预制混凝土管桩桩端后注浆固化增强系统的制作方法

本发明涉及预制混凝土管桩桩端后注浆固化增强，具体为预制混凝土管桩桩端后注浆固化增强系统。

背景技术：

1、预制混凝土管桩桩端后注浆施工中，注浆参数设定依据传统经验或桩端整体平均物性指标，未充分考虑持力层在空间上的非均质性。由于桩端持力层在不同位置的孔隙率和渗透系数存在显著差异，采用统一的注浆流量和压力进行注浆时，浆液在孔隙率高、渗透性强的区域扩散范围过大，而在孔隙率低、渗透性弱的区域则难以充分渗入。这造成注浆加固后桩端周围土体固化范围不可控，局部区域可能形成注浆盲区，最终影响桩端承载力的均匀提升。注浆完成后对加固效果的检测多采用取芯检验或少量点位声波测试。取芯检验仅能反映孤立样本位置的固化状况，无法获得桩端周边整体加固质量的空间分布信息。基于少量点位的声波测试虽有一定覆盖面，但对低波速异常区域的识别精度不足，难以准确界定注浆未达标区域的真实边界位置和体积。当发现局部缺陷时，现场补注缺乏与原始地层物性相结合的定量补注策略，补注量和补注方向凭经验判断，容易造成补注不足或浆液浪费，且补注过程未与原位地层孔隙特征建立关联。

2、针对上述问题，需要解决如何在注浆过程中依据桩端持力层不同位置的空间孔隙特性和渗透特性，差异化确定注浆流量与压力，使浆液在地层中的扩散程度与各处地层接纳能力相匹配。在此基础上，还需要解决如何准确识别注浆固化后桩端周围土体中局部未满足波速增强要求的区域，并根据该区域内的原始地层孔隙率信息确定补注浆液量及补注方向，实现有针对性的定向补注。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种预制混凝土管桩桩端后注浆固化增强系统，该系统能够基于桩端持力层的孔隙率分布和渗透系数分布自适应规划注浆路径和动态调整注浆参数，并可在注浆后通过声波检测定位补注区域及根据地层孔隙率计算补注量权重执行定向补注，以改善桩端周围土体注浆加固的均匀性和补注的针对性。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明提供一种预制混凝土管桩桩端后注浆固化增强系统，所述系统包括地层特征感知模块、注浆路径规划模块、注浆参数调整模块、固化效果反馈模块以及注浆量补注模块。地层特征感知模块，用于对目标管桩的桩端持力层进行探测，获得地层孔隙率分布场和地层渗透系数分布场；注浆路径规划模块，基于所述地层孔隙率分布场和所述地层渗透系数分布场的叠加分布图提取节点构建注浆路径拓扑网络；所述注浆路径规划模块提取所述节点的局部孔隙率和局部渗透系数，代入预设的注浆流量适配函数和注浆压力适配函数，生成各节点对应的注浆流量分段值和注浆压力分段值；注浆参数调整模块，从所述注浆路径拓扑网络中提取各节点的节点位置坐标和节点连接顺序，结合对应的所述注浆流量分段值和所述注浆压力分段值形成注浆执行序列，并按照所述注浆执行序列动态调整注浆泵的实时输出流量和实时输出压力；固化效果反馈模块，用于在注浆完成后对桩端周围土体进行声波波速测试，获取声波波速增量分布图，并将所述声波波速增量分布图与预设的波速增强阈值进行比对，标识出波速不足区域；注浆量补注模块，对所述波速不足区域进行空间坐标定位获取区域体积，并基于所述区域体积与所述波速不足区域对应的孔隙率总值的比值计算补注量权重，按照所述补注量权重控制注浆泵执行定向补注。

3、通过上述各模块的协同工作，系统能够依据桩端持力层真实的孔隙与渗透特性规划差异化注浆路径，动态调节各节点流量与压力，使浆液在地下分布更为均匀，并在注浆后利用声波波速增量反馈固化薄弱部位，自动计算补注重量并实施定向补注，从而在避免过量注浆的前提下确保桩端周围土体加固效果全面达标。

