振冲碎石桩透水性控制的方法与流程

1.本发明涉及桩机施工技术领域，尤其涉及一种振冲碎石桩透水性控制的方法。


背景技术：

2.振冲法是一种地基处理的方法，在振冲器水平振动和高压水或辅以高压空气的共同作用下，使松散地基土层振密；或在地基土层中成孔后，回填性能稳定的硬质粗颗粒材料，经振密形成的增强体(振冲桩)和周围地基土形成复合地基的地基处理方法。
3.利用振冲法施工的过程中，不同地质条件的地层采用施工方法不同，如果遇到结构复杂的特殊地层，在振冲器水平振动和高压水的共同作用下仍不能保证施工效果时，可以使用高压空气作为辅助，通过高压水和高压气共同作用对地层进行冲孔预破坏，有利于提高振冲器的穿透和造孔能力。
4.但《水电水利工程振冲法地基处理技术规范》(dl/t524-2016)中关于供水压力、供水量的规定只是根据工程实践(国内振冲碎石填料桩现有施工水平35m以内，且均是地层相对单一的浅孔振冲)的经验进行了归纳性总结，仅给出了水泵的供水压力和供水量的一个大致范围，对于何种地层应采取多大水压没有具体规定，对于供气没有具体规定。对于覆盖层厚度大多为100m以上的超深覆盖层而言，由于存在软弱夹层(如湖相沉积淤泥质黏土)和相对密实的硬层(如砂层或砂层夹砾石)，使得这两种地层在造孔中所遇到的问题完全不同，尤其是当该地层又处于超强地震带时，上述规定已完全不能适用。
5.此外，常规方法进行振冲施工的方法在覆盖层厚度大，强震频发尤其是易发生特大地震条件下的地层不适用，因为，常规振冲方法无法确保形成碎石填料桩的透水性，无法保证特大地震条件下桩体不断裂。


技术实现要素：

6.本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种振冲碎石桩透水性控制的方法，确保碎石桩孔内透水性符合预设要求，以便保证在超强地震带超深覆盖层下形成的超深振冲碎石填料桩透水性良好。
7.为实现本发明的上述目的，本发明提供一种振冲碎石桩透水性控制的方法，包括：
8.通过对包括伸缩导杆和振冲器的振冲碎石填料桩机的下水进行控制，快速完成碎石填料碎石桩孔的振冲施工；
9.对碎石桩孔进行清孔处理，并通过泥浆泵获取清孔处理过程中碎石桩孔内的泥浆密度；
10.根据泥浆泵获取的泥浆密度控制供应下水的下水流量和供压下气的下气流量，以便碎石桩孔内泥浆密度符合要求；
11.以符合要求的泥浆密度继续进行清孔处理，直至清孔处理结束；
12.清孔处理结束后，将碎石填料投放到碎石桩孔内，并利用振冲器对碎石桩孔内碎石填料进行振冲加密施工，形成具有有效桩径的振冲碎石填料桩。
13.优选的，通过泥浆泵获取清孔处理过程中碎石桩孔内的泥浆密度包括：
14.利用泥浆泵将碎石桩孔内泥浆向上抽送到泥浆密度计处；
15.通过泥浆密度计对抽送上来的泥浆进行泥浆密度检测，获取碎石桩孔内的当前泥浆密度值。
16.优选的，所述泥浆密度计安装在地面上。
17.优选的，根据获取的泥浆密度控制供应下水的下水流量和供压下气的下气流量，以便碎石桩孔内泥浆密度符合要求包括：
18.获取碎石桩孔内的当前泥浆密度值后，比较当前泥浆密度值与预设泥浆密度阈值；
19.根据当前泥浆密度值与预设泥浆密度阈值的比较结果，控制供应下水的下水流量和供压下气的下气流量，以便碎石桩孔内泥浆密度符合要求。
20.优选的，根据当前泥浆密度值与预设泥浆密度阈值的比较结果，控制供应下水的下水流量和供压下气的下气流量包括：
21.比较结果为当前泥浆密度值在预设泥浆密度阈值内时，控制在当前下水流量、当前下气流量下进行清孔处理；
22.比较结果为当前泥浆密度值超出预设泥浆密度阈值时，控制供应下水的下水流量和供压下气的下气流量，以便泥浆密度值在预设泥浆密度阈值内。
23.优选的，在比较结果为当前泥浆密度值超出预设泥浆密度阈值时，控制供应下水的下水流量和供压下气的下气流量的过程中，若出现塌孔现象，则对碎石桩孔进行化学泥浆护壁处理。
24.优选的，通过对包括伸缩导杆和振冲器的振冲碎石填料桩机的下水进行控制，快速完成碎石填料碎石桩孔的振冲施工包括：
25.将用于供应下水的管道穿过伸缩导杆和振冲器后从振冲器的底端伸出，以便下水从振冲器底端喷出对地层进行水冲预破坏；
26.在振冲施工过程中获取当前地层密实度；
27.获取供应下水的瞬时下水压力，并将获取的瞬时下水压力确定为当前下水压力；
28.根据预置的下水压力与地层密实度的对应关系，查找与当前地层密实度相对应的目标下水压力；
29.控制供应下水的下水流量，使当前下水压力达到所述目标下水压力，以便利用振冲器振冲和目标下水压力完成碎石桩孔的振冲施工。
30.优选的，所述获取当前地层密实度包括：
31.获取振冲器的当前振冲电流；
32.根据预置的振冲电流与地层密实度的对应关系，查找与当前振冲电流相对应的地层密实度；
33.将所查找到的地层密实度确定为当前地层密实度。
