1.本發(fā)明屬于土木交通地基處理領(lǐng)域，尤其涉及一種判斷地基處理時(shí)螺釘樁是否到達(dá)持力層的方法。

背景技術(shù)：

2.道路工程施工中，采用螺釘樁與原土形成復(fù)合地基，從而達(dá)到地基加固目的時(shí)，由于施工路線長(zhǎng)，施工面積大，對(duì)于樁的數(shù)量要求比較多。同時(shí)由于地層地質(zhì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和不均勻分布，導(dǎo)致按照單樁承載力設(shè)計(jì)方法計(jì)算出每一根樁的具體長(zhǎng)度是十分困難的，且需要投入很大的人力和時(shí)間。但是，在螺釘樁施工過程中，樁端若按要求達(dá)到良好的持力層并進(jìn)入一定嵌固深度，不但可以增加單樁極限承載力，有效控制沉降，還能夠保證路基整體穩(wěn)定性。反之，若由于樁的長(zhǎng)度過短，樁端未到達(dá)設(shè)計(jì)所選定的持力層，則會(huì)極大的降低路基實(shí)際承載力，讓路基產(chǎn)生非正常沉降，甚至開裂。若由于樁的長(zhǎng)度過長(zhǎng)，進(jìn)入持力層深度過大又無(wú)形中增加了樁身材料用量，增加工程成本。所以，準(zhǔn)確地判斷螺釘樁施工時(shí)樁端是否已經(jīng)到達(dá)設(shè)計(jì)所選定的持力層是十分有必要的。

3.目前在施工過程中判斷螺釘樁樁端是否到達(dá)持力層的方法大多停留在經(jīng)驗(yàn)層面，主要的判定方法有：

4.1)利用地勘報(bào)告的地層情況估算出持力層位置；

5.2)對(duì)鉆出巖屑或巖渣進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)判定，是否達(dá)到持力巖層；

6.3)以相鄰鉆孔的持力層深度作為判定依據(jù)，確定本樁持力層深度；

7.4)根據(jù)鉆機(jī)振動(dòng)劇烈程度(鉆進(jìn)難易程度)判定是否達(dá)到持力層；

8.5)看電流表，電流表竄動(dòng)很利害，就說明鉆不下去了，到達(dá)了持力層。

9.但是，這些判定方法均存在一定程度的缺陷：

10.1)地質(zhì)勘測(cè)不能做到一樁一勘測(cè)孔，巖層的高低起伏，復(fù)雜的風(fēng)化情況，地勘報(bào)告不能準(zhǔn)確的描繪；

11.2)巖層中經(jīng)常會(huì)有孤石存在，鉆出的孤石巖塊存在與持力層巖石相似的情況，容易產(chǎn)生誤判而發(fā)生事故；

12.3)地層的走向一般存在傾角，加之傾角的多變性，導(dǎo)致相鄰樁孔持力層深度不同；

13.4)鉆機(jī)的振動(dòng)劇烈程度和電流表數(shù)值竄動(dòng)程度均是鉆機(jī)操作者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，具有較大的主觀性。

14.所以，目前工程實(shí)踐中判別樁端是否到達(dá)持力層的方法均是不準(zhǔn)確的。

15.發(fā)明專利cn201510878558提供一種機(jī)械成孔混凝土灌注樁樁底持力層檢測(cè)方法，包括下述步驟：

①

在大直徑樁孔底部沿圓周方向均勻放置數(shù)個(gè)雙檢檢波器；

②

使用電火花震源在樁孔底部中心部位人工激發(fā)彈性波；

③

利用淺層地震儀記錄樁孔底雙檢檢波器接收到的反射波；

④

分析研究這些波形記錄進(jìn)而判斷樁孔底一定范圍內(nèi)是否存在溶洞、溶槽或破碎帶等不良地質(zhì)條件。該發(fā)明的方法不必在樁孔底部再施工進(jìn)行地質(zhì)勘察鉆孔，使持力層檢測(cè)成本大幅降低、檢測(cè)速度快。