4、作为本发明的一个优选技术方案，所述地层特征感知模块具体执行下述过程：将目标管桩的桩端持力层按照预设网格尺寸划分为多个地层探测单元，并对每个地层探测单元进行跨孔电阻率层析成像探测，获得每个地层探测单元的电阻率值；对每个地层探测单元的电阻率值进行归一化处理，生成归一化电阻率数值，并将归一化电阻率数值输入至预先标定的孔隙率-电阻率映射表中进行查表匹配，输出每个地层探测单元对应的孔隙率探测值，从而形成所述地层孔隙率分布场；同时对每个地层探测单元进行微水头渗透试验，获取每个地层探测单元的渗透系数测试值，并对渗透系数测试值进行空间插值处理，形成所述地层渗透系数分布场。由此得到的分布场能够高分辨率地反映桩端土体的原位非均质性，为后续注浆参数的精确适配提供可靠基础。

5、优选的，所述注浆路径规划模块在生成适配函数时，提取所述地层孔隙率分布场中所有地层探测单元的孔隙率探测值并计算其算术平均值，获得平均孔隙率，同时提取所述地层渗透系数分布场中所有地层探测单元的渗透系数测试值并计算其算术平均值，获得平均渗透系数；将所述平均孔隙率设为注浆流量适配函数的自变量基准值，并将所述平均渗透系数设为注浆压力适配函数的自变量基准值；基于注浆路径拓扑网络中的节点位置坐标和节点连接顺序，分别计算每个节点对应的局部孔隙率与平均孔隙率的第一比值以及局部渗透系数与平均渗透系数的第二比值，并利用所述第一比值和所述第二比值对注浆流量适配函数和注浆压力适配函数进行分段调整，生成每个节点处的注浆流量分段值和注浆压力分段值。这样，在孔隙率高、渗透性好的区域以较大流量和较低压力注浆，而在致密区域则调整为较小流量和较高压力，避免了因压力过高导致土体劈裂或因流量过大引起浆液浪费。

6、进一步地，所述注浆路径规划模块在构建注浆路径拓扑网络之前，对地层孔隙率分布场和地层渗透系数分布场进行叠加分析，生成孔隙率-渗透系数联合分布图；对所述联合分布图进行等值线提取，获取孔隙率高值且渗透系数高值的优先注浆区域等值线以及孔隙率低值且渗透系数低值的延迟注浆区域等值线；将优先注浆区域等值线的中心点设为注浆路径拓扑网络的起始节点，将延迟注浆区域等值线的中心点设为终止节点，且节点连接顺序为从起始节点向终止节点方向延伸。该方式使得注浆过程优先填充渗流优势通道，逐步向低渗透区域挤排孔隙水与空气，大幅提升整体注浆有效填充率。

7、优选的，所述注浆参数调整模块将注浆执行序列中的每个节点位置坐标和节点连接顺序输入至流量调节阀控制器，流量调节阀控制器根据当前节点对应的注浆流量分段值输出流量调节阀开度控制指令，使注浆管路中流量调节阀的开度与注浆流量分段值匹配；同时将节点位置坐标和节点连接顺序输入至压力调节阀控制器，压力调节阀控制器根据当前节点对应的注浆压力分段值输出压力调节阀开度控制指令，使压力调节阀的开度与注浆压力分段值匹配。这一控制方式实现了沿规划路径的自动变参数注浆，显著降低了对操作人员经验的依赖。

8、作为对注浆过程安全性的进一步优化，所述注浆参数调整模块在按照注浆执行序列动态调整注浆泵的实时输出流量和实时输出压力过程中，采集每个节点处注浆时的实时反馈压力值，并将实时反馈压力值与当前节点对应的注浆压力分段值进行差值计算，获得压力偏差值；当压力偏差值大于预设的压力偏差阈值时，暂停注浆泵的注浆动作，并启动注浆管路中的泄压阀进行压力释放，直至实时反馈压力值回落至注浆压力分段值的允许误差范围内，再恢复注浆泵的注浆动作。由此可有效防止因地层局部异常憋压导致管路损坏或桩体损伤。

9、优选的，所述固化效果反馈模块在注浆完成后，沿桩端周围土体的预设环形测线布设多个声波发射探头和多个声波接收探头，每个声波接收探头分别接收来自每个声波发射探头发射的声波信号，获得跨孔声波波速测试数据集；对跨孔声波波速测试数据集进行层析成像反演计算，生成桩端周围土体的声波波速分布云图，并将声波波速分布云图中每个像素点的波速值减去注浆前对应位置的背景波速值，获得声波波速增量分布图；将声波波速增量分布图中每个像素点的波速增量值与预设的波速增强阈值进行逐点数值比较，将波速增量值小于波速增强阈值的像素点所在区域标识为波速不足区域。采用声波层析成像方式能够以较高的空间分辨率直观展示注浆加固效果的均匀性与完整性，定位缺陷区域精确可靠。