34.优选的，所述获取振冲器的当前振冲电流包括：
35.获取所述振冲器的振冲电流瞬时值；
36.将获取的振冲电流瞬时值确定为当前振冲电流。
37.优选的，所述获取振冲器的当前振冲电流包括：
38.获取振冲器的多个振冲电流瞬时值；
39.对获取的多个振冲电流瞬时值做平均处理，得到平均振冲电流；
40.将平均振冲电流确定为当前振冲电流。
41.优选的，利用振冲器对碎石桩孔内碎石填料进行振冲加密施工，形成具有有效桩径的振冲碎石填料桩包括：
42.在利用振冲器对碎石桩孔内碎石填料进行振冲加密施工期间，利用设置在振冲器壳体内侧的拾音器检测振冲器对嵌入到碎石填料桩碎石桩孔周围土层中的碎石填料进行振冲时的振冲器实时振动信号；
43.根据设置在振冲器壳体内侧的拾音器检测到的所述振冲器实时振动信号，对所述振冲器对碎石填料桩的振冲进行控制，使振冲器振冲填入碎石填料碎石桩孔中的碎石填料而形成碎石填料桩的桩径等于有效桩径。
44.优选地，根据设置在振冲器壳体内侧的拾音器检测到的所述振冲器实时振动信号，对所述振冲器对碎石桩的振冲进行控制包括：
45.通过将所述拾音器检测到振冲器实时振动信号进行时域到频域的转换，得到振冲器实时振动信号主频频率；
46.将所述振冲器实时振动信号主频频率与预设频率进行比较；
47.当所述振冲器实时振动信号主频频率达到或接近预设频率时，判断将要形成的碎石桩的桩径等于有效桩径，并向上提升振冲器，对将要形成的振冲碎石桩的中间部分的碎石进行振冲，从而最终形成桩径等于有效桩径的碎石桩；
48.当所述振冲器实时振动信号主频频率大于所述预设频率时，控制振冲器继续对嵌入到碎石桩孔周围土层中的碎石进行振冲。
49.优选地，所述预设频率是预先获得的振动器振幅降低到最小时的振冲器振动信号主频频率。
50.优选地，根据设置在振冲器壳体内侧的拾音器检测到的所述振冲器实时振动信号，对所述振冲器对碎石桩的振冲进行控制包括：
51.通过将所述拾音器在前检测到的在前振冲器振动信号和在后检测到的在后振冲器振动信号进行时域到频域的转换，得到在前振冲器振动信号主频频率和在后振冲器振动信号主频频率；
52.对振冲时段内所得到的在前振冲器振动信号主频频率和在后振冲器振动信号主频频率进行分析；
53.当在后振冲器振动信号主频频率小于在前振冲器振动信号主频频率且保持一段时间时，判断将要形成的碎石桩的桩径等于有效桩径，并向上提升振冲器，对将要形成的振冲碎石桩的中间部分的碎石进行振冲，从而最终形成桩径等于有效桩径的碎石桩。
54.优选地，设置在振冲器壳体内侧的拾音器包括声音传感器和音频放大器。
55.优选地，设置在振冲器壳体内侧的拾音器为声音传感器。
56.与现有技术相比，本发明振冲碎石桩透水性控制的方法具有如下有益效果：
57.1、本发明振冲碎石桩透水性控制的方法，对振冲施工形成的碎石桩孔进行清孔过程中的泥浆密度进行实时检测，确保碎石桩孔内透水性符合预设要求，从而为确保后续对投向碎石桩孔内的碎石填料进行振冲加密所形成的碎石桩的透水性符合要求提供前提条
件，保证碎石桩在特大地震条件下(如8.5-9级地震条件下)仍能将地层深部的超静孔隙水压力沿碎石桩垂直上传，避免碎石桩在强震条件下发生挫断事故，提高碎石桩形成的复合地基的稳定性与安全性。
58.2、本发明方法，对于深厚覆盖的复杂地层，根据不同地层密实度精确控制下水压力的供给量，以便振冲器与合适下水压力共同作用，顺利完成复杂地层的深孔振冲施工，从而解决了50m以上深厚覆盖层地层振冲施工的难题。
59.3、本发明方法，对局部分布不均匀的地层获取的振冲电流瞬时值进行平均处理，避免由于振冲电流频繁突变而频繁调整供应下水的下水压力，保证水泵供水平稳，延长水泵使用寿命。
60.4、本发明方法，能够使碎石桩与周围土层紧密结合在一起，使碎石桩的桩径真正达到设计要求。
61.下面结合附图对本发明进行详细说明。
附图说明
62.图1是本发明振冲碎石桩透水性控制的方法的示意图；
63.图2是本发明使用的振冲碎石桩机的示意图；
64.图3是本发明振冲碎石桩机的下水控制系统的示意框图；
65.图4是本发明实施例获取当前地层密实度的方法流程图；
66.图5是本发明实施例下水控制方法流程图；
67.图6是本发明在振冲器壳体内侧设置拾音器的的示意图；
68.图7是本发明用来控制振冲器对碎石填料进行加密控制的加密控制部分的原理图；
69.图8是图7中的加密控制部分进行振冲加密控制的第一实施例的流程图；
70.图9是图7中的加密控制部分进行振动加密控制的第二实施例的流程图；
71.图10是本发明对泥浆密度进行控制的流程图。
具体实施方式
72.如图1所示，为本发明振冲碎石桩透水性控制的方法的流程图，由图1可知，本发明方法包括：
73.通过对包括伸缩导杆和振冲器的振冲碎石填料桩机的下水进行控制，快速完成碎石填料碎石桩孔的振冲施工；
