一种考虑多因素影响下对搅拌桩侧阻力进行预测的方法

摘要

本发明公开了一种考虑多因素影响下对搅拌桩侧阻力进行预测的方法，属于桩基施工技术领域，基于搅拌钻机施工过程的动态监测数据，结合地层条件，对搅拌桩侧阻力进行预测的方法，采用如下步骤：搅拌钻机稳定性测试；影响因素相关数据测试，包含地层条件、固化材料、搅拌效果等相关数据因素的测试；开展搅拌施工，并对影响因素相关数据进行精细化处理；搅拌桩侧阻力综合预测模型；搅拌桩侧阻力验证及综合预测模型优化。本发明通过地层条件相关数据、固化材料影响因素相关数据、搅拌效果相关数据对侧阻力和水泥土强度建立数学关系，并建立搅拌桩侧阻力综合预测模型，结合拟建工程地层条件，对搅拌桩侧阻力进行预测。

权利要求

1.一种考虑多因素影响下对搅拌桩侧阻力进行预测的方法，其特征在于，基于搅拌钻机施工过程的动态监测数据，结合地层条件，对搅拌桩侧阻力进行预测的方法，采用如下步骤：步骤1：搅拌钻机稳定性测试；

确定搅拌方案后，获取搅拌直径D，搅拌叶片数量Q以及固化材料种类信息；在施工过程中对搅拌钻机的搅拌扭矩N，下钻速度Vd，提钻速度Vu，搅拌转速Vv，固化材料掺量Y进行实时动态监测；

步骤2：影响因素相关数据测试，包含地层条件、固化材料、搅拌效果相关数据因素的测试；

搅拌钻头沿设定桩位的中轴线垂直向下搅拌达到设计深度后提钻搅拌，通过改变土层类型、土层埋深、下钻速度、提钻速度、搅拌直径、搅拌转速、搅拌叶片数量、养护天数、固化材料类型、固化材料掺量，对搅拌扭矩、固化土强度进行测试并获取结果，最终形成包含土体类型、土体埋深、下钻速度、提钻速度、搅拌直径、搅拌转速、搅拌叶片数量、养护天数、固化材料类型、固化材料掺量、搅拌扭矩、固化土强度信息的数据集A；

步骤3：开展搅拌施工，并对影响因素相关数据进行精细化处理；

地层条件相关数据精细化处理包括：结合搅拌施工过程中监测的搅拌扭矩N以及数据集A中测试获取的各土层在不同深度中的平均扭矩N1，根据勘察报告给定的土层深度划分，对每个土层的搅拌扭矩N与各土层在不同深度中的平均扭矩N1进行对比，若1.2N1＞N＞

0.8N1则认定为同一土层，对土层的深度范围进行精细化划分；若N≤0.8N1或N≥1.2N1，多次测试深度范围的土层N值，并与数据集A测试获取的各土层在不同深度中的平均扭矩N1进行比对，选取契合度最高的土层类型，并重新定义该土层类型及深度范围；最终形成精细化的土层类型及对应埋深数据集B；

步骤4：搅拌桩侧阻力综合预测模型；

结合数据集B，搅拌桩侧阻力初算值Q1为对各土层计算侧阻力特征值乘以对应各土层精细化的深度范围后求和，各土层计算侧阻力特征值参考地勘报告提供的侧阻力特征值结果；根据设定搅拌方案结合数据集B，在数据集A中提取对应深度、对应土层的固化土强度，形成包括精细化土层类型、精细化土层埋深、固化土强度的数据集C；将数据集中C中的固化土强度按精细化土层埋深进行加权平均，获得固化土强度预测平均值Tave，固化土设计强度为T，搅拌桩侧阻力调整系数k=Tave/T，则搅拌桩侧阻力综合预测模型Q=Q1*k；

