超强地震带超深覆盖层下形成抗滑移振冲碎石桩方法与流程

1.本发明涉及桩机施工技术领域，尤其涉及一种超强地震带超深覆盖层下形成抗滑移振冲碎石桩方法。


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，常规方法进行振冲碎石桩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，这种地层条件下采用振冲法进行振冲碎石桩施工困难重重：
6.1、覆盖层厚度大，有些地层中在上下两层相对密实的硬层(如砂层或砂层夹砾石)中夹杂着软弱夹层(如湖相或海相沉积的淤泥质黏土层)，这使得这两种地层在造孔中所遇到的问题完全不同，尤其是当该种地层又处于强震频发尤其是易发生特大地震的条件下时，上述规定已完全不能适用。
7.2、由于硬层中夹杂着软弱夹层，若采用常规振冲方法形成碎石桩，则碎石桩位于软弱夹层处的部分会在超强地震下发生大幅度水平位移，这将导致碎石桩发生错断，影响复合地基的稳定与安全。
8.可见，在特大地震带地层振冲施工出桩体不断裂的振冲碎石桩是业内技术人员急需解决的难题。


技术实现要素：

9.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下形成抗滑移振冲碎石桩方法，保证在超强地震带超深覆盖层下形成的超深振冲碎石桩透水性良好，桩径符合要求，能在强震条件下不发生错断，可将深部的超静孔隙水压力垂直上传至碎
石垫层，确保强震下振冲碎石桩的安全性。
10.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下形成抗滑移振冲碎石桩方法，包括：
11.对中间夹有粘度较高的滑移层的地层进行造孔施工以形成碎石桩孔；
12.对碎石桩孔清孔处理期间，通过超声波装置检测碎石桩孔内泥浆密度，并根据泥浆密度信息控制供应下水的下水流量和供压下气的下气流量；
13.向清孔处理后的碎石桩孔内填料并通过振冲器对填料进行振冲加密施工，以形成具有有效桩径的振冲碎石桩，包括：
14.振冲器对投放到位于所述滑移层下方的碎石桩孔内的碎石填料进行振冲加密，形成下方碎石桩段；
15.振冲器对投放到对应于所述滑移层的碎石桩孔内的填充料进行振冲，将所述填充料被振冲到碎石桩孔周围的滑移层中，以便增强滑移层的稳定性；
16.在所述填充料被振冲到碎石桩孔周围的滑移层中之后，振冲器对投放到碎石桩孔内的碎石填料进行振冲加密，形成滑移层碎石桩段；
17.形成滑移层碎石桩段，振冲器对投放到碎石桩孔内的碎石填料继续进行振冲加密，形成上方碎石桩段。
18.其中，通过超声波装置检测碎石桩孔内泥浆密度，并根据泥浆密度信息控制供应下水的下水流量和供压下气的下气流量包括：
19.通过超声波装置检测碎石桩孔内泥浆密度，得到碎石桩孔内泥浆密度信息；
20.根据碎石桩孔内泥浆密度信息，对供应下水的下水流量和供压下气的下气流量进行控制，以便碎石桩孔内泥浆密度符合要求。
21.优选的，所述超声波装置包括：
22.安装在地面上的超声波主机；
23.从所述主机延伸到碎石桩孔内的超声波探头；
24.其中，所述超声波探头向碎石桩孔内的泥浆发射超声波并接收泥浆反射的超声波，所述主机根据泥浆反射的超声波以及预设的超声波与泥浆密度的对应关系，获得碎石桩孔内泥浆密度信息。
25.优选的，根据碎石桩孔内泥浆密度信息，对供应下水的下水流量和供压下气的下气流量进行控制包括：
26.获得碎石桩孔内泥浆密度信息后，比较当前泥浆密度值与预设泥浆密度阈值；
27.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。
28.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：
29.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；
30.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。
31.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。
32.优选的，振冲器对填料进行振冲加密以形成具有有效桩径的振冲碎石桩包括：
33.在所述振冲器对填料进行振冲加密期间，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；
34.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填料而形成碎石桩的桩径等于有效桩径。
35.优选的，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：
36.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；
37.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；
38.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填料进行振冲，从而最终形成桩径等于有效桩径的碎石桩；
39.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填料进行振冲。
40.优选的，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。
41.优选的，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：
42.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；
43.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；
44.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填料进行振冲，从而最终形成桩径等于有效桩径的碎石桩。
45.优选的，对地层进行造孔施工以形成碎石桩孔包括：
46.根据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；
47.根据振冲施工过程中获取的当前地层密实度控制供应下气的下气压力；
48.通过控制振冲碎石桩机供应下水的下水流量和控制供应下气的下气压力，使振冲器在下水、下气协同作用下完成碎石桩孔的振冲施工。
49.与现有技术相比，本发明超强地震带超深覆盖层下形成抗滑移振冲碎石桩方法具有如下优点：
