CN115305899A - 用于海上的底部出料振冲碎石桩自动化成桩方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于海上的底部出料振冲碎石桩自动化成桩方法及系统，包括：将碎石桩船船体定位至待施工桩位，启动控制单元；控制单元接收当前待施工桩位的目标水汽压力参数，基于目标水汽压力参数控制振冲器下沉造孔；接收当前待施工桩位的分段填料控制参数，并基于分段填料控制参数进行分段提升、上料、下料、反插压实操作，其中，控制单元还用于在监测每段施工操作的反插压实电流与反插填料量以实时控制施工质量，直到完成多段填料施工将碎石桩船船体定位至下一个待施工桩位；本发明基于目标水汽压力参数与分段填料控制参数实现自动化施工，同时控制单元还用于实时监测施工过程的参数，从而有效控制振冲碎石桩施工过程的施工质量。

Description

用于海上的底部出料振冲碎石桩自动化成桩方法与系统

技术领域

本发明涉及海上软基处理施工领域，尤其涉及一种用于海上的底部出料振冲碎石桩自动化成桩方法与系统。

背景技术

目前，在海上碎石桩成桩施工领域，已经研发出针对海上打桩作业的打桩设备，并被投入到实际工程进行人工打桩使用，例如：在申请号为2020110379867的中国专利中公开了一种海上碎石桩船自动供料系统。

然而，振冲碎石桩法一方面依靠振冲器的振动使被处理地层发生液化，土颗粒重新排列孔隙减小，另一方面依靠振冲器的水平振动力，加散体粒类材料(如碎石)，从而达到提高地基承载力、减少沉降并提高地基土体抗液化能力的效果，广泛用于各类松软地基。但鲜见于土体细颗粒含量较高且硬层分布广泛的复杂地基，例如钙质砂地基，形成的土颗粒多含有内孔隙、形状不规则、易破碎、颗粒易胶结等特点，使得其工程力学性质与一般陆相、海相沉积物相比有较明显的差异。目前在全球范围内鲜有采用振冲碎石桩法进行上述复杂地质条件下地基处理的工程案例。

以东帝汶帝巴湾新集装箱码头项目为例，该码头位于环太平洋地震带，项目设计考虑475年重现期地震峰值加速度——回填区0.53g、码头区0.505g，抗震设防级别高，达到地震烈度Ⅸ度。根据抗震设防的高要求，设计单位采用碎石桩复合地基作为抗液化加固措施，共14064根海上碎石桩，最大处理深度-36m，最大桩长25.84m，桩径1.0m，桩间距2.4m，面积置换率15.7％。项目碎石桩处理深度大，对设备性能要求极其严格，现有碎石桩设备难以满足要求。但是项目地质条件复杂，土体细颗粒含量大，地基处理范围内存在多处硬夹层，目前振冲设备及振动沉管设备的穿透性能尚无可参考数据，也为施工工艺及设备选型等带来较大困难。此外，因海上碎石桩施工工程量大，多个区段处于整个项目的关键线路上，存在工期压力大，亟需提升施工工效的问题

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中所存在的施工智能化程度低、无法适用于复杂地质信息、导致施工效率低下的问题，提供一种用于海上的底部出料振冲碎石桩自动化成桩方法与系统，通过基于与桩位相关联的目标水汽压力参数与分段填料控制参数实现海上碎石桩的自动化施工，同时在分段填料过程中，通过实时监测密实电流与分段填料量以监控施工质量，从而有效控制振冲碎石桩施工过程的施工质量。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种用于海上的底部出料振冲碎石桩自动化成桩方法，包括：

步骤1：将碎石桩船船体定位至待施工桩位，启动控制单元；

步骤2：所述控制单元接收当前待施工桩位的目标水汽压力参数，基于所述目标水汽压力参数控制振冲器下沉造孔；

步骤3：所述控制单元接收当前待施工桩位的分段填料控制参数，并基于所述分段填料控制参数进行分段提升、上料、下料、反插压实操作，直到完成填料施工；

其中，所述分段填料控制参数包括：每段提升间距、每段反插深度、每段目标填料量与预设密实电流；所述控制单元还用于监测每段操作中反插压实电流、反插深度以及反插段半径数据，并判断所述反插压实电流是否大于所述预设密实电流，若否，则返回该段的提升高度，重新进行该段的下料、反插压实操作；若是，则基于所述反插深度、反插段半径数据计算实际填料量；判断所述实际填料量是否超过所述预设填料量，若是，则进入下段提升；若否，则返回该段的提升高度，重新进行该段的下料、反插压实操作；

步骤4：将碎石桩船船体定位至下一个待施工桩位，启动控制单元，重复步骤2～3，直到完成所有桩位的成桩施工。

根据一种具体的实施方式，上述用于海上的底部出料振冲碎石桩成桩方法中，通过以下方法确定当前待施工桩位的目标水汽压力参数，包括：

对不同土层类型的桩位进行工程试验，建立不同土层类型的水汽压力参数映射表；其中，所述土层类型，包括：碎石土、砂土、黏性土、粉土；

预先对当前待施工桩位进行地质勘探，根据勘探结果确定当前待施工桩位不同深度处的土层类型；

从映射表获取当前待施工桩位对应的不同深度处的水汽压力参数，进而得到所述目标水汽控制参数。

根据一种具体的实施方式，上述用于海上的底部出料振冲碎石桩成桩方法中，所述步骤2中，所述控制单元还用于实时监测振冲器下沉造孔过程中的水压数据、气压数据，计算监测到的水压数据与气压数据与当前下沉深度的目标水汽控制参数的差值，通过PID调节器根据所述差值生成振冲器压力调节量，从而控制所述振冲器基于所述目标水汽压力参数进行造孔。

根据一种具体的实施方式，上述用于海上的底部出料振冲碎石桩成桩方法中，所述分段填料控制参数，还包括：理论桩径图；

所述控制单元用于监测每段操作中反插压实电流、反插深度以及反插段半径数据；判断所述反插压实电流是否大于所述预设密实电流，若是，则基于所述反插深度、反插段半径数据计算实际填料量与实时桩径图，并判断所述实际填料量与是实时桩径图否超过所述预设填料量与理论桩径图，若是，则进入下段提升；若否，则返回该段的提升高度，重新进行该段的下料、反插压实操作。

