超强地震带超深覆盖层振冲碎石桩机施工的孔口填料方法与流程

1.本发明涉及桩机施工技术领域，尤其涉及一种强地震带超深覆盖层振冲碎石桩机施工的孔口填料方法。


背景技术：

2.振冲法是一种地基处理的方法，在振冲碎石桩机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，在振冲器水平振动作用下不能保证施工效果时，通过高压水对地层进行水冲预破坏，有利于提高振冲器的穿透和造孔能力。
4.但现有《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，对于何种地层应采取多大水压没有具体规定。而对于50m以上深厚覆盖层而言，往往存在软弱夹层(如湖相或海相沉积淤泥质黏土)和相对密实的硬层(如砂层或砂层夹砾石)，这两种地层在造孔中所遇到的问题完全不同，因此，上述规定已不能适用于50m以上深厚覆盖层地层。
5.公告号为cn104372788a的发明专利对适用于50m以上深厚覆盖层地层的振冲碎石桩机及施工方法进行了详细说明，但是该专利也没有公开何种地层应该如何供水的内容。如果供水与地层条件不符合，轻则造成资源浪费，重则造成振冲施工失败而需重新施工，而深孔振冲重新施工造成的经济损失巨大。
6.此外，现有技术孔内填料通常采用装载机加料，但装载机加料以一一对应的方式进行加料，存在一个巨大漏洞，即无法判断装载机铲料后，是否将碎石填料真正加入了碎石桩孔中。为解决这个问题，有的在振冲孔前对装载机斗数进行人工计数，有的制作专用的计量称重平台进行称重。但前者对碎石填料的重量计量过于粗略，后者计量时准确，但在称重后需先将碎石填料堆放到孔口，然后再将碎石填料投放到碎石桩孔内，这种两步投料的方式存在着投放到碎石桩孔内的碎石填料与称重的碎石填料重量不一致的情况，因此对施工质量造成很大影响：填料质量不准确轻则造成资源浪费，重则造成振冲施工形成的振冲桩连续性差或无连续性因而使得成桩失败需重新施工，而深孔振冲重新施工会造成巨大的经济损失。
7.因此，如何确保振冲施工中能结合地层进行精确填料以形成抗震的振冲碎石桩是本领域技术人员急需解决的问题。


技术实现要素：

8.本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种超强地震带超深覆盖层振冲碎石
桩孔口填料方法，一步完成碎石填料的测重与投放，确保投放到碎石桩孔内碎石填料重量符合要求，保证强震下振冲碎石桩的安全性。
9.为实现本发明的上述目的，本发明提供一种超强地震带超深覆盖层振冲碎石桩机施工的孔口填料方法，所述振冲碎石桩机包括振冲器，所述方法包括：
10.通过振冲器振冲造孔施工形成碎石桩孔后，将具有称重元件的填料装置安置于碎石桩孔的孔口处，并使填料装置的投料口对准孔口；
11.通过装载机将碎石填料置入具有称重元件的填料装置内，获得并保存碎石填料的重量；
12.将获得重量的碎石填料直接经由对准孔口的填料装置投料口投放到碎石桩孔内，以利用振冲器对碎石填料振冲形成振冲碎石桩。
13.其中，通过装载机将碎石填料置入具有称重元件的填料装置内包括将碎石填料投放于具有称重元件的盛料筒内的步骤。
14.优选的，所述盛料筒为圆筒。
15.优选的，所述盛料筒底部设置有可打开或关闭的放料活门，所述称重元件设置于放料活门上。
16.优选的，将获得重量的碎石填料直接经由对准孔口的填料装置投料口投放到碎石桩孔内包括：
17.获得碎石填料的重量后，控制盛料筒底部的放料活门打开，以便盛料筒内部的碎石填料下落到位于盛料筒下部的投料斗内；
18.利用碎石填料自重和投料斗的弧形内壁，使下落到投料斗内的碎石填料经由投料斗的投料口自由滑落到碎石桩孔内。
19.其中，通过振冲器振冲造孔施工时，还获取振冲器的振冲速度以及当前下水压力，并根据所获取的振冲速度调整当前下水压力，以便利用振冲器振冲和调整后的当前下水压力完成振冲施工。
20.优选的，获取振冲器的振冲速度以及当前下水压力，并根据所获取的振冲速度调整当前下水压力，以便利用振冲器振冲和调整后的当前下水压力完成振冲施工包括：
21.在振冲施工过程中获取振冲器的振冲速度、以及当前下水压力；
22.将所获取的振冲速度与振冲速度阈值进行比较；
23.根据所获取的振冲速度与振冲速度阈值的比较结果，控制供应下水的下水流量，从而调整当前下水压力，以便利用振冲器振冲和调整后的当前下水压力完成振冲施工。
24.优选的，所述获取振冲器的振冲速度包括：获取单位时间内振冲器的下放深度。
25.优选的，所述根据所获取的振冲速度与振冲速度阈值的比较结果，控制供应下水的下水流量包括：
26.若所获取的振冲速度小于所述振冲速度阈值的下限值或大于所述振冲速度阈值的上限值，则发出报警并按照设定值控制供应下水的下水流量；
27.若所获取的振冲速度在所述振冲速度阈值范围内，则根据在振冲施工过程中获取的当前地层密实度控制供应下水的下水流量。