74.对碎石桩孔进行清孔处理，并通过泥浆泵获取清孔处理过程中碎石桩孔内的泥浆密度；
75.根据泥浆泵获取的泥浆密度控制供应下水的下水流量和供压下气的下气流量，以便碎石桩孔内泥浆密度符合要求；
76.以符合要求的泥浆密度继续进行清孔处理，直至清孔处理结束；
77.清孔处理结束后，将碎石填料投放到碎石桩孔内，并利用振冲器对碎石桩孔内碎石填料进行振冲加密施工，形成具有有效桩径的振冲碎石填料桩。
78.其中，本发明对振冲碎石桩透水性进行控制是在振中碎石桩机施工过程实现，图2
显示了本发明在施工过程中使用的振冲碎石桩机1000的结构图。如图2所示，振冲碎石桩机1000包括吊装装置、导杆10、振冲器13及自动进给装置。
79.具体的，吊装装置包括振冲碎石桩机的主机、与主机连接的桅杆11、安装在主机后端的主卷扬装置，通过主卷扬装置的钢丝绳及桅杆11吊装导杆10，以使导杆在自重作用下竖直安置。
80.此外，在主机上安置有自动进给装置，该自动进给装置安装于吊装装置主机的后部，可用作主机的配重。自动进给装置包括气管卷扬装置、电缆卷扬装置和水管卷扬装置，且这三个装置与主卷扬装置被设置为同步进给。
81.导杆10具有位于上部的用于与主卷扬装置的钢丝绳连接的连接段、位于中间的支撑段和位于下部的用于与振冲器13连接的工作段。该导杆10采用伸缩式导杆，使得导杆10的轴向长度可调，以便改变振冲器系统相对地面的下放或上提位置。即，导杆10具有由内向外依次套接的多层套管，连接段为顶层套管，工作段为底层套管，支撑段包括一层或多层中间套管。其中，相邻两层套管可采用现有技术的连接结构连接在一起，即可使相邻两层套管轴向滑动顺利，又可防止相互之间发生扭转。工作时，导杆中多层套管的数量与长度可以根据使用需要而确定，如可采用4层以上的套管，每层套管的长度可为18—25米(顶层套管的长度还可更长些)。使用时，导杆的多层套管的长度可伸长或缩短，当伸缩式导杆的多层套管全部伸出时，伸缩式导杆的总长度可达到100米甚至更长，因此，采用本发明的振冲碎石桩机可以对深度大于50米的地层进行振冲造孔。
82.振冲碎石桩机施工通常包括，1)振冲形成碎石桩孔，2)对碎石桩孔进行清清孔处理，3)将碎石填料投放到碎石桩孔内，4)振冲器对填入碎石桩孔中的碎石进行振冲加密，形成碎石桩。
83.本发明通过对振冲碎石桩机的下水控制方法形成碎石桩孔，包括：在振冲施工过程中获取当前地层密实度；根据当前地层密实度，实时控制水泵供应下水的下水流量，以便振冲器和下水共同作用快速振冲碎石桩孔施工。
84.本发明根据当前地层密实度自动控制下水的供给量，既适用于地层相对单一的浅孔振冲，也适用于地层复杂的深孔振冲，保证浅孔或深孔振冲施工的顺利进行。
85.如图5所示，本实施例提供一种振冲碎石桩机的下水控制方法，包括：
86.s100，将用于供应下水的管道穿过伸缩导杆和振冲器后从振冲器的底端伸出，以便下水从振冲器底端喷出对地层进行水冲预破坏；
87.s101，在振冲施工过程中获取当前地层密实度；
88.s102，获取供应下水的瞬时下水压力，并将获取的瞬时下水压力确定为当前下水压力；
89.s103，根据预置的下水压力与地层密实度的对应关系，查找与当前地层密实度相对应的目标下水压力；
90.s104，控制供应下水的下水流量，使当前下水压力达到所述目标下水压力，以便利用振冲器振冲和目标下水压力完成振冲施工。
91.如图4所示，s101在振冲施工过程中获取当前地层密实度包括：
92.s201，获取振冲器的当前振冲电流；
93.s202，根据预置的振冲电流与地层密实度的对应关系，查找与当前振冲电流相对
应的地层密实度；
94.s203，将查找到的地层密实度确定为当前地层密实度。
95.如图2所示，振冲器3通过振冲器变频柜2连接控制器1，振冲器变频柜2和控制器1采用无线连接，也可以采用有线连接。
96.在本实施例的一个实施方式中，当遇到局部分布均匀的地层时，获取的振冲电流瞬时值平稳，s201获取振冲器的当前振冲电流通过以下方式实现：获取振冲器的振冲电流瞬时值；将获取的振冲电流瞬时值确定为当前振冲电流。
97.该实施方式在具体实施时，控制器1从振冲器变频柜2获取振冲器3的振冲电流信号，并将获取的振冲电流确定为当前振冲电流。或者，在振冲器变频柜2连接振冲器3的振冲出线上安装电流检测传感器(图中未示出)；启动振冲器3时，电流检测传感器就会有振冲电流信号产生，振冲电流信号通过有线或无线的方式实时传输到控制器1。控制器1将从电流检测传感器实时传输过来的振冲电流确定为当前振冲电流。其中，电流检测传感器可以采用现有技术中能够检测电流的任意传感器。例如，电流互感器。