根据一种具体的实施方式，上述用于海上的底部出料振冲碎石桩成桩方法中，采用多阶贝塞尔曲线模型基于所述反插深度、反插段半径数据计算所述实时桩径图。

根据一种具体的实施方式，上述用于海上的底部出料振冲碎石桩成桩方法中，所述分段填料控制参数，还包括：留振时间；

所述控制单元用于控制所述振冲器在反插压实操作后基于所述留振时间进行留振。

根据一种具体的实施方式，上述用于海上的底部出料振冲碎石桩成桩方法中，所述留振时间为：5秒。

根据一种具体的实施方式，上述用于海上的底部出料振冲碎石桩成桩方法中，所述每段提升间距为：1.2～1.5m；所述每段反插深度为：1.2～1.5m；每段目标填料量为1m³；所述预设密实电流为：117A。

根据一种具体的实施方式，上述用于海上的底部出料振冲碎石桩成桩方法中，所述步骤1中还包括：在启动所述控制单元后的垂直度校准步骤；

所述垂直度校准步骤，包括：

通过控制单元中的倾角传感器监测所述振冲器的垂直度，若监测到的垂直度不满足施工要求，则输出提示信息，以使碎石桩船船体通过前后、左右压载水调载，直到所述垂直度满足施工要求。

本发明的另一方面，提供一种用于海上的底部出料振冲碎石桩自动化成桩系统，包括：供料子系统，碎石桩船船体、振冲器，其特征在于，还包括：与所述供料子系统、振冲器通讯连接的控制单元；

所述控制单元，用于接收当前待施工桩位的目标水汽压力参数，基于所述目标水汽压力参数控制振冲器下沉造孔；以及，接收当前待施工桩位的分段填料控制参数，并基于所述分段填料控制参数进行分段提升、上料、下料、反插压实操作，直到完成填料施工；其中，所述分段填料控制参数包括：每段提升间距、每段反插深度、每段目标填料量与预设密实电流；所述控制单元还用于监测振冲器每段操作中反插压实电流、反插深度以及反插段半径数据，并判断所述反插压实电流是否大于所述预设密实电流，若是，则基于所述反插深度、反插段半径数据计算实际填料量；判断所述实际填料量是否超过所述预设填料量，若是，则进入下段提升；若否，则返回该段的提升高度，重新进行该段的下料、反插压实操作。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明实施例所提供的方法，基于目标水汽压力参数与分段填料控制参数实现海上碎石桩的自动化施工，同时在分段填料过程中，通过实时监测密实电流与分段填料量以监控施工质量，从而有效控制振冲碎石桩施工过程的施工质量。

2、本发明实施例通过工程试验，分析获取不同土质类型对应的水汽压力参数，并据此建立土质类型-水汽参数映射表，结合地质勘探得到不同的桩位的土质类型，即可确定每个所述桩位的目标水汽控制参数，同时监测下沉造孔过程中的实时压力数据，基于PID调节器控制所述实时压力数据在目标水汽控制参数的误差范围内。

附图说明

图1示出了本发明示例性实施例的用于海上的底部出料振冲碎石桩自动化成桩方法流程示意图；

图2示出了本发明示例性实施例的造孔阶段PID调节示意图；

图3示出了本发明示例性实施例的地质剖面示意图；

图4示出了本发明示例性实施例的提升、反插流程示意图；

图5示出了本发明示例性实施例的桩径图绘制流程示意图；

图6示出了本发明示例性实施例的施工过程中基于监测数据所生成的监测曲线示意图；

图7示出了本发明示例性实施例的碎石桩船船体示意图；

图8示出了本发明示例性实施例的控制单元中各模块的数据交互示意图；

图9示出了本发明示例性实施例的控制单元对振冲器的施工界面示意图；

图10示出了本发明示例性实施例的海上码头区碎石桩施工区域示意图；

图11示出了本发明示例性实施例的碎石桩施工进度示意图；

图12示出了本发明示例性实施例的标准SPT曲线示意图；

图13示出了本发明示例性实施例的质量验收流程示意图；

图14示出了本发明示例性实施例的地质勘探得到的东帝汶码头项目的地质断面图；

图15示出了本发明示例性实施例的东帝汶码头项目的质量验收图。

具体实施方式

下面结合试验例及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

图1示出了本发明示例性实施例的用于海上底部出料振冲碎石桩自动化成桩方法，应用于用于海上底部出料振冲碎石桩自动化成桩系统，包括：

步骤1：将碎石桩船船体定位至待施工桩位，启动控制单元；

步骤2：所述控制单元接收当前待施工桩位的目标水汽压力参数，基于所述目标水汽压力参数控制振冲器下沉造孔；

步骤3：所述控制单元接收当前待施工桩位的分段填料控制参数，并基于所述分段填料控制参数进行分段提升、上料、下料、反插压实操作，直到完成填料施工；

其中，所述分段填料控制参数包括：每段提升间距、每段反插深度、每段目标填料量与预设密实电流；所述控制单元还用于监测每段操作中反插压实电流、反插深度以及反插段半径数据，并判断所述反插压实电流是否大于所述预设密实电流，若否，则返回该段的提升高度，重新进行该段的下料、反插压实操作；若是，则基于所述反插深度、反插段半径数据计算实际填料量；判断所述实际填料量是否超过所述预设填料量，若是，则进入下段提升；若否，则返回该段的提升高度，重新进行该段的下料、反插压实操作；

步骤4：将碎石桩船船体定位至下一个待施工桩位，启动控制单元，重复步骤2～3，直到完成所有桩位的成桩施工。

本实施例中，基于目标水汽压力参数与分段填料控制参数实现海上碎石桩的自动化施工，同时在分段填料过程中，通过实时监测密实电流与分段填料量以监控施工质量，只有在密实电流与填料量均满足预设值的情况下，才能进行下一段的施工，从而有效控制振冲碎石桩施工过程的施工质量。

实施例2

在一种可能的实现方式中，所述步骤1中还包括：在启动所述控制单元后的垂直度校准步骤；

所述垂直度校准步骤，包括：通过控制单元中的倾角传感器监测所述振冲器的垂直度，若监测到的垂直度不满足施工要求，则输出提示信息，以使碎石桩船船体通过前后、左右压载水调载，直到所述垂直度满足施工要求。

