一种智能化管内载体施工方法及数字化施工方法

技术领域

本申请涉及载体桩施工技术领域，尤其是涉及一种智能化管内载体施工方法及数字化施工方法。

背景技术

载体桩是由桩身、复合载体、影响土体三部分构成的可等效为扩展基础受力的一种桩型，因复合载体的受力面积较大，当作抗压桩使用时具有明显的优势。其桩身一般为现浇混凝土结构或高强预应力预制桩，在施工时的区别在于现浇载体桩是在钢管护壁下施工，而预制载体桩则是在预制管桩护壁下施工；其中，复合载体是位于桩身底部、经深层填充料夯实的复合体。根据复合载体的施工方式不同，主要分为强夯法、静压法、旋压法等，其中强夯法以操作方式灵活、施工设备简便、施工效率高的优势成为当前的主流施工方式。

强夯法主要是通过提升重锤，借助重锤自由落体的冲击能量对桩孔内的填充料进行夯击挤密，目前比较先进的强夯法施工中，已经研发出了可以自动定量输送填充料、自动提锤夯击以及根据一击夯沉量判定下一施工步骤是向桩孔填料还是继续夯击的自动判定机制。

比如在公开号为CN113322928A的中国专利中，公开了一种自动化桩身非挤土型载体桩多设备高效施工方法，其将夯锤与桩底标高平齐的状态设为夯锤的零点位，根据每次夯击后夯锤相较于零点位的行程差，可以达到自动判定下一施工步骤的效果，实现了载体桩的复合载体的自动化施工。

又比如在公开号为CN114991144A的中国专利中，公开了一种载体桩自动化施工设备，其通过在自动输料皮带上设置挡料板，并将驱使挡料板升降的升降驱动件与定量控制器控制连接，可以实现对输料量的高精度控制，以利于提高复合载体自动化施工方法中判定机制的判定精准度。

由此，载体桩中复合载体的强夯法的施工方式基本已进入自动化施工进程，对于载体桩施工技术的发展具有划时代的意义，社会经济效益显著。而对于复合载体的自动化施工，首先要解决的还是需要依据标的地基的土性勘察报告，确定桩底标高所在的土层性质，然后设定相匹配的提锤高度、单次输料量及判定参数，而后施工设备才能以标准化的方式自动施作。

然而，即使是在同一单体区域进行载体桩桩群施工，由于在进行地勘检测时，一般取单体四角处或者加上长边三等分点处进行钻孔取样，取样点数量远小于该单体区域上桩群桩位数，也可能存在实际桩位处桩底标高土层性质与勘察报告的土层性质不一致的情况：比如遇到实施桩位为粘性土体，其含水量大于勘察报告中土体含水量，其土体压缩模量小于10Mpa，在进行自动化施作复合载体的过程中，设定了标准夯击参数，粘性土通过重锤的反复夯击，造成了土体的破坏，导致其承载力降低，成为橡皮土；这种情况下即使填入过多的填充料，也难以将这些填充料夯击至满足三击贯入度，使得施工设备一直处于循环填料、夯击的状态，严重影响施工效率和施工质量。

发明内容

为了改善地勘检测难以具体表征每个桩位桩底标高土层性质而导致的桩位处自动化施工存在控制参数匹配度不高的问题，本申请提供一种智能化管内载体施工方法及数字化施工方法。

本申请第一方面提供的一种智能化管内载体施工方法采用如下的技术方案：

一种智能化管内载体施工方法，包括以下步骤：

S1.参照桩孔设置，在地勘检测的取样孔处成孔至桩底标高，形成参照桩孔；计算单次自动填料的标准量，标定所述标准量的填充料在所述参照桩孔中堆积的上层标高为验夯零点位，设定自动填料的启动节点为重锤一击后所述桩底标高与锤底标高之差落入验夯阈值；

S2.参照桩孔验夯，向所述参照桩孔中投入所述标准量的填充料，提升重锤夯击并检测一击后重锤底部的一击标高，以所述桩底标高减去所述一击标高得到一击标差；修正重锤提锤高度并落锤夯击，直至重锤单次夯击上层标高达所述验夯零点位的填充料后所述一击标差符合所述验夯阈值，此时的重锤提锤高度即为验夯高度；

