一种用于提高方桩接头低应变完整检测的后注浆施工方法与流程

本发明涉及桩基施工，具体涉及一种用于提高方桩接头低应变完整检测的后注浆施工方法。

背景技术：

1、预制混凝土方桩因承载力高、施工速度快等优势广泛应用于各类工程中，受运输和起吊能力限制，需通过现场接桩将多节预制桩段连接至设计深度，接头处通常采用焊接或机械连接方式。然而，打桩过程中桩锤的反复冲击及穿越硬土层时的阻力突变，易在接头区域产生应力集中；同时焊接残余应力、连接件装配间隙及端板与混凝土结合面的初始缺陷，均使接头成为整桩承载力的薄弱环节。低应变反射波法因操作便捷、成本低廉，是桩身完整性检测的主要手段，其通过桩顶激振产生应力波沿桩身传播，在阻抗变化界面产生反射信号并由桩顶传感器接收分析。

2、实际工程中，方桩内预埋有桩浆管，桩浆管下端出口位于接头设计深度位置并与接头部位相通。打桩过程中，桩锤冲击产生的压应力波与拉应力波在接头端板界面处发生透射与反射，局部应力集中可导致端板内部空隙或焊接位置开裂。其中，接头端板内部空隙与桩外无连通，通过桩浆管进行内部注浆时，浆液可进入空隙并在周壁约束下建立压力，实现有效充填；接头焊接不饱满或焊接位置开裂则与桩外存在连通通道，内部注浆时浆液沿裂缝向桩外流失，缺陷空间内难以积累静液压力，内部注浆效果有限。然而，现有技术仅依据注浆前后反射系数变化量判断注浆效果，缺乏在内部注浆过程中动态区分上述两类缺陷的手段，无法在注浆施工前或施工过程中预判缺陷连通属性，导致注浆路径选择错误，影响方桩接头完整性修复质量与低应变检测结果的可靠性。

3、因此，如何提供一种用于提高方桩接头低应变完整检测的后注浆施工方法，利用方桩内预埋桩浆管进行分级内部注浆，通过注浆过程中的压力-累计注入量动态响应与稳压和卸压状态下的波速-反射系数耦合响应，建立方桩内部空隙损伤与接头开裂损伤的可注性识别机制，并根据识别结果自适应确定继续内部注浆或转为外部注浆的施工参数，实现方桩接头缺陷的精准分类处置与低应变检测可靠性的有效提升，是一个亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于提高方桩接头低应变完整检测的后注浆施工方法，解决以下技术问题：

2、现有方桩接头后注浆方法仅依据低应变反射系数异常和注浆后反射系数变化量评价修复效果，未在分级内部注浆过程中利用压力-注入量与反射系数响应区分方桩内部空隙损伤与接头开裂损伤，且缺乏根据判别结果动态切换内部注浆与外部注浆的闭环决策机制。

3、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

4、一种用于提高方桩接头低应变完整检测的后注浆施工方法，方桩内预埋有桩浆管且桩浆管下端出口位于接头设计深度位置并与接头部位相通，所述接头部位通过焊接连接；所述方法包括以下步骤：

5、s1，对目标方桩的接头部位进行低应变检测，提取接头设计深度位置处的初始反射系数和初始桩底反射时间并计算基准波速；

6、s2，当所述初始反射系数大于预设反射系数阈值时，通过所述桩浆管对所述接头部位进行分级内部注浆，并在各预设注浆压力等级稳压状态下进行低应变检测，获取注浆压力、累计注入量、稳压反射系数和稳压波速，卸压后获取恢复反射系数和恢复波速；

7、s3，根据各压力等级对应的注浆压力与累计注入量构建压力-累计注入量关系曲线，根据所述压力-累计注入量关系曲线计算单位压力注浆量，根据所述初始反射系数、稳压反射系数和恢复反射系数计算不可逆充填指数；

