一种自动化施工深层强夯复合地基的方法与流程

1.本技术涉及地基加固施工的技术领域，尤其涉及一种自动化施工深层强夯复合地基的方法。


背景技术：

2.复合地基是指天然地基在地基处理过程中部分土体得到增强、或被置换、或在天然地基中设置加筋材料，加固区是由基体和增强体两部分组成的人工复合地基，在荷载作用下，基体和增强体共同承担荷载的作用。目前运用较为广泛的是采用强夯法施工而成的土和灰士挤密桩复合地基、水泥粉煤灰碎石桩复合地基、夯实水泥土桩复合地基。
3.强夯法加固是基于动力压密的概念，故而又称为挤密桩法，即用冲击型动力荷载，使土体中的空隙体积减小，土体变得更为密实，从而提高其强度。复合地基施工后，一般会采用平板法进行复合地基载荷试验，在进行载荷试验时，先在复合地基区域选定试验点，再在试验点平铺承压板以对多桩进行载荷检测，试验结果既可以通过地基承载力进行表征，也可以通过单桩承载体特征值进行表征。
4.上述中的现有技术方案存在以下缺陷：由于现行多桩平板载荷试验主要对复合地基中指定或随机试验点进行试验，用来表征复合地基整体的承载性能，存在概率性局部桩位承载性不达标的现象，长时间后会由于部位未检桩位承载性达到不到设计要求而引起地基沉降；而进行单桩平板载荷试验时，在桩位数量较多的情况下显然检测效率极其低下，会严重影响施工工期。


技术实现要素：

5.为了改善目前先施工后检测时复合地基承载性检测效率低、容错率低影响整体施工工期的问题，本技术提供一种自动化施工深层强夯复合地基的方法。
6.本技术提供的一种自动化施工深层强夯复合地基的方法，采用如下的技术方案：一种自动化施工深层强夯复合地基的方法，包括以下步骤：s1.清场平整，对规划区域进行施工前处理，包括清理杂物及平整土地；s2.定位放线，在设计图纸上对规划区域进行桩基编号，再在规划区域实地定位放线，桩基定位后标示桩位圆心并标示对应桩基编号；s3.成孔，在设定的桩位成孔至设定标高持力层；s4.孔深及收锤点标定，测算所述步骤s3中成孔的桩孔孔深，并设定桩顶标高；s5.夯击验算，根据设计要求的单桩承载体特征值计算施工中指定重锤以设定落距夯击填料时得出对应的所述重锤的一击贯入度，定为设计贯入度；施工中将所述重锤以设定落距夯击填料时测得的所述重锤的一击贯入度定为夯击贯入度；s6.自动填料夯击，通过自动输送装置向所述步骤s3中生成的桩孔中输送设定量的填料，以设定落距自由下放所述重锤并检测所述夯击贯入度；若所述夯击贯入度小于等于所述设计贯入度，则重复控制所述自动输送装置向所
述桩孔中输送设定量的填料并下锤检测所述夯击贯入度；若所述夯击贯入度大于所述设计贯入度，则自动控制所述重锤连续下锤若干次，并检测所述夯击贯入度；s7.成桩，重复所述步骤s6，直至所述夯击贯入度小于等于所述设计贯入度且此时所述重锤底面刚好不低于所述步骤s4中的桩顶标高。
7.作为优选，所述步骤s5中所述设计贯入度的计算公式为：其中s0为所述设计贯入度，m为所述重锤(2)质量，g为重力加速度，h为设定落距，k为填料影响系数，ra为单桩承载体特征值。
8.作为优选，所述步骤s6中选用的填料为素土、碎石、三合土、水泥土拌和物、干硬性混凝土，k取值范围为0.4～0.6，并且填料自身强度越高，k值取值越大。
9.作为优选，所述步骤s6中选用的填料为素土、碎石、三合土、水泥土拌和物、干硬性混凝土中中的任意两种及以上的混合填料，对应的k值范围为0.4～0.7。
10.作为优选，所述步骤s5中根据复合地基承载力的要求确定所述单桩承载力特征值时，所述单桩承载力特征值ra通过以下公式及经验表格估算获得：ra＝β
·