98.在本实施例的另一个实施方式中，当遇到局部分布不均匀的地层时，获取的振冲电流瞬时值跳跃大，s201获取振冲器的当前振冲电流通过以下方式实现：获取振冲器的多个振冲电流瞬时值；对获取的多个振冲电流瞬时值做平均处理，得到平均振冲电流；将平均振冲电流确定为当前振冲电流。其中，获取相邻两个所述振冲电流瞬时值的间隔时间相等。对获取的多个振冲电流瞬时值做平均处理的方法如下：将连续获取的n(n≥2)个振冲电流瞬时值编成一个队列，并将队列中的n个振冲电流瞬时值相加后取平均值；将每次新获取的一个振冲电流瞬时值加入队尾，同时去掉队首的一个振冲电流瞬时值，形成一个新的队列，并将新的队列中的n个振冲电流瞬时值相加后取算术平均值。
99.该实施方式在具体实施时，获取振冲电流瞬时值的方法参见前述的实施方式。具体可以在控制器内部设置电流平均处理模块，控制器从振冲器变频柜2或电流检测传感器获取振冲电流瞬时值，通过电流平均处理模块对队列中的n(n≥2)个振冲电流瞬时值做平均处理，得到平均振冲电流；控制器将平均振冲电流确定为当前振冲电流。
100.其中，s202根据预置的振冲电流与地层密实度的对应关系，查找与当前振冲电流相对应的地层密实度；以及s203将查找到的地层密实度确定为当前地层密实度。具体实施方式如下：
101.控制器中预置有振冲电流与地层密实度的对应关系。振冲电流与地层密实度的对应关系通过试验获得，即在正式施工之前，在现场先做试验桩孔，控制器通过试验桩孔获得的大量数据分析确定振冲电流与地层密实度的对应关系。
102.在本实施例的一个实施方式中，振冲电流与地层密实度的对应关系，如表1所示。将地层密实度分为软、中、硬三个级别，不同级别的地层密实度与振冲电流的对应关系通过现场试验数据获得。
103.表1振冲电流与地层密实度的对应关系
104.振冲电流i地层密实度dri《0.3ie软0.3ie《i《0.8ie中i》0.8ie硬
105.其中，表1所示的ie为振冲器额定电流。
106.控制器获得当前振冲电流后，通过查找表1，将与当前振冲电流相对应的地层密实度确定为当前地层密实度。例如，当控制器1获取当前振冲电流i＝0.3ie时，通过查找表1，将当前地层密实度确定为中级。
107.需要说明的是，表1只是示出了振冲电流与地层密实度的一种对应关系，对于更复杂的地层，控制器还可以根据现场试验数据得到其他更复杂的对应关系。
108.其中，s102获取供应下水的瞬时下水压力，并将获取的瞬时下水压力确定为当前下水压力，具体实施方式如下：
109.如图3所示，在水泵4的出水管路上安装供水压力检测传感器41，用于获取水泵4供应下水的瞬时下水压力并传输至控制器1，控制器1将供水压力检测传感器41传输过来的的瞬时下水压力确定为当前下水压力。
110.由于螺杆泵具有供水压力无脉动且瞬时流量平稳的特点，因此，本实施例采用螺杆泵供应下水，也可采用其他供水压力无脉动且瞬时流量平稳的水泵供应下水，只要供应的下水压力、下水流量满足需要即可。供水压力检测传感器41安装在螺杆泵的出水管路上，获取螺杆泵供应下水的瞬时下水压力。供水压力检测传感器41可以采用现有技术中能够检测水压的任意传感器。例如，可以采用压力变送器。
111.此外，如图3所示，在水泵4的出水管路上还安装供水流量检测传感器42，用于实时检测水泵4供应下水的瞬时下水流量。供水流量检测传感器42可以采用现有技术中能够检测水流量的任意传感器。例如，可以采用电磁流量计。供水流量检测传感器42将实时检测到的水泵4供应下水的瞬时下水流量传输至控制器1，控制器将瞬时下水流量确定为当前下水流量。
112.如图3所示，供水压力检测传感器41和供水流量检测传感器42将实时检测到的瞬时下水压力信号和瞬时下水流量信号传输到远程终端单元rtu，rtu通过无线传输信号至控制器1。
113.其中，s103根据预置的下水压力与地层密实度的对应关系，查找与当前地层密实度相对应的目标下水压力，具体实施方式如下：
114.控制器中预置有下水压力与地层密实度的对应关系。下水压力与地层密实度的对应关系通过试验获得，即在正式施工之前，在现场先做试验桩孔，控制器通过试验桩孔获得的大量数据分析确定下水压力与地层密实度的对应关系。
115.在本实施例的一个实施方式中，下水压力与地层密实度的对应关系，如表2所示。将地层密实度分为软、中、硬三个级别，不同级别的地层密实度与下水压力的对应关系通过现场试验数据获得。
116.表2下水压力与地层密实度的对应关系
117.下水压力p(mpa)地层密实度dr0.3～0.5软0.5～0.7中0.7～0.8硬
118.控制器1通过查找表2，查找到与当前地层密实度对应的目标下水压力。如表2所示，每个级别的地层密实度对应的下水压力均设置上下限。例如，当控制器1通过查找表1将
当前地层密实度确定为中级，则通过查找表2，查找到与中级当前地层密实度相对应的目标下水压力为0.5～0.7mpa。
119.需要说明的是，表2只是示出了下水压力与地层密实度的一种对应关系，对于更复杂的地层，控制器还可以根据现场试验数据得到其他更复杂的对应关系。