16.發(fā)明專利cn201711353299提供一種高壓噴水?dāng)z像確定灌注樁持力層的方法，包括以下步驟：(1)在樁孔的正上方架設(shè)卷?yè)P(yáng)機(jī)，并將攝像組通過鋼絲繩吊設(shè)在卷?yè)P(yáng)機(jī)上；(2)將高壓水管延伸至并固定在攝像組上；(3)通過卷?yè)P(yáng)機(jī)將攝像組慢慢放入樁孔底部，并通過高壓水管將高壓水噴入樁孔底部，在樁孔底部形成清水段，通過攝像組觀測(cè)樁孔底部的巖層情況，并記錄下孔壁的情況；(4)通過卷?yè)P(yáng)機(jī)將攝像組取出。這樣通過攝像組觀測(cè)并記錄到的樁孔底部的巖層更加直觀，能夠清楚的判斷灌注樁是否全斷面進(jìn)入持力層。該本發(fā)明提供的高壓噴水?dāng)z像確定灌注樁持力層的方法，用于檢測(cè)灌注樁的樁孔的底部是否全斷面達(dá)到了持力層，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，判斷更加直觀。

17.發(fā)明專利cn201810509888提供一種三維分析樁基持力層的方法，包括步驟s1：收集地勘資料及設(shè)計(jì)施工圖；步驟s2：將地勘資料及設(shè)計(jì)施工圖整合成一份cad圖；步驟s3：通過bim軟件結(jié)合地勘資料及設(shè)計(jì)施工圖進(jìn)行三維建模；步驟s4：在cad圖中截取任意樁，將該樁以及與其處于同一直線上的另外若干樁一起導(dǎo)入三維模型中的對(duì)應(yīng)位置。步驟s5：在三維模型中對(duì)該樁以及與其處于同一直線上的另外若干樁進(jìn)行剖面切割，得出其切割斷面圖，并計(jì)算出這一排樁進(jìn)入持力層的實(shí)際深度。步驟s6：優(yōu)化樁長(zhǎng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該發(fā)明操作簡(jiǎn)單，能夠直觀、快速的對(duì)設(shè)計(jì)的每一個(gè)樁樁長(zhǎng)及持力層進(jìn)深進(jìn)行準(zhǔn)確的分析并進(jìn)行校正，從而節(jié)約了樁材。

18.這些方法為持力層的檢測(cè)提供了一些思路，但這些方法依然不能及時(shí)準(zhǔn)確地判斷螺釘樁是否已經(jīng)進(jìn)入持力層。因此，本領(lǐng)域需要一種新的螺釘樁是否進(jìn)入持力層的判定方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

19.扭矩傳感器，又稱力矩傳感器、扭力傳感器、轉(zhuǎn)矩傳感器、扭矩儀，分為動(dòng)態(tài)和靜態(tài)兩大類，其中動(dòng)態(tài)扭矩傳感器又可叫做轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、非接觸扭矩傳感器、旋轉(zhuǎn)扭矩傳感器等。扭矩傳感器是對(duì)各種旋轉(zhuǎn)或非旋轉(zhuǎn)機(jī)械部件上對(duì)扭轉(zhuǎn)力矩感知的檢測(cè)。扭矩傳感器將扭力的物理變化轉(zhuǎn)換成精確的電信號(hào)。

20.本發(fā)明提供一種螺釘樁是否進(jìn)入持力層的判定方法，所述方法包括在螺旋鉆機(jī)動(dòng)力頭和螺桿交接處安裝扭矩傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)螺桿鉆入過程中受到的扭矩，得到扭矩與深度的關(guān)系曲線，根據(jù)關(guān)系曲線的變化特征判斷螺釘樁鉆入過程中樁端是否到達(dá)持力層。

21.在一種具體的實(shí)施方式中，在得到所述關(guān)系曲線后，根據(jù)其變化特征并結(jié)合地質(zhì)勘察資料來判斷螺釘樁鉆入過程中樁端是否到達(dá)持力層。

22.在一種具體的實(shí)施方式中，所述方法包括如下步驟：

23.步驟一、在螺旋鉆機(jī)動(dòng)力頭和螺桿的連接處安裝扭矩傳感器；

24.步驟二、螺旋鉆機(jī)就位，開始鉆孔，獲得扭矩t隨深度h變化的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；