28.优选的，所述根据在振冲施工过程中获取的当前地层密实度控制供应下水的下水流量包括：
29.将所述当前地层密实度与地层密实度校准值进行比较；
30.根据当前地层密实度与地层密实度校准值的比较结果，控制供应下水的下水流量，从而调整当前下水压力，以便利用振冲器振冲和调整后的当前下水压力完成振冲施工。
31.与现有技术相比，本发明超强地震带超深覆盖层振冲碎石桩机施工的孔口填料方法具有如下优点：
32.1、本发明超强地震带超深覆盖层振冲碎石桩机施工的孔口填料方法，一步完成碎石填料的测重与投放，即，实现对碎石填料的精准投放，操作简便，计量准确，确保投放到碎石桩孔内的碎石填料即为称重后的碎石填料，在保证碎石填料重量符合要求的同时也可被业主直接监测，保证形成的振冲碎石桩在强震下的质量与安全性。
33.2、本发明方法，在振冲造孔施工过程中实时监测振冲器的振冲速度，并通过振冲速度控制下水压力的供给量，从而提高振冲施工的成功率，有利于强震下深厚覆盖层地层振冲施工的顺利进行。
34.下面结合附图对本发明进行详细说明。
附图说明
35.图1是本发明振冲碎石桩机的透视图；
36.图2是现有技术振冲碎石桩机孔口填料方法的示意图；
37.图3a是本发明第一种结构填料装置进行孔口填料的示意图(碎石填料未投放到碎石桩孔时)；
38.图3b是本发明第二种结构填料装置进行孔口填料的示意图(碎石填料未投放到碎石桩孔时)；
39.图3c是本发明对填料结果进行处理的控制部分的示意图；
40.图4是本发明振冲碎石桩机孔口填料方法的示意图(碎石填料投放到碎石桩孔时)；
41.图5是本发明盛料筒的结构示意图；
42.图6是本发明投料斗的结构示意图；
43.图7是本发明超强地震带超深覆盖层振冲碎石桩机施工的孔口填料方法流程图；
44.图8是本发明下水控制系统的示意框图；
45.图9是本发明实施例获取当前地层密实度的方法流程图；
46.图10是本发明实施例提供的一种下水控制方法流程图；
47.图11是本发明实施例在振冲施工过程中获取当前下水压力的方法流程图；
48.图12是本发明实施例根据当前地层密实度与地层密实度阈值的比较结果，控制供应下水的下水流量的流程图。
具体实施方式
49.如图1所示，为本发明提供的振冲碎石桩机1000的透视图，由图可知，本发明振冲碎石桩机1000包括吊装系统、伸缩导杆10、减震器12、振冲器13及自动进给系统。
50.具体的，吊装系统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吊装伸缩导杆10，以使伸缩导杆在自
重作用下竖直安置。自动进给系统安装于吊装系统主机的后部，可用作主机的配重，包括气管卷扬装置、电缆卷扬装置和水管卷扬装置，这三个装置与主卷扬装置被设置为同步进给。
51.伸缩导杆10轴向长度可调，可改变振冲器相对地面的下放或上提位置，其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，多层套管的数量与长度可以根据使用需要而确定。使用时，多层套管的长度可伸长或缩短，采用本发明振冲碎石桩机可以对深度大于50米的地层进行振冲施工。需要说明的是，每相邻两层套管连接时的同轴度相同，即，多层套管长度伸长后同轴，使得振冲施工过程中，各层套管与碎石桩孔横截面呈垂直状态。
52.本发明伸缩导杆10采用现有技术的伸缩导杆，其连接段用于与主卷扬装置的钢丝绳连接，工作段用于与振冲器13间接连接，装配时，在导杆10下部的工作段与振冲器13之间安置减震器12。
53.为了利用振冲碎石桩机对超强地震带超深覆盖层施工的过程中，能够精准地一步完成碎石填料的测重与投放，确保投放到碎石桩孔内的碎石填料即为称重后的碎石填料，既可保证碎石填料重量符合要求又可被业主直接监测，保证形成的振冲碎石桩在强震下的质量与安全性，本发明提供一种超强地震带超深覆盖层振冲碎石桩机施工的孔口填料方法，该方法包括：
54.通过振冲器振冲造孔施工形成碎石桩孔后，将具有称重元件的填料装置安置于碎石桩孔的孔口处，并使填料装置的投料口对准孔口；
55.通过装载机将碎石填料置入具有称重元件的填料装置内，获得并保存碎石填料的重量；
56.将获得重量的碎石填料直接经由对准孔口的填料装置投料口投放到碎石桩孔内，以利用振冲器对碎石填料振冲形成振冲碎石桩。
57.下面，结合附图和实施例对本发明方法进行详细说明。
58.s1、通过振冲碎石桩机的振冲器振冲造孔施工以形成碎石桩孔
59.在振冲施工前，通过卫星定位系统(如gps定位系统或北斗定位系统等)定位待振冲施工的孔位中心并保持，以便振冲碎石桩机上的振冲器可以对准待施工孔位，并对孔位处地层进行振冲造孔施工。