120.其中，s104控制供应下水的下水流量，使当前下水压力达到目标下水压力，具体实施方式如下：比较当前下水压力和目标下水压力，得到当前下水压力和目标下水压力的差值；控制器根据当前下水压力和目标下水压力的差值，控制水泵供应下水的下水流量，使当前下水压力达到目标下水压力。
121.具体的，控制器根据当前下水压力和目标下水压力的差值，控制水泵4供应下水的下水流量，包括：当当前下水压力大于目标下水压力上限时，控制水泵4减少下水流量；当当前下水压力小于目标下水压力下限时，控制水泵4增加下水流量；当当前下水压力位于目标下水压力范围内时，控制水泵4维持下水流量。
122.如图3所示，本实施例水泵4通过水泵变频柜5连接控制器1，水泵变频柜5和控制器1采用无线连接，也可以采用有线连接。控制器1通过控制水泵变频柜5改变输出频率来控制水泵4的转速，从而改变水泵4供应下水的下水流量，当水泵出水管路排出的下水流量增大时，下水压力也随之增大；当水泵出水管路排出的下水流量减小时，下水压力也随之减小。
123.本实施例采用sv-70型振冲碎石桩机，伸缩导杆连接振冲器，下水控制过程如下：
124.1、振冲器3启动后，供水压力检测传感器41实时检测瞬时下水压力，供水流量检测传感器42实时检测瞬时下水流量；
125.2、控制器1获取当前振冲电流、当前下水压力、当前下水流量；
126.3、控制器1根据获取得到的当前振冲电流查找表1，确定与当前振冲电流对应的当前地层密实度；通过查找表2，确定与当前地层密实度对应的目标下水压力；
127.4、控制器1将获取的当前下水压力和查找确定的目标下水压力进行比较，将差值信号转换成控制信号控制水泵变频柜5的输出频率，通过控制水泵4的转速改变水泵4的下水流量，进而改变下水压力，使当前下水压力位于目标下水压力范围内。
128.在采用上述方法形成碎石桩孔后，对碎石桩孔进行清孔处理，以便桩孔内的的泥浆密度符合要求。
129.其中，在清孔处理期间，通过泥浆泵获取清孔处理过程中碎石桩孔内的泥浆密度，包括：
130.利用泥浆泵将碎石桩孔内泥浆向上抽送到泥浆密度计处；
131.通过泥浆密度计对抽送上来的泥浆进行泥浆密度检测，获取碎石桩孔内的当前泥浆密度值。
132.应用时，泥浆密度计可安装在地面上，如安装在伸缩导杆最外层上部，或者桅杆上，或者振冲碎石桩机的桩架上等。而泥浆泵可通过卷扬装置下设到碎石桩孔的下部，且泥浆泵在振冲器底部以上2-3m(即，位于振冲器中部位置处，比从振冲器底部流出的下水位置高2-3m，比从伸缩导杆流出的下气位置低1-2m左右)，而后和振冲器清孔在深度上保持同步，通过管路将清孔过程中的泥浆泵送到位于地面的泥浆密度计处。或者，可将泥浆泵与泥浆密度计集成于一体放在地面上，如安装在伸缩导杆最外层上部，或者桅杆上，或者振冲碎石桩机的桩架上等，工作时，通过卷扬装置将管路送入碎石桩孔内的下部，且在振冲器底部
以上2-3m处，通过管路将泥浆泵送到位于地面的泥浆密度计处。
133.泥浆密度计、泥浆泵安装时，可采用可拆卸连接的方式与其余部件连接在一起，以便不需检测泥浆密度时可将其拆除。
134.其中，通过泥浆密度计获取碎石桩孔内的当前泥浆密度值后，根据获取的泥浆密度控制供应下水的下水流量和供压下气的下气流量，以便碎石桩孔内泥浆密度符合要求，包括：
135.获取碎石桩孔内的当前泥浆密度值后，比较当前泥浆密度值与预设泥浆密度阈值；
136.根据当前泥浆密度值与预设泥浆密度阈值的比较结果，控制供应下水的下水流量和供压下气的下气流量，以便碎石桩孔内泥浆密度符合要求。
137.其中，如图10所示，根据当前泥浆密度值与预设泥浆密度阈值的比较结果，控制供应下水的下水流量和供压下气的下气流量包括：
138.当比较结果为当前泥浆密度值在预设泥浆密度阈值内时，使振冲器在碎石桩孔内上下活动(上下活动范围一般控制在上下2米以内)，并控制水泵和气泵在当前下水流量、当前下气流量下对桩孔进行清孔处理；
139.当比较结果为当前泥浆密度值超出预设泥浆密度阈值时，控制供应下水的下水流量和供压下气的下气流量，以便泥浆密度值在预设泥浆密度阈值内。
140.其中，控制器中预置有碎石桩孔内泥浆密度与不同透水性碎石桩的对应关系。泥浆密度与不同透水性碎石桩的对应关系通过试验获得，即在正式施工之前，在现场先做试验桩孔，控制器通过试验桩孔获得的大量数据分析确定泥浆密度与不同透水性碎石桩的对应关系。预设泥浆密度阈值为与透水性符合预设要求的碎石桩所对应的泥浆密度值。
141.应用时，根据实际施工情况确定预设泥浆密度阈值，如本发明中，预设泥浆密度阈值为小于或等于1.10g/cm3。
142.而额定最大下水流量和额定最大下气流量是根据振冲碎石桩机施工中的振冲器及采用的水泵和气泵所确定。当前下水流量、当前下气流量通常为额定最大下水流量和额定最大下气流量的70-75％。