8、s4，构建单位压力注浆量和不可逆充填指数与方桩接头缺陷类型的归因映射关系，建立方桩接头缺陷可注性判别模型；

9、s5，获取目标方桩的单位压力注浆量和不可逆充填指数并输入所述缺陷可注性判别模型，根据所述缺陷可注性判别模型的输出确定所述目标方桩的注浆施工参数。

10、作为本发明进一步的方案：所述s1中，对接头部位进行低应变检测的具体过程为：

11、通过布置于桩顶的速度传感器采集竖向激振下的速度响应信号并进行多次叠加平均，其中竖向激振沿桩顶中心轴线施加；标记入射波起跳时刻、入射波峰值幅值和桩底反射波起跳时刻，以桩底反射波起跳时刻与入射波起跳时刻之差作为初始桩底反射时间；将两倍设计桩长除以所述初始桩底反射时间得到基准波速；根据接头设计深度和所述基准波速计算接头反射时间，以所述接头反射时间为中心在预设时间窗口内提取反射波峰值幅值，将所述反射波峰值幅值除以所述入射波峰值幅值，得到初始反射系数。

12、作为本发明进一步的方案：所述s2中，获取注浆压力、累计注入量、稳压反射系数和稳压波速的具体过程为：

13、在分级注浆过程中，当注浆压力达到任一预设注浆压力等级并维持稳压时，记录当前注浆压力和累计注入量并对目标方桩的接头部位再次进行低应变检测，得到稳压反射系数和稳压波速。

14、作为本发明进一步的方案：所述s2中，卸压后获取恢复反射系数和恢复波速的具体过程为：

15、关闭注浆阀卸压至常压并等待预设时间后，对目标方桩的接头部位进行低应变检测，并将所得反射系数和波速分别标记为恢复反射系数和恢复波速。

16、作为本发明进一步的方案：所述s3中，单位压力注浆量的具体计算过程为：

17、从所述压力-累计注入量关系曲线中，提取各预设注浆压力等级对应的累计注入量；将相邻两个预设注浆压力等级对应的累计注入量相减，得到累计注入量差值；将所述相邻两个预设注浆压力等级相减，得到注浆压力差值；将所述累计注入量差值除以所述注浆压力差值，得到各压力等级段的单位压力注浆量；对各压力等级段的单位压力注浆量进行算术平均，得到单位压力注浆量。

18、作为本发明进一步的方案：所述s3中，不可逆充填指数的具体计算过程为：

19、对于任一预设注浆压力等级，将初始反射系数与恢复反射系数之差作为不可逆充填引起的反射系数变化量；将所述不可逆充填引起的反射系数变化量除以所述初始反射系数，得到该压力等级下的不可逆充填指数；对各压力等级下的不可逆充填指数进行算术平均，得到不可逆充填指数。

20、作为本发明进一步的方案：所述s4中，方桩接头缺陷可注性判别模型的具体构建过程为：

21、获取多个方桩在分级注浆过程中得到的单位压力注浆量和不可逆充填指数；获取各所述方桩经钻芯验证确定的接头缺陷类型，所述接头缺陷类型为方桩内部空隙损伤或接头开裂损伤；以所述单位压力注浆量和所述不可逆充填指数为输入特征，分别以所述方桩内部空隙损伤和接头开裂损伤为输出标签，构建训练样本集；采用决策树算法对所述训练样本集进行训练，以基尼指数最小化为分裂准则，递归划分所述输入特征的特征空间，生成以所述单位压力注浆量和所述不可逆充填指数为输入、以所述接头缺陷类型为输出的方桩接头缺陷可注性判别模型。

22、作为本发明进一步的方案：所述s5中，确定所述目标方桩的注浆施工参数的具体过程为：

23、将目标方桩的单位压力注浆量和不可逆充填指数输入所述方桩接头缺陷可注性判别模型，得到模型输出的缺陷类型；当所述缺陷类型为方桩内部空隙损伤时，将注浆施工参数确定为继续通过所述桩浆管进行内部注浆至设计终压，并在终压稳压预设时间后停止注浆；当所述缺陷类型为接头开裂损伤时，将注浆施工参数确定为终止内部注浆，在接头部位对应的桩侧位置钻孔设置外部注浆管，通过所述外部注浆管对缺陷空间进行外部注浆至设计终压并稳压。