具体的，施工前，根据GPS定位单元已经导入的桩号进行定位，以移船至指定位置。在此过程中，GPS定位单元会实时对船舶位置的变化进行监测，并传输至控制单元进行显示，从控制单元的显示界面中可以看到船舶位置和需要施工桩位之间的距离，以及船舶左右的校核点高度，通过数据显示，将船舶移至施工准确位置。定位准确之后，在碎石桩位置准备进行施工的时候，检查施工电脑界面显示的目前桩架倾斜度，以保证振管的垂直度满足碎石桩施工要求。桩架顶部的倾角传感器将数据实施传输至施工电脑界面，若是垂直度不满足要求，则船舶将通过前后、左右压载水调载，直至施工电脑界面显示桩架的倾斜度满足施工要求，在桩位垂直度满足要求之后，再进行施工。

在一种可能的实现方式中，通过以下方法确定当前待施工桩位的目标水汽压力参数，包括：对不同土层类型的桩位进行工程试验，建立水汽压力参数控制；其中，所述土层类型，包括：碎石土、砂土、黏性土、粉土；预先对当前待施工桩位进行地质勘探，根据勘探结果确定当前待施工桩位不同深度处的土层类型；从映射表获取当前待施工桩位对应的不同深度处的水汽压力参数，进而得到所述目标水汽控制参数。

具体的，振冲碎石桩施工，通常需要辅以压力水、气，在造孔阶段，通过对土层的冲刷以提高施工效率。同时，返浆的泥水对已经形成的孔壁有一定的护壁作用，一定程度上可以防止孔壁的坍塌。但在实际施工过程中，土层的类型是变化的：碎石土、砂土、黏性土、粉土等。不同的类型对水压，气压的要求不同。本水气联动系统，以压力为控制目标，如图2所示，采用PID调节系统实现控制过程。以工程试验桩获取的土层结构数据，建立不同深度的水压，气压控制目标值。在施工过程中，以压力变送器采集当前的水压、气压值，并将采集的值与该深度的水压、气压控制目标值进行比较。将压力差值作为输入参数，提供给PID调节系统。PID调节系统根据该输入参数，控制压力调节阀动作(阀门开度增大或缩小)，以改变水压、气压在设定值附近。

具体的，在造孔前，检查各项设备正常运行，检查各项参数是否设置好。将水压开到100％，打开水泵，和船头设备现场人员确认是否开启空压机，和设备现场人员确认是否可以下贯。水下泥面以上振冲器下沉速度控制在2m/min左右，进入泥面后保持0.1～2.5m/min左右速贯入土体直至达到碎石桩设计底标高位置。若设备在贯入过程中遇到地质硬层，进入缓慢甚至贯入困难，可通过调节气罐阀门来增大造孔气压，并注意桩位偏移情况，及时调整孔位。造孔过程中记录各层电流，确保电流不超过350A。进入泥面2米之前，开启造孔气压80％，料仓气压20％，开启振冲器(45Hz)。造孔过程中注意电流大于180A时停止造孔，待电流减小后再继续造孔，如遇电流长时间不减小，考虑适当提升振冲器20～50cm再继续造孔。造孔过程中注意钢丝绳拉力(看窗外钢丝绳松紧)，小于8吨时停止造孔，待拉力增大后再继续造孔，如遇拉力长时间不增大，考虑适当提升振冲器20～50cm再继续造孔。若推杆速度太小会导致卷扬机抱闸而故障报警，需要到变频间复位。如遇造孔速度异常、造孔电流异常、钢丝绳拉力异常，可按照下表适当调整水汽参数及振冲频率。

表5.2-2海上振冲法水汽参数

碎石桩施工遇到岩层未到达设计底标高时可以提前终孔。通过地质钻探绘制详细地质剖面图，预判岩层发生区域及标高，图3示出了本实施例示例性的地质剖面图。硬层判断标准需同时满足：

1)造孔深度低于地勘判断的硬层深度；

2)振冲钢丝绳张力小于8t持续5分钟以上；

3)此5分钟内造孔深度值小于0.5m等三个标准。

在一种可能的实现方式中，所述分段填料控制参数，还包括：理论桩径图；如图4所示，所述步骤3中，所述控制单元还用于根据监测得到的数据生成实际桩径图，并基于压实电流、实际填料量与桩径图对提升、下料、反插压实的施工质量进行实时监控。

其中，反插深度和反插段半径是控制单元根据振冲器感应的位置和料仓加料量算出来的。反插深度是提升最高点的高程-反插后的高程；反插段半径是根据料仓提供的本次提升反插碎石量，和本次密实深度计算得到的。密实深度是本次反插后的高程-上次反插后的高程。

进一步的，上述步骤3具体包括：振冲至设计底标高后，压缩空气通气量随振冲器深度进行调节，继续保持振冲器振动，并缓慢上提0.5～1m。同时打开加料仓下仓门，将石料下落至加料管，保持振冲器振动，加料管内的石料随着振冲器的强振力和下料管的高压气作用下，石料从振冲头两侧的管口灌入周围土体中。上拔振冲器，分段提升高度为1.32m/1.27m；停止上提振冲器，将振冲器向下反插1.0m/0.95m进入碎石中，留振5～10s，直到达到一定的密实电流。以此反复分段提升反插、贯入碎石，直至振冲器提升到海床面以上，完成该桩位施工。

根据设计桩径1m计算碎石桩分段填料量，预先计算好能保证分段填料量的提升、反插参数。并通过试验得到含泥量较高的松软区域及中等密实区域最优提升反插参数如表5.2-3。

表5.2-3海上振冲法提升反插控制参数

密实过程中的控制要点如下：

1、准备加密上料前先将造孔气压调为20％，料仓加压气调为80％；

2、到达桩底之后，往上提升20cm(确保落料顺畅，以及气压过大)，提升料斗进行上提，到位信号1灯变成绿灯亮时，降低速度，到位信号2灯变成绿色时，立即停止，将工作模式选为上料模式，和船头巡查现场人员确定可以加料之后，进行加料(开的时候：先开溜槽再开阀门；关的时候：先关溜槽再关阀门)；

3、提升料斗进行下放(下放时即将到达下降到位前1米时减速，直至下降到位信号灯变为绿色)，若是底部加料，此时提升振冲器20cm，再将工作模式选为落料模式，等下仓门打开之后(变为绿色)进行快速提升至要求高度，继而进行下放振冲器，下降到指定高度之后再进行提升；若是顶部加料，则振冲器下放至要求高度，然后提升振冲器20cm，再将工作模式选为落料模式，等下仓门打开之后(变为绿色)进行快速提升至要求高度，继而进行下放振冲器，下降到指定高度之后再进行提升；重复三次，三次之后再次进行加料(在三次过程重复时，视情况提升提升料斗，以备下次加料)。下贯和上拔过程中，同样要注意观察钢丝绳拉力和电流。