50.1、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。
51.2、本发明方法，对于深厚覆盖的复杂地层在只供应下水效果不明显时，可根据不同地层密实度分别精确控制下水压力和下气压力的供给量，以便振冲器在合适下水压力、下气压力的协同作用下，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。
52.3、本发明方法，通过对上水压力的精确控制，实现伸缩导杆内部上水压力始终大于外部泥浆压力，以便防止外部泥浆从伸缩导杆的间隙进入到伸缩导杆内部；并通过在振冲施工过程中控制当前上水流量位于目标上水流量范围内，控制上气压力位于目标上气压力范围内，以便清除进入到伸缩导杆内的少量砂石，使伸缩导杆在上水、上气作用下自由伸缩，从而使基于伸缩导杆的复杂地层的深孔振冲施工可靠进行。
53.4、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。
54.下面结合附图对本发明进行详细说明。
附图说明
55.图1是本发明超强地震带超深覆盖层下形成抗滑移振冲碎石桩方法的示意图；
56.图2是本发明使用的振冲碎石桩机的示意图；
57.图3是本发明振冲碎石桩机的水气联动控制系统的示意框图；
58.图4是本发明实施例获取当前地层密实度的方法流程图；
59.图5是本发明实施例上水、上气以及下水、下气的控制方法流程图；
60.图6是本发明实施例根据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的方法流程图；
61.图7是本发明实施例根据振冲施工过程中获取的当前地层密实度控制供应下气的下气压力的方法流程图；
62.图8是本发明实施例控制供应上水的上水流量的方法流程图；
63.图9是本发明实施例控制供应上气的上气压力的方法流程图；
64.图10是本发明在振冲器壳体内侧设置拾音器的示意图；
65.图11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；
66.图12是图11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；
67.图13是图11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。
68.图14是本发明对桩孔内泥浆密度进行控制的流程图。
具体实施方式
69.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：
70.对中间夹有粘度较高的滑移层的地层进行造孔施工以形成碎石桩孔；
71.对碎石桩孔清孔处理期间，通过超声波装置检测碎石桩孔内泥浆密度，并根据泥浆密度信息控制供应下水的下水流量和供压下气的下气流量；
72.向清孔处理后的碎石桩孔内填料并通过振冲器对填料进行振冲加密施工，以形成具有有效桩径的振冲碎石桩，包括：
73.振冲器对投放到位于所述滑移层下方的碎石桩孔内的碎石填料进行振冲加密，形成下方碎石桩段；
74.振冲器对投放到对应于所述滑移层的碎石桩孔内的填充料进行振冲，将所述填充料被振冲到碎石桩孔周围的滑移层中，以便增强滑移层的稳定性；
75.在所述填充料被振冲到碎石桩孔周围的滑移层中之后，振冲器对投放到碎石桩孔内的碎石填料进行振冲加密，形成滑移层碎石桩段；
76.形成滑移层碎石桩段，振冲器对投放到碎石桩孔内的碎石填料继续进行振冲加密，形成上方碎石桩段。
77.其中，本发明通过如图2所示的振冲碎石桩机1000进行振冲碎石桩的施工。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。
78.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。
79.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。
80.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。
81.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，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。
82.本发明通过振冲器振冲造孔施工形成碎石桩孔的过程中，对振冲碎石桩机进行水气联动控制，以便辅助振冲器快速完成振冲造孔。对振冲碎石桩机进行水气联动控制包括：在振冲施工过程中，实时控制供应上水的上水流量以及实时控制供应上气的上气压力，以便伸缩导杆在上水、上气共同作用下自由伸缩；获取振冲施工过程中的当前地层密实度；根据当前地层密实度，实时控制供应下水的下水流量以及实时控制供应下气的下气压力，以
便振冲器和下水、下气共同作用完成碎石桩孔的振冲施工。
83.本发明适用于地层复杂的深孔振冲，通过对振冲施工过程中上水、上气的自动控制，以及根据当前地层密实度自动控制下水、下气的供给量，保证深孔振冲施工的顺利进行。
84.如图5所示，本实施例提供一种振冲碎石桩机的水气联动控制方法，包括：
85.s100，将用于供应上水、上气的管道从伸缩导杆的顶部深入到伸缩导杆的下部，以便上水、上气在伸缩导杆下部挡板的作用下在伸缩导杆内形成自下而上的水流和气流，并从伸缩导杆的顶部流出；
86.s101，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.s102，将用于供应下气的管道穿过伸缩导杆后从伸缩导杆的底部套管侧壁伸出，以便下气从伸缩导杆底部喷出对地层进行气冲预破坏；
88.s103，在振冲施工过程中，控制伸缩导杆内部上水压力始终大于外部泥浆压力，以便防止外部泥浆从伸缩导杆的间隙进入到伸缩导杆内部；同时
89.s104，控制供应上水的上水流量以及控制供应上气的上气压力，以便在上水、上气协同作用下清除进入到伸缩导杆内的少量砂石；
90.s105，根据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；以及
91.s106，根据振冲施工过程中获取的当前地层密实度控制供应下气的下气压力；
92.s107，通过控制供应下水的下水流量和控制供应下气的下气压力，使振冲器在下水、下气协同作用下完成振冲施工。
93.下面结合附图对本实施例下水控制方法进行详细说明。
94.如图4所示，在振冲施工过程中获取当前地层密实度包括：
95.s201，获取振冲器的当前振冲电流；