步骤5：搅拌桩侧阻力验证及综合预测模型优化；

在搅拌桩内植入预制桩，确保预制桩桩身承载力、预制桩桩体与水泥土结合界面破坏时的极限承载力，均远大于搅拌桩与原位土体结合界面破坏时的极限承载力，采用静载荷试验获取最终极限强度，最终极限强度分为侧阻力和端阻力两个部分，并监测各土层侧阻力的发挥情况；

将极限强度中的侧阻力部分与步骤4中搅拌桩侧阻力综合预测模型相比，若两者结果偏差小于或等于10%则判定为模型基本准确，若两者结果偏差大于10%则判定为模型异常；

若模型异常，则对比地勘报告中各土层侧阻力特征值与各土层侧阻力特征值监测值，对地勘报告中各土层侧阻力特征值进行调整，并将调整后的各土层侧阻力特征值带入步骤4中搅拌桩侧阻力综合预测模型中，对模型进行重新计算，直至模型基本准确，对调整后的预测模型计算结果与根据地勘报告计算出的结果进行对比，总结出两者之间的差异并将最终各土层侧阻力特征值对应合并至数据集A中，形成数据集N，通过工程测试不断完善数据集N。

2.根据权利要求1所述的一种考虑多因素影响下对搅拌桩侧阻力进行预测的方法，其特征在于，所述步骤1中搅拌直径D的范围为400mm 1500mm，搅拌叶片数量Q为6 10个，每2个~ ~叶片为一组，每组叶片之间的距离为300mm 600mm，下钻速度Vd的范围为0.5m/min 1.5m/~ ~min，提钻速度Vu的范围为1.0m/min 3.0m/min。

~

3.根据权利要求1所述的一种考虑多因素影响下对搅拌桩侧阻力进行预测的方法，其特征在于，搅拌次数是指桩侧边任一定点在成桩过程中，叶片对该点的搅拌次数，与施工过程中的搅拌转速Vv或搅拌叶片数量Q有关。

说明书

一种考虑多因素影响下对搅拌桩侧阻力进行预测的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及桩基施工技术领域，特别涉及到一种考虑多因素影响下对搅拌桩侧阻力进行预测的方法。

背景技术

[0002] 我国沿海、江河流域经常分布软土地基，在荷载、循环、车辆等动力作用下，地基沉降是地基失效的主要形式，常导致高速公路、铁路、机场、码头的质量问题，处理软土地基的各种方法中常选用复合桩。复合桩即水泥土搅拌桩内部植入预制桩。工程实践表明，复合桩具有施工简单，快速，扰动小等优点，能有效地提高软土地基的稳定性，减少和控制沉降量。这种方法是利用水泥粉、水泥浆或水泥砂浆等材料作为固化剂，通过特制的搅拌机械即搅拌的方式，在地基深处，就地将软土和加固料强制搅拌，由加固料和软土间产生一系列的物理和化学反应，之后再水泥土桩内植入预制桩，形成具有整体性和一定强度的复合桩，从而提高地基承载力，减少地基沉降。

[0003] 复合桩中水泥土搅拌桩的侧阻力对桩基的承载力影响巨大，决定着工程的质量。而在实际施工工程中，复合桩的承载力均根据地勘报告进行计算，对于复杂的地质情况，地层的起伏较大，地勘报告内的勘察孔不能完全准确反映实际的地层分布，导致桩基的计算值与实际承载力存在较大的差异。因此，为了更加准确的反映每个土层的厚度及侧阻力发挥情况，并对施工数据进行收集，进而指导后续工程的承载力计算。基于此，本发明提出了一种考虑多因素影响下对搅拌桩侧阻力进行预测的方法。

发明内容

[0004] 针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种考虑多因素影响下对搅拌桩侧阻力进行预测的方法，克服了现有技术的不足。通过地层条件相关数据、固化材料影响因素相关数据、搅拌效果相关数据对侧阻力和水泥土强度建立数学关系，并建立搅拌桩侧阻力综合预测模型，结合拟建工程地层条件，对搅拌桩侧阻力进行预测。