4、在密实过程中，若是遇到料位计显示有料的情况，及时提升振冲器，若仍落料不及时尝试增加振冲器频率(多次尝试无效再采用关闭振冲器方法)；若还是不行，则关闭料仓气，继续提升，反复尝试，试图抖动落料，尝试几次之后若还是显示有料，则需要现场人员进行对振冲头进行检查；

5、如果不再打桩，需要上拔至5m位置保证振冲头安全，然后关闭液压站，施工管理系统柜下电，振冲变频柜下电，振冲下料柜下电，关闭空压机，关闭高压水泵，关闭电脑，关闭摄像头，关闭GPS，关闭空调，关好操控室门窗。

碎石桩施工过程依靠自动化控制系统实时收集碎石桩成桩过程中的各种数据，生成如图时间-深度曲线、时间-电流曲线、时间填料量曲线和实时桩径图供操作人员参考，作为全过程质量控制依据保证成桩质量。

施工期间如发现振冲器实际刻度与施工管理系统屏幕显示不一致可通过以下方式进行校核：

1、实际刻度：振冲器表面标识的刻度与甲板面齐平的读数。

2、施工管理系统屏幕计算刻度：|设计顶标高|+甲板标高+施工深度。实际刻度应与施工管理系统屏幕计算刻度保持一致，否则应对深度系统进行重新标定。

其中，桩径图是基于实时数据生成的，如深度、电流和填充量。喷射阀打开信号也被考虑在内。通过数据分析、数据组合整理、计算、点连接，最终形成桩径图。

每个压实长度是压实开始位置和结束位置的差值，本次压实的结束位置是下一次压实的开始位置。初始位置是桩的最大深度，最终位置为零。

原始数据通过喷射阀打开信号分成不同的部分。这部分和下一部分之间的填充量差异值是这部分的总填料消耗量。考虑到管道内碎石量，第一次的填料消耗量减去0.7体积，最后一次的填料消耗量再增加0.7体积。

计算过程：

1.根据喷射阀打开信号将原始数据分成不同的部分。

2.分析不同的施工过程，如提升、压实。

3.计算各部位各压实段的压实长度和填充量，修复异常压实段。

4.必要时在关键部位合并异常压实段。

5.以圆柱为模型计算每个压实段的半径。计算公式：

R＝sqrt(V/D/3.14)

R–一个压实段的半径

V-一个压实段的填充量

D-一个压实段的压实深度

(注意：考虑填料喷射速度是均匀的)

6.将所有压实段的长度和半径数据视为一个二维点数组。根据多阶贝塞尔曲线模型将所有点连接成最终的桩形状。计算公式：

B(t)＝P₀(1-t)³+3P₁t(1-t)²+3P₂t²(1-t)+P₃t³，t∈[0，1]

孔口截面计算说明：

有时在施工过程中会发生坍塌，并在桩项形成一个洞。操作员通常会继续填充孔直到地面水平。但是无法检测到崩溃。当塌方发生时，操作人员将塌方信息输入监控系统，包括孔的半径和高度。监控系统将分析最近的压实结束位置，并根据最近压实段的半径、孔的半径和孔的高度，根据满孔计算填充量(计算公式：

并在监控系统中显示体积值，以指导施工操作人员。为了符合计算条件，在料阀开启后设置，切割速度均匀计算过程如图5所示。碎石桩施工过程依靠自动化控制单元实时收集碎石桩成桩过程中的各种数据，生成如图6所示的，时间-深度曲线、时间-电流曲线、时间填料量曲线和实时桩径图供操作人员参考，作为全过程质量控制依据保证成桩质量。

本发明的另一方面，提供一种用于海上底部出料振冲碎石桩自动化成桩系统，包括：供料子系统，碎石桩船船体、振冲器，以及，与所述供料子系统、振冲器通讯连接的控制单元。

具体的，本系统中所提供的海上碎石桩船，如图7所示，可同时将3～4套振冲器立于船艏桩架前端(考虑碎石桩间距)，利用垂直桩架定位，船艏设置导向定位，最大处理深度可达到-36m。本系统中还包括：控制单元，其中，如图8所示，控制单元具体包括：船舶定位模块(GPS定位)、自动化施工控制模块(自动控制的硬件、软件部分)、施工数据处理模块(主要为监测数据处理软件模块)与施工监控模块(包括：各类监测传感器)。其中，本发明实施例通过将全套自动化成桩方法进行编程，将全套自动化系统编程，结合PLC实现碎石桩全自动化施工。系统涵盖了机、电、液、软件等相关技术领域，具有模块化设计，可实现振冲施工计划导入、GPS定位、成孔和密实自动控制、可视化监测、信息采集、水气联动、实时动态桩形图、施工报表及曲线定制输出等功能。在设备稳定、地层条件均匀、上料充足的情况下，可实现全自动成孔、填料和密实制桩。起重绞车、振冲设备、储料仓、皮带输送机、中间料仓、提升料斗等作业设备均由施工管理控制系统集中控制，由作业人员在操作操纵室中进行操作。

其中，船舶定位模块为GPS船舶定位模块，由工控机、控制模块、路由器、串口服务器、位于船体舯部及艉部的3台GPS、船底固定的1套安装式测深仪、操纵室1台倾斜仪及位于陆上的COS基站等元件及附属线路组成。3台GPS位于船体四周，通过COS基站坐标建立船体位置及桩架坐标。1台测深仪位于船底，可以测出桩架位置的实时水深。1台倾斜仪位于操纵室内，可以测出船舶的横倾度。桩架顶部的倾角传感器，可以测出桩架倾斜情况。GPS、测深仪及倾斜仪通过串口服务器连接到工控机，并运用控制模块将船体位置及桩架坐标、水深、桩架倾斜度显示在工控机上，实现电脑对船舶的移船及定位指示。本碎石桩船配备的GPS系统能够自动读取绝对标高，并将标高信息传入到施工管理系统，通过PLC及RTK编程自动计算振冲头实时标高，从而确保成桩顶标高、底标高符合要求。对于近岸区域，根据不同的潮位、振冲施工船舶吃水要求提前计算好不同潮位所能施工的区域，低潮时施工深水区域，高潮水时施工浅水近岸区域。