96.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；
97.s203，将查找到的地层密实度确定为当前地层密实度。
98.如图3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。
99.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。
100.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。
101.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。
102.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。
103.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：
104.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。
105.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。
106.表1振冲电流与地层密实度的对应关系
107.振冲电流i地层密实度dri《0.3ie软0.3ie≤i《0.8ie中i≥0.8ie硬
108.其中，表1所示的ie为振冲器额定电流。
109.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。
110.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。
111.其中，s105根据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，如图6所示，包括：
112.s301，获取供应下水的当前下水压力；
113.s302，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；
114.s303，通过比较当前下水压力和目标下水压力，控制第二水泵供应下水的下水流量，使当前下水压力位于目标下水压力范围内。
115.控制器将当前下水压力和目标下水压力的差值信号转换成控制信号，控制第二水
泵供应下水的下水流量，使当前下水压力位于目标下水压力范围内。
116.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。
117.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：s301获取供应下水的当前下水压力，包括：
118.s401，获取供应下水的多个瞬时下水压力；
119.s402，将所述多个瞬时下水压力做平均处理，得到平均下水压力；
120.s403，将所得到的平均下水压力确定为当前下水压力。
121.其中，s401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。
122.在本实施例的一个实施方式中，s402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。
123.在本实施例的另一个实施方式中，s402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。
124.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。
125.上述两个实施方式在具体实施时，如图3所示，在第二水泵4的出水管路上安装第二供水压力检测传感器41和第二供水流量检测传感器42，分别用于实时检测第二水泵4供应下水的瞬时下水压力和瞬时下水流量。第二供水压力检测传感器41和第二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，第二供水压力检测传感器41可以采用压力变送器，第二供水流量检测传感器42可以采用电磁流量计。
126.在第二供水压力检测传感器41内部增加压力信号平均电路，用于对第二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。
127.此外，在第二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。
128.如图3所示，第二供水压力检测传感器41和第二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。
129.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，控制器对从第二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，以及对从第二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。
130.其中，s302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：
131.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，控制器通过试验桩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。
132.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。
133.表2下水压力与地层密实度的对应关系
134.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
135.控制器1通过查找表2，查找到与当前地层密实度相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。
136.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。
137.其中，s303通过比较当前下水压力和目标下水压力，控制第二水泵供应下水的下水流量，使当前下水压力位于目标下水压力范围内，具体包括：当当前下水压力大于目标下水压力上限时，控制第二水泵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，控制第二水泵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，控制第二水泵4维持下水流量。
