一种扩大基础灌注桩施工方法及系统与流程

本发明涉及灌注桩施工，尤其涉及一种扩大基础灌注桩施工方法及系统。

背景技术：

1、灌注桩是一种深基础工程方法，通常用于建筑工程中。涉及到在地面上钻孔，然后将混凝土、水泥浆或其他材料灌注到孔中，以创建坚固的桩。灌注桩能够承受建筑物的重量，并将这些重量传递到地基土层的更深部分，从而提高建筑物的稳定性。灌注桩通常用在地基条件复杂或负荷重大的工程项目中，例如桥梁、高层建筑或海上结构等。但是，现有的提高灌注桩桩端承载力的方法均无法有效增加灌注桩桩端承载力。

2、现有技术一，申请号：202311387449.3公开了一种ykp工法灌注桩施工方法及制作的灌注桩，通过静压方式将外护筒压入土体中形成桩孔，并利用内套筒将输入外护筒内的挤扩混凝土压入土体中形成混凝土扩大体，同时压入扩大体加强件形成刚性混凝土扩大头，之后在外护筒内放入钢筋笼组合件并浇筑混凝土，混凝土初凝后拔出外护筒，同时通过注浆管充填侧隙混凝土形成水泥土外圈层。虽然解决了现有施工方法噪音大、环境污染严重的问题，孔壁无坍塌、无沉渣，也无缩颈等影响质量的问题存在，桩身质量可靠；形成的灌注桩在桩身外侧具有水泥土外圈层，使得桩与桩侧土体摩擦阻力大大增加，且具有刚性混凝土扩大头，有效提高了灌注桩的承载力；但是仅依靠增加摩擦阻力，导致提高灌注桩承载力有限，而且不能有效增加灌注桩桩端承载力。

3、现有技术二，申请号：202310789555.8公开了预制超大长径比旋挖灌注桩施工方法，包括如下步骤，第一步现场搭建旋挖钻机，第二步钻洞并洞口下沉，第三步注浆，第四步钻灌护壳，第五步抱钢筋，第六步灌注混凝土，第七步养护后形成超大长径比旋挖灌注桩；虽然实现了通过养护处理，提高灌注桩的抗拉强度和稳定性，大大提高了施工效率，缩短了施工周期，同时具有承载力强，使用范围广等优点；但是不能有效增肌灌注桩桩端承载力。

4、现有技术三，申请号：202310156269.8公开了一种后插劲性体灌注桩，后插劲性体灌注桩由现浇混凝土灌注桩和后插劲性体组合而成，具体步骤为成桩孔、灌注混凝土、插入劲性体。通过插入劲性体对现浇的桩身混凝土、桩周及桩端土体造成挤压，会形成一定的扩孔、挤密效应，消除了泥皮和沉渣的不利影响，大幅度提高桩承载力。混凝土中的水泥浆在桩周一定范围内形成压密注浆的效应，提高该范围内土体的承载力。劲性体的插入对桩身现浇混凝土是一个振捣的过程，提高桩身混凝土的成桩质量。虽然节省了放置钢筋笼的环节，提高了施工效率；但是不能有效增肌灌注桩桩端承载力。

5、目前现有技术一、现有技术二及现有技术三存在仅依靠增加摩擦阻力，而且不能有效增加灌注桩桩端承载力，导致提高灌注桩承载力有限的问题。因而，本发明提供一种扩大基础灌注桩施工方法及系统，灌注桩开孔后，在钢筋笼外侧绑定高压水管，等钢筋笼下到指定深度后，通过上下移动、旋转钢筋笼来冲刷形成一个扩大基础位置，然后灌注混凝土，形成扩大基础灌注桩，提高桩基承载力。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种扩大基础灌注桩施工方法及系统，以解决现有技术中仅依靠增加摩擦阻力，而且不能有效增加灌注桩桩端承载力，导致提高灌注桩承载力有限的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种扩大基础灌注桩施工方法，所述扩大基础灌注桩施工方法包括：

4、使用钻孔设备对地基进行开孔，等达到指定深度后，停止钻孔；地基开孔后，在钢筋笼外侧绑定高压水管，等钢筋笼下到指定深度后，钢筋笼停止移动；

5、通过吊装设备上下移动及旋转钢筋笼，在控制器的控制下，根据指定深度地基的材质提供带有水压的高压水，高压水冲刷指定深度周边的地基，接收到冲刷完成的数据后，停止冲刷；即形成一个扩大基础位置；

6、灌注混凝土，待混凝土凝固后，钢筋笼及其底部的扩大基础位置共同形成扩大基础灌注桩。

7、作为本发明的进一步改进，指定深度的确认过程具体包括以下步骤：

8、获取地基的钻孔深度，根据地基周边区域的历史数据建立地基的工况模型，根据工况模型即钻孔深度及钻孔设备钻头转速，计算出钻孔设备开孔的时间；

9、钻孔设备的末端设置采集当前地基时间连续的多帧待判定图像的图像采集终端，图像采集终端对待判定图像进行停止检测，钻孔设备对深度进行核实，深度核实无误后，停止钻孔；

10、控制器接收到停止钻孔的指令后，从待判定图像使用回归模型分析获取当前深度最低处的地基的地质组成的密度、硬度及饱和度；当前深度最低处即扩大基础桩的深度。

11、作为本发明的进一步改进，控制器控制高压水的过程具体包括以下步骤：

12、控制器接收到吊装设备安装的位置传感器及旋转角度传感器，采集的钢筋笼的位置及当前角度；同时获取当前深度最低处的地基的地质组成的密度、硬度及饱和度；

13、根据地质组成的内容计算出冲刷扩大基础桩的高压水的压力及流量，同时计算扩大基础桩的体积；将钢筋笼的位置及当前角度，高压水的压力及流量，以及扩大基础桩的体积输入至控制器；