25.步驟三、通過電子記錄儀表得到t-h曲線；

26.步驟四、根據(jù)t-h曲線變化特征按區(qū)段劃分土層，得到鉆頭實(shí)時(shí)所在土層；

27.步驟五、根據(jù)鉆頭實(shí)時(shí)所在土層，結(jié)合工程地質(zhì)勘察資料持力層的位置，判斷是否到達(dá)持力層。

28.本發(fā)明至少具備如下有益效果：本發(fā)明能夠及時(shí)準(zhǔn)確和直觀地判斷螺釘樁施工過程中，樁端是否到達(dá)持力層，保證地基加固處理質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，在保證螺釘樁承載力

的同時(shí)，有效控制樁的長(zhǎng)度，降低成本。

附圖說明

29.圖1為本發(fā)明所述螺釘樁是否進(jìn)入持力層的判定方法流程圖。

30.圖2為一種具體實(shí)施方式中的t-h曲線圖。

具體實(shí)施方式

31.針對(duì)當(dāng)前螺釘樁施工中，樁端是否進(jìn)入持力層的判斷方法存在檢測(cè)速度慢，受鉆機(jī)操作者經(jīng)驗(yàn)影響較大，精確度不高等缺陷。本發(fā)明提出了一種通過在螺旋鉆機(jī)動(dòng)力頭和螺桿交接處安裝扭矩傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)螺桿鉆入過程中受到的扭矩，得到扭矩—深度曲線，根據(jù)其變化特征并結(jié)合地質(zhì)勘察資料，來判斷螺釘樁鉆入過程中樁端是否到達(dá)持力層的方法，使螺釘樁樁端是否到達(dá)持力層的判斷更加科學(xué)、精確、及時(shí)和直觀。

32.工作原理：螺釘樁在鉆入過程中，依靠螺旋鉆機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的給進(jìn)力和扭矩傳遞給特制螺桿，使螺桿對(duì)土體進(jìn)行沖擊和切削，進(jìn)而達(dá)到鉆進(jìn)成孔的效果。鉆進(jìn)時(shí)，在一定的給進(jìn)力下，同一土層內(nèi)扭矩隨著深度的增加而變化，變化趨勢(shì)整體上呈線性關(guān)系；針對(duì)不同土層，由于物理特性及力學(xué)特性差異，扭矩必然會(huì)隨著土層的改變而發(fā)生明顯的變化，且不同土層內(nèi)呈不同的線性關(guān)系。因此，可以通過分析扭矩隨深度的變化趨勢(shì)和土層的映射關(guān)系來實(shí)現(xiàn)地層特征辨識(shí)。

33.通過安裝在螺旋鉆機(jī)動(dòng)力頭和螺桿交接處的扭矩傳感器，對(duì)鉆進(jìn)過程中螺桿受到扭矩實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并通過電子量測(cè)記錄儀表把它顯示和記錄下來，得到t-h曲線。在同一土層內(nèi)，給進(jìn)力一定時(shí)，扭矩隨著鉆進(jìn)深度的變化特征是一致的，對(duì)于不同的土層，由于土體的物理特性和力學(xué)特性的不同，這種隨著深度改變的變化特征會(huì)存在明顯的不同。t-h曲線反映為：在同一土層深度范圍內(nèi)，扭矩t隨著深度的變化趨勢(shì)呈線性關(guān)系。不同土層深度的區(qū)段內(nèi)，扭矩t隨著深度的變化趨勢(shì)存在明顯的差異。因而可以通過讀取t-h曲線的變化特征，劃分不同土層區(qū)段，判斷出鉆進(jìn)時(shí)鉆頭實(shí)時(shí)到達(dá)地表之下第幾層土層，結(jié)合地質(zhì)勘察資料持力層的大概位置，即可實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地判斷螺釘樁鉆入過程中，樁端是否到達(dá)了持力層。

