CN114134879A - 一种振冲施工密实电流及留振时间的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种振冲施工密实电流及留振时间的确定方法，具体包括以下步骤：S1、实验阶段：获得实验深度及其对应的实验下放速度、实验密实电流I_实验密实以及实验造孔电流I_实验造孔，并根据该实验下放速度获得平均下放速度

S2、造孔阶段：获得振冲器的下放深度及其对应的下放速度V、造孔电流I_造孔；S3、密实阶段：根据所述下放深度，获取与所述下放深度对应的实验深度对应的I_实验密实、I_实验造孔，并根据所述对应的I_实验密实、I_实验造孔、

以及V，对所述对应I_造孔进行补偿，获得所述下放深度对应的密实电流I_密实的取值范围。本发明具有可按照地层自动调整密实电流和留振时间的特点，使施工更符合地层状况。

Description

一种振冲施工密实电流及留振时间的确定方法

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体涉及一种振冲施工密实电流及留振时间的确定方法。

背景技术

振冲施工是振冲器将电能转化为机械能，形成一种径向振动力，将填充的填料(通常为一定粒径的碎石)及周围的砂土，在压力作用下挤压和排列，孔隙体积减少而得到的一种复合密实结构。此过程称为密实。其中，挤压和排列的过程称为留振。传统的密实，采用统一的密实电流和留振时间。此方法对于相对单一的地层结构效果好。对于地层存在紧密层时，存在的问题：密实电流能很快达到，且能较容易的一直保持，留振过程很快结束，结果导致该处桩径偏小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种振冲施工密实电流及留振时间的确定方法，通过实时的施工数据分析，并结合已施工信息，按照统计分析方法获得实验施工过程的平均下放速度，并根据施工过程下放速度与平均下放速度的关系获得下放深度集合，进而获得多个深度段集合，以确定当前深度值需要的密实电流和留振时间。用以解决现有技术无法针对各土层分别确定不同的密实电流与留振时间的问题。

一种振冲施工密实电流的确定方法，应用于振冲施工过程，具体包括以下步骤：

S1、实验阶段：获得实验深度及其对应的实验下放速度、实验密实电流I_实验密实以及实验造孔电流I_实验造孔，并根据该实验下放速度获得平均下放速度

S2、造孔阶段：获得振冲器的下放深度及其对应的下放速度V、造孔电流I_造孔；

S3、密实阶段：根据所述下放深度，获取与所述下放深度对应的实验深度对应的I_实验密实、I_实验造孔，并根据所述对应的I_实验密实、I_实验造孔、

以及V，对所述对应I_造孔进行补偿，获得所述下放深度对应的密实电流I_密实的取值范围。

进一步地，所述步骤S3具体包括以下步骤：

SA、根据所述对应的I_实验密实、I_实验造孔，计算比值

SC、根据所述对应的

V，计算比值

SD、根据所述比值A、B对I_造孔进行补偿，获得I_密实∈[A*I_造孔-B*ε，A*I_造孔+B*ε]，所述ε为根据工程中地质情况实际确定的可调参量。

进一步地，还包括，获得深度段的密实电流，所述深度段通过以下步骤获得：

Sa、判断所述下放速度是否处于对应的速度区间，区间分隔满足集合

若满足，则记录所述数据集合DS，其格式满足{Vi，[Depthli，Depth2i]}，i＝0，1，2，3…K，V_i为第i条数据对应的下放速度、Depth_1i第i次记录的深度起始位置、Depth_2i第i次记录的深度结束位置；

Sb、当振冲器达到预设深度后，获取所述记录下放速度V对应的深度结束位置Depth_2K；

Sc、倒序遍历数据集合DS内数据，按照合并规则，将所述数据集合DS分为多个深度段，所述深度段包括一个或多个合并的[Depth_1i，Depth_2i]。

进一步地，所述合并规则为：所述深度段的最小深度起始位置Depth1、最大深度结束位置Depth2满足最大深度结束位置Depth2-最小深度起始位置Depth1≥提升间距-反插深度。

进一步地，所述深度段的密实电流的取值范围通过以下步骤获得：

Sc001、根据预设桩距值，将与当前桩的距离等于1倍预设桩距值的已施工桩划分为集合M＝{m_1，m_2，…m_k}，将与当前桩的距离大于1倍预设桩距值小于3倍预设桩距离值的已施工桩划分为集合N＝{n_1，n_2，…n_l}，已施工的实验桩划分为集合S＝{s_1，s_2，…s_p}

