一种基于碎石桩振冲装备实现可调控桩径的施工方法与流程

本发明涉及岩土工程，具体是一种基于碎石桩振冲装备实现可调控桩径的施工方法。

背景技术：

1、碎石桩施工需要使用到振冲装备，振冲装备一般采用振冲器。现有技术的振冲器往往缺乏实时有效的监控手段，长期依赖于施工完成通过统计总填料量来计算平均桩径的间接方法，这种间接得到桩径的方法具有较大的滞后性和不确定性，往往无法反映碎石桩在深度方向上各段的真实桩孔。并且，不仅无法及时发现施工过程中出现局部缩径或扩径的问题，还因是施工后得到的计算结果掩盖了这种桩径不符合设计要求的缺陷，使得碎石桩施工的工程质量高度依赖人工经验，误差大且可靠性低。

2、此外，现有的振冲器普遍采用侧向或桩身中部出料的结构，这种结构容易使得石料从出料口抛出后续径孔内下落，极易因石料体积较大或因有泥浆黏滞而导致在孔内形成架桥堵塞，从而造成出料中断，进而降低施工效率，且导致因填料不连续而在碎石桩中形成断桩或局部缩径等缺陷，直接危及碎石桩的完整性和复合地基承载力。出料受阻或不顺畅成为碎石桩质量的一个风险源。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于碎石桩振冲装备实现可调控桩径的施工方法，其能够解决背景技术描述的问题。

2、实现本发明的目的的技术方案为：一种基于碎石桩振冲装备实现可调控桩径的施工方法，所述可调控桩径的碎石桩振冲装备包括料斗、料仓、导杆、多个出料口、振冲器和计算机，导杆内腔的内壁上安装有桩径测量传感器系统，以及安装在振冲器上的超声波换能器阵列和振动加速度传感器，桩径测量传感器系统、超声波换能器阵列、振动加速度传感器均与计算机电信连接，料斗固定安装在料仓的一侧，料仓固定安装在导杆的顶端，出料口安装在导杆的下端并位于导杆的外侧，振冲器安装在导杆的下端，各个出料口环绕于振冲器，料斗、料仓、导杆、出料口依次连通，

3、所述施工方法包括以下步骤：

4、步骤1：对目标桩位进行造孔，得到造孔后的孔洞；

5、步骤2：向料斗加入用于形成碎石桩所需的石料，石料依次经过料仓、导杆后从出料口抛出并落入孔洞，振冲器对落入孔洞内的石料进行挤压密实，以形成碎石桩，

6、在对石料进行挤压密实过程中，通过桩径测量传感系统测量出当前碎石桩的平均桩径，通过超声波换能器阵列测得当前碎石桩的实测桩径，基于与评估当前形成的碎石桩的质量情况，质量情况表征当前碎石桩的桩径是否达标，质量情况包括合格、局部缩径与密实不足三种情况，基于不同的质量情况，调整施工参数，以使得碎石桩的桩径达标，施工参数包括提升速度、留振时间、补充填料、反插振密。

7、进一步地，在步骤1中，对目标作业场地进行平整和压实后，将所述碎石桩振冲装备竖立安装在目标作业场地的目标桩位上，随后启动振冲器，对目标桩位进行造孔，得到造孔后的孔洞。

8、进一步地，在造孔过程，控制振冲器贯入土层的贯入速度不大于预设速度，并利用高压气流进行清孔并辅助贯入实现造孔，高压气流由空压系统输出，空压系统为集成或独立于碎石桩振冲装备，使得振冲器能够持续下沉直至达到设计标高，

9、若贯入过程中遭遇硬层导致进度缓慢或困难，通过调节空压系统输出压力以提高贯入能力。

10、进一步地，在造孔过程中，所述碎石桩振冲装备还包括姿态传感器和定向高压喷水装置，姿态传感器与计算机电性连接，姿态传感器以预设频率实时采集导杆的倾角，当倾角超过设定的倾角阈值并持续超过预设时长，则判断需要纠偏并对碎石桩进行纠偏，并基于倾角方向控制对应方向的高压喷水装置定向喷射水流，喷射水流对倾角方向一侧所在的土体进行软化，然后振冲器继续贯入，依次循环，直至达到设计的孔深且垂直度符合要求，从而完成造孔。

11、进一步地，测得平均桩径包括以下步骤：

12、采用边提升桩管边填料工艺，并通过配套的计量系统实时测得每延米碎石桩的平均填料量，通过现场工艺试验标定得出符合当前目标作业现场与施工条件的密实系数，按下式计算得到平均桩径，。

13、进一步地，测得实测桩径包括以下步骤：

14、超声波换能器阵列包括两个不同频率的一发双收单孔换能器，一发双收是指一个发射器发射声波、两个接收器接收，并通过测量声波到达两个接收器的时间差计算得到单孔换能器到桩、土界面的距离，基于得到的距离计算得到桩身端面的实测桩径。