138.如图3所示，本实施例第二水泵4通过第二水泵变频柜5连接控制器1，第二水泵变频柜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通过控制第二水泵变频柜5改变输出频率来控制第二水泵4的转速，进而改变第二水泵4供应下水的下水流量，当第二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；当第二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。
139.在振冲施工过程中，如果仅供应下水，施工效果不明显时，辅助供应下气。
140.下面结合附图对本实施例下气控制方法进行详细说明。
141.其中，s106根据振冲施工过程中获取的当前地层密实度控制供应下气的下气压力，如图7所示，包括：
142.s501，获取供应下气的下气压力；
143.s502，根据预置的下气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气压力；
144.s503，通过比较获取的下气压力和目标下气压力，控制第二空压机供应下气的下气压力，使获取的下气压力位于目标下气压力范围内。
145.控制器将获取的下气压力和目标下气压力的差值信号转换成控制信号，控制第二空压机供应下气的下气压力位于目标下气压力范围内。
146.其中，本实施例获取当前地层密实度参见前述下水控制方法。
147.其中，本实施例s501获取供应下气的下气压力，具体包括：实时检测第二空压机供应下气的瞬时下气压力，并获取间隔时间相等的瞬时下气压力。
148.在本实施例的一个实施方式中，获取下气压力的方法如下：
149.如图3所示，在第二空压机8的出口处配置储气罐，在储气罐的的出气管路上安装第二供气压力检测传感器81，用于检测第二空压机8供应下气的瞬时下气压力。第二供气压力检测传感器81可以采用现有技术中能够检测气压的任意传感器。例如，可以采用压力变送器。
150.此外，在第二空压机8储气罐的的出气管路上安装第二供气流量检测传感器82，用于检测第二空压机8供应下气的下气流量。第二供气流量检测传感器82可以采用现有技术中能够检测气流量的任意传感器。例如，可以采用涡街流量计。
151.第二供气压力检测传感器81和第二供气流量检测传感器82将检测到的压力信号和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。
152.其中，s502根据预置的下气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气压力，具体实施方式如下：
153.控制器中预置有下气压力与地层密实度的对应关系。下气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，控制器通过试验桩获得的大量数据分析确定下气压力与地层密实度的对应关系。
154.在本实施例的一个实施方式中，下气压力与地层密实度的对应关系，如表3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气压力的对应关系通过现场试验数据获得。
155.表3下气压力与地层密实度的对应关系
156.下气压力p(mpa)地层密实度dr0软0.3～0.5中0.7～0.8硬
157.控制器1通过查找表3，查找到与当前地层密实度相对应的目标下气压力。如表3所示，每个级别的地层密实度对应的下气压力均设置上下限。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3，查找到与中级当前地层密实度相对应的目标下气压力为0.3～0.5mpa。
158.需要说明的是，表3只是示出了下气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。
159.其中，s503通过比较获取的下气压力和目标下气压力，控制第二空压机供应下气的下气压力，使获取的下气压力位于目标下气压力范围内，具体包括：
160.当获取的下气压力大于目标下气压力上限时，控制第二空压机减小下气压力；当获取的下气压力小于目标下气压力下限时，控制第二空压机增大下气压力；当获取的下气压力位于目标下气压力范围内时，控制第二空压机维持下气压力。
161.在本实施例的一个实施方式中，如图3所示，在储气罐的的出气管路上安装第二电动调节阀9，通过控制第二电动调节阀9的阀门开度来控制下气压力。如图3所示，本实施例控制器1将阀门开度信号通过无线传输到远程终端单元rtu，通过rtu控制第二电动调节阀9
的阀门开度。当第二电动调节阀9的阀门开大时，下气流量增大，下气压力也随之增大；当第二电动调节阀9的阀门开小时，下气流量减小，下气压力也随之减小。
162.对于深厚覆盖的复杂地层，本实施例根据不同地层密实度分别自动控制下水压力和下气压力的供给量，从而配合振冲器顺利完成深孔振冲施工。
163.基于伸缩导杆的深孔振冲施工，需要配合供给上水。
164.下面结合附图对本实施例上水控制方法进行详细说明。
165.本实施例上水控制原理：1、控制上水压力，控制伸缩导杆内上水压力始终大于桩孔的泥浆压力，迫使伸缩导杆内的上水从伸缩导杆的套管间隙流向桩孔中泥浆，实现管内水压动平衡，以防止泥浆中的砂石进入并卡在套管间隙中；2，控制上水流量，上水从底层套管顶部向上流动至顶层套管后排出的过程中，通过使伸缩导杆内的上水流量保持在一定水平，从而将偶然进入伸缩导杆内的少量砂石带出去，避免卡在套管间隙。
166.基于上述原理，本实施例在保证管内水压动平衡的基础上通过实时控制上水流量，可以避免卡管，实现伸缩导杆自由伸缩的目的。
167.其中，s103在振冲施工过程中，控制伸缩导杆内部上水压力始终大于外部泥浆压力，具体实施方式如下：
168.伸缩导杆内部上水压力包括上水静压力(ρ
水
gh)和第一水泵供应的上水压力(
△
p)，伸缩导杆内部上水压力始终大于外部泥浆压力即控制伸缩导杆内的上水静压力(ρ
水
gh)和第一水泵供应的上水压力(
△
p)之和要大于伸缩导杆外部桩孔内的泥浆压力(ρ
浆
gh)，即控制第一水泵供应的上水压力(
△
p)大于伸缩导杆外部桩孔内的泥浆压力(ρ
浆
gh)与伸缩导杆内的上水静压力(ρ
水
gh)的差值，即
△
p＞ρ
浆
gh-ρ
水
gh。
169.其中，ρ
水
＝1g/cm3，ρ
浆
＝1.4g/cm3，g≈10m/s，假如h＝100m，则