Sc002、根据所述深度段中的每一个深度范围，获取集合M、N、S中匹配每一深度范围对应的密实电流集合

Sc002、将所述深度范围的密实电流集合I_M密实、I_N密实、I_S密实代入密实电流公式

获得当前桩当前深度段的密实电流。

进一步地，若所述造孔电流超过振冲机的额定电流，控制振冲器减速下降或停止下降或向上提升一段距离，当造孔电流值下降到额定电流以内时再控制振冲器继续下沉。

进一步地，所述密实电流用于判定：当振冲器工作电流值达到密实电流值时，启动计时器计时，计时完成则判定该深度的桩段已经振密，当计时器未完成计时，则判定该深度的桩段未振密。

一种振冲施工留振时间的确定方法，应用于振冲施工过程，根据权利要求1-4获得深度段，具体包括以下步骤，获得所述深度段的留振时间的取值范围通过以下步骤获得：

Sd001、根据预设桩距值，将与当前桩的距离等于1倍预设桩距值的已施工桩划分为集合M＝{m_1，m_2，…m_k}，将与当前桩的距离大于1倍预设桩距值小于3倍预设桩距离值的已施工桩划分为集合N＝{n_1，n_2，…n_l}，已施工的实验桩划分为集合S＝{s_1，s_2，…s_p}

Sd002、根据所述深度段中的每一个深度范围，获取集合M、N、S中匹配每一深度范围对应的留振时间集合

Sd002、将所述深度范围对应的留振时间集合T_M留振、T_N留振、T_S留振，代入留振时间公式

获得当前桩当前深度段的留振时间。

a，b，c为对应的权重系数。

进一步地，所述密实电流、留振时间均应用于振冲施工，所述振冲施工过程包括：

S(1)组装好振冲器后，接通水源、电源；

S(2)调试设备，校核各项技术参数，以确定设备处于良好运行状态；

S(3)施工机具、人员就位，吊车起吊振冲器对准桩位；

S(4)造孔：开动高压水泵冲水，启动自动控制系统，待振冲器运转正常后，使振冲器徐徐贯入土中，振冲器下降速率控制在0.5-2.0m/min；

S(5)清孔：造孔结束后，将振冲器提出孔口，在以较快速度从原孔贯入，使桩孔畅通。为了便于填料加密，可将振冲器提升2-3次；

S(6)填料加密：向孔内倾倒部分石料压底，根据振冲器的工作方式进行振冲作业，当振冲器达到密实电流和留振时间后，依次向上提升进行分段加密，加密长度应符合设计要求；

S(7)重复上一步骤，自下而上加密，直至孔口；

S(8)关闭振冲器，关闭水泵，单根桩完成。。

进一步地，所述在步骤S2中，振冲器造孔速度控制在2.5m/min。

进一步地，根据合并规则将所述数据集合DS划分为多个深度段，具体包括：

Sa、判断所述下放速度是否处于对应的速度区间，区间分隔满足集合

若满足，则记录所述数据集合DS，其格式满足{Vi，[Depth_1i，Depth_2i]}(i＝0，1，2，3…K)(Vi第i条数据的下放速度、Depth_1i第i条数据的深度起始位置、Depth_2i第i次记录的结束位置；

Sb、当振冲器达到预设深度后，获取所述记录下放速度V_K对应的深度结束位置Depth_2K；

Sc、倒序遍历数据集合DS内数据，按照合并规则，使所有深度段的满足(Depth₂₁-Depth_i1≥提升间距-反插深度)，具体包括以下步骤；

Sc301、获取数据集合DS内第i条数据对应的深度范围Range_i＝Depth_2i-Depth_1i，若满足Range_i≥提升间距-反插深度，转步骤Sc303，若不满足(即：Range_i＜提升间距-反插深度)，转步骤Sc302；

Sc302、若不满足且数据集合DS内第i条数据的前一组数据存在，则保留不符合的深度范围Range_i，则将此第i条数据保存进数据集合DSI内，获取前一组数据i-1对应的深度范围Range_i-1＝Depth_2i-1-Depth_1i-1；更新V_i-1为此合并数据的平均值

并更新Depth_2i-1＝Depth_2i；最后，去除第i条数据，将i-1条数据更新为第i条数据。重复步骤S301。

Sc303、若满足且数据集合DS内第i条数据的前一组数据存在，则将此第i条数据保存进对应的数据集合DSI内，去除第i条数据，将i-1条更新为第i条数据，生成一个新的空数据集合DSI(其中I＝I+1)，用于保存满足条件的数据，重复步骤S301；若满足且数据集合DS内第i条数据前一数据不存在，则将此第i条数据保存进数据集合DSI内，并从数据集合DS内去除。

