CN113882440B - 一种考虑多因素影响下对复合桩施工效率进行预测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种考虑多因素影响下对复合桩施工效率进行预测的方法，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，对复合桩施工效率进行预测的方法，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测试；植桩过程影响因素相关数据测试；复合桩施工效率综合预测模型参数确定；构建影响因素的数据库；复合桩施工效率综合预测模型建立；复合桩施工效率综合预测模型应用及优化。本发明通过建立复合桩施工效率综合预测模型，结合拟建工程地层条件，对搅拌桩施工效率进行预测。

Description

一种考虑多因素影响下对复合桩施工效率进行预测的方法

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施工效率进行预测的方法。

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。

复合桩的施工效率受地质情况影响较大，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，工期的预估往往与招标工期相差较大，特别是遇到复杂地质情况的地区，每根桩的施工效率均差异较大，对整个工期的预估不准确。因此，为了更加准确的计算每种土质情况下的施工效率，并对施工数据进行收集，进而指导后续工程的工期计算。基于此，本发明提出了一种考虑多因素影响下对复合桩施工效率进行预测的方法。

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施工效率进行预测的方法，克服了现有技术的不足。通过对不同土层在不同深度范围内的搅拌过程影响因素相关数据、植桩过程影响因素相关数据进行收集，并建立复合桩施工效率综合预测模型，结合拟建工程地层条件，对搅拌桩施工效率进行预测。

一种考虑多因素影响下对复合桩施工效率进行预测的方法，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，对复合桩施工效率进行预测的方法，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，在施工过程中对搅拌钻机的下钻速度Vd，提钻速度Vu，下钻时间Td，提钻时间Tu进行实时动态监测；确定植桩方案后对植桩设备的植桩速度Vz，植桩时间Tz进行实时动态监测；

步骤2：搅拌过程影响因素相关数据测试；

搅拌钻头沿设定桩位的中轴线垂直向下搅拌达到设定深度后提钻搅拌，通过改变土层类型、土层埋深、下钻速度、提钻速度、搅拌直径、搅拌转速、搅拌叶片数量、养护天数、固化材料类型、固化材料掺量，对搅固化土强度进行测试并获取结果，最终形成包含土层类型、土体埋深、下钻速度、提钻速度、搅拌直径、搅拌转速、搅拌叶片数量、养护天数、固化材料类型、固化材料掺量、固化土强度信息的数据集A；

步骤3：植桩过程影响因素相关数据测试；

植桩设备沿设定桩位的中轴线垂直向下植桩，基于数据集A，结合植桩间隔时间、预制桩类型、植桩速度，形成包含土层类型、土体埋深、下钻速度、提钻速度、搅拌直径、搅拌转速、搅拌叶片数量、养护天数、固化材料类型、固化材料掺量、固化土强度、植桩间隔时间、预制桩类型、植桩速度信息的数据集B；

步骤4：复合桩施工效率综合预测模型参数确定；

基于复合桩孔位的地勘报告结果可获取不同土层性质、土层厚度及所处的深度范围，按照设定搅拌方案并结合数据集A，可获取土层厚度与平均下钻或提钻速度的比值即为该土层的平均下钻或提钻时间，将深度范围内的各土层平均下钻时间、平均提钻时间求和即为搅拌施工平均时间Ta；基于设定搅拌方案、设定植桩方案并结合数据集B，土层厚度与平均植桩速度的比值即为该土层的平均植桩时间，将深度范围内的各土层平均植桩时间求和即为植桩施工平均时间Tb；

步骤5：复合桩施工效率综合预测模型建立；

复合桩施工效率综合预测模型即复合桩单桩有效施工总时间预测值为搅拌施工平均时间Ta与植桩施工平均时间Tb之和；在实际工程中监测复合桩单桩有效施工总时间与预测值进行对比，若两者结果偏差在设定偏差值范围内则判定为模型基本准确，若两者结果偏差大于设定偏差值范围则判定为模型异常；若模型异常，则对比设定方案、设定土层条件下数据集B中下钻速度、提钻速度、植桩速度与实测值，对并对数据集B中下钻速度、提钻速度、植桩速度进行调整，并将调整后的结果更新至数据集A和数据集B中，对模型进行重新计算，直至模型基本准确，通过工程测试不断完善数据集A和数据集B；

步骤6：复合桩施工效率综合预测模型应用及优化；

通过拟建项目的地勘报告，分析设计桩基深度范围内土层的种类、深度、施工方案，通过数据集A和数据集B计算出对应条件下搅拌施工平均时间Ta、植桩施工平均时间Tb进行提取，进而对复合桩单桩有效施工总时间进行预测。

