钻头的旋转而旋转，通过瞬变电磁仪发射电磁信号，进而使得搅拌钻头各组成部分产生感应电动势，获取各组成部分磨损不同比例时对应的感应电动势；通过瞬变电磁仪，针对各个土层在不同深度条件下分析搅拌钻头各组成部分每米产生的磨损比例V，设定搅拌钻头各组成部分磨损至设定磨损比例U时无法正常使用，更换搅拌钻头总费用为S，进而可获取搅拌设备在搅拌桩设定深度范围内各个土层中每米设备损耗单价P，即P=（V/U）*S；同时获取不同地层、不同搅拌桩深度条件下搅拌钻机下钻与提钻总时间Ta以及搅拌桩施工固化材料的总用量C1、单桩搅拌长度R；
步骤3：植桩过程影响因素相关数据采集；
在植桩设备顶部安装图像采集器，通过图像识别方式，根据识别植桩设备完成植桩移位离开桩位的时刻与识别第一节预制芯桩起吊的时刻之差，获取植桩设备压桩总时间Tz；
步骤4：建立每米设备损耗单价数据库；
结合搅拌施工过程的监测数据与地勘报告，建立不同土层在不同深度范围内的每米设备损耗单价P数据库；
步骤5：复合桩建造成本综合预测模型构建；
基于复合桩孔位的地勘报告结果获取不同土层性质、土层厚度及所处的深度范围，结合步骤4中的不同土层在不同深度范围内的每米设备损耗单价P数据库，对应土层性质与所处深度范围后，土层厚度与每米设备损耗单价P的乘积即为该土层的搅拌设备损耗费用Sp，将深度范围内的各土层搅拌设备损耗费用Sp求和即为单桩搅拌设备损耗总费用Sx；设定搅拌设备每天固定总费用为Q1，植桩设备每天固定总费用为Q2，搅拌设备、植桩设备每天工作总时间为Tt，则单桩搅拌设备固定费用S3=Q1/(Tt/Ta)，单桩植桩设备固定费用S4=Q2/(Tt/Tz)；设定固化材料单价为B，则单桩固化材料总费用A=B*C1；
步骤6：复合桩建造成本综合预测模型建立及优化；
复合桩建造成本综合预测模型即复合桩单桩建造成本预测值为搅拌设备损耗总费用Sx、单桩搅拌设备固定费用S3、单桩植桩设备固定费用S4、单桩固化材料总费用A之和；根据拟建场地的勘察报告，结合每米设备损耗单价数据库、搅拌过程影响因素相关数据及植桩过程影响因素相关数据，采用复合桩建造成本综合预测模型对工程施工成本进行预测，通过工程实践对复合桩施工效率综合预测模型的影响因素搅拌设备损耗总费用Sx、单桩搅拌设备固定费用S3、单桩植桩设备固定费用S4、单桩固化材料总费用A进行优化、调整。
优选地，采用如下方法对复合桩建造成本综合预测模型进行优化调整：
在拟建场地内进行3~5根试桩施工，记录每根桩施工完成后搅拌设备和植桩设备分别的费用及固化材料的总费用，并计算每根桩的设备损耗总价，将实际试桩施工的单桩总价与复合桩单桩建造成本预测值进行比较，两者误差小于±5%认定预测模型合格，否则不合格，当出现预测模型不合格时，首先对单桩固化材料总费用A与预测模型结果进行比较，再对单桩搅拌设备固定费用S3、单桩植桩设备固定费用S4与预测模型结果进行比较，最后对设备损耗总价与预测模型结果进行比较，当实际值与预测值相差较大时，以实际值为标准对预测值进行调整，直至预测模型合格。
优选地，所述设定磨损比例U的取值为20%。
优选地，所述植桩长度L的取值范围为5m-60m。
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考虑多因素影响下对复合桩建造成本进行预测的方法进行如下施工：
步骤1：搅拌钻机、植桩设备稳定性测试；
确定搅拌方案后，获取固化材料种类、预制芯桩种类信息；在施工过程中对搅拌钻机下钻与提钻总时间Ta，单桩搅拌长度R、固化材料用量C进行实时动态监测；确定植桩方案后对植桩设备的压桩总时间Tz、植桩长度L进行实时动态监测；
步骤2：搅拌过程影响因素相关数据采集；