本方法的首要目的，就是通过实时的施工数据分析，确定施工的地层模型，并结合已施工信息，按照统计分析方法，选取符合一定取值范围要求的不同深度留振使用的密实电流均值和留振时间均值为参考，确定当前位置密实需要的密实电流和留振时间。

振冲器的电流大小反映的是振冲头所受阻力的大小。通常情况下，在振密初期密实电流波动较大，之后逐渐趋于一定值，这反映了振冲碎石桩成桩过程中桩体密实度的动态变化。现有技术试桩施工时对造孔电流和成桩电流进行了统计，从统计的结果来看，造孔电流和成桩电流波动与振冲器所处的土层关系较大，如果从桩顶到桩底控制同一个密实电流，可能会造成局部土层中成桩实际桩径很大。据某工程实践，实际桩径达到原设计桩径的4倍，不合理。如果针对各土层分别确定不同的密实电流较合理，但由于现场各土层厚度分布不均，土层标高难以准确统计。因此，如采用密实电流作为碎石桩施工控制参数，现场难以操作。

本发明具有的有益效果：包括分析造孔阶段实时数据确定地层模型，和记录分析已施工桩密实阶段密实过程数据，确定当前施工桩在不同地层所使用的密实电流及留振时间。本确定方法相对于传统密实在不同地层深度均使用同一密实电流和留振时间，具有可按照地层自动调整密实电流和留振时间的特点，使施工更符合地层状况。

附图说明

图1为本发明的示意图；

图2为本发明的振冲发施工流程示意图；

附图标记：a-振冲定位，b-振冲成孔，c-留振，d-上提，留振，e-制桩结束。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖向”、“纵向”、“侧向”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“开有”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例

一种振冲施工密实电流的确定方法，应用于振冲施工过程，具体包括以下步骤：

S1、实验阶段：获得实验深度及其对应的实验下放速度、实验密实电流I_实验密实以及实验造孔电流I_实验造孔，并根据该实验下放速度获得平均下放速度

S2、造孔阶段：获得振冲器的下放深度及其对应的下放速度V、造孔电流I_造孔；

S3、密实阶段：根据所述下放深度，获取与所述下放深度对应的实验深度对应的I_实验密实、I_实验造孔，并根据所述对应的I_实验密实、I_实验造孔、

以及V，对所述对应I_造孔进行补偿，获得所述下放深度对应的密实电流I_密实的取值范围。

进一步地，所述步骤S3具体包括以下步骤：

SA、根据所述对应的I_实验密实、I_实验造孔，计算比值

SC、根据所述对应的

V，计算比值

SD、根据所述比值A、B对I_造孔进行补偿，获得I_密实∈[A*I_造孔-B*ε，A*I_造孔+B*ε]，所述ε为根据工程中地质情况实际确定的可调参量。

具体地，还包括获得深度段的密实电流，所述深度段通过以下步骤获得：

Sa、判断所述下放速度是否处于对应的速度区间，区间分隔满足集合

若满足，则记录所述数据集合DS，其格式满足{Vi，[Depth_1i，Depth_2i]}，i＝0，1，2，3…K，V_i为第i条数据对应的下放速度、Depth_1i第i次记录的深度起始位置、Depth_2i第i次记录的深度结束位置；

Sb、当振冲器达到预设深度后，获取所述记录下放速度V对应的深度结束位置Depth_2K；

Sc、倒序遍历数据集合DS内数据，按照合并规则，将所述数据集合DS分为多个深度段，所述深度段包括一个或多个合并的[Depth_1i，Depth_2i]。

具体地，所述合并规则为：所述深度段的最小深度起始位置Depth1、最大深度结束位置Depth2满足最大深度结束位置Depth2-最小深度起始位置Depth1≥提升间距-反插深度。

具体地，所述深度段的密实电流的取值范围通过以下步骤获得：

Sc001、根据预设桩距值，将与当前桩的距离等于1倍预设桩距值的已施工桩划分为集合M＝{m_1，m_2，…m_k}，将与当前桩的距离大于1倍预设桩距值小于3倍预设桩距离值的已施工桩划分为集合N＝{n_1，n_2，…n_l}，已施工的实验桩划分为集合S＝{s_1，s_2，…s_p}

Sc002、根据所述深度段中的每一个深度范围，获取集合M、N、S中匹配每一深度范围对应的密实电流集合

Sc002、将所述深度范围的密实电流集合I_M密实、I_N密实、I_S密实代入密实电流公式

获得当前桩当前深度段的密实电流。

具体地，若所述造孔电流超过振冲机的额定电流，控制振冲器减速下降或停止下降或向上提升一段距离，当造孔电流值下降到额定电流以内时再控制振冲器继续下沉。

具体地，所述密实电流用于判定：当振冲器工作电流值达到密实电流值时，启动计时器计时，计时完成则判定该深度的桩段已经振密，当计时器未完成计时，则判定该深度的桩段未振密。