△
p＞0.4mpa。
170.通过以上计算得出，当孔深100m时，通过控制第一水泵供应的上水压力大于0.4mpa，就可保持伸缩导杆内水压动平衡，防止泥浆中的砂石进入并卡在套管间隙中。
171.具体实施时，第一水泵6可以采用最小泵压大于0.4mpa的水泵。例如，采用柱塞泵bw320，最小泵压1.5mpa。
172.具体的，控制伸缩导杆内部上水压力始终大于外部泥浆压力，即控制第一水泵供应的上水压力可以通过以下方式实现：获取供应上水的当前上水压力；通过比较当前上水压力和基准上水压力，控制第一水泵供应上水的上水压力，使当前上水压力大于等于基准上水压力；其中，基准上水压力与伸缩导杆内部上水静压力之和始终大于外部泥浆压力。
173.其中，获取当前上水压力的具体实施方式可以参见获取当前下水压力。当孔深100m时，基准上水压力取0.4mpa。
174.在满足当前上水压力大于基准上水压力的条件下，本实施例通过实时控制上水流量来将偶然进入伸缩导杆内的少量砂石带出去，避免卡在套管间隙。
175.其中，s104控制供应上水的上水流量，如图8所示，包括：
176.s601，获取第一水泵供应上水的当前上水流量；
177.s602，通过比较当前上水流量和目标上水流量，控制第一水泵供应上水的上水流量，使当前上水流量位于目标上水流量范围内。
178.控制器将当前上水流量和目标上水流量的差值信号转换成控制信号，控制第一水泵供应上水的上水流量，使当前上水流量位于目标上水流量范围内。
179.其中，s601获取第一水泵供应上水的当前上水流量的具体实施方式参见获取当前下水流量。
180.本实施例s602通过比较当前上水流量和目标上水流量，控制第一水泵供应上水的上水流量，具体包括：当当前上水流量大于目标上水流量上限时，控制第一水泵6减少上水流量；当当前上水流量小于目标上水流量下限时，控制第一水泵6增加上水流量；当当前上水流量位于目标上水流量范围内时，控制第一水泵6维持上水流量。
181.在本实施例的一个实施方式中，将目标上水流量范围设定为280
±
10l/min。，柱塞泵bw320的最大流量320l/min要大于目标上水流量。也可以选择同时满足本实施例上水压力、上水流量供给需求的其他第一水泵6。
182.如图3所示，在第一水泵6的出水管路上安装第一供水压力检测传感器61和第一供水流量检测传感器62，分别用于实时检测第一水泵6供应上水的瞬时上水压力和瞬时上水流量。第一供水压力检测传感器61和第一供水流量检测传感器62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，第一供水压力检测传感器61可以采用压力变送器，第一供水流量检测传感器62可以采用电磁流量计。
183.如图3所示，第一水泵6通过第一水泵变频柜7连接控制器1，第一水泵变频柜7和控制器1采用无线连接，也可以采用有线连接。控制器1通过改变第一水泵变频柜7的输出频率来控制第一水泵6的转速，进而改变第一水泵6供应上水的上水流量，使当前上水流量位于目标上水流量范围内。
184.在本实施例的一个实施方式中，采用柱塞泵供应上水，控制器1获取当前上水流量、当前上水压力的方法参见采用柱塞泵供应下水，控制器1获取当前下水流量、当前下水压力的方法，不再赘述。
185.基于伸缩导杆的深孔振冲施工，如果仅供应上水，施工效果不明显时，辅助供应上气。
186.下面结合附图对本实施例上气控制方法进行详细说明。
187.其中，s104控制供应上气的上气压力，如图9所示，包括：
188.s701，获取第一空压机供应上气的上气压力；
189.s702，通过比较获取的上气压力和目标上气压力，控制第一空压机供应上气的上气压力，使获取的上气压力位于目标上气压力范围内。
190.其中，s701获取第一空压机供应上气的上气压力，具体包括：实时检测第一空压机供应上气的瞬时上气压力，并获取间隔时间相等的瞬时上气压力。
191.在本实施例的一个实施方式中，获取上气压力的方法如下：
192.如图3所示，在第一空压机的出口处配置储气罐，在储气罐的的出气管路上安装第一供气压力检测传感器，用于检测第一空压机供应上气的瞬时上气压力。第一供气压力检测传感器可以采用现有技术中能够检测气压的任意传感器。例如，可以采用压力变送器。
193.此外，在第一空压机储气罐的的出气管路上安装第一供气流量检测传感器，用于检测第一空压机供应上气的上气流量。第一供气流量检测传感器可以采用现有技术中能够检测气流量的任意传感器。例如，可以采用涡街流量计。
194.第一供气压力检测传感器和第一供气流量检测传感器将检测到的压力信号和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。
195.其中，s702通过比较获取的上气压力和目标上气压力，控制第一空压机供应上气的上气压力，使获取的上气压力位于目标上气压力范围内，具体包括：
196.当获取的上气压力大于目标上气压力上限时，控制第一空压机减小上气压力；当获取的上气压力小于目标上气压力下限时，控制第一空压机增大上气压力；当获取的上气压力位于目标上气压力范围内时，控制第一空压机维持上气压力。
197.在本实施例的一个实施方式中，将目标上气压力范围设定为0.3～0.4mpa。
198.如图3所示，在储气罐的的出气管路上安装第一电动调节阀，通过控制第一电动调节阀的阀门开度来控制上气压力。如图3所示，本实施例控制器1将阀门开度信号通过无线传输到远程终端单元rtu，通过rtu控制第一电动调节阀的阀门开度。当第一电动调节阀的阀门开大时，上气流量增大，上气压力也随之增大；当第一电动调节阀的阀门开小时，上气流量减小，上气压力也随之减小。
199.本实施例采用sv-70型振冲碎石桩机，伸缩导杆连接振冲器，水气联动自动控制过程如下：
200.1、振冲器3启动后，第二供水压力检测传感器41实时检测瞬时下水压力，第二供水流量检测传感器42实时检测瞬时下水流量，第二供气压力检测传感器81实时检测瞬时下气压力，第二供气流量检测传感器82实时检测瞬时下气流量，第一供水压力检测传感器61实时检测瞬时上水压力，第一供水流量检测传感器62实时检测瞬时上水流量，第一供气压力检测传感器实时检测瞬时上气压力，第一供气流量检测传感器实时检测瞬时上气流量；
201.2、控制器1获取当前振冲电流、当前下水压力、当前下水流量、下气压力、下气流量、当前上水压力、当前上水流量、上气压力、上气流量；
202.3、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；通过查找表3，确定与当前地层密实度对应的目标下气压力；