10、本发明中，所述注浆量补注模块对标识出的波速不足区域进行空间坐标定位，获取波速不足区域在三维空间中的边界坐标点集合并计算所围成区域的体积，获得波速不足区域体积；从地层孔隙率分布场中提取波速不足区域内所有地层探测单元的孔隙率探测值并进行求和，获得波速不足区域孔隙率总值；将波速不足区域体积除以波速不足区域孔隙率总值，获得补注量权重，并将补注量权重与预设的标准补注量相乘，生成定向补注的补注体积总量，并按照补注体积总量控制注浆泵执行定向补注。补注量基于体积与孔隙率总量之关联计算，使补注浆液恰好填充实际孔隙空间，避免了盲目补注造成的资源浪费和注浆过剩。

11、优选的，在定向补注过程中，获取定向补注时的注浆管出口位置坐标，并将注浆管出口位置坐标与波速不足区域的边界坐标点集合进行空间几何关系分析，确定注浆管出口与波速不足区域中心点的空间向量；根据空间向量的方向，调整注浆管的出浆口朝向，使出浆口的轴线方向与空间向量的方向重合，并将补注体积总量按照注浆管出口位置坐标与波速不足区域中心点的空间距离进行分段分配，生成补注流量分段值。如此可将浆液精准汇聚至补注目标中心，补偿效果集中且高效。

12、本发明还包括闭环迭代机制，固化效果反馈模块在完成所有波速不足区域的定向补注后，再次对桩端周围土体进行多点位声波波速测试，获取补注后的声波波速增量分布图，并与预设的波速增强阈值进行比对，若仍存在波速不足区域，则重复执行波速不足区域的空间坐标定位、补注量权重计算和定向补注步骤，直至所有区域的波速增量值均不小于预设的波速增强阈值。该闭环反馈与迭代补注流程确保了注浆加固质量的全域达标，解决了传统注浆工艺中局部薄弱区难以根除的技术问题，使得桩端承载力与整体刚度的提升更为充分可靠。

13、在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

14、通过地层特征感知模块对目标管桩桩端持力层进行孔隙率分布和渗透系数分布探测，获得地层孔隙率分布场和地层渗透系数分布场，再由注浆路径规划模块将这两个分布场作为变量生成注浆流量适配函数和注浆压力适配函数，并构建注浆路径拓扑网络。注浆参数调整模块从拓扑网络中提取节点位置坐标和节点连接顺序，形成注浆执行序列，动态控制注浆泵的实时输出流量和实时输出压力。这种将注浆流量和压力与具体节点处局部地层孔隙率和渗透系数相关联的方式，是基于注浆路径拓扑网络节点的局部物性参数，对预设的注浆流量适配函数、注浆压力适配函数进行分段调整实现的：高孔隙率、高渗透性节点对应更高的注浆流量分段值与适配的压力分段值，低孔隙率、低渗透性节点对应更低的流量分段值与更高的压力分段值，避免了全区域统一注浆参数造成浆液沿优势路径窜流和低渗区难以注入的缺陷，显著改善了浆液在桩端持力层中的扩散均匀性，减少了注浆盲区，桩端周围土体的固化增强效果更为均衡。固化效果反馈模块在注浆完成后对桩端周围土体进行多点位声波波速测试，获取声波波速增量分布图，并将该分布图与预设波速增强阈值进行逐点比对，标识出波速不足区域。注浆量补注模块对波速不足区域进行空间坐标定位，获取该区域边界坐标点集合并计算其体积，同时从地层孔隙率分布场中提取该区域内所有地层探测单元的孔隙率探测值形成波速不足区域孔隙率总值，以区域体积与孔隙率总值之比作为补注量权重，生成定向补注的补注体积总量并控制注浆泵执行定向补注。这种方式利用声波层析成像得到的波速增量分布图，准确发现并界定注浆固化未达标的局部位置与范围，补注量权重的计算直接与该区域内原始地层孔隙率关联，使得补注量与地层实际可接纳浆液的空间相匹配，不再是依据经验设定统一补注量，从而避免因补注不足引发的加固不连续，也防止补注过量对周围土体造成劈裂或浆液浪费。补注过程中通过注浆管出口与波速不足区域中心点的空间向量调整出浆口朝向，进行空间距离分段分配补注流量，进一步增强了补注浆液在目标区域内的精准注入和均匀分布。