60.在利用振冲器进行振冲造孔施工时，需获取振冲器的振冲速度以及当前下水压力，并根据所获取的振冲速度调整当前下水压力，以便利用振冲器振冲和调整后的当前下水压力完成振冲施工。相应的，在利用振冲器进行振冲造孔施工之前，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。
61.下面，对利用振冲器进行振冲造孔施工时控制下水压力的过程进行描述(如图10所示)。
62.s101，在振冲施工过程中获取振冲器的振冲速度、以及当前下水压力；
63.s102，将所获取的振冲速度与振冲速度阈值进行比较；
64.s103，根据所获取的振冲速度与振冲速度阈值的比较结果，控制供应下水的下水
流量，从而调整当前下水压力，以便利用振冲器振冲和调整后的当前下水压力完成振冲施工。
65.其中，在本实施例的一个实施方式中，s101在振冲施工过程中获取振冲器的振冲速度，通过检测单位时间内振冲器的下放深度获得。
66.具体实现方法如下：控制器向下放深度检测装置发送深度检测指令；下放深度检测装置根据控制器发送的深度检测指令，对振冲器的下放深度进行实时检测，并将检测结果反馈给控制器。
67.振冲器下放深度的计算起点为深度零点。其中，深度零点为预先设计好的碎石桩孔的孔口位置，当振冲器底端(下水出口)与深度零点重合时，开始计算振冲器的下放深度，深度零点以下的孔深即为振冲器的下放深度。
68.深度零点可以通过人为观察判断的方法。也可以采用自动判断方法，例如，可在设计好的孔口零位处安装一检测元件，当振冲器底端到达设计好的孔口零位时，检测元件向控制器发送到达深度零点信号，控制器在收到到达深度零点信号后向下放深度检测装置发送深度检测指令，下放深度检测装置根据控制器发送的深度检测指令，对振冲器的下放深度进行实时检测，并将检测结果反馈给控制器。检测元件可以采用接近传感器或现有技术可以感知物体位置的元件。
69.其中，下放深度检测装置可以采用现有技术的深度传感器或位移传感器。此外，振冲器的下放深度也可以采用现有技术任一检测深度的方法获取。
70.在得到振冲器的下放深度以后，通过计算单位时间的下放深度，从而得到振冲器的振冲速度。
71.在本实施例的一个实施方式中，每隔时间t获取一次振冲速度，则通过计算时间t内的下放深度的单位时间下放深度，从而得到该时间段内的振冲速度。
72.如图8所示，下放深度检测装置将时间t内检测到的下放深度传输到远程终端单元rtu，rtu通过无线传输信号至控制器1，控制器1计算单位时间的下放深度，从而得到振冲器的振冲速度。
73.在获取到振冲器的振冲速度之后，s103根据所获取的振冲速度与振冲速度阈值的比较结果，控制供应下水的下水流量，包括：
74.若所获取的振冲速度小于所述振冲速度阈值的下限值或大于所述振冲速度阈值的上限值，则发出报警并按照设定值控制供应下水的下水流量；
75.若所获取的振冲速度在所述振冲速度阈值范围内，则根据在振冲施工过程中获取的当前地层密实度控制供应下水的下水流量。
76.其中，振冲速度阈值的下限值为规定的最小振冲速度，振冲速度阈值的上限值为规定的最大振冲速度。最小振冲速度和最大振冲速度可以根据工程实践，或者结合设备参数设置，例如最小振冲速度设置0.6m/min，最大振冲速度设置2.00m/min，则振冲速度阈值为{0.6，2.00}m/min。
77.若所获取的振冲速度小于振冲速度阈值的下限值，则发出报警并控制水泵按照设置的最大下水流量供应下水；若所获取的振冲速度大于振冲速度阈值的上限值，则发出报警并控制水泵按照设置的最小下水流量供应下水。其中，最大下水流量和最小下水流量可以根据工程实践，或者结合设备参数设置。
78.若所获取的振冲速度在振冲速度阈值范围内，则根据在振冲施工过程中获取的当前地层密实度控制供应下水的下水流量。具体实施方式如下：
79.其中，在振冲施工过程中获取当前地层密实度，如图9所示，包括：
80.s201，获取振冲器的当前振冲电流；
81.s202，根据预置的振冲电流与地层密实度的对应关系，运算出与当前振冲电流相对应的地层密实度；
82.s203，将运算出的地层密实度确定为当前地层密实度。
83.如图8所示，振冲器13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。
84.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。
85.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13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13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13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。