f；其中，上述公式中ra为单桩承载体特征值，f为夯击锤落锤时填料对夯击锤的冲击力，β为折减系数且取值范围为0.35～0.7；上述经验表格中s1为3.5吨夯击锤夯击填料时的预定贯入度，h1为3.5吨夯击锤夯击的预定落距。
11.作为优选，所述重锤采用绕卷在液压卷扬机上的吊绳进行起吊、下锤，所述步骤s5中检测所述夯击贯入度时，通过测算所述吊绳的初始点位和实际行走量来进行标定。
12.作为优选，标定所述吊绳的初始位置的方法为：设置固定的归零标记，通过所述吊绳将所述重锤下放至所述桩孔底部，并收拢所述吊绳，将所述吊绳上与所述归零标记对准的点位标定为所述吊绳的初始点位；测算所述夯击贯入度的方法为：下放所述重锤后，收拢所述吊绳，此时所述吊绳的所述初始点位越过所述归零标记的实际行走量即为所述夯击贯入度。
13.作为优选，所述步骤s6中每次所述重锤夯击完成后，修正所述重锤的实际落距，修正公式为：其中h
′
为所述重锤的实际落距，h为所述重锤的设定落距，l
t
为所述桩孔中每次填
料高度，s
t
为每次所述重锤夯击后的所述夯击贯入度。
14.作为优选，所述步骤s3中成孔方式可以为钻孔机钻孔、旋挖、长螺旋引孔或锤击成孔中的任意一种。
15.作为优选，所述步骤s6中所述自动输送装置输送填料的设定量为0.1～1立方米。
16.综上所述，本技术的有益技术效果为：1.在规划区域地基的桩孔中每次夯击填料后，将重锤的夯击贯入度与地基设计承载力对应的设计贯入度进行对照和判定，使得每进行下一次填料前即可对在前填料的填料密实度进行实时检测，从而步骤s7中成型的桩体竖直方向每个扩大部均能达到地基设计承载力的要求，确保了成型的桩体既能实现对地基的加固、又能完全符合设计要求，在复合地基的施工过程中即引入了挤密桩身的承载性自检，有效确保了复合地基的施工质量，使得后续进行复合地基承载性检测时效率高、容错率高，能有效缩减整体的施工工期；2.由于在复合地基的施工过程中，每一个桩位中的挤密桩身在不断夯击成型的过程中，均通过承载性自检，确保了复合地基施工中每一个桩位中挤密桩身最低承载性的一致性，提高了复合地基的施工质量，确保了施工完成后复合地基的实际承载性能；3.在进行自动填料夯击的过程中，设计贯入度的计算可以预先计算得出，每次填料后重锤的夯击贯入度可通过吊绳的实际行走量来标定，对二者进行数值对比后，可自动控制填料或者夯击进程，使得复合地基的施工过程中单桩位的挤密桩身均可以以符合设计要求的标准自动完成，可消除施工过程中人为因素的干扰，不仅能显著提高复合地基的施工效率，还能有效确保复合地基的施工质量，降低施工成本；4.通过引入不同填料材质对应的填料影响系数k，并对重锤的实际落距通过修正公式进行修正，使得复合地基中单桩位的挤密桩身的主要施工参数均得以量化，实现了复合地基中单桩位的挤密桩身的全自动化施工。
附图说明
17.图1为本技术的流程示意图。
18.图2为本技术实施例主要用于展示挤密桩身成型过程的示意图。
19.附图标记：1、桩位；2、重锤；3、自动输送装置；4、液压卷扬机；5、吊绳。
具体实施方式
20.下面将结合附图对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述。
21.本技术实施例公开一种自动化施工深层强夯复合地基的方法。参照图1和图2，自动化施工深层强夯复合地基的方法包括以下步骤：s1.清场平整，对规划区域进行施工前处理，包括清理杂物及平整土地，具体施工时，可以采用推土机将地基规划区域进行推平，并用压路机进行初步压实。
22.s2.定位放线，在设计图纸上对地基需加固的规划区域进行桩基编号，再在规划区域实地定位放线，按照设计图纸上桩基的坐标对桩基定位后标示桩位1圆心并标示对应桩基编号；桩基编号后可采用全站仪、水准仪等测量工具进行桩位1定位复验。