143.其中，在比较结果为当前泥浆密度值超出预设泥浆密度阈值时，控制增大供应下水的下水流量和供压下气的下气流量，使下水流量和下气流量由当前下水流量和下气流量分别增大至额定最大下水流量和额定最大下气流量的80-90％，同时使振冲器上下活动(上下活动范围一般控制在上下2米以内)，以降低孔内泥浆密度至小于或等于预设泥浆密度阈值。
144.当对碎石桩孔清孔处理过程中泥浆密度突然异常增大，且持续时间达2分钟以上时，预示可能发生局部塌孔迹象，此时需对碎石桩孔进行化学泥浆护壁处理，然后再继续进行清孔。
145.其中，采用化学泥浆护壁的方式对碎石桩孔进行综合处理，是采用重量比如下的配方进行：1000份水中加入0.5-2份聚丙烯酰胺，具体的，当需进行化学泥浆护壁处理时，将碎石桩孔的体积作为所需水的体积，然后折算出与体积对应的水的重量，再在水中加入聚丙烯酰胺，加入时，按重量比，在1000份水中加入0.5-2份聚丙烯酰胺。其中，检测到的孔内泥浆密度越大，可能塌孔的机率越大，则加入的聚丙烯酰胺越多。
146.本发明通过对清孔过程中碎石桩孔内的泥浆密度进行控制，可以确保桩孔内泥浆密度符合要求，确保后续填料并振冲加密后所形成的碎石桩的透水性符合预设要求，以保证强震条件下碎石桩能将地层深部的超静孔隙水压力垂直上传至碎石垫层，在强震下振冲碎石桩不发生错断。
147.在清孔处理完成后，将碎石填料分批次置入所述碎石桩孔中，通过振冲器逐一对分批次置入碎石桩孔中的碎石填料进行振冲加密，形成n个碎石桩段，从而通过n个碎石桩段在碎石桩孔内由下至上形成连续均匀且具有有效桩径的振冲碎石桩。
148.其中，本发明的碎石桩有效桩径是指，在碎石桩孔中形成的碎石桩与孔周围土层紧密结合的碎石桩桩径。本发明的碎石桩有效桩径具有以下意义：
149.第一，在碎石桩孔中形成的碎石桩与孔周围土层紧密结合在一起；
150.第二，碎石桩有效桩径是符合振冲加密要求时的碎石桩桩径，因而可以在振冲施工过程中不要求计算实际桩径，加快了振冲施工进程。
151.如图6所示，为本发明振冲碎石桩机采用的振冲器的结构简图，本发明的振冲器1000与现有的振冲器的区别在于，在振冲器的壳体1308内侧安装了用于拾取声音的拾音器1311以及用于固定拾音器1311的支撑杆1312，支撑杆1312穿过用于支撑轴1306的轴承座的通孔固定到电机1304的壳体上。图6显示的振冲器13还包括吊具1301、水管1302、电缆1303、电机1304、联轴器1305、轴1306、偏心块1307、壳体1308、翅片1309、下水管1310以及拾音器1311。
152.在将一批次碎石填料投放到碎石桩孔内之后，通过对电机1304加电，振冲器开始对碎石填料进行振冲加密。加密段内的填料在振冲器的激振力的作用下沿水平方向向原始地层挤入，而上部的填料则在自重作用下在泥浆中下落，填料高度可以进行实时测定。随着加密过程的进行，出现如下几个现象：
153.第一，加密电流逐渐增大；
154.第二，振冲器外壳处激振力增大；
155.第三，振冲器的振幅随之降低；
156.第四，以振冲器为中心，其周边的填料逐步密实，逐步形成了大致呈圆周型、以振冲器周边受振范围内密实度最大，到达桩孔周边时与原始地层所能提供的侧压力基本相当的振冲碎石桩体。
157.现有技术主要是根据电机1304的加密电流大小，对碎石填料加密进行控制，但存在以下四个问题：
158.第一，物理和工程意义不明确，与密实度间没有直接关系。加密电流大小需要通过试验确定，试验后进行检验才能大致得到桩体的密实度数据。但是，当振冲碎石桩的深度高达70m以上甚至达到百米级别时，这个深度下无法通过传统的试验得到桩体的密实度数据，因而无法通过实验确定加密电流；
159.第二，不同型号、不同功率的振冲器在不同的地层中有着不同的电流；
160.第三，从工程实践看，即使是同一厂家、同一型号的振冲器，其空载电流也有很大差别；
161.第四，在较为寒冷的地区，振冲器初用时，空载电流较大；而随着工程的展开，振冲器自身温度升高，空载电流随之下降。
162.因此，以加密电流作为密实度无法表征超深覆盖层条件下桩体密实度。
163.为了解决现有技术的上述问题，本发明提出了根据振冲器对碎石填料振冲时振冲器的振动信号频率来控制振冲器进行振冲加密(即，对碎石填料振冲)的技术。该加密技术的核心技术是：
164.在振冲器13对其周围的碎石填料进行振冲过程中，利用设置在振冲器壳体内侧的拾音器检测振冲器对嵌入到碎石桩孔周围土层中的碎石进行振冲时的振冲器实时振动信号；
165.根据设置在振冲器壳体内侧的拾音器检测到的所述振冲器实时振动信号，对所述振冲器对碎石桩的振冲进行控制，使振冲器振冲填入碎石桩孔中的碎石而形成碎石桩的桩径等于有效桩径。
166.本发明的根据设置在振冲器壳体内侧的拾音器1311检测到的所述振冲器实时振动信号，对所述振冲器对碎石桩的振冲进行控制包括：
167.通过将所述拾音器检测到振冲器实时振动信号进行时域到频域的转换，得到振冲器实时振动信号主频频率；
