实时数据在振冲碎石桩质量控制中的应用2021

动态实时过程程数据在振冲碎石桩桩全过程质量量控制中的应应用卢鹏云2021年振冲碎石桩工工艺描述及特特点1目录2振冲碎石桩工工程的不确定定性特点振冲碎石桩工工程的全过程程质量控制理理论34振冲碎石桩施施工的过程控控制振冲碎石桩施施工质量监控控管理系统56总结及展望振冲碎石桩工工艺描述及特特点什么是振冲碎碎石桩振冲碎石桩是使用振冲置换法的的地基加固工程程中，利用振振冲器的水平平振动和高压压水冲（气冲冲）的共同作作用，在软弱弱土层中形成成的碎石或其它粗粗粒料加强桩桩体。此加强桩体体与原地基土土形成人工复复合地基，以以满足建筑物物的荷载与变变形要求。振冲碎石桩的的物理特点柔性桩体组成桩体的碎碎石间无粘结结桩柱机理，承承担竖向荷载载变截面桩径桩径由于土层层不同而变化化平均桩径和实实时桩径对振振冲设计有影影响可透水性桩体可形成透透水管道桩体与周围土土体形成水压压差可横向变形并并传递水平荷荷载振冲碎石桩工工程的不确定定性特点目前振冲碎石石桩工程全过过程流程示意意图--流程的单向性性效果检测按规范和设计计要求，对振振冲桩的施工工质量进行检检测和评定地质勘察获取工程地质质的基本状况况和原始土层层的详细物理理力学指标，，是振冲桩设设计的重要依依据振冲桩施工按设计要求进进行振冲桩的的制桩施工振冲桩设计通过分析和计计算，制定满满足地基加固固要求的振冲冲桩施工基本本参数、施工工工艺和检测测方法地质勘察信息息的局限性--有限的勘察孔孔数量采取土样孔数数量不少于勘探孔孔总数1/2原位测试孔数数量不少于勘探孔孔总数1/3有限的勘察孔孔布置和测试试数量有时候不能全全面反映原始始土层的真实实状况5050505050505050岩土土工工程程勘勘察察规规范范对对详详勘勘点点数数量量的的要要求求??勘察察点点振冲冲碎碎石石桩桩工工程程的的不不确确定定性性特特点点地质质勘勘察察信信息息的的局局限限性性--复杂杂地地基基中中代代表表性性勘勘察察孔孔的的选选取取在地地基基土土层层分分布布复复杂杂的的情情况况下下，，作作为为振振冲冲碎碎石石桩桩设设计计依依据据的的代代表表型型勘勘察察孔孔的的选选取取，，将将很很大大程程度度上上影影响响最最终终的的设设计计方方案案：：桩深深桩距距桩径径填料料量量换而而言言之之，，复杂杂地地层层中中，，单单一一的的设设计计方方案案不不能能覆覆盖盖所所有有需需加加固固区区域域的的地地质质情情形形需需求求振冲冲碎碎石石桩桩工工程程的的不不确确定定性性特特点点振冲冲碎碎石石桩桩设设计计的的半半经经验验半半理理论论性性--设计计的的主主要要内内容容振冲冲碎碎石石桩桩工工程程的的不不确确定定性性特特点点土力力学学计计算算桩体体布布置置和和参参数数设设计计施工工工工艺艺设设计计承载载力力计计算算：：单桩桩承承载载力力确确定定桩间间土土承承载载力力确确定定复合合地地基基承承载载力力计计算算复合合地地基基沉沉降降计计算算：：复合合地地基基压压缩缩模模量量确确定定沉降降计计算算经经验验系系数数确确定定变形形计计算算深深度度确确定定稳定定性性验验算算计计算算抗液液化化能能力力计计算算处理理范范围围确确定定：：非液液化化场场地地不不同同型型式式基基础础液化化场场地地基基础础外外处处理理范范围围桩体体参参数数确确定定：：桩长长，，桩桩径径，，桩桩距距布桩桩型型式式确确定定：：正三三角角形形，，正正方方形形，，矩矩形形填料料要要求求：：填料料选选用用填料料数数量量填料料方方式式施工工质质量量控控制制要要求求：：加密密段段长长度度留振振时时间间桩头头处处理理施工工设设备备确确定定功率率，，设设备备尺尺寸寸目前前振振冲冲碎碎石石桩桩的的以以上上设设计计内内容容，，都都是是在在半半经经验验半半理理论论的的基基础础上上制制定定完完成成振冲冲碎碎石石桩桩工工程程的的不不确确定定性性特特点点振冲冲碎碎石石桩桩设设计计中中，，由由于于使使用用大大量量的的经经验验公公式式和和经经验验值值，，设设计计方方案案的的有有效效性性需需要要通通过过工工艺艺试试验验、、工工程程施施工工实实施施情情况况，，以以及及加加固固效效果果检检测测来来进进行行评评估估并并验验证证。。