203.4、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第二水泵变频柜5的输出频率，通过控制第二水泵4的转速改变第二水泵4供应下水的下水流量，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；
204.控制器1将获取的下气压力和查找确定的目标下气压力进行比较，将差值信号转换成控制信号控制第二电动调节阀9的阀门开度，从而改变下气压力，使下气压力位于目标下气压力范围内；
205.控制器1将获取的当前上水流量和目标上水流量进行比较，将差值信号转换成控制信号控制第一水泵变频柜7的输出频率，通过控制第一水泵6的转速改变，第一水泵6供应上水的上水流量，使当前上水流量位于目标上水流量范围内；
206.控制器1将获取的上气压力和目标上气压力进行比较，将差值信号转换成控制信号控制第一电动调节阀的阀门开度，从而改变上气压力，使上气压力位于目标上气压力范围内。
207.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，以便桩孔内的泥浆密度符合要求。
208.其中，在清孔处理期间，通过超声波装置检测碎石桩孔内泥浆密度，以得到碎石桩
孔内泥浆密度信息，然后，根据碎石桩孔内泥浆密度信息，对供应下水的下水流量和供压下气的下气流量进行控制，以便碎石桩孔内泥浆密度符合要求，从而以符合要求的泥浆密度完成清孔处理。
209.其中，本发明的超声波装置包括：安装在地面上的超声波主机；从主机延伸到碎石桩孔内的超声波探头；其中，超声波探头向碎石桩孔内的泥浆发射超声波并接收泥浆反射的超声波，主机根据泥浆反射的超声波以及预设的超声波与泥浆密度的对应关系，获得碎石桩孔内泥浆密度信息。
210.其中，超声波装置主机中可预置有泥浆反射的超声波与碎石桩孔内不同泥浆密度的对应关系。泥浆反射的超声波与碎石桩孔内不同泥浆密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，通过试验桩孔获得的大量数据分析确定泥浆反射的超声波与泥浆密度的对应关系。
211.其中，超声波主机获得碎石桩孔内的泥浆密度信息后，对信息进行处理得到当前泥浆密度值，然后，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。具体的，包括：
212.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；
213.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。
214.其中，如图14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：
215.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；
216.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。
217.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，控制器通过试验桩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。
218.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。
219.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％。
220.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。
221.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。
222.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。
223.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。
224.在清孔处理后，向碎石桩孔内填料，即，将填料投放到碎石桩孔内，然后通过振冲器对填料进行振冲加密施工，以形成具有有效桩径的振冲碎石桩。
225.需要说明的是，当地层处于强震频发且具有超深覆盖层地带时，地层中间会夹有粘度较高的滑移层，通常滑移层(或滑移带)位于地面50m以下，以粘性土为主，透水性很低，渗透系数多在10-5cm/s以下，承载力不高。而滑移层的上层和下层均为砂卵石层，密实度较好，承载力较高。
226.发明人发现，由于滑移层以粘性土为主，如果使用传统的人工砂石进行填料振冲，则对应滑移层部位的桩体在形成过程中细颗粒填充较少，使得桩体密实度随之下降，抗滑移能力因此受到影响，当超强地震发生时，滑移层以上地层在地震横波的作用下会相对滑移层以下地层发生滑移，使得桩体产生错断，这将对工程整体安全造成重大威胁。
227.因此，发明人认为对应滑移层的振冲碎石桩的桩段应兼具高透水性和高密实度两个要点：具有高透水性，滑移层下层覆盖层和基岩中的水会沿着振冲碎石桩的桩体由下向上传递，消散整体的孔隙水压力；具有高密实性，复合地基的承载力能有所提高，在一定程度上起到了抗滑移作用。
228.为同时达到上述两个目标，本发明人提出，在造孔过程中，将引孔开挖中的位于滑移层上方和/或下方的开挖料进行简单筛分作为填充料，然后回填至对应滑移层部位，振冲器对填充料振冲(可加强振冲强度)，使对应滑移层部位的桩径周围被填充料填充，提高工程整体承力效果。并且，这样做还有两个好处，一是引孔开挖中的开挖料回填成本较低，二是利于环保，减轻了废渣处理的压力。
229.具体的，在造孔施工时，引孔到底，将开挖中级配较好的石料在碎石桩孔旁边进行简要筛分后就近堆放，以作为后续回填到滑移层对应部位桩孔周围的填充料；然后对碎石桩孔下化学泥浆进行孔壁保护，以防止塌孔；接着对桩孔进行清孔处理，最后，对碎石桩孔填料，以便振冲器对填料振冲加密，形成碎石桩。
230.可见，本发明用于投放到碎石桩孔内的填料有两种，一种是通过造孔过程中挖掘原地层得到，称为填充料，另一种是根据地层要求事先准备的符合要求的填料，称为碎石填料。
231.其中，本发明振冲器对填料振冲加密的过程如下：
232.将碎石填料填充到造孔施工形成的对应滑移层下方(对应滑移层下方，是指事先测得的位于滑移层下边缘以下2m左右的位置处)的碎石桩孔中，通过振冲器对碎石填料进行振冲加密，形成下方碎石桩段；