[0005] 一种考虑多因素影响下对搅拌桩侧阻力进行预测的方法，其特征在于，基于搅拌钻机施工过程的动态监测数据，结合地层条件，对搅拌桩侧阻力进行预测的方法，采用如下步骤：

[0006] 步骤1：搅拌钻机稳定性测试；

[0007] 确定搅拌方案后，获取搅拌直径D，搅拌叶片数量Q以及固化材料种类等信息；在施工过程中对搅拌钻机的搅拌扭矩N，下钻速度Vd，提钻速度Vu，搅拌转速Vv，固化材料掺量Y进行实时动态监测；

[0008] 步骤2：影响因素相关数据测试，包含地层条件、固化材料、搅拌效果等相关数据因素的测试；

[0009] 搅拌钻头沿设定桩位的中轴线垂直向下搅拌达到设计深度后提钻搅拌，通过改变土层类型、土层埋深、下钻速度、提钻速度、搅拌直径、搅拌转速、搅拌叶片数量、养护天数、固化材料类型、固化材料掺量，对搅拌扭矩、固化土强度进行测试并获取结果，最终形成包含土体类型、土体埋深、下钻速度、提钻速度、搅拌直径、搅拌转速、搅拌叶片数量、养护天数、固化材料类型、固化材料掺量、搅拌扭矩、固化土强度信息的数据集A；

[0010] 步骤3：开展搅拌施工，并对影响因素相关数据进行精细化处理；

[0011] 地层条件相关数据精细化处理包括：结合搅拌施工过程中监测的搅拌扭矩N以及数据集A中测试获取的各土层在不同深度中的平均扭矩N1，根据勘察报告给定的土层深度划分，对每个土层的搅拌扭矩N与各土层在不同深度中的平均扭矩N1进行对比，若1.2N1＞N＞0.8N1则认定为同一土层，对土层的深度范围进行精细化划分；若N≤0.8N1或N≥1.2N1，多次测试深度范围的土层N值，并与数据集A测试获取的各土层在不同深度中的平均扭矩N1进行比对，选取契合度最高的土层类型，并重新定义该土层类型及深度范围；最终形成精细化的土层类型及对应埋深数据集B；

[0012] 步骤4：搅拌桩侧阻力综合预测模型；

[0013] 结合数据集B，搅拌桩侧阻力初算值Q1为对各土层计算侧阻力特征值乘以对应各土层精细化的深度范围后求和，各土层计算侧阻力特征值参考地勘报告提供的侧阻力特征值结果；根据设定搅拌方案结合数据集B，在数据集A中提取对应深度、对应土层的固化土强度，形成包括精细化土层类型、精细化土层埋深、固化土强度的数据集C；将数据集中C中的固化土强度按精细化土层埋深进行加权平均，获得固化土强度预测平均值Tave，固化土设计强度为T，搅拌桩侧阻力调整系数k=Tave/T，则搅拌桩侧阻力综合预测模型Q=Q1*k；

[0014] 步骤5：搅拌桩侧阻力验证及综合预测模型优化；

[0015] 在搅拌桩内植入预制桩，确保预制桩桩身承载力、预制桩桩体与水泥土结合界面破坏时的极限承载力，均远大于搅拌桩与原位土体结合界面破坏时的极限承载力，采用静载荷试验获取最终极限强度，最终极限强度分为侧阻力和端阻力两个部分，并监测各土层侧阻力的发挥情况；