自动化施工控制模块，底部出料海上振冲施工是通过将底部出料振冲器及双锁压力石料舱吊挂在船头A型桩架上(桩架高度50米)，设置每一条皮带机对应一个中间料仓同时对两个振冲器的提升料斗悬空加料，采用底部出料双锁压力舱方式，程序自动控制料仓动作，主动压力底部出料实现的。通过双控阀系统，形成转换仓与压力仓交替减压、增压的循环实现连续供料，重复以上循环实现底部连续出料形成密实碎石桩。其控制与管理系统中，上位机软件主要用于实现可视操作、监视设备、记录数据、报表输出等，下位机PLC主要用于发送振冲器、起重卷扬机、各料仓/斗、皮带输送机状态以及相关阀件的控制信息，采集处理并发送船舶吃水数据、振冲器高程数据、电流数据、处理时间、上拔/下贯速率数据、填料数据、卷扬机张力数据、料斗高程数据、水/汽管路压强数据、桩位GPS坐标数据、桩倾角数据等。施工管理控制模块采用了PROFINET、PROFIBUS-DP、Modubus CAN四种通讯方式。

其中，自动化施工管理控制模块通过通讯接口控制振冲变频器启停，并给定振冲器振冲频率，通过读取振冲功率的读取再计算，从而得到每根桩消耗的电量，及相应碎石桩能量置换的数据，如在造孔过程中遇到硬层，可以切换手动操作。图9示出了施工管理模块的振冲器控制界面。

施工管理控制模块还用于控制实现卷扬机控制及卷扬机张力检测，用于给定卷扬机变频器工作频率，控制其正反转及转速。卷扬机通过钢丝绳锁尾，吊挂一个板环式称重传感器，实现张力检测，施工管理控制系统通过判断张力大小，确保钢丝绳有一定的张紧度。

施工管理控制模块还用于实现对储料仓、中间料仓的控制，中间料仓设置称重传感器，包括自动模式和手动模式。自动模式下，当中间料仓净重低于低限时，皮带机开始向中间料仓加料至限值。手动状态下可以根据中间料仓的情况，手动启动皮带机及开启料阀。施工监控模块还包括安装在提升料斗起重卷扬机锁尾的板环式称重传感器，依据钢丝绳倍率的关系计算出毛重，除去皮重得到净重。石料称重包括全自动模式和半自动模式。半自动模式时，在对提升料斗加料完毕后，需要对提升料斗提升进行按钮确认，进入提升流程。

施工管理控制模块还包括水气联动水压气压检测及PID调节器，水气联动造孔水压气压检测及PID调节系统是通过对水气联动球阀、智能调节模块进行自动化控制，实现水压、气压的检测以及压力的PID调节，进而在碎石桩造孔、石料密实阶段确保密实阶段石料的下落以及气管和水管的畅通，提高造孔效率。施工监控模块还包括深度测量采用旋转编码器检测钢丝绳某点移动的长度，根据移动长度产生的脉冲数量来精确计算其深度，本船采用了同步钢丝绳检测和特殊压轮摩擦同步检测两种深度传感器安装方式。电流检测；通过计算机通讯方式读取变频器电流信号或者是通过电流变送器检测振冲器的电流，两者互为备用，上位机软件切换检测方式。倾斜度检测：系统采用高精度、抗震型倾角传感器检测桩的垂直度。通过GPS定位系统对船舶进行精准定位，计算机施工控制系统控制碎石桩船的平衡。同时，通过倾角传感器监测桩架振冲管的倾角变化，保证碎石桩的垂直度。

施工监控模块与施工碎石桩船自动化施工控制模块共用硬件及传感器，主要功能为监控施工过程中各个传感器反馈参数，提供记录及报警功能。

施工数据处理分析模块可以对实时产生的施工数据进行分析，生成时间-深度曲线、时间-电流曲线、时间填料量曲线和实时桩径图供操作人员参考，施工完成后数据处理分析系统可以导出整根碎石桩施工报告，作为碎石桩施工质量控制资料。

进一步的，由于海下复杂地质环境对碎石桩桩径均匀性要求较高；为满足此要求，对传统的以电流及平均桩径的的方法进行了改进，改为采用分段填料量反算桩径的方法进行计算。实时桩型图成像软件，结合施工过程中记录的深度，填料方量，料仓阀门开阀信号，进行信号数据分析，临界点数据组合，整理后计算得到桩型图。

本方法不仅适用于土体细颗粒含量较高、硬层分布广泛的复杂地质条件下的碎石桩水下施工，可调整振冲器性能、布置以满足不同情况下的碎石桩成桩要求。根据实际情况调整各施工控制参数后，对于其他地质条件下的沿海区域海上碎石桩地基处理施工同样适用。

本方法对于船舶交叉作业大、浅水区域及岸坡区域水下软地基进行处理适应性强。

进一步的，本发明实施例所提供的自动化成桩方法的供料工艺原理：碎石桩船通过将底部出料振冲器及双锁压力石料舱吊挂在船头的桩架上，经提升料斗将碎石输送至振冲器顶部料仓，并通过启闭仓门维持一定的舱内压力，利用碎石桩船的施工控制程序自动控制料仓动作，压迫舱内碎石经振冲导料管下落至振冲器底部，主动压力底部出料。通过双控阀系统，形成转换仓与压力仓交替减压、增压的循环实现连续供料，重复以上循环实现底部连续出料形成密实碎石桩。

其中，自主研发的桩架式振冲碎石桩船可实现海上振冲碎石桩的水下施工，这两艘碎石桩船可满足3m至39m不同水深的碎石桩施工，3～4套多桩架的设置有助于提升碎石桩的施打工效，置于桩架顶上可调节振冲固定桩架使得碎石桩船组满足不同桩间距碎石桩施工需求，通过调整振冲施工提升反插参数可满足不同桩径碎石桩需求。智能化海上碎石桩施工船集成船舶定位系统、施工监控系统、碎石桩自动化施工管理系统、施工数据分析处理系统，在海上碎石桩施工的定位、造孔、成桩全过程中，针对不同地质调整振冲水汽参数，对碎石桩分段填料量、提升反插高度等关键施工参数实时指导，全过程施工监测及自动化施工数据记录。在地质情况连续稳定的区域，可实现碎石桩施工造孔、上料、密实全自动化施工。松散～中密状态的土层经振冲碎石桩地基处理后，满足最小不低于50％的相对密实度要求，振冲碎石桩对土层有良好的挤密效果；桩间土的细颗粒含量一定程度上会影响碎石桩对桩间土的挤密效果。