86.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平均值。
87.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。
88.其中，s202根据预置的振冲电流与地层密实度的对应关系，运算出与当前振冲电流相对应的地层密实度；以及s203将运算出的地层密实度确定为当前地层密实度。具体实施方式如下：
89.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，控制器通过试验桩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。
90.在本实施例的一个实施方式中，将地层密实度dr(％)取值为0～1，通过现场试验获取的大量数据分析确定出振冲电流与地层密实度成正比例关系，具体公式为：dr＝k*i；其中，i(a)为振冲电流，dr(％)为地层密实度，k为正比系数。
91.控制器获得当前振冲电流后，通过其内预置的公式dr＝k*i运算出与当前振冲电流相对应的地层密实度，并将运算出的地层密实度确定为当前地层密实度。例如，在一个优选的实施例中，取k＝1/380。其中，i＜ie＝380a(振冲器额定电流)。当控制器1获取的当前振冲电流i＝190a时，通过公式dr＝k*i运算出地层密实度dr(％)为0.5，将0.5确定为当前地层密实度。
92.需要说明的是，公式dr＝k*i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。
93.本实施例采用柱塞泵bw450供应下水，也可采用其他水泵供应下水，只要供应的下水压力、下水流量满足需要即可。
94.由于柱塞泵供水具有脉动压力和瞬时流量波动较大的特点，因此：s101在振冲施工过程中获取当前下水压力，如图11所示，包括：
95.s301，获取供应下水的多个瞬时下水压力；
96.s302，将所述多个瞬时下水压力做平均处理，得到平均下水压力；
97.s303，将所得到的平均下水压力确定为当前下水压力。
98.其中，s301获取供应下水的多个瞬时下水压力时，获取相邻两个瞬时下水压力的间隔时间相等。
99.在本实施例的一个实施方式中，s302将多个瞬时下水压力做平均处理，得到平均下水压力，具体实施方式如下：将连续获取的n(n≥2)个瞬时下水压力形成一个采样区间，并将采样区间内的n个瞬时下水压力相加后取算术平均值。
100.在本实施例的另一个实施方式中，s302将多个瞬时下水压力做平均处理，得到平均下水压力，具体实施方式如下：将连续获取的n(n≥2)个瞬时下水压力形成一个采样区间，并将采样区间内的n个瞬时下水压力求均方根。
101.其中，在前述的两个实施方式中，上一个采样区间内的n个瞬时下水压力与下一个采样区间内的n个瞬时下水压力不重叠。例如，第一个采样区间包含第1、2个瞬时下水压力，第二个采样区间包含第3、4个瞬时下水压力，以此类推。
102.上述两个实施方式在具体实施时，如图8所示，在水泵4的出水管路上安装供水压力检测传感器41和供水流量检测传感器42，分别用于实时检测水泵4供应下水的瞬时下水压力和瞬时下水流量。供水压力检测传感器41和供水流量检测传感器42可以采用现有技术中能够检测水压和水流量的任意传感器。例如，供水压力检测传感器41可以采用压力变送器，供水流量检测传感器42可以采用电磁流量计。
103.在供水压力检测传感器41内部增加压力信号平均电路，用于对供水压力检测传感器41连续检测到的n个瞬时下水压力取平均值得到平均下水压力，控制器1采集平均下水压力并将平均下水压力确定为当前下水压力。
104.此外，在供水流量检测传感器42内部增加流量信号平均电路，用于对连续n个瞬时下水流量取平均值得到平均下水流量，控制器1将采集到的平均下水流量确定为当前下水流量。
105.如图8所示，供水压力检测传感器41和供水流量检测传感器42将平均下水压力信号和平均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。
106.也可以在控制器内部增加压力信号平均处理模块和流量信号平均处理模块，控制
器对从供水压力检测传感器41传送的n个瞬时下水压力做平均处理，以及对从供水流量检测传感器42传送的n个瞬时下水流量做平均处理，分别得到平均下水压力和平均下水流量，并将平均下水压力确定为当前下水压力，将平均下水流量确定为当前下水流量。
107.若所获取的振冲速度在振冲速度阈值范围内，则根据在振冲施工过程中获取的当前地层密实度控制供应下水的下水流量，包括：
108.将获取的当前地层密实度与地层密实度校准值进行比较；
109.根据当前地层密实度与地层密实度校准值的比较结果，控制供应下水的下水流量，从而调整当前下水压力，以便利用振冲器振冲和调整后的当前下水压力完成振冲施工。
