一种基于膨胀单元膨胀的桩基水平变形补偿控制方法

1.本发明涉及一种地下结构物变形主动控制方法，尤其涉及一种基于膨胀单元膨胀的桩基水平变形补偿控制方法。


背景技术：

2.随着社会经济发展，城市地区大规模的地下空间开发，如桩基、隧道、管道等，不可避免的会造成对临近结构物的影响。由于城市地下空间范围结构物(桩、隧道等)繁多，如果贸然开展地下工程建设施工(基坑开挖、盾构隧道等)，容易对临近桩基产生过大水平变形位移等不良影响，影响桩基承载力，甚至是危及临近结构整体稳定和安全。因此，为降低地下工程建设对周围桩基结构的影响，保护临近结构物安全，有必要在地下工程施工全过程及投入使用后长期对临近桩基采取有效的保护措施。
3.目前桩基变形控制方法主要有：
4.1)目前基坑工程中对临近桩基变形控制常采用设置加强支护体系刚度、隔离桩、隔离墙等方法，而盾构隧道常采用的是注浆加固土体、隔离桩、隔离墙等方法，这些方法都是作用于影响源本身或影响传递介质，而不是直接作用于被保护桩基，只能减小工程建设对桩基的影响，而对已发生的桩基变形无法逆转恢复。
5.2)针对于桩基保护方法包括桩基托换、顶推纠偏等方法，但这些方法往往施工较复杂，周期较长，费用较高，并且无法很好地对桩基深部进行纠偏，不能有效对桩基水平变形进行控制；
6.3)传统袖阀管注浆可在桩基不同深度进行注浆纠偏，但由于地下岩土环境复杂，影响因素繁多，浆液在土体中易发生劈裂窜浆，无法在桩基上形成较好的应力集中而不能有效控制桩基水平变形。