优选地，所述搅拌桩的直径为500mm~1200mm，预制桩的直径为300mm~800mm，预制桩与搅拌桩的中轴线重合。

优选地，所述步骤2中土层类型包括：耕土、素填土、杂填土、淤泥质土、淤泥、粘性土、粉质粘土、黄土、粉细砂、中砂、粗砂、碎石土、全风化岩层、中风化岩层。

优选地，在实际工程中监测复合桩单桩有效施工总时间与预测值进行对比，同时对搅拌钻机、植桩设备的施工参数进行实时监测，实际复合桩单桩有效施工总时间与预测值进行对比，当设计桩长小于等于25m时，两者误差小于±5%认定预测模型合格，否则不合格，当设计桩长大于25m且小于等于40m时，两者误差小于±10%认定预测模型合格，否则不合格；当出现预测模型不合格时，将施工过程中的实时监测值与预测值相比较，以实际监测值为依据对预测值进行调整，直至预测模型合格。

本发明所带来的有益技术效果：

通过对每个土层进行精细化计算，得出搅拌施工平均时间与植桩施工平均时间，建立复合桩施工效率综合预测模型，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，达到精准预测工期的目标。

附图说明

图1为本发明一种考虑多因素影响下对复合桩施工效率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施工效率进行预测的方法，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，对复合桩施工效率进行预测的方法，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，在施工过程中对搅拌钻机的下钻速度Vd，提钻速度Vu，下钻时间Td，提钻时间Tu进行实时动态监测；确定植桩方案后对植桩设备的植桩速度Vz，植桩时间Tz进行实时动态监测；

步骤2：搅拌过程影响因素相关数据测试；

搅拌钻头沿设定桩位的中轴线垂直向下搅拌达到设定深度后提钻搅拌，通过改变土层类型、土层埋深、下钻速度、提钻速度、搅拌直径、搅拌转速、搅拌叶片数量、养护天数、固化材料类型、固化材料掺量，对搅固化土强度进行测试并获取结果，最终形成包含土层类型、土体埋深、下钻速度、提钻速度、搅拌直径、搅拌转速、搅拌叶片数量、养护天数、固化材料类型、固化材料掺量、固化土强度信息的数据集A；

步骤3：植桩过程影响因素相关数据测试；

植桩设备沿设定桩位的中轴线垂直向下植桩，基于数据集A，结合植桩间隔时间、预制桩类型、植桩速度，形成包含土层类型、土体埋深、下钻速度、提钻速度、搅拌直径、搅拌转速、搅拌叶片数量、养护天数、固化材料类型、固化材料掺量、固化土强度、植桩间隔时间、预制桩类型、植桩速度信息的数据集B；

步骤4：复合桩施工效率综合预测模型参数确定；

基于复合桩孔位的地勘报告结果可获取不同土层性质、土层厚度及所处的深度范围，按照设定搅拌方案并结合数据集A，可获取土层厚度与平均下钻或提钻速度的比值即为该土层的平均下钻或提钻时间，将深度范围内的各土层平均下钻时间、平均提钻时间求和即为搅拌施工平均时间Ta；基于设定搅拌方案、设定植桩方案并结合数据集B，土层厚度与平均植桩速度的比值即为该土层的平均植桩时间，将深度范围内的各土层平均植桩时间求和即为植桩施工平均时间Tb；

步骤5：复合桩施工效率综合预测模型建立；

复合桩施工效率综合预测模型即复合桩单桩有效施工总时间预测值为搅拌施工平均时间Ta与植桩施工平均时间Tb之和；在实际工程中监测复合桩单桩有效施工总时间与预测值进行对比，若两者结果偏差在设定偏差值范围内则判定为模型基本准确，若两者结果偏差大于设定偏差值范围则判定为模型异常；若模型异常，则对比设定方案、设定土层条件下数据集B中下钻速度、提钻速度、植桩速度与实测值，对并对数据集B中下钻速度、提钻速度、植桩速度进行调整，并将调整后的结果更新至数据集A和数据集B中，对模型进行重新计算，直至模型基本准确，通过工程测试不断完善数据集A和数据集B；

步骤6：复合桩施工效率综合预测模型应用及优化；

通过拟建项目的地勘报告，分析设计桩基深度范围内土层的种类、深度、施工方案，通过数据集A和数据集B计算出对应条件下搅拌施工平均时间Ta、植桩施工平均时间Tb进行提取，进而对复合桩单桩有效施工总时间进行预测。