110.在本实施例的一个实施方式中，地层密实度校准值为地层密实度阈值。根据当前地层密实度与地层密实度阈值的比较结果，控制供应下水的下水流量，具体包括：
111.s401，若当前地层密实度大于地层密实度阈值的上限值，则控制水泵加大所供应的下水流量；
112.s402，若当前地层密实度小于地层密实度阈值的下限值，则控制水泵减小所供应的下水流量；
113.s403，若当前地层密实度介于地层密实度阈值的上限值与下限值之间，则控制水泵保持所供应的下水流量。
114.当执行s401控制水泵加大所供应的下水流量时，提高地层密实度阈值的上限值和下限值，形成新的地层密实度阈值。
115.当执行s402控制水泵减小所供应的下水流量时，降低地层密实度阈值的下限值和上限值，形成新的地层密实度阈值。
116.其中，控制水泵加大或减小所供应的下水流量时，水泵所供应的下水压力随之增加或减小。在本实施例的一个实施方式中，水泵所供应的下水压力按照周期性步进的方式增加或减小；具体的，水泵所供应的下水压力p＝当前下水压力p
±
n*下水压力步进值
△
p，n＝1、2、3
……
。
117.地层密实度阈值按照步进的方式提高或降低；具体的，在后的地层密实度阈值＝在前的地层密实度阈值
±
阈值步进值(
△
dr)。
118.需要说明的是，水泵所供应的下水压力以及地层密实度阈值增加或减小的方式可以按照本领域技术人员已知的任何方式，不限于上述步进的方式。
119.下面通过一个优选实施例对上述实施方式进行进一步的解释说明。如图12所示：
120.施工开始，
121.设置初始地层密实度阈值{dr1，dr2}、阈值步进值
△
dr，设置初始下水压力p0、下水压力步进值
△
p、步进周期t；
122.在振冲施工过程中，每隔时间t获取一次当前地层密实度dr，以及当前下水压力p；
123.比较当前地层密实度dr与初始地层密实度阈值{dr1，dr2}；
124.当获取的当前地层密实度dr＞初始地层密实度阈值的上限值dr2时，则控制水泵加大所供应的下水流量，从而加大所供应的下水压力；其中，水泵所供应的下水压力按照周期性步进的方式增加，即水泵所供应的下水压力p＝当前下水压力p+n*
△
p，n＝1、2、3
……
，每隔周期t，增加一个
△
p，直到收到保持或减小下水压力的指令；
125.在控制水泵加大所供应的下水流量时，提高初始地层密实度阈值的上限值dr2和
下限值dr1，形成一个新的地层密实度阈值{dr1，dr2}，并将新的地层密实度阈值{dr1，dr2}确定为当前地层密实度阈值{dr1，dr2}；其中，新的地层密实度阈值{dr1，dr2}＝在前的地层密实度阈值{dr1，dr2}+
△
dr；
126.在振冲施工过程中，每隔时间t获取一次当前地层密实度dr，以及当前下水压力p；
127.比较当前地层密实度dr与当前地层密实度阈值{dr1，dr2}；
128.当获取的当前地层密实度dr＜当前地层密实度阈值的下限值dr1时，则控制水泵减小所供应的下水流量，从而减小所供应的下水压力；其中，水泵所供应的下水压力按照周期性步进的方式减小，即水泵所供应的下水压力p＝当前下水压力p－n*
△
p，n＝1、2、3
……
，每隔周期t，减小一个
△
p，直到收到保持或增加下水压力的指令；
129.在控制水泵减小所供应的下水流量时，降低地层密实度阈值的上限值dr2和下限值dr1，形成一个新的地层密实度阈值{dr1，dr2}，并将新的地层密实度阈值{dr1，dr2}确定为当前地层密实度阈值{dr1，dr2}；其中，新的地层密实度阈值{dr1，dr2}＝在前的地层密实度阈值{dr1，dr2}－
△
dr；
130.在振冲施工过程中，每隔时间t获取一次当前地层密实度dr，以及当前下水压力p；
131.比较当前地层密实度dr与当前地层密实度阈值{dr1，dr2}；
132.当获取的当前地层密实度dr在当前地层密实度阈值{dr1，dr2}的范围内时，则控制水泵保持所供应的下水流量，从而保持所供应的下水压力，直到收到减小或增加下水压力的指令。
133.其中，初始地层密实度阈值{dr1，dr2}通过预置公式dr＝k*i和获取的当前振冲电流i设定。具体的，获取初始振冲电流i后，代入公式dr＝k*i，运算出初始地层密实度dr，初始地层密实度阈值的下限值dr1＝初始地层密实度dr－
△
dr，初始地层密实度上限值dr2＝初始地层密实度dr+
△
dr。需要说明的是，初始地层密实度阈值的具体设定规则可以根据经验或现场数据调整。
134.在本实施例的另一个实施方式中，地层密实度校准值为在前获取的地层密实度。根据当前地层密实度与在前获取的地层密实度的比较结果，控制供应下水的下水流量，具体包括：
135.s501，若当前地层密实度大于在前获取的地层密实度，且大于等于第一预定值，则控制水泵加大所供应的下水流量；