233.然后，造孔施工中开挖所得的填充料被回填到对应滑移层的碎石桩孔内，振冲器对投放到对应于滑移层的碎石桩孔内的填充料进行振冲，使填充料被振冲到碎石桩孔周围的滑移层中，以便增强滑移层的位于碎石桩孔周围的稳定性；
234.在填充料被振冲到碎石桩孔周围的滑移层中之后，将碎石填料投放到对应滑移层的碎石桩孔内，通过振冲器对投放到对应碎石桩孔内的碎石填料进行振冲加密，形成滑移层碎石桩段；
235.形成滑移层碎石桩段后，将碎石填料投放到滑移层以上的碎石桩孔内，通过振冲器对投放到碎石桩孔内的碎石填料继续进行振冲加密，形成上方碎石桩段，从而通过由下至上的下方碎石桩段、滑移层碎石桩段、上方碎石桩段形成连续均匀且抗滑移的具有有效桩径的振冲碎石桩。
236.其中，振冲器对填料进行振冲加密以形成具有有效桩径的振冲碎石桩包括：
237.在所述振冲器对填料进行振冲加密期间，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；
238.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填料而形成碎石桩的桩径等于有效桩径。
239.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以下意义：
240.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；
241.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。
242.图10显示了本发明的振冲器的结构，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10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。
243.在碎石桩孔形成之后，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：
244.第一，加密电流逐渐增大；
245.第二，振冲器外壳处激振力增大；
246.第三，振冲器的振幅随之降低；
247.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。
248.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：
249.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；
250.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；
251.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；
252.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。
253.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。
254.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：
255.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；
256.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。
257.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：
258.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；
259.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；
260.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；
261.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。
262.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。
263.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：
264.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；
265.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；
266.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。
267.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。
268.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。
269.图11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。
270.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。
271.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。
272.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。
273.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。
274.图12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：
275.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；
276.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
277.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；
278.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；
279.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；