在搅拌钻头中部设置瞬变电磁仪，瞬变电磁仪通过轴承固定在搅拌钻头内壁上，瞬变电磁仪不随搅拌钻头的旋转而旋转，通过瞬变电磁仪发射电磁信号，进而使得搅拌钻头各组成部分产生感应电动势，获取各组成部分磨损不同比例时对应的感应电动势；通过瞬变电磁仪，针对各个土层在不同深度条件下分析搅拌钻头各组成部分每米产生的磨损比例V，设定搅拌钻头各组成部分磨损至设定磨损比例U时无法正常使用，更换搅拌钻头总费用为S，进而可获取搅拌设备在搅拌桩设定深度范围内各个土层中每米设备损耗单价P，即P=（V/U）*S；同时获取不同地层、不同搅拌桩深度条件下搅拌钻机下钻与提钻总时间Ta以及搅拌桩施工固化材料的总用量C1、单桩搅拌长度R；
步骤3：植桩过程影响因素相关数据采集；
在植桩设备顶部安装图像采集器，通过图像识别方式，根据识别植桩设备完成植桩移位离开桩位的时刻与识别第一节预制芯桩起吊的时刻之差，获取植桩设备压桩总时间Tz；
步骤4：建立每米设备损耗单价数据库；
结合搅拌施工过程的监测数据与地勘报告，建立不同土层在不同深度范围内的每米设备损耗单价P数据库；
步骤5：复合桩建造成本综合预测模型构建；
基于复合桩孔位的地勘报告结果获取不同土层性质、土层厚度及所处的深度范围，结合步骤4中的不同土层在不同深度范围内的每米设备损耗单价P数据库，对应土层性质与所处深度范围后，土层厚度与每米设备损耗单价P的乘积即为该土层的搅拌设备损耗费用Sp，将深度范围内的各土层搅拌设备损耗费用Sp求和即为单桩搅拌设备损耗总费用Sx；设定搅拌设备每天固定总费用为Q1，植桩设备每天固定总费用为Q2，搅拌设备、植桩设备每天工作总时间为Tt，则单桩搅拌设备固定费用S3=Q1/(Tt/Ta)，单桩植桩设备固定费用S4=Q2/(Tt/Tz)；设定固化材料单价为B，则单桩固化材料总费用A=B*C1；
步骤6：复合桩建造成本综合预测模型建立及优化；
复合桩建造成本综合预测模型即复合桩单桩建造成本预测值为搅拌设备损耗总费用Sx、单桩搅拌设备固定费用S3、单桩植桩设备固定费用S4、单桩固化材料总费用A之和；根据拟建场地的勘察报告，结合每米设备损耗单价数据库、搅拌过程影响因素相关数据及植桩过程影响因素相关数据，采用复合桩建造成本综合预测模型对工程施工成本进行预测，通过工程实践对复合桩施工效率综合预测模型的影响因素搅拌设备损耗总费用Sx、单桩搅拌设备固定费用S3、单桩植桩设备固定费用S4、单桩固化材料总费用A进行优化、调整。
在拟建场地内进行3根试桩施工，记录每根桩施工完成后搅拌设备和植桩设备分别的费用及固化材料的总费用，并计算每根桩的设备损耗总价，将实际试桩施工的单桩总价与复合桩单桩建造成本预测值进行比较，两者误差为6%。首先对单桩固化材料总费用A与预测模型结果进行比较，实际值与预测值相差达到10%，对预测值进行调整，调整模型预测值与实际值误差为4%，两者符合预测精度。
本发明是一种考虑多因素影响下对复合桩建造成本进行预测的方法，通过设置瞬变电磁仪对设备在各个土层中每米设备损耗单价进行精细化采集并建立数据库，并结合单桩搅拌设备固定费用、单桩植桩设备固定费用、单桩固化材料总费用等参数建立复合桩建造成本综合预测模型，并采用试桩的方式对模型参数进行优化，最终实现预测模型更加精准，可以将模型应用到其他工程，达到精准测算成本的目标。
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。

Claims (4)

1.一种考虑多因素影响下对复合桩建造成本进行预测的方法，其特征在于，复合桩包括搅拌桩和预制桩两部分，首先在设计桩位上施工搅拌桩，施工搅拌桩后将预制桩植入到搅拌桩中，基于搅拌钻机、植桩设备施工过程的动态监测数据，结合勘察报告给定的地层条件，对复合桩建造成本进行预测的方法，采用如下步骤：
步骤1：搅拌钻机、植桩设备稳定性测试；
确定搅拌方案后，获取固化材料种类、预制芯桩种类信息；在施工过程中对搅拌钻机下钻与提钻总时间Ta，单桩搅拌长度R、固化材料用量C进行实时动态监测；确定植桩方案后对植桩设备的压桩总时间Tz、植桩长度L进行实时动态监测；
