一种振动沉管碎石桩下料施工的监测分析方法与流程

本发明涉及管桩施工，具体涉及一种振动沉管碎石桩下料施工的监测分析方法。

背景技术：

1、振动沉管碎石桩技术，以其卓越的加固效能，在软土地基的处理领域中占据着不可替代的地位。振动沉管碎石桩法在公路、水运等工程建设的软土地基处理中有着较为广泛的应用。碎石桩是指振动、冲击或水冲等方式在软弱地基中成孔后，再将碎石或卵石等挤压入已成的孔中，形成大直径的碎石所构成的密实桩体。振动沉管碎石桩法是指利用振动锤夹住钢管在地基中成孔，并向管中添加硬质粒料，边振动边拔管振密形成碎石桩的方法。

2、在振动沉管碎石桩技术的实施过程中，经常面临一系列挑战，这些挑战可能会对工程的最终质量和加固效果产生不利影响：首先，碎石料的均匀性是确保沉管碎石桩质量的关键因素，在施工过程中，如果碎石料分布不均，可能会导致桩体内部的密实度不一致，从而影响其承载能力和稳定性；其次，管内下料过程中的堵塞问题也是一个不容忽视的难题，一旦发生堵塞，不仅会延误工程进度，还可能导致桩体结构的不连续性，进而影响整体的加固效果；此外，沉降不充分也是施工中可能遇到的问题之一，如果碎石桩在沉降过程中未能达到预期的密实度，其加固效果将大打折扣，这不仅会降低地基的承载力，还可能在未来的使用过程中引发沉降不均，导致建筑物出现裂缝或其他结构问题。

3、随着地质条件越发复杂、加固深度越来越大，振动沉管碎石桩法在施工过程中易出现碎石拒落、有效桩径不足、桩体密实度差等质量问题。其中，管内碎石下料问题会直接影响到加固深度、有效桩径以及成桩质量，是振动沉管碎石桩施工中重点需要解决的技术难题。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种振动沉管碎石桩下料施工的监测分析方法，能够对碎石下料过程进行多方面的监测和分析，以提升成桩质量。

2、为实现上述目的，本发明提供一种振动沉管碎石桩下料施工的监测分析方法，用于对桩管内碎石料的下料施工情况进行监测分析，所述桩管底部具有能够向外打开或者关闭的活动桩尖，所述监测分析方法包括：

3、s1、第一测试阶段：

4、s11、在施工前设置好测试装置，包括：

5、桩底压力监测机构，包括密封板和底部压力计，密封板固定连接在桩管底端并且位于活动桩尖的下方，密封板封堵住桩管底端，底部压力计安装于密封板底面，能够测量密封板底面所受压力；

6、内壁压力测量机构，包括多个设置在桩管内壁上多个不同高度处的内壁压力计，桩管内具有碎石料时内壁压力计能够检测碎石料对桩管内壁的侧向压力；

7、孔压计机构，包括多个设置在桩管内壁上多个不同高度处的孔压计；

8、s12、按照正常振动沉管成桩工艺流程进行桩管沉桩施工，底部压力计测量得到桩管的底端压力；在桩管内回填干碎石料，并采用多次回填的方式，每次回填到不同高度，并记录各个内壁压力计的压力值，得到不同高度碎石料情况下桩管1内壁受到的侧向压力的分布情况；碎石料回填完成后，向桩管内灌水，并记录各个内壁压力计的压力值，同时记录各个孔压计的压力值；得到桩管内在无水状态和有水状态下碎石料完全堵住不能下料时桩管内壁受到的侧向压力的分布情况；

9、s2、第二测试阶段：

10、s21、在施工前设置好测试装置，测试装置取消第一测试阶段中的桩底压力监测机构，保留内壁压力测量机构和内壁压力测量机构，同时还包括：外壁压力测量机构，包括多个设置在桩管内壁上多个不同高度处的应变计，应变计能够测量桩管外壁受到的侧向压力；桩管运动监测机构：设置于桩管，能够测量桩管的拔管速度和贯入速度；桩尖打开程度监测机构：能够测量活动桩尖的打开程度；碎石高度测量机构：测量桩管内碎石料顶部的高度；