23.s3.成孔，在设定的桩位1成孔至设定标高持力层，具体的成孔方式可以为钻孔机钻孔、旋挖、长螺旋引孔或锤击成孔中的任意一种。
24.s4.孔深及收锤点标定，测算步骤s3中成孔的桩孔孔深，并设定桩顶标高；实际施工时，可将重锤2下放至桩孔底部，测算重锤2底面与地面平齐至重锤2下放至重锤2底面与桩孔底壁贴合时重锤2的下降量即为桩孔孔深；桩顶标高即为收锤点，可以为最终挤密桩身成型后顶部与上部承台底部连接处，也可依实际施工要求确定，如桩顶与地面平齐或距地面0.5～1米等。
25.s5.夯击验算，根据地基设计承载力要求的单桩承载体特征值计算施工中指定重锤2以设定落距夯击填料时得出对应的重锤2的一击贯入度，定为设计贯入度；施工中将重锤2以设定落距夯击填料时测得的重锤2的一击贯入度定为夯击贯入度。
26.具体在测算设计贯入度时，采用以下公式进行计算：其中s0为设计贯入度，m为重锤2质量，g为重力加速度，h为设定落距，k为填料影响系数，ra为单桩承载体特征值。重锤2质量m可根据实际选用的实心锤称重得出，设定落距h一般定为1～6米，单桩承载体特征值ra根据复合地基的设计要求而来，填料影响系数k与选用的填料材质相关。
27.取k值的主要原因在于选用不同填料时，由于填料自身的间隙度存在差异，即使在重锤2的夯击下夯实后，夯实后的填料间仍存在一定的缝隙，为避免复合地基承载后经年累月的使用过程中地下水渗入这些缝隙中对挤密桩身的密实度造成影响，在选用挤密后填料间仍会存在缝隙的填料为夯击调料时，填料影响系数k根据填料自身强度取值，且填料自身强度越高，k值取值越大。如此设置后，则可以尽可能确保施工完成后，挤密桩身的承载性达到和超过地基承载性的设计要求，并且在后期承载过程中，也能尽可能确保挤密桩身的承载性达到设计时的地基承载性要求，保证了加固地基上建筑物的有效使用寿命。
28.s6.自动填料夯击，通过自动输送装置3向步骤s3中生成的桩孔中输送设定量的填料，以设定落距自由下放重锤2并检测夯击贯入度。此处自动输送装置3可以为存料斗加输送皮带的组合设置，即在存料斗的下开口处设置输送皮带，通过控制输送皮带的传输时间来控制输送填料的量。该自动输送装置3输送填料的设定量为0.1～1立方米，填料设定量的具体选定标准依桩孔的设定标高持力层距地面深度及填料材质确定，无特定要求。
29.重锤2夯击时，若重锤2夯击完成后测得的夯击贯入度小于等于设计贯入度，表征此时该层填料已经达到地基承载性的设计要求，则可以重复控制自动输送装置3向桩孔中输送设定量的填料并下锤检测夯击贯入度；重锤2夯击时，若重锤2夯击完成后测得的夯击贯入度大于设计贯入度，表征此时该层填料尚未达到地基承载性的设计要求，则自动控制重锤2连续下锤若干次，并检测夯击贯入度。
30.s7.成桩，重复步骤s6，直至夯击贯入度小于等于设计贯入度且此时重锤底面刚好不低于步骤s4中的桩顶标高，成桩后的挤密桩身外观呈多节葫芦状。
31.在上述步骤s6执行过程中，具体的，在一个可行的实施方式中，步骤s6中选用的填料为素土、碎石、三合土、水泥土拌和物、干硬性混凝土中的任意一种，也可以为水泥沙拌合物或者建筑垃圾等施工中常用填料，k取值范围为0.4～0.6，填料自身强度高的取大值，强度低的取小值。
32.在另一个可行的实施方式中，步骤s6中选用的填料为素土、碎石、三合土、水泥土拌和物、干硬性混凝土中的任意两种及以上的混合填料，也可以为水泥沙拌合物或者建筑垃圾等施工中常用填料与以上填料的混合填料，对应的k值范围为0.4～0.7。由于素体、三合土本身为致密材质，夯实后，受影响的概率较低，且干硬性混凝土和碎石在夯击过程中也会存在碎裂可能，从而将上述任意两种或两种以上材质的混合填料进行夯实得到过程中，其挤密效果优于单种填料，因而可将k值在0.4～0.7的范围内取大值。