S3.实施桩孔验夯，在邻近所述参照桩孔的桩孔标记处成孔为实施桩孔，以所述验夯高度为初始提锤高度，重复步骤S2验夯得到重锤抬高的实施高度；

S4.实施桩孔施工，以步骤S3中的所述实施高度作为重锤提锤高度，在所述实施桩孔中进行自动填料、夯击；

S5.密实度检测，进行填充料密实度检测，满足施工要求的密实度标准即停夯。

可选的，步骤S2中修正所述验夯高度时，

若所述一击标差小于所述验夯阈值极小值，则增大提锤高度再起吊重锤夯击；

若所述一击标差大于所述验夯阈值极大值，则减小提锤高度再起吊重锤夯击；

若所述一击标差符合所述验夯阈值范围，则标定初始提锤高度或修正后的提锤高度为验夯高度；

每次复夯时，向所述参照桩孔中投入填充料以使填充料上层标高达所述验夯零点位。

可选的，设置提锤高度极值，在步骤S2中验算所述验夯高度时和步骤S3中验算所述实施高度时，当重锤抬升高度达所述提锤高度极值后，对应的所述一击标差依然未达所述验夯阈值范围，判定所述提锤高度极值为所述验夯高度或所述实施高度。

可选的，当所述桩底标高周侧土层的压缩模量小于10Mpa时，所述验夯阈值取值为-5cm～-20cm；当所述桩底标高周侧土层的压缩模量大于等于10Mpa时，所述验夯阈值为5cm～20cm。

可选的，步骤S1中所述标准量的计算公式为：

其中，V

可选的，步骤S3中在所述实施桩孔中进行验夯时，将重锤抬升至所述验夯高度，检测重锤一击后的所述一击标差；

若所述一击标差小于所述验夯阈值极小值，则增大提锤高度再起吊重锤夯击；

若所述一击标差大于所述验夯阈值极大值，则减小提锤高度再起吊重锤夯击；

若所述一击标差符合所述验夯阈值范围，则标定所述验夯高度或修正后的提锤高度为所述实施高度；

每次复夯时，向所述实施桩孔中投入填充料以使填充料上层标高达所述验夯零点位。

可选的，在步骤S2和步骤S3中修正提锤高度时，若连续两次修正提锤高度后测算的所述一击标差分别落在了所述验夯阈值的范围两端，则降低提锤高度的单次修正量并修正提锤高度，重新进行验夯操作。

可选的，步骤S4中在所述实施桩孔中进行自动填料、夯击时，若重锤累计多次夯击后的最后一锤测算出的所述一击标差初次达所述验夯阈值范围，则向所述实施桩孔中自动投入所述标准量的填充料；否则，不填料。

可选的，步骤S4中，一个所述参照桩孔对应多个与之邻近的所述实施桩孔，所述实施桩孔与对应的所述参照桩孔之间的间距不大于20m。

可选的，步骤S5中检测填充料密实度的方法为三击贯入度检测；

或者检测重锤每次夯击后的一击下沉量，当连续不少于五次的不填料夯击后，重锤的所述一击下沉量呈减小趋势或者局部相等趋势时，视为填充料符合密实度标准。

本申请第二方面提供的一种管内载体数字化施工方法采用如下的技术方案：

一种管内载体数字化施工方法，基于上述的一种智能化管内载体施工方法，其进一步设置为：在步骤S4中，记录在所述实施桩孔中施工的基础数据和施工数据；

所述基础数据包括桩顶标高、桩底标高和场地标高；

所述施工数据包括所述验夯阈值、所述标准量、所述实施高度、重锤每次夯击的夯沉量以及重锤夯击次数；

将所述基础数据和所述施工数据保存在本地形成初始数据，上传所述初始数据至服务器并由服务器生成施工记录表；或者基于所述初始数据在本地生成施工记录表并将施工记录表上传至服务器。