[0016] 将极限强度中的侧阻力部分与步骤4中搅拌桩侧阻力综合预测模型相比，若两者结果偏差小于或等于10%则判定为模型基本准确，若两者结果偏差大于10%则判定为模型异常；若模型异常，则对比地勘报告中各土层侧阻力特征值与各土层侧阻力特征值监测值，对地勘报告中各土层侧阻力特征值进行调整，并将调整后的各土层侧阻力特征值带入步骤4中搅拌桩侧阻力综合预测模型中，对模型进行重新计算，直至模型基本准确，对调整后的预测模型计算结果与根据地勘报告计算出的结果进行对比，总结出两者之间的差异并将最终各土层侧阻力特征值对应合并至数据集A中，形成数据集N，通过工程测试不断完善数据集N。

[0017] 优选地，所述步骤1中搅拌直径D的范围为400mm 1500mm，搅拌叶片数量Q为6 10~ ~个，每2个叶片为一组，每组叶片之间的距离为300mm 600mm，下钻速度Vd的范围为0.5m/min~
1.5m/min，提钻速度Vu的范围为1.0m/min 3.0m/min。
~ ~

[0018] 优选地，搅拌次数是指桩侧边任一定点在成桩过程中，叶片对该点的搅拌次数，与施工过程中的搅拌转速Vv或搅拌叶片数量Q有关。

[0019] 本发明所带来的有益技术效果：

[0020] 通过获取不同土层的搅拌扭矩，建立扭矩与地层之间的关系，通过固化材料掺量、搅拌转速和搅拌叶片数量，建立水泥土强度和侧阻力之间的关系，最终建立搅拌桩侧阻力综合预测模型，结合拟建工程地层条件，对搅拌桩侧阻力进行预测。

附图说明

[0021] 图1为本发明一种考虑多因素影响下对搅拌桩侧阻力进行预测的方法的施工流程图。

具体实施方式

[0022] 下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

[0023] 实施例1：

[0024] 如图1所示，一种考虑多因素影响下对搅拌桩侧阻力进行预测的方法，基于搅拌钻机施工过程的动态监测数据，结合地层条件，对搅拌桩侧阻力进行预测的方法，采用如下步骤：

[0025] 步骤1：搅拌钻机稳定性测试；

[0026] 确定搅拌方案后，获取搅拌直径D，搅拌叶片数量Q以及固化材料种类等信息；在施工过程中对搅拌钻机的搅拌扭矩N，下钻速度Vd，提钻速度Vu，搅拌转速Vv，固化材料掺量Y进行实时动态监测；

[0027] 步骤2：影响因素相关数据测试，包含地层条件、固化材料、搅拌效果等相关数据因素的测试；

[0028] 搅拌钻头沿设定桩位的中轴线垂直向下搅拌达到设计深度后提钻搅拌，通过改变土层类型、土层埋深、下钻速度、提钻速度、搅拌直径、搅拌转速、搅拌叶片数量、养护天数、固化材料类型、固化材料掺量，对搅拌扭矩、固化土强度进行测试并获取结果，最终形成包含土体类型、土体埋深、下钻速度、提钻速度、搅拌直径、搅拌转速、搅拌叶片数量、养护天数、固化材料类型、固化材料掺量、搅拌扭矩、固化土强度信息的数据集A；

[0029] 步骤3：开展搅拌施工，并对影响因素相关数据进行精细化处理；

[0030] 地层条件相关数据精细化处理包括：结合搅拌施工过程中监测的搅拌扭矩N以及数据集A中测试获取的各土层在不同深度中的平均扭矩N1，根据勘察报告给定的土层深度划分，对每个土层的搅拌扭矩N与各土层在不同深度中的平均扭矩N1进行对比，若1.2N1＞N＞0.8N1则认定为同一土层，对土层的深度范围进行精细化划分；若N≤0.8N1或N≥1.2N1，多次测试深度范围的土层N值，并与数据集A测试获取的各土层在不同深度中的平均扭矩N1进行比对，选取契合度最高的土层类型，并重新定义该土层类型及深度范围；最终形成精细化的土层类型及对应埋深数据集B；