11、s22、按照正常振动沉管成桩工艺流程进行施工，在施工过程中进行以下测试：

12、s221、通过外壁压力测量机构的各个应变计来测量外壁受到侧向压力，并据此评估桩管与周围土壤之间的竖向阻力；

13、s222、通过桩管运动监测机构得到桩管的运动情况，包括拔管速度和贯入速度；

14、s223、通过桩尖打开程度监测机构测量活动桩尖的打开程度；

15、s224、通过碎石高度测量机构测量桩管内碎石料顶部的高度；

16、s225、通过内壁压力测量机构的各个内壁压力计来测量桩管内壁的侧向压力，同时通过孔压计机构的各个孔压计测量水压，并据此确定碎石料与桩管内壁之间的侧向压力和竖向阻力；

17、s3、通过s22中获得测量数据，对碎石下料情况进行监测分析，包括：

18、s31、碎石料的下料困难监测分析：

19、s311、桩管上拔时，通过碎石料顶部的高度和桩管的运动情况，判断碎石料在桩管内的高度变化情况，当碎石料在桩管内的高度不变或者变化值小于要求值时，则说明出现碎石料未按照要求下降，然后进行s312；

20、s312、将内壁压力测量机构得到的桩管内侧的压力分布情况，与第一测试阶段s1中s12中内壁压力测量机构所得到的压力分布情况进行对比分析，判断碎石料中是否出现堵住而难以下料的问题；

21、s313、通过桩尖打开程度监测机构的测量结果，并通过外壁压力测量机构中靠近桩管底部的应变计的测量数据，与第一测试阶段s1中步骤s12中底部压力计测量得到桩管的底端压力的数据进行对比分析，获取沉管碎石桩贯入及上拔过程中的应力应变关系，判断管内碎石料难以下料的主要原因。

22、进一步地，还包括：s4、分析影响下料效果的关键因素，包括：s41、确定影响下料效果的多个关键因素，包括加料次数、留振时间、反插深度、充盈率和加气量；s42、每个关键因素都设置多个不同的测试值，并组合得到多个施工工艺条件；s43、采用各个施工工艺条件，按照正常振动沉管成桩工艺流程进行施工，并通过s1～s3，确定各个施工工艺条件下碎石料的下料情况；s44、根据s43的测试结果，通过数据分析方法，来判断各关键因素对施工影响的主次关系，并进行最优组合。

23、进一步地，在第一测试阶段s1的s11中，桩底压力监测机构的密封板为圆形，并与桩管底部焊接，底部压力计为四个，并绕密封板圆心环向均匀分布。

24、进一步地，在第一测试阶段s1的s11中，内壁压力测量机构的内壁压力计在桩管高度方向上等间距设置

25、进一步地，在第一测试阶段s1的s11中，孔压计机构的孔压计在桩管高度方向上等间距设置。

26、进一步地，在第一测试阶段s1的s12中，采用分级回填的方式进行碎石料回填。

27、进一步地，在第二测试阶段s2的s21中，外壁压力测量机构的应变计在桩管高度方向上等间距设置。

28、进一步地，在第二测试阶段s2的s21中，桩管运动监测机构包括加速度计，加速度计包括三轴mems加速度传感器和电子罗盘传感器，能够测量桩管在x向、y向和z向三个方向的加速度、角度、频率、振幅及方位角的变化。

29、进一步地，所述桩管底部的活动桩尖包括转动门板，在第一测试阶段s2的s21中，桩尖打开程度监测机构包括安装于转动门板的倾角仪，所述倾角仪能够检测转动门板的转动角度

30、优选地，在第二测试阶段s2的s21中，碎石高度测量机构通过重锤法进行测量，包括放置于碎石料底部的重锤和连接重锤的测绳。

31、如上所述，本发明涉及的振动沉管碎石桩下料施工的监测分析方法，具有以下有益效果：

32、能够对振动沉管碎石桩下料施工过程中进行多项数据测量，监测和分析下料施工过程中是否出现各项问题，尤其是可以监测碎石料是否出现了下料困难，以及出现下料困难是因为活动桩尖未打开还是因为桩管底部泥土压力过大，从而提升碎石桩的质量和提高施工效率。