136.s502，若当前地层密实度小于在前获取的地层密实度，且大于等于第二预定值，则控制水泵减少所供应的下水流量；
137.s503，若当前地层密实度与在前获取的地层密实度的差值在预定范围内，则控制水泵保持所供应的下水流量。
138.其中，第一预定值和第二预定值可以相同，也可以不同。
139.下面通过一个优选实施例对上述实施方式进行进一步的解释说明。
140.本优选实施例设定第一预定值和第二预定值相同，均为
△
dr。
141.施工开始；
142.设置第一预定值＝第二预定值＝
△
dr，设置初始下水压力p0、下水压力步进值
△
p、步进周期t；
143.在振冲施工过程中，每隔时间t获取一次当前地层密实度dr，以及当前下水压力p；
144.比较当前地层密实度dr与在前获取的地层密实度dr0；
145.当获取的当前地层密实度dr＞在前获取的地层密实度dr0，且大于等于第一预定值
△
dr时，则控制水泵加大所供应的下水流量，从而加大所供应的下水压力；其中，水泵所供应的下水压力按照周期性步进的方式增加，即水泵所供应的下水压力p＝当前下水压力p+n*
△
p，n＝1、2、3
……
，每隔周期t，增加一个
△
p，直到收到保持或减小下水压力的指令；
146.当获取的当前地层密实度dr＜在前获取的地层密实度dr0，且小于等于第二预定值
△
dr时，则控制水泵减小所供应的下水流量，从而减小所供应的下水压力；其中，水泵所供应的下水压力按照周期性步进的方式减小，即水泵所供应的下水压力p＝当前下水压力p－n*
△
p，n＝1、2、3
……
，每隔周期t，减小一个
△
p，直到收到保持或增加下水压力的指令；
147.当获取的当前地层密实度dr与在前获取的地层密实度dr0的差值在预定范围(
△
dr)内时，则控制水泵保持所供应的下水流量，从而保持所供应的下水压力，直到收到减小或增加下水压力的指令。
148.其中，当前地层密实度dr通过预置公式dr＝k*i和获取的当前振冲电流i运算得出。具体的，获取初始振冲电流i后，代入公式dr＝k*i，运算出当前地层密实度dr。
149.如图8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。
150.本实施例采用的振冲碎石桩机，伸缩导杆通过减震器连接振冲器，下水控制过程如下：
151.1、振冲器13启动后，下放深度检测装置实时检测振冲器下放深度，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；
152.2、控制器1获取振冲速度、当前振冲电流、当前下水压力、当前下水流量；
153.3、控制器1将获取的振冲速度与振冲速度阈值进行比较，并根据比较结果控制水泵供应下水的下水流量；若所获取的振冲速度小于振冲速度阈值的下限值，则发出报警并控制水泵按照设置的最大下水流量供应下水；若所获取的振冲速度大于振冲速度阈值的上限值，则发出报警并控制水泵按照设置的最小下水流量供应下水；若所获取的振冲速度在振冲速度阈值范围内，则根据在振冲施工过程中获取的当前地层密实度控制供应下水的下水流量；
154.4、控制器1根据获取的当前振冲电流运算出当前地层密实度；并通过当前地层密实度与地层密实度阈值的比较结果，控制水泵供应下水的下水流量，从而调整当前下水压力。
155.本发明在振冲造孔施工过程中实时监测振冲器的振冲速度，并通过振冲速度控制下水压力的供给量，从而提高振冲施工的成功率，有利于深厚覆盖层地层振冲施工的顺利进行。并且，当振冲器的振冲速度在振冲速度阈值范围内时，本发明能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，从而解决了深厚覆盖层地层振冲施工的难题。此外，本发明对具有脉动压力的瞬时下水压力进行平均处理，得到的平均下水压力更接近下水压力供给的真实值，从而实现对下水压力的精确控制，利于振冲施工的顺利进行。
156.s2、通过振冲器振冲造孔施工形成碎石桩孔后，精准地将碎石填料投放到碎石桩孔内，振冲器对碎石填料进行振冲加密以形成振冲碎石桩。
157.采用步骤s1的方法通过振冲器振冲施工形成碎石桩孔后，对碎石桩孔进行清孔等处理，需清孔至孔口返出泥浆变稀，以保证振冲孔顺直通畅以利填料沉落，然后再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，n个碎石桩段在碎石桩孔内由下至上形成连续均匀的振冲碎石桩。在每批次填料的过程中，可以利用装载机一次或多次向碎石桩孔内置入碎石填料以形成一个碎石桩段，而在利用装载机进行一次填料时，精准地一次性完成碎石填料的称重与投放，即，对碎石填料称重后直接投放到碎石桩孔内。