33.在其他可行的实施方式中，步骤s6中选用的填料为素土、碎石、三合土、水泥土拌和物、干硬性混凝土中的任意两种及以上的混合填料，也可以为水泥沙拌合物或者建筑垃圾等施工中常用填料与以上填料的混合填料，且具体施工时，根据规划区域的地质探测报告，在不同的桩孔深度进行夯击填料时，可选用适配材质的填料进行夯击填料，夯击换层后，再换用另一种适配材质的填料进行夯击填料，此时k值根据实际选用的填料材质参照第一种实施方式中公开的k值进行实时调整。
34.同时，在设计贯入度的计算过程中，单桩承载力特征值ra的取值根据复合地基承载力的要求确定，且其确定标准需转化成现场施工可执行的工艺参数，具体的单桩承载力特征值ra的确定通过以下公式及经验表格估算获得：ra＝β
·
f；其中，上述公式中ra为单桩承载体特征值，f为夯击锤落锤时填料对夯击锤的冲击力，β为折减系数且取值范围为0.35～0.7，并且β的取值根据复合地基待加固土体的性质确定，若待加固土体为黏性土则β取小值，若待加固土体为砂性土则β取大值。上述经验表格中s1为3.5吨夯击锤夯击填料时的预定贯入度，h1为3.5吨夯击锤夯击的预定落距。
35.设计人员在设计复合地基承载力时，可以转换成设计单桩承载力特征值，但单桩承载力特征值在施工中难以直接体现，设计人员很少会直接标定ra值，一般会将预定重量的夯击锤比如3.5吨、以预定落距下锤夯击填料测得的预定贯入度这个过程中对应的夯击锤受到填料的冲击力再乘以折减系数来等同于单桩承载力特征值。因此本技术步骤s5中计算设计贯入度的公式中所需的ra值，可参照上述经验表格，将设计给出的3.5吨的预定重锤、以预定落距h1夯击填料时需要满足的预定贯入度s1在表格中对应的冲击力f数值取出，再乘以折减系数β，来标定ra值，以利于设计贯入度的便捷计算。
36.上述经验表格以3.5吨夯击锤夯击时所得数据作为表征参考，若为其他锤重，则在确保冲击能量即上述m
·
g
·
h结果值不变的情况下，将其他锤重换算成对应3.5吨锤重时对应的预定落距h1，再对照经验表格取冲击力f值即可。
37.通过采用上述施工方法对复合地基进行施工，第一方面，在规划区域地基的桩孔中每次夯击填料后，将重锤2的夯击贯入度与地基设计承载力对应的设计贯入度进行对照
和判定，使得每进行下一次填料前即可对在前填料的填料密实度进行实时检测，从而步骤s7中成型的桩体竖直方向每个扩大部均能达到地基设计承载力的要求，确保了成型的桩体既能实现对地基的加固、又能完全符合设计要求，因此在复合地基的施工过程中即引入了挤密桩身的承载性自检，有效确保了复合地基的施工质量，使得后续进行复合地基承载性检测时效率高、容错率高，能有效缩减整体的施工工期。
38.第二方面，由于在复合地基的施工过程中，每一个桩位1中的挤密桩身在不断夯击成型的过程中，均通过承载性自检，确保了复合地基施工中每一个桩位1中挤密桩身最低承载性的一致性，提高了复合地基的施工质量，确保了施工完成后复合地基的实际承载性能。
39.第三方面，在进行自动填料夯击的过程中，设计贯入度的计算可以预先计算得出，每次填料后重锤2的夯击贯入度也可实时检测，对二者进行数值对比后，可自动控制填料或者夯击进程，使得复合地基的施工过程中单桩位的挤密桩身均可以以符合设计要求的标准自动完成，可消除施工过程中人为因素的干扰，不仅能显著提高复合地基的施工效率，还能有效确保复合地基的施工质量，降低施工成本。
40.为实现步骤s5中重锤2的夯击贯入度的自动测算，参照图1和图2，重锤2采用绕卷在液压卷扬机4上的吊绳5进行起吊、下锤，步骤s4中检测夯击贯入度时，通过测算吊绳5的初始点位和实际行走量来进行标定。