承载载力力计计算算沉降降计计算算稳定定性性验验算算抗液液化化计计算算振冲冲碎碎石石桩桩设设计计的的半半经经验验半半理理论论性性--计算算中中大大量量经经验验值值的的使使用用振冲冲碎碎石石桩桩工工程程的的不不确确定定性性特特点点振冲冲碎碎石石桩桩设设计计的的半半经经验验半半理理论论性性--计算算案案例例一一：：单单桩桩承承载载力力单桩桩承承载载力力的的理理论论计计算算方方法法单桩桩承承载载力力的的原原位位测测试试法法fpu=20.8CuBrauns计算算法法：：fpu=25.2CuHughes和Withers计算算法法：：其中中：：fpu碎石石桩桩单单桩桩承承载载力力，Cu为桩桩间间土土不不排排水水抗抗剪剪强强度度重型型圆圆锥锥动动力力触触探探N63.5预估估法法经验验理理论论选选取取对对计计算算结结果果的的影影响响经验验值值选选取取计计算算对对结结果果的的影影响响《水利利水水电电工工程程施施工工技技术术全全书书》》第第一一卷卷第第五五册册《振振冲冲工工程程》》振冲冲碎碎石石桩桩工工程程的的不不确确定定性性特特点点振冲冲碎碎石石桩桩设设计计的的半半经经验验半半理理论论性性--计算算案案例例二二：：复复合合地地基基承承载载力力复合合地地基基承载载力力计计算算fspk=mfpk+(1-m)fsk面积积置置换换率率m=d²/de²fspk=[1+m(n-1)]*fsk面积积置置换换率率m=d²/de²桩土土应应力力比比n取值值范范围围2-4经验验取取值值受经经验验取取值值影影响响经验验值值的的选选取取对复复合合地地基基承承载载力力的的计计算算结结果果有有较较大大影影响响《水水利利水水电电工工程程振振冲冲法法地地基基处处理理技技术术规规范范DL/T5214-2011》振冲冲碎碎石石桩桩工工程程的的不不确确定定性性特特点点振冲冲碎碎石石桩桩设设计计的的半半经经验验半半理理论论性性--计算算案案例例三三：：土土层层平平均均附附加加应应力力平均均附附加加应应力力沿沿土土层层的的分分布布示示意意图图严格格来来说说，，在在进进行行复复核核地地基基承承载载力力计计算算时时，，应根根据据附附加加应应力力的的分分布布，，对对处处理理深深度度范范围围内内的的各各土土层层分分别别进进行行验验算算。。常用计算算方式计算结果果存在一一定的局局限性《GB50007-2011》振冲碎石石桩工程程的不确确定性特特点振冲碎石石桩设计计的半经经验半理理论性--计算案例例四：地地基沉降降变形地基沉降降变形计计算S=ΨsS´=Ψs∑(ziαi-zi-1αi-1)*P0/Espi沉降经验验系数Ψs的经验取取值根据基础础长宽数数值和计计算点深深度的关关系选取取αi的经验值值经验值n的选取对对Espi有较大影影响Espi=[1+m(n-1)]Esin选值范围围2-4地基沉降降计算结结果受多多个经验验值的影影响《GB50007-2011》振冲碎石石桩工程程的不确确定性特特点振冲碎石石桩设计计的半经经验半理理论性--桩体布置置和参数数设计经验化特特点目前多根根据地勘勘报告中中土层的的分析按按经验初初步设定定处理深深度后，，再按规规范进行行理论验验算振冲桩处处理深度度振冲碎石石桩工程程的不确确定性特特点振冲碎石石桩设计计的半经经验半理理论性--桩体布置置和参数数设计经验化特特点不同的桩桩径和桩桩距的组组合可以以实现相相同的面面积置换换率m=dₒ²/dc²dₒ--平均桩径径dc--单桩等效效影响圆圆直径，，等边三三角形为为1.05S，正方形形为1.13S桩径1米，桩距距2米情况：：m=0.227总桩数：：251X116=29116