168.将所述振冲器实时振动信号主频频率与预设频率进行比较；
169.当所述振冲器实时振动信号主频频率达到或接近预设频率时，判断将要形成的碎石桩的桩径等于有效桩径，并向上提升振冲器，对将要形成的振冲碎石桩的中间部分的碎石进行振冲，从而最终形成桩径等于有效桩径的碎石桩；
170.当所述振冲器实时振动信号主频频率大于所述预设频率时，控制振冲器继续对嵌入到碎石桩孔周围土层中的碎石进行振冲。
171.本发明的预设频率是预先获得的振动器振幅降低到最小时的振冲器振动信号主频频率。
172.本发明的根据设置在振冲器壳体内侧的拾音器检测到的所述振冲器实时振动信号，对所述振冲器对碎石桩的振冲进行控制包括：
173.通过将所述拾音器在前检测到的在前振冲器振动信号和在后检测到的在后振冲器振动信号进行时域到频域的转换，得到在前振冲器振动信号主频频率和在后振冲器振动信号主频频率；
174.对振冲时段内所得到的在前振冲器振动信号主频频率和在后振冲器振动信号主频频率进行分析；
175.当在后振冲器振动信号主频频率小于在前振冲器振动信号主频频率且保持一段时间时，判断将要形成的碎石桩的桩径等于有效桩径，并向上提升振冲器，对将要形成的振冲碎石桩的中间部分的碎石进行振冲，从而最终形成桩径等于有效桩径的碎石桩。
176.本发明的设置在振冲器壳体内侧的拾音器包括声音传感器和音频放大器。
177.本发明的设置在振冲器壳体内侧的拾音器也可以是声音传感器。
178.图7显示了用来控制振冲器对碎石填料进行振冲加密控制的控制部分，包括用来将振冲器壳体上的振动信号转换成相应的电信号的拾音器1311、对拾音器1311输出的电信号进行声频分析的声频分析模块、对声频分析模块输出的声频进行处理的处理器，存储处理器输出的数据的存储器以及显示处理器输出的数据的显示器。
179.此外，处理器还连接主卷扬装置，以便在判断将要形成的碎石桩的桩径等于有效
桩径时，向上提升振冲器13。
180.本发明的拾音器1311可以包括声音传感器和音频放大器，也可以仅仅包括声音传感器。
181.本发明的声频分析模块、处理器，存储器以及显示器可以设置在地面上，声频分析模块可以通过电缆与拾音器相连。此外，本发明的声频分析模块可以是傅里叶变换器，将振动信号进行从时域到频域的转换。
182.相对于本发明人的安装在振冲器外壳体上的压力传感器另一件专利申请，本发明可以大大延长声音传感器的使用寿命。也就是说，由于声音传感器1311安装在振冲器壳体内侧，不会像安装在振冲器外壳体上的压力传感器那样受到碎石填料和振动器的挤压，因而不易损坏。
183.图8显示了控制振冲器进行振动加密控制的第一实施例的控制流程，该流程主要由处理器实施，具体包括：
184.步骤s301,在振冲器对碎石填料进行振冲期间，拾音器检测振冲器壳体的实时振动信号；
185.步骤s302,通过将所述拾音器检测到振冲器实时振动信号进行时域到频域的转换，得到振冲器实时振动信号主频频率
186.步骤s303,判断振冲器实时振动信号主频频率是否达到或接近预设频率；
187.步骤s304，当步骤s302的判断结果为是，判断将要形成的碎石桩的桩径等于有效桩径；
188.步骤s305，向上提升振冲器，对将形成的振冲碎石桩的中间部分的碎石进行振冲，从而最终形成桩径等于有效桩径的碎石桩；
189.步骤s306，当步骤s302的判断结果为否，控制振冲器继续对对嵌入到碎石桩孔周围土层中的碎石进行振冲。
190.图9显示了控制振冲器进行振动加密控制的第二实施例的控制流程，包括：
191.步骤s401,通过在振冲器对碎石填料进行振冲期间，拾音器检测振冲器壳体的实时振动信号，得到拾音器在前检测到的在前振冲器振动信号和在后检测到的在后振冲器振动信号；
192.步骤s402,通过将拾音器在前检测到的在前振冲器振动信号和在后检测到的在后振冲器振动信号进行时域到频域的转换，得到在前振冲器振动信号主频频率和在后振冲器振动信号主频频率；
193.步骤s403,判断在后振冲器振动信号主频频率是否小于在前振冲器振动信号主频频率；
194.步骤s404,若步骤s403的判断结果为是，则进一步判断在后检测到的振冲器振动信号主频频率是否在一段时间内保持不变；
195.步骤s405,若步骤s404的判断结果为是，则判断将要形成的碎石桩的桩径大于或等于有效桩径；
196.步骤s405,向上提升振冲器，对将要形成的振冲碎石桩的中间部分的碎石进行振冲，从而最终形成桩径大于或等于有效桩径的碎石桩；
197.步骤s406,若步骤s403或步骤s404的判断结果为否，则控制振冲器继续对嵌入到
碎石桩孔周围土层中的碎石进行振冲。
198.需要指出的是，本发明的特点之一是提出了有效桩径的概念，即在碎石桩孔中形成的碎石桩与孔周围土层紧密结合且符合振冲加密要求的碎石桩桩径。