34.鉆進(jìn)過程中，給進(jìn)力保持相對(duì)穩(wěn)定，在這種條件下考察扭矩t隨著深度的變化趨勢(shì)，即考察t-h曲線可基本判別出持力層的位置，再結(jié)合工程的地質(zhì)勘察資料持力層的大概位置，即可準(zhǔn)確判斷出該位置的持力層深度。例如圖2所示位置的實(shí)施例中，給出了扭矩t隨著深度h的變化趨勢(shì)，圖2中的多個(gè)黑點(diǎn)代表不同深度測(cè)得的實(shí)時(shí)扭矩值，由圖2可見，在鉆進(jìn)深度為0～3.65米時(shí)，扭矩值上下浮動(dòng)不大，擬合出的直線為一條向右略向上傾斜的直線，且相應(yīng)為砂質(zhì)黃土。而鉆進(jìn)深度為3.65米以上時(shí)，扭矩值急速增大，擬合出的直線為一條向右上方劇烈傾斜的直線，且相應(yīng)為粗圓礫土。即可初步判斷出該位置為持力層。再結(jié)合地質(zhì)勘察資料，可進(jìn)一步判斷和確定螺釘樁鉆入過程中樁端已經(jīng)到達(dá)持力層。

35.上述實(shí)施例僅為清楚地說明本發(fā)明技術(shù)方案所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。在不改變本發(fā)明基本構(gòu)思和實(shí)質(zhì)的情況下，任何其它等同技術(shù)特征的變換或修改，都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。技術(shù)特征：

1.一種螺釘樁是否進(jìn)入持力層的判定方法，其特征在于，所述方法包括在螺旋鉆機(jī)動(dòng)力頭和螺桿交接處安裝扭矩傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)螺桿鉆入過程中受到的扭矩，得到扭矩與深度的關(guān)系曲線，根據(jù)關(guān)系曲線的變化特征判斷螺釘樁鉆入過程中樁端是否到達(dá)持力層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺釘樁是否進(jìn)入持力層的判定方法，其特征在于，在得到所述關(guān)系曲線后，根據(jù)其變化特征并結(jié)合地質(zhì)勘察資料來判斷螺釘樁鉆入過程中樁端是否到達(dá)持力層。3.一種如權(quán)利要求1或2所述的螺釘樁是否進(jìn)入持力層的判定方法，其特征在于，包括如下步驟：步驟一、在螺旋鉆機(jī)動(dòng)力頭和螺桿的連接處安裝扭矩傳感器；步驟二、螺旋鉆機(jī)就位，開始鉆孔，獲得扭矩t隨深度h變化的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；步驟三、通過電子記錄儀表得到t-h曲線；步驟四、根據(jù)t-h曲線變化特征按區(qū)段劃分土層，得到鉆頭實(shí)時(shí)所在土層；步驟五、根據(jù)鉆頭實(shí)時(shí)所在土層，結(jié)合工程地質(zhì)勘察資料持力層的位置，判斷是否到達(dá)持力層。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明提供一種螺釘樁是否進(jìn)入持力層的判定方法，所述方法包括在螺旋鉆機(jī)動(dòng)力頭和螺桿交接處安裝扭矩傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)螺桿鉆入過程中受到的扭矩，得到扭矩與深度的關(guān)系曲線，根據(jù)關(guān)系曲線的變化特征判斷螺釘樁鉆入過程中樁端是否到達(dá)持力層。本發(fā)明能夠及時(shí)準(zhǔn)確和直觀地判斷螺釘樁施工過程中，樁端是否到達(dá)持力層，保證地基加固處理質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，在保證螺釘樁承載力的同時(shí)，有效控制樁的長(zhǎng)度，降低成本。降低成本。降低成本。

技術(shù)研發(fā)人員：班學(xué)鋒 聶志紅 寇發(fā)斌 鄒興儒 李紅周 左君 魯文軍 李少聚 尹冰峰 王寧 郭偉偉

受保護(hù)的技術(shù)使用者：中南大學(xué) 中國(guó)鐵路蘭州局集團(tuán)有限公司蘭州工程建設(shè)指揮部

技術(shù)研發(fā)日：2021.12.27

技術(shù)公布日：2022/4/12