总进尺：：291160米总总填料料量：285700m³桩径1.2米，桩距距2.4米情况：：m=0.227总桩数：：209X96=20064总进尺：：20064米总总填料量量：283504m³例：处理理面积200X500=100000㎡，处理深深度10米振冲碎石石桩工程程的不确确定性特特点振冲碎石石桩设计计的半经经验半理理论性--施工工艺艺设计的的经验化特特点按经验设设定，并并通过现现场试验验和工艺艺试验确确定加密段长长度：通常小于于50cm留振时间间：通常不少少于5秒加密段和和留振时时间多种功率率的振冲冲器75KW,130KW,180KW,260KW多种尺寸寸的振冲冲器325,377,402,426,450振冲器功功率和尺尺寸的选选择填料种类类：碎石，砾砾石，卵卵石，矿矿渣填料的粒粒径：20mm-150mm填料方式式：强迫填料料，连续续填料，，间断填料填料的种种类和方方式施工工艺艺的选择择对地基基加固效效果将产产生较大大影响振冲碎石石桩工程程的不确确定性特特点振冲碎石石桩施工工质量控控制节点点的复杂杂性--工艺试验验和施工工参数确确定确定施工工参数检验加固固效果确定工作作电流、、加密段段长度、、留振时时间、填填料量和和填料方方法重型动力力触性能能探、标标准贯入入试验、、压载试试验、渗渗透试验验工艺试验验的目的的工艺试验验的局限限性试验区域域的代表表性检验效果果的偏差差以局部区区域工艺艺试验为为基础制制定的施施工参数数不能覆覆盖所有有范围局部区域域施工形形成的群群桩效果果与最终终形成的的复合地地基群桩桩效果存存在一定定偏差工艺试验验的局限限性将对对后期施施工的有有效性产产生较大大影响振冲碎石石桩工程程的不确确定性特特点振冲碎石石桩施工工质量控控制节点点的复杂杂性--加密电流流对质量量的影响响加密电流流与碎石石桩设计计方案的的关系由于加密密电流的的数值，，最终对对复合地地基的置置换率产产生直接接影响，，因此，，加密电电流的制制定是振振冲碎石石桩施工工中的核核心质量量控制参参数之一一填入更少少石料，，形成更更小桩径径无法填入入设计方方案要求求的填料料数量设备频繁繁跳闸，，设备烧烧毁填入更多多石料，，形成更更大桩径径无法达到到加密电电流制桩效率率受到影影响更硬的土土层更弱的土土层基于局部部区域工工艺试验验制定的的加密电电流如果遇到到振冲碎石石桩工程程的不确确定性特特点振冲碎石石桩施工工质量控控制节点点的复杂杂性--加密电电流对对质量量的影影响在桩径径大小小不一一的情情况下下，如如何确确保全全场地地的平平均置置换率率达到到设计计要求求，是是确保保加固固效果果的要要点振冲碎碎石桩桩工程程的不不确定定性特特点振冲碎碎石桩桩施工工质量量控制制节点点的复复杂性性--振冲碎碎石桩桩的隐隐蔽工工程特特点实现振振冲碎碎石桩桩隐蔽蔽工程程科学学管理理的必必要条条件合理性可追溯性可控性施工方方案施工过过程施工完完成振冲碎碎石桩桩工程程的不不确定定性特特点振冲碎碎石桩桩施工工质量量控制制节点点的复复杂性性--振冲碎碎石桩桩的隐隐蔽工工程特特点孔口记记录目前常常用的的振冲冲施工工过程程控制制的手手段难以实实现隐隐蔽工工程施施工科科学管管理的的必要要条件件由于采采用人人工记记录：：施工控控制参参数的的准确确性施工过过程数数据的的连续续性土层变变化时时各控控制参参数的的对应应关系系振冲施施工过过程的的质量可可控性性和施工工后的的可追溯溯性难以得得到保保证振冲碎碎石桩桩工程程的不不确定定性特特点振冲碎碎石桩桩施工工效果果检验验的代代表性性--振冲碎碎石桩桩检验验的方方式静载试试验的的不同同方式式影响因因素检测时时间（（恢复复期））检测的的方案案群桩效效果静载试试验的的结果果具有有一定定的局局限性性振冲碎碎石桩桩工程程的不不确定定性特特点振冲碎碎石桩桩施工工效果果检验验的代代表性性--振冲碎碎石桩桩检验验的数数量动力触触探检检验桩桩体密密实度度静