24、作为本发明进一步的方案：还包括注浆结束待浆液凝固预设时间后，再次低应变检测得凝固后反射系数；以初始反射系数与凝固后反射系数之差作为反射系数降低量；若反射系数降低量大于等于预设降低阈值，则判定注浆合格；否则进行钻芯验证：若所述缺陷可注性判别模型输出的缺陷类型为接头开裂损伤，且钻芯确定的接头缺陷类型为方桩内部空隙损伤，则以该目标方桩的单位压力注浆量和不可逆充填指数为新增特征、以方桩内部空隙损伤为标签形成新增训练样本，更新所述方桩接头缺陷可注性判别模型；若钻芯确定的接头缺陷类型为接头开裂损伤，则判定注浆不合格，并对该目标方桩重新执行外部注浆。

25、本发明的有益效果：

26、1）本发明在分级内部注浆的各预设压力等级稳压状态和卸压恢复状态下分别对目标方桩接头进行低应变检测，获取稳压反射系数和恢复反射系数，并由压力-累计注入量关系曲线得到各压力等级段的单位压力注浆量，同时以初始反射系数与恢复反射系数之差计算不可逆充填指数。可以理解的是，方桩内预埋的桩浆管下端出口缺陷空间与桩外无连通时，浆液进入缺陷空间后被周壁约束，累计注入量随压力增加而显著上升，单位压力注浆量较高，浆液充填后接头波阻抗趋于连续，卸压后反射系数发生不可逆降低，不可逆充填指数较高；当缺陷空间与桩外存在连通通道时，浆液沿低阻力路径向桩外流失，累计注入量难以转化为缺陷空间内的压力积累，单位压力注浆量低或异常，卸压后反射系数基本恢复至注浆前水平，不可逆充填指数较低。由此，单位压力注浆量和不可逆充填指数分别从注入能力和充填响应两个维度反映缺陷的连通属性，实现了从依赖注浆后单一反射系数变化到施工过程中基于注入与充填双维特征判别缺陷可注性的本质跃升。

27、2）本发明将单位压力注浆量和不可逆充填指数共同作为输入特征，构建与方桩接头缺陷类型的归因映射关系，采用决策树算法以基尼指数最小化生成缺陷可注性判别模型，并根据模型输出的缺陷类型确定注浆施工参数。可以理解的是，方桩内部空隙损伤对应的缺陷空间封闭，浆液可通过桩浆管进入并在压力作用下实现有效充填，因此单位压力注浆量和不可逆充填指数均较高；接头开裂损伤对应的缺陷空间与桩外连通，内部注浆时浆液持续流失，难以建立有效充填，因此单位压力注浆量低或异常，不可逆充填指数较低。决策树通过递归划分特征空间，能够自动捕捉两类损伤在注入能力与充填响应上的本质差异，从而在施工过程中预判缺陷可注性。对于判别为方桩内部空隙损伤的接头，继续通过桩浆管内部注浆至设计终压并稳压；对于判别为接头开裂损伤的接头，终止内部注浆并转为外部注浆，利用连通通道作为进浆路径实现充填。这一过程将注浆路径的选择从统一内部注浆转变为按缺陷连通属性自适应切换，避免了不可通过内部注浆修复的缺陷被反复加压造成浆液流失和桩周土体扰动。

28、3）本发明在注浆施工结束且浆液凝固预设时间后再次对目标方桩接头进行低应变检测，将凝固后反射系数与初始反射系数比较得到反射系数降低量，当降低量低于预设阈值时进行钻芯验证，并根据钻芯结果更新缺陷可注性判别模型。可以理解的是，凝固后反射系数降低量反映接头区域波阻抗连续性的改善程度，降低量不足既可能源于内部注浆路径选择错误，也可能源于注浆工艺执行不到位；钻芯验证能够直接确定实际缺陷类型，当钻芯结果表明实际缺陷类型与模型判别结果不一致时，说明该样本的归因映射存在偏差。将该样本的单位压力注浆量、不可逆充填指数和实际缺陷类型加入训练集重新训练决策树，能够修正模型在该特征空间区域的分裂边界，使后续同类样本的判别结果更接近实际缺陷类型。若钻芯结果为接头开裂损伤且此前的注浆路径未针对该类型进行调整，则重新执行外部注浆。由此形成内部注浆判别、注浆路径切换、凝固后检测、钻芯验证和模型更新的闭环反馈，使判别模型随施工数据积累逐步优化，实现了从一次性静态判别到检测、注浆、验证、更新动态闭环的技术跨越。