优选地，所述搅拌桩的直径为900mm，预制桩的直径为500mm，预制桩与搅拌桩的中轴线重合。

优选地，所述步骤2中土层类型包括：耕土、素填土、杂填土、淤泥质土、淤泥、粘性土、粉质粘土、黄土、粉细砂、中砂、粗砂、碎石土、全风化岩层、中风化岩层。

优选地，在实际工程中监测复合桩单桩有效施工总时间与预测值进行对比，同时对搅拌钻机、植桩设备的施工参数进行实时监测，实际复合桩单桩有效施工总时间与预测值进行对比，当设计桩长小于等于25m时，两者误差小于±5%认定预测模型合格，否则不合格，当设计桩长大于25m且小于等于40m时，两者误差小于±10%认定预测模型合格，否则不合格；当出现预测模型不合格时，将施工过程中的实时监测值与预测值相比较，以实际监测值为依据对预测值进行调整，直至预测模型合格。

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，复合桩设计方案概括为：搅拌桩直径700mm，预制管桩直径400mm，复合桩桩长为30m。采用本发明所述的一种考虑多因素影响下对复合桩施工效率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，在施工过程中对搅拌钻机的下钻速度Vd，提钻速度Vu，下钻时间Td，提钻时间Tu进行实时动态监测；确定植桩方案后对植桩设备的植桩速度Vz，植桩时间Tz进行实时动态监测；

步骤2：搅拌过程影响因素相关数据测试；

搅拌钻头沿设定桩位的中轴线垂直向下搅拌达到设定深度后提钻搅拌，通过改变土层类型、土层埋深、下钻速度、提钻速度、搅拌直径、搅拌转速、搅拌叶片数量、养护天数、固化材料类型、固化材料掺量，对搅固化土强度进行测试并获取结果，最终形成包含土层类型、土体埋深、下钻速度、提钻速度、搅拌直径、搅拌转速、搅拌叶片数量、养护天数、固化材料类型、固化材料掺量、固化土强度信息的数据集A；

步骤3：植桩过程影响因素相关数据测试；

植桩设备沿设定桩位的中轴线垂直向下植桩，基于数据集A，结合植桩间隔时间、预制桩类型、植桩速度，形成包含土层类型、土体埋深、下钻速度、提钻速度、搅拌直径、搅拌转速、搅拌叶片数量、养护天数、固化材料类型、固化材料掺量、固化土强度、植桩间隔时间、预制桩类型、植桩速度信息的数据集B；

步骤4：复合桩施工效率综合预测模型参数确定；

基于复合桩孔位的地勘报告结果可获取不同土层性质、土层厚度及所处的深度范围，按照设定搅拌方案并结合数据集A，可获取土层厚度与平均下钻或提钻速度的比值即为该土层的平均下钻或提钻时间，将深度范围内的各土层平均下钻时间、平均提钻时间求和即为搅拌施工平均时间Ta；基于设定搅拌方案、设定植桩方案并结合数据集B，土层厚度与平均植桩速度的比值即为该土层的平均植桩时间，将深度范围内的各土层平均植桩时间求和即为植桩施工平均时间Tb；

步骤5：复合桩施工效率综合预测模型建立；

复合桩施工效率综合预测模型即复合桩单桩有效施工总时间预测值为搅拌施工平均时间Ta与植桩施工平均时间Tb之和；在实际工程中监测复合桩单桩有效施工总时间与预测值进行对比，若两者结果偏差在设定偏差值范围内则判定为模型基本准确，若两者结果偏差大于设定偏差值范围则判定为模型异常；若模型异常，则对比设定方案、设定土层条件下数据集B中下钻速度、提钻速度、植桩速度与实测值，对并对数据集B中下钻速度、提钻速度、植桩速度进行调整，并将调整后的结果更新至数据集A和数据集B中，对模型进行重新计算，直至模型基本准确，通过工程测试不断完善数据集A和数据集B；

步骤6：复合桩施工效率综合预测模型应用及优化；

通过拟建项目的地勘报告，分析设计桩基深度范围内土层的种类、深度、施工方案，通过数据集A和数据集B计算出对应条件下搅拌施工平均时间Ta、植桩施工平均时间Tb进行提取，进而对复合桩单桩有效施工总时间进行预测。

该场地自上而下的土层分布为：素填土、淤泥质土、粉质粘土、粉细砂、粗砂、全风化岩层。

在实际试桩施工中监测复合桩单桩有效施工总时间与预测值进行对比，两者差异为8%，模型与实际值基本吻合。

本发明是一种考虑多因素影响下对复合桩施工效率进行预测的方法，通过对不同土层在不同深度范围内的搅拌过程影响因素相关数据、植桩过程影响因素相关数据进行收集，并建立复合桩施工效率综合预测模型，结合拟建工程地层条件，对搅拌桩施工效率进行预测。