一种振冲施工留振时间的确定方法，应用于振冲施工过程，根据权利要求1-4获得深度段，具体包括以下步骤，获得所述深度段的留振时间的取值范围通过以下步骤获得：

Sd001、根据预设桩距值，将与当前桩的距离等于1倍预设桩距值的已施工桩划分为集合M＝{m_1，m_2，…m_k}，将与当前桩的距离大于1倍预设桩距值小于3倍预设桩距离值的已施工桩划分为集合N＝{n_1，n_2，…n_l}，已施工的实验桩划分为集合S＝{s_1，s_2，…s_p}。

Sd002、根据所述深度段中的每一个深度范围，获取集合M、N、S中匹配每一深度范围对应的留振时间集合

Sd002、将所述深度范围对应的留振时间集合T_M留振、T_N留振、T_S留振，代入留振时间公式

获得当前桩当前深度段的留振时间。

具体地，所述留振时间应用于振冲施工，所述振冲施工过程包括：

S(1)组装好振冲器后，接通水源、电源；

S(2)调试设备，校核各项技术参数，以确定设备处于良好运行状态；

S(3)施工机具、人员就位，吊车起吊振冲器对准桩位；

S(4)造孔：开动高压水泵冲水，启动自动控制系统，待振冲器运转正常后，使振冲器徐徐贯入土中，振冲器下降速率控制在0.5-2.0m/min；

S(5)清孔：造孔结束后，将振冲器提出孔口，在以较快速度从原孔贯入，使桩孔畅通。为了便于填料加密，可将振冲器提升2-3次；

S(6)填料加密：向孔内倾倒部分石料压底，根据振冲器的工作方式进行振冲作业，当振冲器达到密实电流和留振时间后，依次向上提升进行分段加密，加密长度应符合设计要求；

S(7)重复上一步骤，自下而上加密，直至孔口；

S(8)关闭振冲器，关闭水泵，单根桩完成。

具体地，所述a为桩距值内的已施工桩权重系数，b为桩距值1倍至3倍范围内的已施工桩权重系数，c为已施工的实验桩权重系数。

在外加粗填料的振冲施工中，主要通过电流的变化反映外加粗填料被振冲器挤密的程度。当电流达到一定的上限后，表明挤密效果最好，但电流若超过上限，则振冲器极易烧毁；在不外加粗填料的振冲施工中，电流也可以反映砂土的液化挤密程度。

留振时间指振冲器在一定深度停留的时间。在这段时间内对外粗填料挤密或使砂层液化，留振时间控制的准确性直接影响地基加固的效果。

振冲器在填料中进行振实，这时，振冲器不仅能使填料振密，并且可以依靠振冲器的水平振动力将填入孔口的填料挤入侧壁中，从而使桩径增大。由于填料不断的挤入，孔壁土的约束力逐渐增大，一旦约束力与振动器产生的水平振动力相平衡时，桩径不再扩大，这时振冲器的电流值迅速增大。当电流值达到规定电流(即密实电流)时，认为该深度的桩段已经振密，如果电流达不到密实电流，则需要提起振动器向孔内倒一批料，然后再下降振冲器继续进行振密。如此反复，直到该深度的电流达到密实电流为止。每倒一批料进行振密，都必须记录深度、填料量、振密时间和振密时的电流量。密实电流由现场制桩确定。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种振冲施工密实电流的确定方法，其特征在于，应用于振冲施工过程，具体包括以下步骤：

S1、实验阶段：获得实验深度及其对应的实验下放速度、实验密实电流I_实验密实以及实验造孔电流I_实验造孔，并根据该实验下放速度获得平均下放速度

S2、造孔阶段：获得振冲器的下放深度及其对应的下放速度V、造孔电流I_造孔；

S3、密实阶段：根据所述下放深度，获取与所述下放深度对应的实验深度对应的I_实验密实、I_实验造孔，并根据所述对应的I_实验密实、I_实验造孔、

以及V，对所述对应I_造孔进行补偿，获得所述下放深度对应的密实电流I_密实的取值范围。

2.根据权利要求1所述的一种振冲施工密实电流的确定方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤：