载试试验检检验地地基荷荷载和和变形形性能能总桩数数的1%-3%单项工工程不不少于于3根每200根-400根抽检检1点检测点点总数数不少少于3点有限的的检测测数量量不能能覆盖盖加固固处理理的全全部区区域的的加固固处理理效果果振冲碎碎石桩桩工程程的全全过程程质量量控制制理论论振冲碎碎石桩桩工程程的流流程优优化的的未来来发展展趋势势--目前状状况地质勘勘查振冲桩桩设计计振冲桩桩施工工效果检检测振冲碎碎石桩桩工程程全过过程存存在不不确定定性局限性性半经验验半理理论性性质量控控制复复杂性性检验效效果代代表性性目前，，具有有单向特特点的振冲冲碎石石桩工工程流流程需需要进进行合合理优优化，，以消消除工工程全全过程程中诸诸多的的不确确定性性带来来的工工程质质量隐隐患振冲碎碎石桩桩工程程的流流程优优化的的未来来发展展趋势势--全过程程质量量控制制流程程Investigation地质勘勘察和和检测测方案案的优优化DesignConstructionInspection&test1.地质勘勘查2.振冲桩桩设计计3.振冲桩桩施工工4.效果检检测勘察和和设计计方案案的优优化设计和和施工工方案案的优优化施工和和检测测方案案的优优化振冲碎碎石桩桩全过过程质质量控控制流流程振冲碎碎石桩桩工程程的全全过程程质量量控制制理论论振冲碎碎石桩桩全过过程质质量控控制是指对对振冲冲碎石石桩工工程的的各个个环节节（勘勘察、、设计计、施施工、、检测测）进进行动动态管管理，，各环环节之之间根根据工工程的的实时时情况况相互互影响响，不不断优优化，，以达达到不不确定定性因因素较较多的的振冲冲碎石石桩质质量控控制的的要求求。振冲碎碎石桩桩全过过程质质量控控制流流程的的特点点振冲碎碎石桩桩工程程的全全过程程质量量控制制理论论全工程程质量量控制制流程程覆盖盖振冲冲碎石石桩工工程所所有环环节（（勘察察、设设计、、施工工、检检测））各环节节的方方案和和实施施方式式相互互影响响各环环节节的的方方案案和和实实施施方方式式需需根根据据工工程程实实际际情情况况进进行行优优化化、、调调整整全过过程程覆覆盖盖双向向性性可优优化化性性具有有双向向特特点点的振振冲冲碎碎石石桩桩工工程程全过过程程质质量量控控制制流程程能能最最大大限限度度的的根根据据工工程程地地质质和和施施工工情情形形，，有有针针对对性性的的对对工工程程各各环环节节进进行行情景景化化的的调调整整和和优优化化，有有助助于于消消除除不不确确定定性性较较多多的的振振冲冲碎碎石石桩桩工工程程的的质质量量和和安安全全隐隐患患。。振冲冲碎碎石石桩桩全全过过程程质质量量控控制制流流程程的的实实施施要要点点振冲冲碎碎石石桩桩工工程程的的全全过过程程质质量量控控制制理理论论钻孔孔位位置置钻孔孔数数量量取样样点点选选取取原位位测测试试点点典型型剖剖面面地质质勘勘察察计算算理理论论经验验数数值值桩体体参参数数桩体体布布置置工艺艺要要求求工程程设设计计工艺艺试试验验施工工参参数数检验验和和自自检检土层层变变化化桩体体直直径径工程程施施工工检测测位位置置检测测数数量量检测测时时间间检测测结结果果差异异化化效果果监监测测全过过程程质质量量控控制制的的核核心心环环节节振冲冲碎碎石石桩桩全全过过程程质质量量控控制制流流程程的的关关键键环环节节--振冲冲碎碎石石桩桩施施工工振冲冲碎碎石石桩桩施施工工的的过过程程控控制制获取取数数据据设计计方方案案的的实实施施和和验验证证覆盖盖密密度度更更大大的的“详勘勘”为方方案案优优化化提提供供数数据据依依据据了解解土土层层完成成制制桩桩工程程设计计地质质勘勘察察振冲冲桩桩施施工工效果果检检测测振冲冲碎碎石石桩桩施施工工的的功功能能延延伸伸振冲冲施施工工的的任任务务不不仅仅仅仅是是完完成成制制桩桩工艺艺试试验验工程程桩桩施施工工自检检/第三三方方外检检试验验范范围围选选取取试验验桩桩施施工工工艺艺和和参参数数制制定定试