41.标定吊绳5的初始位置的方法为：设置固定的归零标记，通过吊绳5将重锤2下放至桩孔底部，并收拢吊绳5，将吊绳5上与归零标记对准的点位标定为吊绳5的初始点位；测算夯击贯入度的方法为：下放重锤2后，收拢吊绳5，此时吊绳5的初始点位越过归零标记的实际行走量即为夯击贯入度。
42.具体实施时，在液压卷扬机4底座上安装计米器，使吊绳5抵触在计米器的计米轮上。分两种情况对吊绳5的初始点位进行标定：第一种情况为桩孔成孔完成后的第一次填料后，即重锤2的第一次下锤夯击，通过液压卷扬机4将重锤2下放至桩孔底部，使得重锤2底部与填料层上端面平齐，此时设定计米器归零，吊绳5上与归零标记对准的点位标定为吊绳5的初始点位。
43.第二种情况为重锤2的第二次及后续下锤夯击，则夯击完成后吊绳5上与归零标记对准的点位标定为吊绳5的初始点位。
44.随后液压卷扬机4收卷吊绳5并将重锤2抬升至距填料层设定落距的高度，下放重锤2后，液压卷扬机4收拢至刚好绷紧吊绳5，此时吊绳5的初始点位越过归零标记的实际行走量即为夯击贯入度。
45.通过将计米器连接电脑和控制器，电脑接受计米器传输的数据，并对重锤2夯击前和夯击后计米器测算的吊绳5实际行走量即夯击贯入度与设计贯入度进行对比。
46.当夯击贯入度小于等于设计贯入度时，则通过控制器控制液压卷扬机4将重锤2抬升并控制自动输送装置3向桩孔内继续投放设定量的填料，再行下锤夯击。
47.当夯击贯入度大于设计贯入度时，则通过控制器控制液压卷扬机4将重锤2抬升至距填料层上端面设定落距的高度继续下放重锤2以继续夯击，直至某一次重锤2夯击后的夯击贯入度小于等于设计贯入度时再进行下一次填料。
48.也即，重锤2每次下锤夯击均对该次下锤的夯击贯入度与设计贯入度进行对比及判定，直至重锤2某次夯击贯入度小于等于设计贯入度且此时重锤2底面刚好不低于步骤s4
中的桩顶标高时，代表该桩位1中的挤密桩身施工完成，通过控制器控制液压卷扬机4执行收锤动作。
49.从而实现了桩孔内挤密桩身成型过程中的自动填料夯击作业，无需施工人员长时间值守，降低了人力成本，并且电脑和控制器组成的控制系统对每次重锤2的夯击作业进行实时检测，可以确保挤密桩身每层扩大头承载性的一致性以及各个桩孔内挤密桩身承载性的一致性，隔绝了人为因素的影响，施工质量得到了有效保证。
50.而每次夯击完成后，重锤2存在一定的下沉量即上述所称的夯击贯入度，其数值相较于重锤2的设定落距差异较大，并且每层填料夯实后，若重锤2的下落高度固定，重锤2的实际落距在不断减小，若采用人工控制重锤2的实际落距，势必较难在每次夯击后都能对重锤2的实际落距与设定落距进行校准，容易导致重锤2冲击能量不足，使得填料层夯实后的实际承载性达不到设计承载性，影响挤密桩身的施工质量。
51.因而步骤s6中每次重锤2夯击完成后，需要修正重锤2的实际落距，也即重锤2抬升至其底面与填料层上表面达设定落距时重锤2距未填料前桩孔底部的实际落距，修正公式为：其中h
′
为重锤2的实际落距，h为重锤2的设定落距，l
t
为桩孔中每次填料高度，s
t
为每次重锤2夯击后的夯击贯入度。消除填料高度及夯击后重锤2的下沉量，尽可有效确保重锤2每次夯击时都能抬升至设定落距，确保了挤密桩身的施工质量。
52.从而通过引入不同填料材质对应的填料影响系数k，并对重锤2的实际落距h
′
通过修正公式进行修正，使得复合地基中单桩位的挤密桩身的主要施工参数均得以量化，实现了复合地基中单桩位的挤密桩身的全自动化施工，施工效率更高，施工质量更加有保障。
53.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。