158.而本发明精准填料(即一次完成碎石填料的称重与投放)是通过填料装置实现，如图3a-图4所示，该填料装置2000包括：支撑架20，可移动至碎石桩孔的孔口处；安装在支撑架20上部的盛料筒23，用于盛放待投放到碎石桩孔内的碎石填料；安装在支撑架20上且位于盛料筒23下部的投料斗21，用于盛接经盛料筒23称重后的碎石填料并将碎石填料投放到碎石桩孔内。
159.具体地，本发明支撑架20为框架结构，其上部用于固定支撑盛料筒，下部用于固定支撑投料斗，中部用于固定控制活门打开或关闭的活门开关组件22。优选的，支撑架底部设置可使其移动的多个滚轮，且滚轮可以锁止，使得支撑架20可根据需要移动并锁定在所需位置，如碎石桩孔的孔口处。
160.其中，如图3a-图5所示，本发明盛料筒23为圆筒，盛料筒上、下开口，在盛料筒底部设置有与盛料筒一侧转动连接的可打开或关闭的放料活门231(组装时，可根据需要在盛料筒一侧设置连接座，放料活门转动安置在连接座上，当然，也可根据需要设置其它部件)，该放料活门关闭时可将盛料筒下部开口封闭，以防止投放在盛料筒内的碎石填料掉落。称重元件设置于放料活门上(图中未示出称重元件)，优选的，本发明放料活门可采用包括上下两层的夹层结构，称重元件安置在放料活门的夹层内，且称重元件可采用重量传感器或其它可检测重量的元件。称重元件每测量一次碎石填料的重量后可进行重量保存，并可将每次测量的重量进行累加，以得到投放到同一碎石桩孔内的碎石填料总重量。
161.为便于准确测量经装载机投放到盛料筒内的碎石填料的重量，本发明盛料筒采用由上至下内径不变的圆筒。而放料活门231的底部与活门开关组件22连接，以便在活门开关组件动作时，可改变放料活门的打开角度。其中，活门开关组件可采用液压组件，组装时，将液压组件的液压缸安装在支撑架上(如中部)，将液压组件的活塞伸出端与放料活门底部连接，通过活塞的伸缩运动带动放料活门相对盛料筒打开或关闭。此外，活门开关组件也可采用气压组件，或者电动组件等，该活门开关组件可采用本领域技术人员容易得到的结构。
162.其中，本发明的投料斗可以采用上宽、下窄的弧形投料斗，如图6所示，可为圆锥台的二分之一或小于圆锥台的二分之一形，设计时，可使投料斗上部开口半径大于盛料筒半径，甚至可与盛料筒直径相当，以便盛料筒内掉落的经称重后的碎石填料完全进入投料斗。投料斗底部开口形成投料口，投料口的半径小于上部开口的半径，设计时，合理设计投料斗内壁由上至下的倾斜角度，以便碎石填料从投料斗上部开口掉入后可顺利滑向下部的投料口。此外，需合理设计盛料筒与投料斗之间的距离以及放料活门的尺寸与打开角度，其中，当盛料筒底部的放料活门打开后，满足使放料活门底端可部分搭接在投料斗的内壁上时的
各数据为较佳。
163.或者，本发明的投料斗还可以采用上宽、下窄的锥台形投料斗(图中未示出)，上、下开口。
164.进一步的，为了防止从盛料筒内掉落到投料斗内的碎石填料在投料斗内堆积以致不能快速进入到碎石桩孔内，本发明投料斗还可采用振动式投料斗(图中未示出)，如，将投料斗与驱动机构连接，通过驱动机构带动投料斗以一定频率振动而使投料斗内的碎石填料朝投料口方向移动。
165.设计时，可使投料斗投斗口略伸出于支撑架底部平台，在进行孔口填料时，投料斗的投料口可抵住孔口或探入到孔口内(如图3a所示)；或者，也可使投料斗投斗口与支撑架底部平台平齐，在进行孔口填料时，投料斗的投料口位于孔口正上方(如图3b所示)。
166.进一步的，本发明填料装置还可包括与称重元件无线连接的显示元件24，该显示元件设置在地面上，如可安装在填料装置的支撑架上(如图3a所示)，也可以设置在控制室内，以便操作人员或业主可直接查看每次、每批次投放到碎石桩孔内的碎石填料重量以及投放到同一碎石桩孔内的碎石填料总重量，实现精准投料的实时观测。
167.图3c示出本发明用于对填料装置填料重量进行处理的控制部分示意图，其包括：对称重元件的输出进行处理的处理器，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元件。
168.采用本发明填料装置时，每次在装载机将碎石填料投放到盛料筒内之前，应使放料活门处于关闭状态，装载机将碎石填料投放到盛料筒内后，先通过放料活门上的称重元件对盛料筒内碎石填料进行称重处理，然后保存所称重量以便对重量进行累加，并可同步在显示元件上显示，之后，控制活门开关组件将放料活门打开，使盛料筒内的碎石填料完全掉落到投料斗内并经投料斗的投料口投放到碎石桩孔内(如图4所示)，以便利用振冲器对碎石填料进行振冲加密处理形成一个碎石桩段。
169.下面，对每次采用本发明填料装置精准投料的过程进行描述。
170.1、通过装载机将碎石填料置入具有称重元件的填料装置内，即，在放料活门处于关闭的状态下，通过装载机将碎石填料投放于具有称重元件的盛料筒内；
171.2、利用称重元件对盛料筒内所盛装的碎石填料重量进行称量，并保存称量后所得重量，进一步的，还可对所称重量进行累加，并在显示元件上显示；