SA、根据所述对应的I_实验密实、I_实验造孔，计算比值

SC、根据所述对应的

V，计算比值

SD、根据所述比值A、B对I_造孔进行补偿，获得I_密实∈[A*I_造孔-B*ε，A*I_造孔+B*ε]，所述ε为根据工程中地质情况实际确定的可调参量。

3.根据权利要求1所述的一种振冲施工密实电流的确定方法，其特征在于，还包括，获得深度段的密实电流，所述深度段通过以下步骤获得：

Sa、判断所述下放速度是否处于对应的速度区间，区间分隔满足集合

若满足,则记录所述数据集合DS，其格式满足{Vi,[Depth_1i,Depth_2i]},i＝0,1,2,3…K,V_i为第i条数据对应的下放速度、Depth_1i第i次记录的深度起始位置、Depth_2i第i次记录的深度结束位置；

Sb、当振冲器达到预设深度后，获取所述记录下放速度V对应的深度结束位置Depth_2K；

Sc、倒序遍历数据集合DS内数据，按照合并规则，将所述数据集合DS分为多个深度段，所述深度段包括一个或多个合并的[Depth_1i,Depth_2i]。

4.根据权利要求3所述的一种振冲施工密实电流的确定方法，其特征在于，所述合并规则为：所述深度段的最小深度起始位置Depth1、最大深度结束位置Depth2满足:最大深度结束位置Depth2-最小深度起始位置Depth1≥提升间距–反插深度。

5.根据权利要求4所述的一种振冲施工密实电流的确定方法，其特征在于，所述深度段的密实电流的取值范围通过以下步骤获得：

S501、根据预设桩距值，将与当前桩的距离等于1倍预设桩距值的已施工桩划分为集合M＝{m_1,m_2,…m_k}，将与当前桩的距离大于1倍预设桩距值小于3倍预设桩距离值的已施工桩划分为集合N＝{n_1,n_2,…n_l}，已施工的实验桩划分为集合S＝{s_1,s_2,…s_p}

S502、根据所述深度段中的每一个深度范围，获取集合M、N、S中匹配每一深度范围对应的密实电流集合

S503、将所述深度范围的密实电流集合I_M密实、I_N密实、I_S密实代入密实电流公式

获得当前桩当前深度段的密实电流。

6.根据权利要求1所述的一种振冲施工密实电流的确定方法，其特征在于，若所述造孔电流超过振冲机的额定电流，控制振冲器减速下降或停止下降或向上提升一段距离，当造孔电流值下降到额定电流以内时再控制振冲器继续下沉。

7.根据权利要求1所述的一种振冲施工密实电流的确定方法，其特征在于，所述密实电流用于判定：当振冲器工作电流值达到密实电流值时，启动计时器计时，计时完成则判定该深度的桩段已经振密，当计时器未完成计时，则判定该深度的桩段未振密。

8.一种振冲施工留振时间的确定方法，其特征在于，应用于振冲施工过程，根据权利要求2-3获得深度段，具体包括以下步骤，获得所述深度段的留振时间的取值范围通过以下步骤获得：

S801、根据预设桩距值，将与当前桩的距离等于1倍预设桩距值的已施工桩划分为集合M＝{m_1,m_2,…m_k}，将与当前桩的距离大于1倍预设桩距值小于3倍预设桩距离值的已施工桩划分为集合N＝{n_1,n_2,…n_l}，已施工的实验桩划分为集合S＝{s_1,s_2,…s_p}

S802、根据所述深度段中的每一个深度范围，获取集合M、N、S中匹配每一深度范围对应的留振时间集合

S803、将所述深度范围对应的留振时间集合T_M留振、T_N留振、T_S留振，代入留振时间公式

获得当前桩当前深度段的留振时间。

9.根据权利要求8所述的一种振冲施工留振时间的确定方法，其特征在于，所述留振时间应用于振冲施工，所述振冲施工过程包括：

S(1)组装好振冲器后，接通水源、电源；

S(2)调试设备，校核各项技术参数，以确定设备处于良好运行状态；

S(3)施工机具、人员就位，吊车起吊振冲器对准桩位；

S(4)造孔：开动高压水泵冲水，启动自动控制系统，待振冲器运转正常后，使振冲器徐徐贯入土中，振冲器下降速率控制在0.5-2.0m/min；

S(5)清孔：造孔结束后，将振冲器提出孔口，在以较快速度从原孔贯入，使桩孔畅通。为了便于填料加密，可将振冲器提升2-3次；

S(6)填料加密：向孔内倾倒部分石料压底，根据振冲器的工作方式进行振冲作业，当振冲器达到密实电流和留振时间后，依次向上提升进行分段加密，加密长度应符合设计要求；

S(7)重复上一步骤，自下而上加密，直至孔口；

S(8)关闭振冲器，关闭水泵，单根桩完成。

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