[0031] 步骤4：搅拌桩侧阻力综合预测模型；

[0032] 结合数据集B，搅拌桩侧阻力初算值Q1为对各土层计算侧阻力特征值乘以对应各土层精细化的深度范围后求和，各土层计算侧阻力特征值参考地勘报告提供的侧阻力特征值结果；根据设定搅拌方案结合数据集B，在数据集A中提取对应深度、对应土层的固化土强度，形成包括精细化土层类型、精细化土层埋深、固化土强度的数据集C；将数据集中C中的固化土强度按精细化土层埋深进行加权平均，获得固化土强度预测平均值Tave，固化土设计强度为T，搅拌桩侧阻力调整系数k=Tave/T，则搅拌桩侧阻力综合预测模型Q=Q1*k；

[0033] 步骤5：搅拌桩侧阻力验证及综合预测模型优化；

[0034] 在搅拌桩内植入预制桩，确保预制桩桩身承载力、预制桩桩体与水泥土结合界面破坏时的极限承载力，均远大于搅拌桩与原位土体结合界面破坏时的极限承载力，采用静载荷试验获取最终极限强度，最终极限强度分为侧阻力和端阻力两个部分，并监测各土层侧阻力的发挥情况；

[0035] 将极限强度中的侧阻力部分与步骤4中搅拌桩侧阻力综合预测模型相比，若两者结果偏差小于或等于10%则判定为模型基本准确，若两者结果偏差大于10%则判定为模型异常；若模型异常，则对比地勘报告中各土层侧阻力特征值与各土层侧阻力特征值监测值，对地勘报告中各土层侧阻力特征值进行调整，并将调整后的各土层侧阻力特征值带入步骤4中搅拌桩侧阻力综合预测模型中，对模型进行重新计算，直至模型基本准确，对调整后的预测模型计算结果与根据地勘报告计算出的结果进行对比，总结出两者之间的差异并将最终各土层侧阻力特征值对应合并至数据集A中，形成数据集N，通过工程测试不断完善数据集N。

[0036] 优选地，所述步骤1中搅拌直径D为1000mm，搅拌叶片数量Q为6个，每2个叶片为一组，每组叶片之间的距离为400mm，下钻速度Vd为1.0m/min，提钻速度Vu的范围为2.0m/min。

[0037] 优选地，搅拌次数是指桩侧边任一定点在成桩过程中，叶片对该点的搅拌次数，与施工过程中的搅拌转速Vv或搅拌叶片数量Q有关。

[0038] 实施例2：

[0039] 如图1所示，

[0040] 在软黏土较厚的地质条件下进行施工，采用本发明所述的一种考虑多因素影响下对搅拌桩侧阻力进行预测的方法进行如下施工：

[0041] 步骤1：搅拌钻机稳定性测试；

[0042] 确定搅拌方案后，获取搅拌直径D，搅拌叶片数量Q以及固化材料种类等信息；该类信息在设计方案内均可以查询确定；在施工过程中对搅拌钻机的搅拌扭矩N，下钻速度Vd，提钻速度Vu，搅拌转速Vv，固化材料掺量Y进行实时动态监测；

[0043] 步骤2：影响因素相关数据测试，包含地层条件、固化材料、搅拌效果等相关数据因素的测试；建立多因素耦合条件下的参数数据集，通过数据集对后续施工参数的选定提供依据。

[0044] 搅拌钻头沿设定桩位的中轴线垂直向下搅拌达到设计深度后提钻搅拌，通过改变土层类型、土层埋深、下钻速度、提钻速度、搅拌直径、搅拌转速、搅拌叶片数量、养护天数、固化材料类型、固化材料掺量，对搅拌扭矩、固化土强度进行测试并获取结果，最终形成包含土体类型、土体埋深、下钻速度、提钻速度、搅拌直径、搅拌转速、搅拌叶片数量、养护天数、固化材料类型、固化材料掺量、搅拌扭矩、固化土强度信息的数据集A；