172.3、获得碎石填料的重量并保存后，控制盛料筒底部的放料活门打开，使盛料筒内的碎石填料因重力原因掉落到位于盛料筒下方的投料斗内；
173.4、利用碎石填料自重和投料斗的弧形内壁，使下落到投料斗内的碎石填料经由投料斗的投料口自由滑落到碎石桩孔内。
174.碎石填料被投放到碎石桩孔内之后，利用振冲碎石桩机的振冲器对经由投料斗投料口直接滑落到碎石桩孔内的已称重碎石填料进行振冲加密施工，从而形成一个振冲碎石桩段。
175.综上所述，本发明方法可在形成碎石桩孔后，一次性完成碎石填料的称重与投放，避免出现现有技术中碎石填料投放重量与所称重量不一致，不能供操作人员尤其是业主实时观测的问题，从而在利用振冲器对重量达到要求的碎石填料进行振冲形成振冲碎石桩的过程中，可确保形成重量符合要求且连续、密实的振冲碎石桩，确保形成的振冲碎石桩的质
量，从根本上提高了具有振冲碎石桩的复合地基抗地震液化能力和抗震效果。
176.尽管上文对本发明作了详细说明，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：
1.一种超强地震带超深覆盖层振冲碎石桩机施工的孔口填料方法，所述振冲碎石桩机包括振冲器，所述方法包括：通过振冲器振冲造孔施工形成碎石桩孔后，将具有称重元件的填料装置安置于碎石桩孔的孔口处，并使填料装置的投料口对准孔口；通过装载机将碎石填料置入具有称重元件的填料装置内，获得并保存碎石填料的重量；将获得重量的碎石填料直接经由对准孔口的填料装置投料口投放到碎石桩孔内，以利用振冲器对碎石填料振冲形成振冲碎石桩。2.根据权利要求1所述的方法，通过装载机将碎石填料置入具有称重元件的填料装置内包括将碎石填料投放于具有称重元件的盛料筒内的步骤。3.根据权利要求2所述的方法，所述盛料筒为圆筒。4.根据权利要求3所述的方法，所述盛料筒底部设置有可打开或关闭的放料活门，所述称重元件设置于放料活门上。5.根据权利要求4所述的方法，将获得重量的碎石填料直接经由对准孔口的填料装置投料口投放到碎石桩孔内包括：获得碎石填料的重量后，控制盛料筒底部的放料活门打开，以便盛料筒内部的碎石填料下落到位于盛料筒下部的投料斗内；利用碎石填料自重和投料斗的弧形内壁，使下落到投料斗内的碎石填料经由投料斗的投料口自由滑落到碎石桩孔内。6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，通过振冲器振冲造孔施工时，还获取振冲器的振冲速度以及当前下水压力，并根据所获取的振冲速度调整当前下水压力，以便利用振冲器振冲和调整后的当前下水压力完成振冲施工。7.根据权利要求6所述的方法，获取振冲器的振冲速度以及当前下水压力，并根据所获取的振冲速度调整当前下水压力，以便利用振冲器振冲和调整后的当前下水压力完成振冲施工包括：在振冲施工过程中获取振冲器的振冲速度、以及当前下水压力；将所获取的振冲速度与振冲速度阈值进行比较；根据所获取的振冲速度与振冲速度阈值的比较结果，控制供应下水的下水流量，从而调整当前下水压力，以便利用振冲器振冲和调整后的当前下水压力完成振冲施工。8.根据权利要求7所述的方法，所述获取振冲器的振冲速度包括：获取单位时间内振冲器的下放深度。9.根据权利要求7或8所述的方法，所述根据所获取的振冲速度与振冲速度阈值的比较结果，控制供应下水的下水流量包括：若所获取的振冲速度小于所述振冲速度阈值的下限值或大于所述振冲速度阈值的上限值，则发出报警并按照设定值控制供应下水的下水流量；若所获取的振冲速度在所述振冲速度阈值范围内，则根据在振冲施工过程中获取的当前地层密实度控制供应下水的下水流量。10.根据权利要求9所述的方法，所述根据在振冲施工过程中获取的当前地层密实度控制供应下水的下水流量包括：
将所述当前地层密实度与地层密实度校准值进行比较；根据当前地层密实度与地层密实度校准值的比较结果，控制供应下水的下水流量，从而调整当前下水压力，以便利用振冲器振冲和调整后的当前下水压力完成振冲施工。

技术总结
本发明公开一种超强地震带超深覆盖层振冲碎石桩机施工的孔口填料方法，包括：通过振冲器振冲造孔施工形成碎石桩孔后，将具有称重元件的填料装置安置于碎石桩孔的孔口处，并使填料装置的投料口对准孔口；通过装载机将碎石填料置入具有称重元件的填料装置内，获得并保存碎石填料的重量；将获得重量的碎石填料直接经由对准孔口的填料装置投料口投放到碎石桩孔内，以利用振冲器对碎石填料振冲形成振冲碎石桩。本发明的方法，一步完成碎石填料的测重与投放，确保投放到碎石桩孔内碎石填料重量符合要求，保证强震下振冲碎石桩的安全性。保证强震下振冲碎石桩的安全性。保证强震下振冲碎石桩的安全性。


技术研发人员：孙亮 石峰 韩伟
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