15、进一步地，采用目标检测模型对碎石桩进行质量诊断，以得到质量情况，

16、目标检测模型为基于yolov5s模型得到的时频谱目标检测模型，时频谱目标检测模型的结构包括骨干网络、特征融合网络和检测头，骨干网络用于提取振动时频谱图中的纹理特征和能量分布特征，振动时频谱图由通过计算机基于振动加速度传感器采集到的三维振动信号生成，特征融合网络采用路径聚合网络结合双向特征金字塔网络实现多尺度特征的融合，特征融合用于捕捉碎石桩的宏观质量趋势，以及定位局部缩径、密实不足的起止深度，检测头用于输出初始诊断结果，初始诊断结果包括质量情况。

17、进一步地，若初始诊断结果为合格，且偏差，，为预设的阈值，则最终诊断结果为合格，

18、若初始诊断结果为局部缩径，且偏差，则最终诊断结果为局部缩径，

19、若初始诊断结果为密实不足，则最终诊断结果为密实不足，

20、若最终诊断结果为合格，则维持当前的施工参数继续施工，

21、若最终诊断结果为局部缩径，则降低提升速度和延长留振时间，或者发出提示补充石料，并利用超声波换能器阵列进行复测验证，

22、若最终诊断结果为密实不足，则增加留振时间或实施反插振密。

23、进一步地，在形成碎石桩过程中，每隔完成碎石桩桩身的一端距离后，停止上提振冲器，并将振冲器向下反插已填充的石料中，并留振若干时长，直至振冲器工作的电流提升至设定的密实电流，以实现按预设的分段高度循环执行、提升振冲器、重复反插、留振操作，直至完成目标高度的碎石桩。

24、本发明的有益效果：本发明能够实时判断桩径是否达标，并且当不达标时通过调整施工参数实现最终碎石桩的桩径达标，保证施工质量。另外，大大降低出料受阻或不顺畅。

1.一种基于碎石桩振冲装备实现可调控桩径的施工方法，其特征在于，所述可调控桩径的碎石桩振冲装备包括料斗、料仓、导杆、多个出料口、振冲器和计算机，导杆内腔的内壁上安装有桩径测量传感器系统，以及安装在振冲器上的超声波换能器阵列和振动加速度传感器，桩径测量传感器系统、超声波换能器阵列、振动加速度传感器均与计算机电信连接，料斗固定安装在料仓的一侧，料仓固定安装在导杆的顶端，出料口安装在导杆的下端并位于导杆的外侧，振冲器安装在导杆的下端，各个出料口环绕于振冲器，料斗、料仓、导杆、出料口依次连通，

2.根据权利要求1所述的基于碎石桩振冲装备实现可调控桩径的施工方法，其特征在于，在步骤1中，对目标作业场地进行平整和压实后，将所述碎石桩振冲装备竖立安装在目标作业场地的目标桩位上，随后启动振冲器，对目标桩位进行造孔，得到造孔后的孔洞。

3.根据权利要求1所述的基于碎石桩振冲装备实现可调控桩径的施工方法，其特征在于，在造孔过程，控制振冲器贯入土层的贯入速度不大于预设速度，并利用高压气流进行清孔并辅助贯入实现造孔，高压气流由空压系统输出，空压系统为集成或独立于碎石桩振冲装备，使得振冲器能够持续下沉直至达到设计标高，

4.根据权利要求1所述的基于碎石桩振冲装备实现可调控桩径的施工方法，其特征在于，在造孔过程中，所述碎石桩振冲装备还包括姿态传感器和定向高压喷水装置，姿态传感器与计算机电性连接，姿态传感器以预设频率实时采集导杆的倾角，当倾角超过设定的倾角阈值并持续超过预设时长，则判断需要纠偏并对碎石桩进行纠偏，并基于倾角方向控制对应方向的高压喷水装置定向喷射水流，喷射水流对倾角方向一侧所在的土体进行软化，然后振冲器继续贯入，依次循环，直至达到设计的孔深且垂直度符合要求，从而完成造孔。

5.根据权利要求1所述的基于碎石桩振冲装备实现可调控桩径的施工方法，其特征在于，测得平均桩径包括以下步骤：

6.根据权利要求1所述的基于碎石桩振冲装备实现可调控桩径的施工方法，其特征在于，测得实测桩径包括以下步骤：

7.根据权利要求1所述的基于碎石桩振冲装备实现可调控桩径的施工方法，其特征在于，采用目标检测模型对碎石桩进行质量诊断，以得到质量情况，

8.根据权利要求7所述的基于碎石桩振冲装备实现可调控桩径的施工方法，其特征在于，若初始诊断结果为合格，且偏差，，为预设的阈值，则最终诊断结果为合格，

9.根据权利要求1所述的基于碎石桩振冲装备实现可调控桩径的施工方法，其特征在于，在形成碎石桩过程中，每隔完成碎石桩桩身的一端距离后，停止上提振冲器，并将振冲器向下反插已填充的石料中，并留振若干时长，直至振冲器工作的电流提升至设定的密实电流，以实现按预设的分段高度循环执行、提升振冲器、重复反插、留振操作，直至完成目标高度的碎石桩。