综上，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.在单体区域进行载体桩的群桩施工时，将取样孔附近的多个桩位与该取样孔划分成一个标准施工区域，在该标准施工区域中，在取样孔处成孔至桩底标高并形成参照桩孔后，实施桩孔的桩底标高周侧土层性质参照参照桩孔的桩底标高周侧土层性质，可以以较低的误差快速修正抬锤高度，提高施工效率；同时将单体区域中的多个群桩划分为多个标准施工区域，以不同的参照桩孔的桩底标高周侧土层性质进行施工参数设置，可以有效改善因单体区域内土层性质存在差异而导致的自动化施工参数设置不合理的情况发生，进而有效确保载体桩的复合载体在进行自动化施工时的施工质量；

2.将验夯过程中，对重锤抬锤高度进行修正的判断逻辑进行具象化、数字化，并输入至自动填料夯击设备的控制电脑中，可以实现在参照桩孔和实施桩孔中的全自动化验夯操作，极大降低了人为操作时的主观因素干扰，为复合载体的全自动化智能施工奠定了基础；

3.设置提锤高度极值，进一步完善了验夯过程中重锤提锤高度修正的判断逻辑，进一步提高了自动填料夯击设备的自动化可操作性，使得本申请的智能化施工方法受人力干扰更少；

4.将施工关键参数生成施工记录表，并上传至服务器，可以实现每一个桩位的桩基的施工参数可追溯性和防篡改性，有利于施工方和监理方把控施工质量；同时可以实现对施工质量的远程监控，有助于改善在项目施工中施工方质量管控人员以及监理方需要多地、多桩位查看施工进程的现状。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例的参照桩孔和实施桩孔的分布示意图；

图2是本申请实施例主要用于展示验夯零点位和桩底标高的剖视结构示意图；

图3是本申请实施例的验夯流程图。

附图标记说明：1、桩底标高；21、参照桩孔；22、实施桩孔；3、验夯零点位。

实施方式

以下结合附图1-3对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种智能化管内载体施工方法。参照图1和图2，智能化管内载体施工方法包括以下步骤：

S1.参照桩孔21设置，在地勘检测的取样孔处成孔至桩底标高1，形成参照桩孔21；当施作现浇载体桩时，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，并且还需在参照桩孔21中下钢护筒护壁；当施作预制载体桩时，可以直接以封底的预应力空心桩下压至桩底标高1。同时，计算自动填料的单次标准量，标定标准量的填充料在参照桩孔21中堆积的上层标高为验夯零点位3，设定自动填料的启动节点为重锤一击后桩底标高1与锤底标高之差落入验夯阈值。

其中，验夯阈值用来表征标准量的填充料被夯击密实的程度，在不同的土层性质下有不同的设置值，具体为，当桩底标高1周侧土层的压缩模量小于10Mpa时，此时重锤在夯击填充料时需要注意防水，因而重锤锤底不得超出桩底标高1土层，因此此时验夯阈值设为负值，具体可以是-5～-20cm，根据实际施工场景可以选择-10cm、-15cm、-18cm等值；当桩底标高1周侧土层的压缩模量大于等于10Mpa时，此时重锤夯击可以越过桩底标高1土层，因此验夯阈值设为正值，可以是5～20cm，根据实际施工场景可以选择10cm、15cm、18cm等值。

S2.参照桩孔21验夯，向参照桩孔21中投入标准量的填充料，根据施工经验确定该施工要求下的标称高度，将重锤提升至标称高度后夯击，一般取标称高度为3m；再检测重锤一击后重锤底部的一击标高，将桩底标高1减去重锤底部的一击标高得到一击标差；修正重锤提锤高度并落锤夯击，直至重锤单次夯击上层标高达验夯零点位3的填充料后测算的一击标差符合验夯阈值，此时重锤的提锤高度即为验夯高度。

S3.实施桩孔22验夯，在邻近参照桩孔21的桩孔标记处成孔为实施桩孔22，具体成孔方式与前述参照桩孔21的成孔方式相同，随后以验夯高度为初始提锤高度，重复步骤S2验夯得到重锤抬高的实施高度。