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施工效率进行预测的方法，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，对复合桩施工效率进行预测的方法，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，在施工过程中对搅拌钻机的下钻速度Vd，提钻速度Vu，下钻时间Td，提钻时间Tu进行实时动态监测；确定植桩方案后对植桩设备的植桩速度Vz，植桩时间Tz进行实时动态监测；

步骤2：搅拌过程影响因素相关数据测试；

搅拌钻头沿设定桩位的中轴线垂直向下搅拌达到设定深度后提钻搅拌，通过改变土层类型、土层埋深、下钻速度、提钻速度、搅拌直径、搅拌转速、搅拌叶片数量、养护天数、固化材料类型、固化材料掺量，对搅固化土强度进行测试并获取结果，最终形成包含土层类型、土体埋深、下钻速度、提钻速度、搅拌直径、搅拌转速、搅拌叶片数量、养护天数、固化材料类型、固化材料掺量、固化土强度信息的数据集A；

步骤3：植桩过程影响因素相关数据测试；

植桩设备沿设定桩位的中轴线垂直向下植桩，基于数据集A，结合植桩间隔时间、预制桩类型、植桩速度，形成包含土层类型、土体埋深、下钻速度、提钻速度、搅拌直径、搅拌转速、搅拌叶片数量、养护天数、固化材料类型、固化材料掺量、固化土强度、植桩间隔时间、预制桩类型、植桩速度信息的数据集B；

步骤4：复合桩施工效率综合预测模型参数确定；

基于复合桩孔位的地勘报告结果可获取不同土层性质、土层厚度及所处的深度范围，按照设定搅拌方案并结合数据集A，可获取土层厚度与平均下钻或提钻速度的比值即为该土层的平均下钻或提钻时间，将深度范围内的各土层平均下钻时间、平均提钻时间求和即为搅拌施工平均时间Ta；基于设定搅拌方案、设定植桩方案并结合数据集B，土层厚度与平均植桩速度的比值即为该土层的平均植桩时间，将深度范围内的各土层平均植桩时间求和即为植桩施工平均时间Tb；

步骤5：复合桩施工效率综合预测模型建立；

复合桩施工效率综合预测模型即复合桩单桩有效施工总时间预测值为搅拌施工平均时间Ta与植桩施工平均时间Tb之和；在实际工程中监测复合桩单桩有效施工总时间与预测值进行对比，若两者结果偏差在设定偏差值范围内则判定为模型基本准确，若两者结果偏差大于设定偏差值范围则判定为模型异常；若模型异常，则对比设定方案、设定土层条件下数据集B中下钻速度、提钻速度、植桩速度与实测值，对并对数据集B中下钻速度、提钻速度、植桩速度进行调整，并将调整后的结果更新至数据集A和数据集B中，对模型进行重新计算，直至模型基本准确，通过工程测试不断完善数据集A和数据集B；

步骤6：复合桩施工效率综合预测模型应用及优化；

通过拟建项目的地勘报告，分析设计桩基深度范围内土层的种类、深度、施工方案，通过数据集A和数据集B计算出对应条件下搅拌施工平均时间Ta、植桩施工平均时间Tb进行提取，进而对复合桩单桩有效施工总时间进行预测。

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施工效率进行预测的方法，其特征在于，所述搅拌桩的直径为500mm~1200mm，预制桩的直径为300mm~800mm，预制桩与搅拌桩的中轴线重合。

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施工效率进行预测的方法，其特征在于，所述步骤2中土层类型包括：耕土、素填土、杂填土、淤泥质土、淤泥、粘性土、粉质粘土、黄土、粉细砂、中砂、粗砂、碎石土、全风化岩层、中风化岩层。

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施工效率进行预测的方法，其特征在于，在实际工程中监测复合桩单桩有效施工总时间与预测值进行对比，同时对搅拌钻机、植桩设备的施工参数进行实时监测，实际复合桩单桩有效施工总时间与预测值进行对比，当设计桩长小于等于25m时，两者误差小于±5%认定预测模型合格，否则不合格，当设计桩长大于25m且小于等于40m时，两者误差小于±10%认定预测模型合格，否则不合格；当出现预测模型不合格时，将施工过程中的实时监测值与预测值相比较，以实际监测值为依据对预测值进行调整，直至预测模型合格。

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