技术实现要素：

7.本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种基于膨胀单元膨胀的桩基水平变形补偿控制方法，能够实时对桩基全深度范围内进行水平变形补偿控制和线型调整，从而保护桩基结构安全。
8.本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种基于单元体膨胀的桩基水平变形补偿控制方法，在桩基靠近外部干扰源侧、在干扰影响范围内设置一列或间隔设置的多列联合膨胀体，所述联合膨胀体，沿干扰范围的整个深度延伸，包括多个相互独立的膨胀单元，所述膨胀单元串连在一根竖直设置的套管上；采用桩基测斜设备实时监测桩基的变形和倾斜，桩基测斜设备传输监测数据给计算机中控系统，计算机中控系统根据监测数据通过控制膨胀引发设备来实时控制相应膨胀单体的膨胀量以靶向纠偏桩基水平变形。
9.所述膨胀单元采用充填膨胀介质的方法实现膨胀，所述膨胀介质应具备缓凝或是非凝固特性，满足多次加注、多次控制桩基变形要求；在所述套管上设有与多个膨胀单元一
一对应的膨胀介质进口，在膨胀介质进口上设置单向阀，所述膨胀引发设备为加注设备，所述加注设备设有与所述膨胀介质进口适配的加注枪。
10.充填膨胀介质的加注速率不大于30l/min。
11.所述膨胀单元完全膨胀后的直径为0.2-1m，长度为0.5-5m，所述联合膨胀体的长度为2-40m。
12.所述联合膨胀体距桩基的距离为1-5m，当干扰影响范围的深度/桩基深度小于等于30％时，所述联合膨胀体距桩基的距离为1-2m，干扰影响范围的深度/桩基深度大于等于50％时，所述联合膨胀体距桩基的距离为2-5m。
13.多列所述联合膨胀体，间距为0.5-2m，膨胀顺序为距离桩基由远及近。
14.所述膨胀单元是采用高强易折叠伸缩且不漏气不泌水的土工布制成的。
15.本发明具有的优点和积极效果是：
16.1)实时监控桩基水平变形，并通过计算机中控系统动态控制膨胀单元的膨胀量以实现桩基变形的实时动态控制，避免了桩基先变形再纠偏而对桩基造成的不利影响；
17.2)可实现桩基桩身全深度范围的水平变形控制，避免桩基在外部影响下产生较大的应力而影响桩基结构安全，保护结构物整体安全。
18.3)施工方便、周期短、造价低，具有良好的水平变形控制与补偿效果。
19.综上所述，本发明可以实现桩基整体深度范围内的纠偏回位，且具备大变形桩基水平变形控制能力，可以有效解决工程建设和使用中桩基偏位问题。适用于基坑开挖、盾构隧道等地下工程建设对临近桩基的影响，保护临近桩基结构的整体稳定与安全。
附图说明
20.图1为本发明应用的结构示意图之一，采用一列联合膨胀体；
21.图2为本发明应用的结构示意图之二；采用二列联合膨胀体；
22.图3为本发明采用充填膨胀介质的方法实现膨胀的结构示意图。
23.图中：1、桩基；2、土体；3、膨胀单元；4、膨胀介质；5、套管；6、膨胀引发设备；7、计算机中控系统；8、加注枪；9、桩基测斜设备。
具体实施方式
24.为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
25.请参阅图1～图3，一种基于膨胀单元膨胀的桩基水平变形补偿控制方法，在桩基1靠近外部干扰源侧、在干扰影响范围内设置一列或间隔设置的多列联合膨胀体。
26.所述联合膨胀体，沿干扰范围的整个深度延伸，包括多个相互独立的膨胀单元3，所述膨胀单元3串连在一根竖直设置的套管5上。
27.采用桩基测斜设备9实时监测桩基1的变形和倾斜，桩基测斜设备9传输监测数据给计算机中控系统7，计算机中控系统7根据监测数据通过控制膨胀引发设备6来实时控制相应膨胀单体的膨胀量以靶向纠偏桩基水平变形。
28.上述外部干扰源包括基坑开挖、盾构隧道等。
29.应用时，上述膨胀单元3可以采用充填膨胀介质4的方法实现膨胀，所述膨胀介质4
应具备缓凝或是非凝固特性，满足多次加注、多次控制桩基变形要求；这种情况下，应该在所述套管5上设有与多个膨胀单元一一对应的膨胀介质进口，在膨胀介质进口上设置单向阀，所述膨胀引发设备6为加注设备，所述加注设备设有加注枪8。更加具体地，在实际工程中，可以采用水泥浆作为膨胀介质，加注设备采用注浆设备，加注枪为注浆枪，加注枪可以根据计算机中控系统7的指令给设定膨胀单元注浆，加注速率不大于30l/min，应使膨胀单元逐步缓慢膨胀。
30.但膨胀介质并不限于采用水泥浆，也可以采用气体。膨胀单元的膨胀还可以采用机械扩张的方法实现，具体方法为，在膨胀单元内设置机械结构，利用机械结构将膨胀单元撑开，实现机械扩张膨胀。
31.试验数据表明，上述方法的优选方案为：所述膨胀单元3完全膨胀后的直径为0.2-1m，长度为0.5-5m，所述联合膨胀体的长度为2-40m。所述联合膨胀体距桩基的距离为1-5m，当干扰影响范围的深度/桩基深度小于等于30％时，所述联合膨胀体距桩基的距离为1-2m，干扰影响范围的深度/桩基深度大于等于50％时，所述联合膨胀体距桩基的距离为2-5m。当所述联合膨胀体为多列时，间距为0.5-2m，膨胀顺序为距离桩基由远及近。所述膨胀单元3采用高强易折叠伸缩且不漏气不泌水的土工布制成。
32.本发明的原理为：
33.通过土层中膨胀单元的膨胀实现对已发生倾斜或变形桩基进行水平变形控制，从而达到调整桩基沿深度方向的整体线型要求。使膨胀单元在固定地层固定区域膨胀，使膨胀单体周围土体产生向外变形，土体作为变形传递介质将变形传递到桩基，而形成对目标桩基水平变形进行靶向精准控制。膨胀引发设备可以按实际工程需要选择注浆设备或者充气设备，通过注浆或是充气而实现膨胀单元膨胀。相互独立的膨胀单元可根据桩基变形控制要求独立膨胀，并且可使膨胀单元的膨胀直径不同，桩基水平变形较大处，使膨胀单元的膨胀直径较大，而桩基水平变形较小处，使膨胀单元的膨胀直径较小，从而实现桩基不同深度不同变形控制效果，最终优化调整桩基整体线型。联合膨胀体可布置在距桩基1-5m的范围内，对桩基局部进行纠偏采用小间距，而对桩基大范围深度进行纠偏可采用大间距，以避免局部应力集中。此外，联合膨胀体可布置多列，膨胀单元可以多次扩张，多列联合膨胀体之间的间距为0.5-2m，多列联合膨胀体可用于控制水平变形较大的桩基纠偏，最大水平变形控制量可达30mm。多列联合膨胀体的膨胀顺序为由远离桩基到靠近桩基逐步膨胀，这种膨胀顺序可以使先膨胀的联合膨胀体充分发挥反力架作用，从而大幅提高桩基水平控制效果。膨胀单元的膨胀介质可以为缓凝型水泥浆或者气体，膨胀介质应具备缓凝或非凝固特性，用于满足多次膨胀多次控制桩基变形的要求。在应用膨胀单元膨胀控制桩基水平变形时，膨胀单元应逐步缓慢膨胀，注浆/充气速率不大于30l/min，以避免桩基过度变形。计算机中控系统连接膨胀引发设备和桩基测斜设备，实时监控桩基变形情况，并通过控制膨胀引发设备动态调整膨胀单元的膨胀量，以达到水平变形控制目标值。
34.本发明的应用实例：
35.对已发生倾斜的20m长桩基进行水平变形控制，采用高强易折叠伸缩且不漏气不泌水的土工布制成的膨胀单元，膨胀单元充分扩张后直径为0.5m，膨胀单元体长度为2m，采用10个膨胀单元串连组成长度为20m的联合膨胀体。由于桩基发生倾斜，越靠近桩顶水平位移越大，最大水平位移为12mm，因此自桩底往上膨胀单元的膨胀直径逐渐增大，通过注浆量
来控制单个单元体膨胀直径，自下而上注浆量分别为0.05m3，0.06m3，0.08m3，0.12m3，0.18m3，0.25m3，0.3m3，0.35m3，0.35m3，0.35m3。膨胀单元的膨胀介质为缓凝-低强型水泥基浆液，浆液的凝固时间不小于60小时，可在浆液凝固前多次注浆多次控制桩基变形。注浆顺序为由桩底至桩顶逐个膨胀单元注浆，注浆速率为15l/min。膨胀单元膨胀过程中实时监测桩基变形情况，动态调整膨胀单元的膨胀量，在浆液完全凝固前完成注浆，以实现桩基的目标控制效果。桩基经过膨胀单元的膨胀水平变形控制后最大水平变形由纠偏前的12mm减小到3mm，达到预期桩基水平变形控制效果。
36.尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。