验验桩桩检检测测工程程桩桩施施工工施工工情情况况分分析析持续续施施工工工程程桩桩结结束束检测测方方案案确确定定检测测桩桩点点检测测数数量量检测测实实施施碎石石桩桩制制桩桩过过程程控控制制的的流流程程施工工情情况况分分析析成孔孔难难度度返土土类类型型返水水情情况况地层层差差异异填料料表表现现填料料数数量量主要要依依据据地勘勘报报告告建筑筑物物要要求求设计计方方案案及及指指标标施工工质质量量控控制制参参数数振冲冲碎碎石石桩桩施施工工的的过过程程控控制制质量量控控制制数数据据优化化设设计计振冲冲碎碎石石桩桩施施工工的的过过程程控控制制振冲冲碎碎石石桩桩施施工工质质量量控控制制数数据据分分类类地质质数数据据施工工实实时数数据据设计计数数据据建筑筑物物数数据据土层层类类别别和和分分布布天然然土土的的物物理理指指标标天然然土土的的力力学学指指标标建筑筑物物类类别别建筑筑物物级级别别对地基的安全全要求施工基本参数数桩体布置碎石桩数量时间、电流、、深度、填料料量实时桩径和平平均桩径施工工效（钻钻孔、成桩））获取过程数据据是实施全过过程质量控制制的关键施工监控施工工艺设计要求施工流程地质信息土层情况地质差异勘察补充数据汇总制桩时间制桩数量填料数量质量判断桩体基本参数数桩体平均直径径桩体实时直径径过程数据人工方式难以以获取可靠的的过程数据振冲碎石桩施施工的过程控控制1234制桩时间成孔效率成桩效率土质情况填料数量土层状况成桩直径复合地基置换换率工作深度成孔实时位置置成桩实时位置置设计参数工作电流原始土层的状状况设备工作状况况加密效果振冲碎石桩质质量控制核心心过程数据振冲碎石桩施施工质量控制制核心参数振冲碎石桩施施工的过程控控制质量控制核心心参数的相互互关系通过施工核心心参数及其相相互关系可以以相对准确地地获取以下信信息：施工的基本信信息连续完整的施施工过程施工的工效各土层的状况况（强度、软软硬）使用的施工工工艺是否符合设计计参数填料次数和数数量平均桩径和实实时桩径施工统计信息息振冲碎石桩施施工的过程控控制振冲碎石桩桩桩径--变截面特点遇强者弱，遇遇弱则强1.实际桩径将根根据不同土层层的软硬情况况有所不同2.土质松软的土土层通常形成成较大桩径，，反之，形成成较小桩径3.制桩完成后，，形成“葫芦状”的桩体4.通常设计所提提到的桩径有有“平均桩径”的概念振冲碎石桩施施工的过程控控制B起到施工自检检作用，验证证施工设计方方案的合理性性，为设计方方案的优化提提供数据支持持C可用于更精确确地计算不同同地层的面积积置换率，有有助于更准确确的承载力和和沉降计算D提升半理论半半经验振冲法法的理论化层层度A可实现有针对对性判断地层层情况，在施施工中结合地地勘报告，优优化完善施工工工艺，保证证施工质量振冲碎石桩桩桩径--获取碎石桩实实时桩径的意意义振冲碎石桩施施工的过程控控制振冲碎石桩施施工质量监控控管理系统碎石桩施工质质量监控管理理系统的使用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能施工中使用智能化的碎石石桩质量管理理监控系统取代人工方式式，是施工质量、安安全和获取准准确连续的施施工实时数据据的保障和发展展趋势碎石桩施工质质量监控管理理系统工作原原理振冲碎石桩施施工质量监控控管理系统碎石桩施工质质量监测管理理系统的硬件件组成控制终端和显显示器手持机或平板板电脑A系统电气控制制柜可编程控制器器单元、变频频器和低压电气系系统B传感器及执行行器编码器、变送送器、传感器器等C硬件组成振冲碎石桩施施工质量监控控管理系统碎石桩施工质质量监测管理理系统的软件件组成施工管理系统统下位机软件件和终端控制设设备相连的控控制器底层软软件，用于数数据采集和控控制安全A绞车变频控制制软件超重控制提升升，超轻控制制下放（安全全和倾斜控制制）B施工管理系统统上位机软件件终端控制设备备（电脑或工工控机）控制制器软件