挤密砂桩桩套管内空气压强的控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水下挤密砂桩地基加固技术领域，特别是涉及一种挤密砂桩桩套管内空气压强的控制方法。
【背景技术】
[0002]水下挤密砂桩地基加固技术，是在专用的砂桩船上通过振动沉管设备和管腔加压装置把砂强制压入水下软弱地基中，经过振动拔管、回打、挤密扩径，形成挤密砂桩。通过挤密砂桩的置换、挤密、排水作用，增加地基强度和刚度，加快地基固结，减少结构物沉降，提高地基的抗液化能力。
[0003]挤密砂桩的施工包括以下几个阶段:
[0004]1、桩套管贯入水层阶段:这一阶段要求将桩套管内的水柱全部排出，此时要求管内空气压强足以向外排出管内水柱，同时还要防止破坏水层下面的泥层，故管内空气压强应保持在略大于桩套管底部位置的外部水压强，距离泥面一定高度时停止下桩和继续加压，防止管内压缩空气从端部冲出而破坏地基。
[0005]2、桩套管在泥层中自重下沉阶段:这一阶段要求管内空气压强要防止泥面冲入到桩套管的内部，同时还要防止空气压强过大导致压缩空气由桩套管内冲出破坏地基。
[0006]3、桩套管在泥层中的振动下沉阶段:随着桩套管在泥层中的不断深入，桩套管将无法利用自重继续下沉，此时，打开振动锤下桩，这一阶段要求管内空气压强应控制管内泥柱具有一定的高度。
[0007]4、桩套管端部处理阶段:将桩套管下桩的特定的位置，开始对桩套管进行端部处理，向上缓慢拔管，通过管内的空气压强将管内的泥柱排出。端部处理过程中，管内空气压强控制在一定的值，以能够有效率地排出桩套管中的泥柱为原则。
[0008]5、成桩阶段(参见图1):
[0009]A、振动套管至预定标高:下桩至预定标高后，将砂加入桩套管1，通过安装于桩套管I最上部的桩锤的振动，使桩套管I内的砂密实，根据安装于桩套管I的砂面计和安装于拉动桩套管的滑轮组机构的下方设置的吨位计的计量，确定桩套管I内是否全为砂柱，如果有部分泥柱或水柱存在，在预定标高附近再次进行端部处理，保证桩套管内全部是砂柱，然后再打至预定标高。
[0010]B、拔管:桩套管I沉至预定标高后，增大桩套管I内空气压强，使桩套管I内砂柱排出，以一定速度向上拔管，桩套管I内砂柱长度均匀减小，在桩套管下方形成以拔管高度为高度、满足设计要求的直径的砂柱。每次上拔的高度根据桩套管直径、砂桩直径和每一循环成桩高度确定。该阶段桩套管I内空气压强以桩套管I内砂柱能够随着套管的上拔排出套管而调节。
[0011]C、回打:拔管结束后，进行回打。在回打过程中，要保持桩套管I内空气压强，确保回打过程中管内砂柱长度不变。既要防止由于空气压强过大使砂柱大量从桩套管I内涌出，又要防止空气压强过小管外物涌入管内。
[0012]重复拔管、回打过程，即形成挤密砂桩。在此不断形成扩径挤密砂桩的过程中，随着桩管的不断向上，管内的空气压强要随之逐渐减小。
[0013]现有技术对桩套管I内空气压强的控制是根据挤密砂桩的具体施工首先进行理论计算，得出各不同施工阶段的空气压强值，然后在每一施工阶段，手工设定出相应的空气压强值，来完成每一阶段的施工。现有技术对桩套管内空气压强的控制是具体通过以下方法来实现的:在桩套管I内设置空气压强传感器，在桩套管I与空压机、储气罐形成的气路上设置控制桩套管内空气压强的气动加压阀和气动减压阀，在每一施工阶段，首先相应地调节气动加压阀或气动减压阀，手工设定桩套管内空气压强为理论计算出来的设定值，然后再进行施工。这样的桩套管内空气压强控制方法自动化程度低，浪费人工，且施工精度低，空气压强值往往不是偏大就是偏小，从而造成各种弊端。
【发明内容】
[0014]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自动化程度高、节省人力、施工精度高的挤密砂桩桩套管内空气压强的控制方法，以克服现有技术的上述缺陷。
[0015]为了解决上述技术问题，本发明提供的一种挤密砂桩桩套管内空气压强的控制方法，包括如下内容:
[0016]一、测量出施工位置的水深，通过设计砂桩的入土底标高获得桩套管进入土层的最大深度，确定好预定标高；二、利用桩套管内外压力平衡的原理，得出桩套管内空气压强调整的目标值与桩套管底部相对于水的位置、泥层的位置、桩套管内砂柱的长度之间的换算关系:
[0017]取桩套管内空气压强调整的目标值为P1，桩套管底部低于水面的距离为X，桩套管底部低于泥面的距离为y，砂柱的长度为z，水深为H4，桩套管进入土层的最大深度为H2,Y为砂柱容重，Y1为水容重，Y2为土浮容重，砂柱的安全控制折减系数为ξ，则
[0018]桩套管进入水中阶段时=P1= Y lX ;这里O彡X彡H4 ;
[0019]桩套管在泥层中下沉阶段=P1= Y ^4+ Y 2y ;这里O彡y彡H2 ;
[0020]桩套管在拔桩过程中在泥面下的阶段=P1= Y品+ γ2γ-ξ Yz ;这里O彡y彡H2 ;
[0021]桩套管在拔桩过程中在水面下、泥面上的阶段=P1= Y1X-1 Yz ;这里O彡X彡H4 ;
[0022]三、将桩套管内的空气压强传感器与电气控制系统连接，将气动加压阀、气动减压阀也与电气控制系统连接，使电气控制系统根据空气压强传感器的测量值与桩套管内空气压强调整的目标值的差值来控制气动加压阀和气动减压阀的开启和关闭。
[0023]优选地，所述砂柱的安全控制折减系数ξ取0.7-0.8。
[0024]为了使电气控制系统获得砂柱的长度信号，所述桩套管内设置有一砂面计，所述砂面计与所述电气控制系统连接，所述电气控制系统将所述砂面计的计量信号换算成所述砂柱的长度信号。
[0025]为了使电气控制系统获得桩套管底部相对于水面、泥面的位置信息，所述桩套管上设置有一用于检测桩套管的底部相对于水层、泥层的位置的砂管检测仪，所述砂管检测仪与所述电气控制系统连接，所述电气控制系统将所述砂管检测仪的计量信号换算成所述桩套管的底部相对于水层、泥层的位置信号。
[0026]如上所述，本发明的挤密砂桩桩套管内空气压强的控制方法，具有以下有益效果:
[0027]通过电气控制系统控制程序的设计，使砂面计、砂管检测仪为电气控制系统提供桩套管内砂柱的长度、桩套管底部相对于水面、泥面的位置信息，电气控制系统相应地给出桩套管内空气压强调整的目标值，由桩套管内的空气压强传感器为电气控制系统提供实时的空气压强信息，电气控制系统根据空气压强调整的目标值和实际空气压强值的差值来调整所述气动加压阀、气动减压阀的开启与关闭，从而及时将桩套管内的空气压强调整到最佳。本发明自动化程度高，施工精度高，避免了大量的人工操作控制，节省了人力资源。
【附图说明】
[0028]图1显示为挤密砂桩桩套管成桩阶段的工艺示意图。
[0029]元件标号说明
[0030]I桩套管
[0031]H2桩套管进入土层的最大深度
[0032]H4 水深
【具体实施方式】
[0033]以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
[0034]请参阅图1。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的