199.本发明的碎石桩有效桩径解决了现有技术可能存在的碎石桩不能与土层紧密结合的技术问题。
200.尽管上述对本发明做了详细说明，但本发明不限于此，本技术领域的技术人员可以根据本发明的原理进行修改，因此，凡按照本发明的原理进行的各种修改都应当理解为落入本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种振冲碎石桩透水性控制的方法，包括：通过对包括伸缩导杆和振冲器的振冲碎石填料桩机的下水进行控制，快速完成碎石填料碎石桩孔的振冲施工；对碎石桩孔进行清孔处理，并通过泥浆泵获取清孔处理过程中碎石桩孔内的泥浆密度；根据泥浆泵获取的泥浆密度控制供应下水的下水流量和供压下气的下气流量，以便碎石桩孔内泥浆密度符合要求；以符合要求的泥浆密度继续进行清孔处理，直至清孔处理结束；清孔处理结束后，将碎石填料投放到碎石桩孔内，并利用振冲器对碎石桩孔内碎石填料进行振冲加密施工，形成具有有效桩径的振冲碎石填料桩。2.根据权利要求1所述的方法，通过泥浆泵获取清孔处理过程中碎石桩孔内的泥浆密度包括：利用泥浆泵将碎石桩孔内泥浆向上抽送到泥浆密度计处；通过泥浆密度计对抽送上来的泥浆进行泥浆密度检测，获取碎石桩孔内的当前泥浆密度值。3.根据权利要求2所述的方法，所述泥浆密度计安装在地面上。4.根据权利要求2或3所述的方法，根据获取的泥浆密度控制供应下水的下水流量和供压下气的下气流量，以便碎石桩孔内泥浆密度符合要求包括：获取碎石桩孔内的当前泥浆密度值后，比较当前泥浆密度值与预设泥浆密度阈值；根据当前泥浆密度值与预设泥浆密度阈值的比较结果，控制供应下水的下水流量和供压下气的下气流量，以便碎石桩孔内泥浆密度符合要求。5.根据权利要求4所述的方法，根据当前泥浆密度值与预设泥浆密度阈值的比较结果，控制供应下水的下水流量和供压下气的下气流量包括：比较结果为当前泥浆密度值在预设泥浆密度阈值内时，控制在当前下水流量、当前下气流量下进行清孔处理；比较结果为当前泥浆密度值超出预设泥浆密度阈值时，控制供应下水的下水流量和供压下气的下气流量，以便泥浆密度值在预设泥浆密度阈值内。6.根据权利要求5所述的方法，在比较结果为当前泥浆密度值超出预设泥浆密度阈值时，控制供应下水的下水流量和供压下气的下气流量的过程中，若出现塌孔现象，则对碎石桩孔进行化学泥浆护壁处理。7.根据权利要求1所述的方法，通过对包括伸缩导杆和振冲器的振冲碎石填料桩机的下水进行控制，快速完成碎石填料碎石桩孔的振冲施工包括：将用于供应下水的管道穿过伸缩导杆和振冲器后从振冲器的底端伸出，以便下水从振冲器底端喷出对地层进行水冲预破坏；在振冲施工过程中获取当前地层密实度；获取供应下水的瞬时下水压力，并将获取的瞬时下水压力确定为当前下水压力；根据预置的下水压力与地层密实度的对应关系，查找与当前地层密实度相对应的目标下水压力；控制供应下水的下水流量，使当前下水压力达到所述目标下水压力，以便利用振冲器
振冲和目标下水压力完成碎石桩孔的振冲施工。8.根据权利要求7所述的方法，所述获取当前地层密实度包括：获取振冲器的当前振冲电流；根据预置的振冲电流与地层密实度的对应关系，查找与当前振冲电流相对应的地层密实度；将所查找到的地层密实度确定为当前地层密实度。9.根据权利要求8所述的方法，所述获取振冲器的当前振冲电流包括：获取所述振冲器的振冲电流瞬时值；将获取的振冲电流瞬时值确定为当前振冲电流。10.根据权利要求1所述的方法，利用振冲器对碎石桩孔内碎石填料进行振冲加密施工，形成具有有效桩径的振冲碎石填料桩包括：在利用振冲器对碎石桩孔内碎石填料进行振冲加密施工期间，利用设置在振冲器壳体内侧的拾音器检测振冲器对嵌入到碎石填料桩碎石桩孔周围土层中的碎石填料进行振冲时的振冲器实时振动信号；根据设置在振冲器壳体内侧的拾音器检测到的所述振冲器实时振动信号，对所述振冲器对碎石填料桩的振冲进行控制，使振冲器振冲填入碎石填料碎石桩孔中的碎石填料而形成碎石填料桩的桩径等于有效桩径。

技术总结
本发明公开一种振冲碎石桩透水性控制的方法，包括：快速完成碎石填料碎石桩孔的振冲施工；对碎石桩孔进行清孔处理，并通过泥浆泵获取清孔处理过程中碎石桩孔内的泥浆密度；根据泥浆泵获取的泥浆密度控制下水流量和下气流量，以便碎石桩孔内泥浆密度符合要求；清孔处理结束后，将碎石填料投放到碎石桩孔内，并利用振冲器对碎石桩孔内碎石填料进行振冲加密施工，形成具有有效桩径的振冲碎石填料桩。本发明方法，确保碎石桩孔内透水性符合预设要求，以保证在超强地震带超深覆盖层下形成的超深振冲碎石填料桩透水性良好，使强震下振冲碎石桩安全、稳定。稳定。稳定。


技术研发人员：赵军 孙亮 牟毓 汤勇军 丁海龙 薛正伟 谭修桥 曹杰 张家俊 刘保柱 周建华 郑元凯 虎元强
受保护的技术使用者：中国水电基础局有限公司
技术研发日：2022.03.15
技术公布日：2023/9/22