[0045] 步骤3：开展搅拌施工，并对影响因素相关数据进行精细化处理；

[0046] 地层条件相关数据精细化处理包括：结合搅拌施工过程中监测的搅拌扭矩N以及数据集A中测试获取的各土层在不同深度中的平均扭矩N1，根据勘察报告给定的土层深度划分，对每个土层的搅拌扭矩N与各土层在不同深度中的平均扭矩N1进行对比，若1.2N1＞N＞0.8N1则认定为同一土层，对土层的深度范围进行精细化划分；若N≤0.8N1或N≥1.2N1，多次测试深度范围的土层N值，并与数据集A测试获取的各土层在不同深度中的平均扭矩N1进行比对，选取契合度最高的土层类型，并重新定义该土层类型及深度范围；最终形成精细化的土层类型及对应埋深数据集B；

[0047] 步骤4：搅拌桩侧阻力综合预测模型；

[0048] 结合数据集B，搅拌桩侧阻力初算值Q1为对各土层计算侧阻力特征值乘以对应各土层精细化的深度范围后求和，各土层计算侧阻力特征值参考地勘报告提供的侧阻力特征值结果；根据设定搅拌方案结合数据集B，在数据集A中提取对应深度、对应土层的固化土强度，形成包括精细化土层类型、精细化土层埋深、固化土强度的数据集C；将数据集中C中的固化土强度按精细化土层埋深进行加权平均，获得固化土强度预测平均值Tave，固化土设计强度为T，搅拌桩侧阻力调整系数k=Tave/T，则搅拌桩侧阻力综合预测模型Q=Q1*k；

[0049] 步骤5：搅拌桩侧阻力验证及综合预测模型优化；

[0050] 在搅拌桩内植入预制桩，确保预制桩桩身承载力、预制桩桩体与水泥土结合界面破坏时的极限承载力，均远大于搅拌桩与原位土体结合界面破坏时的极限承载力，采用静载荷试验获取最终极限强度，最终极限强度分为侧阻力和端阻力两个部分，并监测各土层侧阻力的发挥情况；

[0051] 将极限强度中的侧阻力部分与步骤4中搅拌桩侧阻力综合预测模型相比，若两者结果偏差小于或等于10%则判定为模型基本准确，若两者结果偏差大于10%则判定为模型异常；若模型异常，则对比地勘报告中各土层侧阻力特征值与各土层侧阻力特征值监测值，对地勘报告中各土层侧阻力特征值进行调整，并将调整后的各土层侧阻力特征值带入步骤4中搅拌桩侧阻力综合预测模型中，对模型进行重新计算，直至模型基本准确，对调整后的预测模型计算结果与根据地勘报告计算出的结果进行对比，总结出两者之间的差异并将最终各土层侧阻力特征值对应合并至数据集A中，形成数据集N，通过工程测试不断完善数据集N。

[0052] 优选地，所述步骤1中搅拌直径D为1000mm，搅拌叶片数量Q为8个，每2个叶片为一组，每组叶片之间的距离为400mm，下钻速度Vd为1.0m/min，提钻速度Vu的范围为2.0m/min。

[0053] 优选地，搅拌次数是指桩侧边任一定点在成桩过程中，叶片对该点的搅拌次数，与施工过程中的搅拌转速Vv或搅拌叶片数量Q有关，搅拌次数最低值为300次。

[0054] 采用上述技术方案进行搅拌桩施工，经过成桩后的静载荷检测发现，模型预测值与静载荷结果基本吻合。

[0055] 本发明是一种考虑多因素影响下对搅拌桩侧阻力进行预测的方法，通过获取不同土层的搅拌扭矩，建立扭矩与地层之间的关系，通过固化材料掺量、搅拌转速和搅拌叶片数量，建立水泥土强度和侧阻力之间的关系，最终建立搅拌桩侧阻力综合预测模型，结合拟建工程地层条件，对搅拌桩侧阻力进行预测。

[0056] 当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。