14、在控制器预设程序的控制下，给出钢筋笼上下移动及旋转的参数；在钢筋笼的配合下，实现扩大基础桩的冲刷；冲刷完毕后，关闭高压水。

15、作为本发明的进一步改进，采集的钢筋笼的位置及当前角度的过程具体包括以下步骤：

16、设定钢筋笼的位置初始点及角度初始点；

17、在控制器的控制下，控制器通过物联网发出初始化指令，吊装设备安装的位置传感器及旋转角度传感器接收到初始化指令，按照位置初始点及角度初始点的定义，将钢筋笼的位置及角度恢复至初始点；

18、当钢筋笼的底部到达指定深度时，根据位置初始点及相对位移，得到钢筋笼的当前位置。

19、作为本发明的进一步改进，其中位置初始点使用三维坐标定义，初始位置在地面，与钢筋笼中心位置对应，位置初始点的坐标定义为(0,0,0)，钢筋笼的位置通过与初始位置的相对位移表示；钢筋笼的初始角度垂直于地面，对应于钢筋笼的轴线与地面的夹角，初始角度定义为0度，钢筋笼的角度通过与初始角度的相对旋转表示。

20、作为本发明的进一步改进，高压水的压力及流量的计算过程具体包括以下步骤：

21、根据预设地质分析内容，对当前深度最低处的地基的地质组成的密度、硬度及饱和度进行力学分析；

22、根据力学分析结果所形成的第一地质曲面，当前深度最低处的地基的钻孔数据形成第二地质曲面，第一地质曲面与第二地质曲面融合，并进行封闭曲面，基于预设地质分析内容和封闭曲面搭建地质计算模型；

23、将力学分析结果输入至地质计算模型，经过处理得到与当前深度最低处的地基对应的计算结果，根据计算结果搜索预设的对应高压水的压力及流量，从而得到需要冲刷基础桩所需要的高压水的压力及流量，并将所需要的高压水的压力及流量发送至控制器，由控制器控制与高压水管连接的水泵执行。

24、作为本发明的进一步改进，计算扩大基础桩的体积的过程具体包括以下步骤：

25、获取灌注桩的钻孔深度及直径，根据体积计算公式得到灌注桩的体积；

26、根据灌注桩的体积查找匹配的扩大基础桩的体积，查找方式为网络、专业数据库。

27、作为本发明的进一步改进，实现扩大基础桩的冲刷的过程具体包括以下步骤：

28、获取钢筋笼的位置及当前角度，高压水的压力及流量，以及扩大基础桩的体积；控制器根据扩大基础桩的体积对高压水的冲刷时间进行计算，并根据高压水的流量调整钢筋笼的实时位置及旋转角度，保证每一次冲刷得地质面积达到预设时间标准；

29、控制器根据钢筋笼的实时位置及旋转角度，调整钢筋笼上下移动及旋转的参数，当冲刷时间到达时，控制器关闭连通高压水管得水泵，通知冲刷。

30、作为本发明的进一步改进，形成扩大基础灌注桩的过程具体包括以下步骤：

31、按照质量份数水泥100份、粉煤灰70份、陶粒80份、细骨料257份、增效剂67份、海藻酸钠2份、水58份制备第一混凝土；按照质量份数水泥100份、粉煤灰70份、陶粒80份、细骨料257份、增效剂67份、海藻酸钠2份、水58份、加速剂10份、减水剂9份制备第二混凝土；

32、根据扩大基础桩的体积，计算得到所需第二混凝土的体积，将第一混凝土通过泵送设备灌注到冲刷扩大的基础桩内，第一混凝土均匀填充并压实，待扩大的基础桩内填充完后；将第二混凝土通过泵送设备灌注到冲刷扩大的基础桩上方的灌注桩内，第二混凝土均匀填充并压实；

33、待混凝土完全凝固后，钢筋笼和其底部的扩大基础位置就共同形成了扩大基础灌注桩。

34、为实现上述目的，本发明还提供了如下技术方案：

35、一种扩大基础灌注桩施工系统，其应用于所述的扩大基础灌注桩施工方法，所述扩大基础灌注桩施工系统包括：灌注桩、钢筋笼、高压水管、扩大基础桩、控制器、水泵；

36、其中，灌注桩由钻孔设备开孔而成，灌注桩的内壁设置由钢筋笼，钢筋笼上绑定由高压水管，高压水管一端与水泵的出水口连接，高压水管的另一端与阀门联通，阀门对准待冲刷扩大基础桩；扩大基础桩位于灌注桩的最底部，控制器与水泵连接，还与吊装设备安装的位置传感器及旋转角度传感器连接，用来采集的钢筋笼的位置及当前角度；在控制器预设程序的控制下，给出钢筋笼上下移动及旋转的参数；在钢筋笼的配合下，实现扩大基础桩的冲刷；冲刷完毕后，关闭高压水。

37、本发明提高灌注桩的承载力，同时也能够提高工程的经济效益。在一定深度扩大基础位置，可以增加桩端的承载面积，从而提高桩的承载力。对于地基土质较差或者承载需求较大的工程项目尤其重要。形成一个扩大基础位置的主要意义在于：增加承载面积：扩大的基础位置可以提供更大的承载面积，从而提高桩的承载力。提高稳定性：扩大的基础位置可以提高桩的稳定性，降低桩基在受载过程中发生位移的风险。优化土压分布：扩大的基础位置可以优化土压的分布，使得土压更加均匀，从而提高桩的承载力。提高经济效益：在一定深度扩大基础位置，可以在不增加桩长的情况下提高桩的承载力，从而提高工程的经济效益。