具体的，海上碎石桩施工区域主要分为近岸浅水区、码头区和护底区三个区域。其中码头区和护底区碎石桩由碎石桩船水上施打，而近岸浅水区由于水深较浅，需趁潮施工或由陆上回填出作业平台通过陆上设备进行施打碎石桩。

码头区采用先打碎石桩、后打钢管桩的方法，且碎石桩距离钢管桩很近，对碎石桩的垂直度要求比较高。为不影响钢管桩沉桩，若碎石桩圆心位于钢管桩外径1m范围内，则碎石桩取消；若碎石桩桩周位于钢管桩外径1m范围内，则碎石桩可向外微调(微调距离不大于50cm)。

垂直海岸线方向，码头区碎石桩施工按照由海侧向陆侧方向施工，如图10左边部分所示，由坡脚向坡顶施工，坡脚附近的碎石桩需要与坡脚线保持一定距离，防止打桩过程中破坏坡脚，造成边坡失稳。护底区碎石桩施工按照由陆侧向海侧方向施工，如图10右侧所示。

碎石桩船装备的振冲器排架间距通常大于碎石桩桩距，例如驳56和驳42的排架间距为5.2m和4.8m，约为2倍桩距(2.4m)，因此在平行海岸线方向需要间隔施打，施工完成一排再前进到下一排，Z字形移船，并在控制单元的界面中实时显示施工进度，其中，如图11所示，图中浅色表示正在施工，深色表示施工完毕。

碎石桩施工船组垂直岸坡方向布置，前锚根据距离岸坡远近采取抛锚或带岸上地缆方式，后面交叉“八字”布缆；皮带机船靠碎石桩船侧补给碎石，带缆碎石桩船无需抛锚，碎石补给期间不影响碎石桩施工。

石料补给工艺流程：装有皮带机的平板驳船跳板搭在临时码头，20m³自卸车上驳船甲板卸料。平板驳船装满料后自航离开码头，船侧靠碎石桩船带缆，无需抛锚；皮带机布料杆旋转、伸缩至碎石桩船大料仓上方，启动皮带机，装载机往皮带机碎石仓铲料，碎石由皮带机送入碎石桩船料仓。

碎石桩船上的料仓至振冲设备自动上料系统控制要点如下：

1、碎石桩船料仓仓门打开之前，启动皮带机，以防止石料堆积在皮带上面。然后通过皮带机将石料从碎石料仓运输至中间料斗内，中间料斗溜槽自动伸出、对提升料斗加料。提升料斗内设有称重设备，当加料达到设定重量时，关闭中间料斗的料阀，延时一定时间后，溜槽收回。

2、溜槽收回到位后，提升料斗高速上升至离升到位第一处或离接料口1米范围内，再以低速运行至最高位停止，对准加料口。提升料斗提升时，注意观察接触信号是否到位，传感器接触是否正常，料斗和振冲导管之间有无碰撞、摩擦。

3、提升料斗到振冲器仓门前，先后点击排气阀/上仓阀，使振冲料仓内外压强相同，避免高气压将碎石吹飞砸到船头巡查人员。开始加料前，关闭振冲器下仓门，最后打开上仓门准备上料。上仓门打开后，提升料斗自动伸出溜槽对准加料口，打开提升料斗阀门，对料仓进行加料。进行加料操作时，务必和设备现场人员进行确认。

4、遇到上仓门关闭不严时应反复操作上料、落料或手动开上仓门，让上仓建立压力打开下仓门后落料。上完一斗料要记得“落料”。

5、提升料斗加完料之后，下落的同时需要注意观察料斗高度是否变化，若是在进行松缆，但是料斗高度没有发生变化，则判定为料斗和振冲器卡住，需要谨慎操作，提升振冲器，或者振冲器和料斗同时提升至合适高度，再进行下落料斗。

最后，在成桩施工结束后，采用标准贯入试验(SPT)检验碎石桩地基加固效果，以验证碎石桩对桩间土的挤密效果。

SPT深度覆盖深度应不小于碎石桩地基处理深度范围。采用Youd和Idriss在2001年提出的经验公式推算相对密实度，式(7.1-1)中CE值需由第三方检测机构对探锤率定得到，其余各项修正系数可参考Idriss andBoulanger(2008)。

(N₁)₆₀＝N×C_N×C_E×C_B×C_R×C_s (7.1-2)

式中：N—实测标准贯入试验锤击数；

CN—基于上覆地层的有效应力的归一化系数；

CE—探锤能量比的修正值(ER)；

CB—钻孔直径的修正系数；

CR—钻杆长度的修正系数；

CS—有无内衬的取样器的修正值。

标贯贯入试验(SPT)参照美标《Standard Test Method for StandardPenetration Test(SPT)and Split-Barrel Sampling of Soils》(ASTM D1586)相关要求。根据设计要求，海上碎石桩长深度范围内的吹填层和原状粒类土经地基处理后需满足相对密实度不小于50％的最低要求，SPT工后检测孔检测频率为每50m×50m区域检测1组。

为防止因施工误差等原因导致部分区域的碎石桩挤密效果检测结果无法满足最小50％要求，通过标贯值与相对密实度之间的经验关系，将最小50％相对密实度要求转换为标贯验收曲线。两条典型SPT验收曲线如下图12所示。完成标贯验收曲线后，再按以下流程对碎石桩间土进行相对密实度检测：其中，每次对上、下共三点标贯值进行平均前，以确保这三个标贯值不是异常大的扰动值；

进一步验收碎石桩排水功能，排水验收主要包括桩径、桩长和碎石填料量三方面的验收，质量控制标准如下图13所示。桩径和桩长均可从碎石桩船施工管理系统中获得，有任一项验收不合格，则此根碎石桩作废，需在旁边补打一根碎石桩；只有在桩径和桩长均满足设计要求的前提下，才进行碎石填料量的核实。

说明：1)密实系数：碎石密实系数＝碎石紧致堆积密度/碎石松散堆积密度，这两个堆积密度通过现场取样做室内试验测得。取样频率为每个月取一次。

2)填料量核对：实际密实填料量＝实际松散填料量/密实系数，理论密实填料量＝桩横截面积×设计桩长。实际松散填料量即现场记录的实际用料量(自动导出图形显示的碎石用量)。