步骤2：搅拌过程影响因素相关数据采集；
在搅拌钻头中部设置瞬变电磁仪，瞬变电磁仪通过轴承固定在搅拌钻头内壁上，瞬变电磁仪不随搅拌钻头的旋转而旋转，通过瞬变电磁仪发射电磁信号，进而使得搅拌钻头各组成部分产生感应电动势，获取各组成部分磨损不同比例时对应的感应电动势；通过瞬变电磁仪，针对各个土层在不同深度条件下分析搅拌钻头各组成部分每米产生的磨损比例V，设定搅拌钻头各组成部分磨损至设定磨损比例U时无法正常使用，更换搅拌钻头总费用为S，进而可获取搅拌设备在搅拌桩设定深度范围内各个土层中每米设备损耗单价P，即P=（V/U）*S；同时获取不同地层、不同搅拌桩深度条件下搅拌钻机下钻与提钻总时间Ta以及搅拌桩施工固化材料的总用量C1、单桩搅拌长度R；
步骤3：植桩过程影响因素相关数据采集；
在植桩设备顶部安装图像采集器，通过图像识别方式，根据识别植桩设备完成植桩移位离开桩位的时刻与识别第一节预制芯桩起吊的时刻之差，获取植桩设备压桩总时间Tz；
步骤4：建立每米设备损耗单价数据库；
结合搅拌施工过程的监测数据与地勘报告，建立不同土层在不同深度范围内的每米设备损耗单价P数据库；
步骤5：复合桩建造成本综合预测模型构建；
基于复合桩孔位的地勘报告结果获取不同土层性质、土层厚度及所处的深度范围，结合步骤4中的不同土层在不同深度范围内的每米设备损耗单价P数据库，对应土层性质与所处深度范围后，土层厚度与每米设备损耗单价P的乘积即为该土层的搅拌设备损耗费用Sp，将深度范围内的各土层搅拌设备损耗费用Sp求和即为单桩搅拌设备损耗总费用Sx；设定搅拌设备每天固定总费用为Q1，植桩设备每天固定总费用为Q2，搅拌设备、植桩设备每天工作总时间为Tt，则单桩搅拌设备固定费用S3=Q1/(Tt/Ta)，单桩植桩设备固定费用S4=Q2/(Tt/Tz)；设定固化材料单价为B，则单桩固化材料总费用A=B*C1；设定预制桩单价为X，则单桩中预制桩总费用Y=X*L；
步骤6：复合桩建造成本综合预测模型建立及优化；
复合桩建造成本综合预测模型即复合桩单桩建造成本预测值为搅拌设备损耗总费用Sx、单桩搅拌设备固定费用S3、单桩植桩设备固定费用S4、单桩固化材料总费用A、单桩中预制桩总费用Y之和；根据拟建场地的勘察报告，结合每米设备损耗单价数据库、搅拌过程影响因素相关数据及植桩过程影响因素相关数据，采用复合桩建造成本综合预测模型对工程施工成本进行预测，通过工程实践对复合桩施工效率综合预测模型的影响因素搅拌设备损耗总费用Sx、单桩搅拌设备固定费用S3、单桩植桩设备固定费用S4、单桩固化材料总费用A、单桩中预制桩总费用Y进行优化、调整。
2.根据权利要求1所述的一种考虑多因素影响下对复合桩建造成本进行预测的方法，其特征在于，采用如下方法对复合桩建造成本综合预测模型进行优化调整：
在拟建场地内进行3~5根试桩施工，记录每根桩施工完成后搅拌设备和植桩设备分别的费用及固化材料的总费用，并计算每根桩的设备损耗总价，将实际试桩施工的单桩总价与复合桩单桩建造成本预测值进行比较，两者误差小于±5%认定预测模型合格，否则不合格，当出现预测模型不合格时，首先对单桩固化材料总费用A、单桩中预制桩总费用Y与预测模型结果进行比较，再对单桩搅拌设备固定费用S3、单桩植桩设备固定费用S4与预测模型结果进行比较，最后对设备损耗总价与预测模型结果进行比较，当实际值与预测值相差较大时，以实际值为标准对预测值进行调整，直至预测模型合格。
3.根据权利要求1所述的一种考虑多因素影响下对复合桩建造成本进行预测的方法，其特征在于，所述设定磨损比例U的取值范围为10%-30%。
4.根据权利要求1所述的一种考虑多因素影响下对复合桩建造成本进行预测的方法，其特征在于，所述植桩长度L的取值范围为5m-60m。
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