280.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。
281.图13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：
282.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；
283.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；
284.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；
285.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；
286.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；
287.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；
288.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。
289.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。
290.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。
291.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下形成抗滑移振冲碎石桩方法，包括：对中间夹有粘度较高的滑移层的地层进行造孔施工以形成碎石桩孔；对碎石桩孔清孔处理期间，通过超声波装置检测碎石桩孔内泥浆密度，并根据泥浆密度信息控制供应下水的下水流量和供压下气的下气流量；向清孔处理后的碎石桩孔内填料并通过振冲器对填料进行振冲加密施工，以形成具有有效桩径的振冲碎石桩，包括：振冲器对投放到位于所述滑移层下方的碎石桩孔内的碎石填料进行振冲加密，形成下方碎石桩段；振冲器对投放到对应于所述滑移层的碎石桩孔内的填充料进行振冲，将所述填充料被振冲到碎石桩孔周围的滑移层中，以便增强滑移层的稳定性；在所述填充料被振冲到碎石桩孔周围的滑移层中之后，振冲器对投放到碎石桩孔内的碎石填料进行振冲加密，形成滑移层碎石桩段；形成滑移层碎石桩段，振冲器对投放到碎石桩孔内的碎石填料继续进行振冲加密，形成上方碎石桩段。2.根据权利要求1所述的方法，通过超声波装置检测碎石桩孔内泥浆密度，并根据泥浆密度信息控制供应下水的下水流量和供压下气的下气流量包括：通过超声波装置检测碎石桩孔内泥浆密度，得到碎石桩孔内泥浆密度信息；根据碎石桩孔内泥浆密度信息，对供应下水的下水流量和供压下气的下气流量进行控制，以便碎石桩孔内泥浆密度符合要求。3.根据权利要求1或2所述的方法，所述超声波装置包括：安装在地面上的超声波主机；从所述主机延伸到碎石桩孔内的超声波探头；其中，所述超声波探头向碎石桩孔内的泥浆发射超声波并接收泥浆反射的超声波，所述主机根据泥浆反射的超声波以及预设的超声波与泥浆密度的对应关系，获得碎石桩孔内泥浆密度信息。4.根据权利要求3所述的方法，根据碎石桩孔内泥浆密度信息，对供应下水的下水流量和供压下气的下气流量进行控制包括：获得碎石桩孔内泥浆密度信息后，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。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，振冲器对填料进行振冲加密以形成具有有效桩径的振冲碎石桩包括：在所述振冲器对填料进行振冲加密期间，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桩的振冲进行控制，使振冲器振冲填入碎石桩孔中的碎石填料而形成碎石桩的桩径等于有效桩径。8.根据权利要求7所述的方法，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：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；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；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填料进行振冲，从而最终形成桩径等于有效桩径的碎石桩；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填料进行振冲。9.根据权利要求7所述的方法，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：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；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；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填料进行振冲，从而最终形成桩径等于有效桩径的碎石桩。10.根据权利要求1所述的方法，对地层进行造孔施工以形成碎石桩孔包括：根据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；根据振冲施工过程中获取的当前地层密实度控制供应下气的下气压力；通过控制振冲碎石桩机供应下水的下水流量和控制供应下气的下气压力，使振冲器在下水、下气协同作用下完成碎石桩孔的振冲施工。

技术总结
本发明公开一种超强地震带超深覆盖层下形成抗滑移振冲碎石桩方法，包括：对夹有粘度较高滑移层的地层进行造孔以形成碎石桩孔；清孔处理期间，根据泥浆密度信息控制下水流量和下气流量；向碎石桩孔内填料进行振冲加密施工：振冲器对投放到位于滑移层下方的桩孔内的碎石填料进行振冲加密，形成下方碎石桩段；振冲器对投放到对应于滑移层的桩孔内的填充料进行振冲，将填充料被振冲到碎石桩孔周围的滑移层中，然后对投放的碎石填料进行振冲加密，形成滑移层碎石桩段；之后，振冲器对投放到碎石桩孔内的碎石填料继续进行振冲加密，形成上方碎石桩段。本发明方法形成振冲碎石桩透水性良好，桩径符合要求，能在强震条件下不发生错断。断。断。


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