实施例3

在本发明进一步的实施例中，以位于环太平洋地震带上的东帝汶码头项目为例，本项目设计考虑475年重现期地震峰值加速度——回填区0.53g、码头区0.505g,抗震设防级别高，根据抗震设防的高要求。设计单位采用碎石桩复合地基作为抗液化加固措施，水上处理深度最大达到-36m。地质条件复杂，土体细颗粒含量高，且硬层分布广泛。

项目部新建碎石桩船“粤工驳56”、改造碎石桩船“粤工驳42”，每艘碎石桩船配备料仓、皮带输送机、提升料斗、导杆、3～4套底部出料振冲设备、变频控制柜、自动记录仪及料仓控制系统等设施，由皮带机船进行供料，具备自动投料与落料循环、自动记录施工参数等功能。通过海上碎石桩试桩及正式施工的经验积累，不断优化碎石桩施工的控制参数，最终形成了较为成熟的海上碎石桩自动化施工工艺，可在复杂地质条件下进行海上碎石桩作业，与传统的海上碎石桩施工工艺相比，施工工效得到显著提升，海上碎石桩施比原施工计划提前6.6个月完工，为钢管桩施打、护岸抛石提供了充足的工作面，降低了因工期延误产生高额罚款的风险。目前2条碎石桩船在东帝汶项目现场待命，等待进入下一个海上碎石桩施工的项目。其中，海上碎石桩施工区域由松散到中等密实的含泥钙质砂和砾石组成。码头区域19个补勘钻孔中，有11个钻孔存在SPT值超过30击，面积占比约57.9％；其中有8个钻孔存在多点SPT值超过30击，占比42.1％。须穿过硬层区域、碎石桩长范围内为3-1-b土层——由中等密实的含泥钙质砂和砾石组成，以及3-2土层——由密实、局部非常密实的含泥钙质砂和砾石组成。

如图14所示，由地质勘探得到的该区域的典型地质断面图可知，海上碎石桩长深度范围内(图中红色虚线以上部分)地层基本为非常松散～松散(unit 3-1-a)及中密状态(unit3-1-b)的钙质砂、砾混合层,属典型可液化地层；局部含厚度较薄的密实～非常密实硬夹层(unit 3-2)，虽然该硬夹层本身不会发生液化，但考虑海上地层液化临界深度及设计要求，造孔阶段需穿透该硬夹层；码头两侧靠近山脚区域岩面出露较浅，碎石桩桩长按海上地质硬层区域判定文件进行控制。

为了验证海上振冲碎石桩设备成桩能力，获取海上碎石桩施工质量控制工艺参数，在码头东侧护底区域选取了典型试验区开展海上振冲碎石桩试验S1。试验区试桩平均水深约19m～22m。

海上碎石桩典型试验区碎石桩设计参数主要为：桩径1.0m，桩间距2.4m，面积置换率15.7％，设计桩长约为16～17m(已根据造孔前实际海床面标高换算)。典型试验区一共包括40根海上碎石桩。

最后进行试验区成桩质量验收：1、对桩间土挤密效果：为验证碎石桩地基处理对桩间土的挤密效果，在40根碎石桩完成后的第7天开展了工后SPT检测工作，检测孔位置位于三根碎石桩组成三角形的形心处。振冲碎石桩地基处理加固前、后桩间土的实测标贯值如图15所示：为更好评估地质条件(此处指对同一类土体，细颗粒含量的差异)对碎石桩挤密效果的影响，取工前孔SG11地基处理深度范围内的标贯芯样开展室内颗粒分析试验。该钻孔土层细颗粒含量沿着深度方向(标高)的分布如下图所示：根据上下土层细颗粒(此处指粒径小于0.075mm的土颗粒)含量的差异，以标高-31.0mCD为界，将地基处理深度范围内土体unit 3-1-a再细分为3-1a-1layer和3-1a-2layer。振冲碎石桩地基处理前后桩间土实测标贯值及相应相对密实度对比如表12-1所示。

表12-1碎石桩地基处理前后桩间土相对密实度对比

由图15和表12-1可知，经碎石桩地基处理处理后，桩间土相对密实度满足不小于50％的设计要求，且大部分深度土层密实度远大于验收曲线对应目标值，表明此种海上底出料振冲碎石桩具有良好的挤密效果。此外，根据上下土层的细颗粒含量差异对比可知，细颗粒含量对碎石桩的挤密效果有较大影响，对于平均细颗粒含量为13.7％的钙质砂层，其平均标贯值由处理前的8击提高为处理后的39击，提高3.9倍；平均细颗粒含量为27.3％的钙质砂层，其平均标贯值由处理前的12击提高为处理后的23击，提高0.9倍.