S4.实施桩孔22施工，以步骤S3中的实施高度作为提锤高度，在实施桩孔22中进行自动填料、夯击，重锤夯击过程中的自动填料节点以步骤S1中自动填料的的启动节点为准；也即，若重锤累计多次夯击后的最后一锤计算出的一击标差初次达验夯阈值范围，则向实施桩孔22中自动投入标准量的填充料；否则，不填料。

S5.密实度检测，进行填充料密实度检测，满足施工要求下的密实度标准即停夯。

因此，在单体区域进行载体桩的群桩施工时，在单体区域中标注桩位后，可以根据地勘检测的取样孔分布情况，将取样孔附近的多个桩位与该取样孔划分成一个标准施工区域。在该标准施工区域中，在取样孔处成孔至桩底标高1并形成参照桩孔21后，其余桩位的桩底标高1处土层性质参照该参照桩孔21的桩底标高1处土层性质；这样，将单体区域中的多个群桩划分为多个标准施工区域，以不同的参照桩孔21的桩底标高1处土层性质进行施工参数设置，可以有效改善因单体区域内土层性质存在差异而导致的自动化施工参数设置不合理的情况发生，可以有效确保载体桩的复合载体在进行自动化施工时的施工质量。

具体的是，将自动填料夯击设备移动至参照桩孔21后，首先向参照桩孔21中自动输送标准量的填充料，将重锤抬高至标称高度进行夯击，根据检测并计算出的一击标差，再与验夯阈值进行比对，可以对重锤的提锤高度进行修正；并且在每次修正后，都将参照桩孔21中的填充料补充至验夯零点处，以确保每次提锤高度修正后夯击填充料顶部标高不变，尽可能规避填充料顶部标高不同而导致的一击标差存在误差的情况发生，确保了在修正提锤高度时的准确性。

需要说明的是，在修正提锤高度参数后补充填充料时，自动填料夯击设备可以测算出上一击后重锤锤底的标高，该标高与验夯零点位3的差值即为需要投入的填充料的堆积深度，再根据参照桩孔21的孔径即可计算出所需的填料量。

由此，经过反复修正后，可以得出在该桩底标高1处的土层性质下，最适宜的提锤高度，也即验夯高度。而后在该参照桩孔21对应的标准施工区域中的实施桩孔22中进行验夯时，同样采用上述步骤，也可以得出不同桩位处的实施桩孔22对应的重锤提锤高度，并且该实施高度可以根据在不同的实施桩孔22中验夯操作的实际情况自主调整，可以为自动填料夯击设备的自动化施工提供精准的施工参数，可使实施桩孔22中的复合载体施工更加标准化和智能化。

而在验夯操作中，参照图2和图3，步骤S2中调试验夯高度时，若一击标差小于验夯阈值极小值，比如一击标差小于5cm或-20cm，表明此时重锤夯击能量不足，则此时增大提锤高度再起吊重锤夯击；若一击标差大于验夯阈值极大值，比如一击标差大于20cm或-5cm，表明此时重锤夯击能量过大，则减小提锤高度再起吊重锤夯击；若一击标差符合验夯阈值范围，则标定初始提锤高度或修正后的提锤高度为验夯高度；且每次复夯时，向参照桩孔21中投入填充料以使填充料上层标高达验夯零点位3。

同理，步骤S3中在实施桩孔22中进行验夯时，将重锤抬升至验夯高度，检测重锤一击后的一击标差；若一击标差小于验夯阈值极小值，重锤夯击能量不足，则增大提锤高度再起吊重锤夯击；若一击标差大于验夯阈值极大值，重锤夯击能量过大，则减小提锤高度再起吊重锤夯击；若一击标差符合验夯阈值范围，则标定验夯高度或修正后的提锤高度为实施高度；且每次复夯时，向实施桩孔22中投入填充料以使填充料上层标高达验夯零点位3。