2、碎石桩排水功能验收

根据碎石桩排水功能验收流程图，对典型试验区的40根海上碎石桩依次对其桩长、桩径和填料量逐根分别核实，与相应设计要求对比。40根桩排水功能验收汇总表如下所示：

表12-2海上碎石桩试验区40根碎石桩排水功能验收结果汇总表

续表12-2

21

B-3-256

-36.00

-36.11

Y

1.00/0.90

Y

12.87/12.23

15.34

Y

Achieved

22

8-3-257

-36.00

-36.11

Y

1.00/0.90

Y

12.95/12.30

15.82

Y

Achieved

23

B-3-258

-36.00

-36.13

Y

1.00/0.90

Y

13.03/12.38

14.61

Y

Achieved

24

B-3-259

-36.00

-36.13

Y

1.00/0.90

Y

12.95/12.30

14.23

Y

Achieved

25

8-4-253

-36.00

-36.12

Y

1.00/0.90

Y

12.72/12.08

14.61

Y

Achieved

26

B-4-254

-36.00

-36.20

Y

1.00/0.90

Y

12.76/12.12

14.62

Y

Achieved

27

B-4-255

-36.00

-36.21

Y

1.00/0.90

Y

12.68/12.05

14.96

Y

Achieved

28

B-4-256

-36.00

-36.22

Y

1.00/0.90

Y

12.76/12.12

15.44

Y

Achieved

29

B-4-257

-36.00

-36.42

Y

1.00/0.90

Y

12.68/12.05

14.32

Y

Achieved

30

B-4-258

-36.00

-36.01

Y

1.00/0.90

Y

12.72/12.08

14.66

Y

Achieved

31

8-4-259

-36.00

-36.13

Y

1.00/0.90

Y

12.76/12.12

14.47

Y

Achieved

32

B-4-260

-36.00

-36.10

Y

1.00/0.90

Y

12.72/12.08

14.68

Y

Achieved

33

B-5-252

-36.00

-36.18

Y

1.00/0.90

Y

12.52/11.89

15.18

Y

Achieved

34

B-5-253

-36.00

-36.14

Y

1.00/0.90

Y

12.52/11.89

14.93

Y

Achieved

35

B-5-254

-36.00

-36.16

Y

1.00/0.90

Y

12.48/11.86

14.69

Y

Achieved

36

B-5-255

-36.00

-36.13

Y

1.00/0.90

Y

12.48/11.86

14.25

Y

Achieved

37

8-5-256

-36.00

-36.11

Y

1.00/0.90

Y

12.52/11.89

15.48

Y

Achieved

38

B-5-257

-36.00

-36.11

Y

1.00/0.90

Y

12.56/11.93

15.46

Y

Achieved

39

B-5-258

-36.00

-36.11

Y

1.00/0.90

Y

12.56/11.93

14.19

Y

Achieved

40

8-5-259

-36.00

-36.09

Y

1.00/0.90

Y

12.56/11.93

14.92

Y

Achieved

由上表可知，试验区40根碎石桩，每根碎石桩的桩径、桩长和填料量均满足相应设计要求，进而也意味着该试验区碎石桩的排水功能满足设计要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于海上的底部出料振冲碎石桩自动化成桩方法，其特征在于，包括：

步骤1：将碎石桩船船体定位至待施工桩位，启动控制单元；

步骤2：所述控制单元接收当前待施工桩位的目标水汽压力参数，基于所述目标水汽压力参数控制振冲器下沉造孔；

步骤3：所述控制单元接收当前待施工桩位的分段填料控制参数，并基于所述分段填料控制参数进行分段提升、上料、下料、反插压实操作，直到完成填料施工；

其中，所述分段填料控制参数包括：每段提升间距、每段反插深度、每段目标填料量与预设密实电流；所述控制单元还用于监测每段操作中反插压实电流、反插深度以及反插段半径数据，并判断所述反插压实电流是否大于所述预设密实电流，若否，则返回该段的提升高度，重新进行该段的下料、反插压实操作；若是，则基于所述反插深度、反插段半径数据计算实际填料量；判断所述实际填料量是否超过所述预设填料量，若是，则进入下段提升；若否，则返回该段的提升高度，重新进行该段的下料、反插压实操作；

步骤4：将碎石桩船船体定位至下一个待施工桩位，启动控制单元，重复步骤2～3，直到完成所有桩位的成桩施工。

2.根据权利要求1所述的用于海上的底部出料振冲碎石桩成桩方法，其特征在于，通过以下方法确定当前待施工桩位的目标水汽压力参数，包括：

对不同土层类型的桩位进行工程试验，建立不同土层类型的水汽压力参数映射表；其中，所述土层类型，包括：碎石土、砂土、黏性土、粉土；

预先对当前待施工桩位进行地质勘探，根据勘探结果确定当前待施工桩位不同深度处的土层类型；

从映射表获取当前待施工桩位对应的不同深度处的水汽压力参数，进而得到所述目标水汽控制参数。

3.根据权利要求1所述的用于海上的底部出料振冲碎石桩成桩方法，其特征在于，所述步骤2中，所述控制单元还用于实时监测振冲器下沉造孔过程中的水压数据、气压数据，计算监测到的水压数据与气压数据与当前下沉深度的目标水汽控制参数的差值，通过PID调节器根据所述差值生成振冲器压力调节量，从而控制所述振冲器基于所述目标水汽压力参数进行造孔。

4.如权利要求1所述的用于海上的底部出料振冲碎石桩自动化成桩方法，其特征在于，所述分段填料控制参数，还包括：理论桩径图；

所述控制单元用于监测每段操作中反插压实电流、反插深度以及反插段半径数据；判断所述反插压实电流是否大于所述预设密实电流，若是，则基于所述反插深度、反插段半径数据计算实际填料量与实时桩径图，并判断所述实际填料量与是实时桩径图否超过所述预设填料量与理论桩径图，若是，则进入下段提升；若否，则返回该段的提升高度，重新进行该段的下料、反插压实操作。

5.如权利要求5所述的用于海上的底部出料振冲碎石桩自动化成桩方法，其特征在于，采用多阶贝塞尔曲线模型基于所述反插深度、反插段半径数据计算所述实时桩径图。

6.如权利要求1所述的用于海上的底部出料振冲碎石桩自动化成桩方法，其特征在于，所述分段填料控制参数，还包括：留振时间；

所述控制单元用于控制所述振冲器在反插压实操作后基于所述留振时间进行留振。

7.如权利要求6所述的用于海上的底部出料振冲碎石桩自动化成桩方法，其特征在于，所述留振时间为：5秒。

8.如权利要求1-7任一所述的用于海上的底部出料振冲碎石桩自动化成桩方法，其特征在于，所述每段提升间距为：1.2～1.5m；所述每段反插深度为：1.2～1.5m；每段目标填料量为1m³；所述预设密实电流为：117A。

9.如权利要求1-7任一所述的用于海上的底部出料振冲碎石桩自动化成桩方法，其特征在于，所述步骤1中还包括：在启动所述控制单元后的垂直度校准步骤；

所述垂直度校准步骤，包括：

通过控制单元中的倾角传感器监测所述振冲器的垂直度，若监测到的垂直度不满足施工要求，则输出提示信息，以使碎石桩船船体通过前后、左右压载水调载，直到所述垂直度满足施工要求。

10.一种用于海上的底部出料振冲碎石桩自动化成桩系统，包括：供料子系统，碎石桩船船体、振冲器，其特征在于，还包括：与所述供料子系统、振冲器通讯连接的控制单元；

所述控制单元，用于接收当前待施工桩位的目标水汽压力参数，基于所述目标水汽压力参数控制振冲器下沉造孔；以及，接收当前待施工桩位的分段填料控制参数，并基于所述分段填料控制参数进行分段提升、上料、下料、反插压实操作，直到完成填料施工；其中，所述分段填料控制参数包括：每段提升间距、每段反插深度、每段目标填料量与预设密实电流；所述控制单元还用于监测振冲器每段操作中反插压实电流、反插深度以及反插段半径数据，并判断所述反插压实电流是否大于所述预设密实电流，若是，则基于所述反插深度、反插段半径数据计算实际填料量；判断所述实际填料量是否超过所述预设填料量，若是，则进入下段提升；若否，则返回该段的提升高度，重新进行该段的下料、反插压实操作。

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