其中，每次修正提锤高度时，可以依实际施工情况决定提锤高度的单次修正量为30cm～100cm。而且，若相邻两次修正后得到的一击标差分别落在了验夯阈值的范围外，比如一个小于验夯阈值极小值、一个大于验夯阈值极大值，此时应当降低提锤高度的单次修正量，并修正提锤高度，再重新进行验夯操作。

这样，将上述验夯判定逻辑输入至自动填料夯击设备的控制电脑中，可以实现在参照桩孔21和实施桩孔22中的全自动化验夯操作，极大降低了人为操作时的主观因素干扰，将施工人员的施工经验总结并转化为数字化的参数标准，配合验夯判定逻辑，为复合载体的全自动化智能施工奠定了良好的逻辑基础，极大提高了载体桩群桩施工中的标准化、智能化、高质量、高效率施工，可以显著缩减施工成本及社会资源消耗。

另一方面，考虑到当桩底标高1处土层性质较好，承载性能较高时，向参照桩孔21或实施桩孔22中投入填充料后，重锤一击后的一击标差不一定能达验夯阈值的标准，尤其是在多次复夯后，桩底标高1处的土层已经被挤密，桩底标高1处土层的承载性进一步得到增强，填充料向桩底标高1周边土层扩散的难度增大。为避免自动填料夯击设备无限累加重锤抬锤高度，还设置提锤高度极值，在步骤S2中验算验夯高度时和步骤S3中验算实施高度时，当重锤抬升高度达提锤高度极值后，即使对应的一击标差依然未达验夯阈值范围，依然停止复夯，判定提锤高度极值为验夯高度或实施高度。这样进一步提高了自动填料夯击设备的自动化可操作性。

同时，根据载体桩施工中的基础设置，步骤S1中标准量的计算方式为：

其中，V

并且在步骤S4中，一个参照桩孔21对应多个与之邻近的实施桩孔22，实施桩孔22与对应的参照桩孔21之间的间距不大于20m；在步骤S5中检测填充料密实度的方法为三击贯入度检测；或者检测重锤每次夯击后的一击下沉量，当连续不少于五次的不填料夯击后，重锤的一击下沉量呈减小趋势或者局部相等趋势时，视为填充料符合密实度标准。

这样设置后，可以尽可能提高每一个标准施工区域中的参照桩孔21桩底标高1处土层性质的代表性，从而降低在实施桩孔22中的验夯修正次数，有助于提高载体桩的群桩施工效率。

本实施例还公开一种管内载体数字化施工方法，基于上述一种智能化管内载体施工方法，进一步还包括：在步骤S4中，记录在实施桩孔22中施工的基础数据和施工数据；

基础数据包括桩顶标高、桩底标高1和场地标高；

施工数据包括验夯阈值、标准量、实施高度、重锤每次夯击的夯沉量以及重锤夯击次数；

将基础数据和施工数据保存在本地形成初始数据，上传初始数据至服务器并由服务器生成施工记录表；或者基于初始数据在本地生成施工记录表并将施工记录表上传至服务器。

服务器可以与终端设备进行远程通讯，终端设备可以是但不限于是手机、笔记本电脑、计算机等。其中，基础数据中的桩顶标高、桩底标高1及场地标高均为施工设计参数，可依设计要求得出。

这样设置后，通过将复合载体施工过程中的关键数据存储在本体并上传云端，一方面，将施工关键参数生成施工记录表，可以实现每一个桩位的桩基的施工参数可追溯性，有利于施工方和监理方把控施工质量。并且，另一方面，施工关键参数组成的施工记录表不仅储存在本地的存储介质中还上传至服务器，实现了每一个桩位施工参数的防篡改双保险，更加确保了单桩施工参数的可溯源性。

再一方面，将施工关键参数上传至服务器，可以实现对施工质量的远程监控，有利于多桩位同时施工时的质量监控，可以极大提高在大场地施工或者大型项目施工中或者多地、异地施工中的质量控制效率，有助于改善在项目施工中施工方质量管控人员以及监理方需要多地、多桩位查看施工进程的现状，对高效、高质量工程施工的推进具有极大的促进意义。

除非另作定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则相对位置关系也可能相应地改变。

以上均为本申请的可选实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。