一种预制管桩植桩过程应力检测方法与流程

1.本发明属于预制管桩技术领域，具体涉及一种预制管桩植桩过程应力检测方法。


背景技术：

2.近年来，随着我国城市化进程的加快，地基，特别是桩基的设计理论和施工技术有了长足的发展和进步。桩基作为地基处理的常见形式，其类型多样，按成桩工艺分为非挤土桩、部分挤土桩和挤土桩；按承载特性分为摩擦型桩和端承桩；又可按桩径分为小直径桩、中等直径桩和大直径桩等。其中，静压或打沉施工的预制管桩属于部分挤土桩或挤土桩，其承载特性根据土层变化又包括摩擦管桩和端承管桩。目前，管桩的施工技术主要为：1）通过静力压桩机的自重和桩架上的配重作反力而将预制桩压入土中。
3.2）通过液压驱动桩锤，辅以桩帽，将管桩打沉入土。
4.静压施工避免了锤击打桩所产生的振动、噪音和污染。但受其施工过程十分复杂的限制，多应用于地质条件较好的区域。液压锤桩虽然振动和噪音大，但是锤桩力大，落距可控，穿透力强，地层适应性更好。因此，针对不同情况，本领域技术人员会选择不同的管桩植入方式。
5.现阶段桩基检测技术和相关规范也对管桩施工质量检测验收作出了详细的阐述。其常规检测技术包括静载荷试验、低应变试验、高应变试验、声波透射法和钻芯取样法等。
6.但是目前以上检测技术均是针对成桩后（即管桩已经植入到土体中）的桩身完整性和承载力进行分析与研判。
7.对于某些特殊地层而言，成桩过程中桩身应力的分布和变化情况同样十分重要，因为其对施工参数的选取和成桩质量的控制均有影响。
8.目前应力监测的方法主要包括模型实验、原位实验（预埋传感器）和高应变监测。
9.模型实验：即在实验室根据管桩植入的地层信息、管桩大小等进行模拟实验。
10.原位实验（即在管桩制造过程中将传感器预埋在管桩中）：例如申请号为201310326927.x公开的一种检测预应力混凝土管桩水平应力的方法中描述的“混凝土应力感应器预制块放置在密封盒体内;向钢筋骨架浇灌混凝土，向支撑件的顶部和底部分别浇灌混凝土，将预埋混凝土应力感应器的预应力混凝土管桩放置在高温高压釜中养护”。又例如申请号为2018105679040公开的一种闭口预应力混凝土管桩应力测试方法中描述的“在钢筋笼纵向钢筋上设置钢筋应力计及应力传感线”。
11.而高应变检测（例如申请号为2020105936180公开的高应变检测方法）：是一种对单桩竖向抗压承载力和桩身完整性进行判定的检测方法，实验时用重锤（重量为预估单桩极限承载力的1%-1.5%）冲击桩顶，使预应力基桩产生足够的贯入度，实测由此产生的桩身质点应力和加速度的响应，通过波动理论分析，判定单桩竖向承载力及桩身完整性。用重锤冲击桩顶，使桩与土之间产生足够的相对位移，以充分激发桩周土阻力和桩端支承力。目前预应力基桩高应变主要检测方法主要有凯斯法（case）、capwapc方法、波形拟合法和波动方程法等。因此，高应变检测也只能够成桩（即管桩已经植入到土体设定深度后）才能够进行。
12.模型实验虽然条件限制少，变量可控，但是模拟液压锤桩的难度较大，模型实验装置成本较高。原位实验数据可靠，最接近实际，但是桩身预埋传感器难度较大，同时，管桩在制造过程中（高温养护）传感器的存活率都将直接影响实验结果。
13.因此，急需一种操作方便、可靠性强的检测方法，用于对管桩植入过程进行应力检测，以便于获得成桩过程中桩身应力的分布和变化，从而对管桩植入过程中的施工参数进行调整。


技术实现要素：

14.本发明为了解决模型实验成本高、原位实验中的传感器容易损坏的问题，而提供一种预制管桩植桩过程应力检测方法，兼顾了可靠性与实用性，分析沉桩过程中桩身应力分布和变化规律，探明实际施工过程中可能面临的成桩质量问题，从而指导现场工作、保障施工安全与效益。
15.为解决技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种预制管桩植桩过程应力检测方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）获取地质勘察报告以确定预制管桩植入的地层的地层分布情况，并确定预制管桩植入点位。
16.（2）在预制管桩的桩身上设置标记点，其中标记点包括传感器标记点和停锤标记点。
17.（3）利用钻孔设备在传感器标记点进行钻孔形成孔洞，其中传感器标记点至少包括应变片标记点和加速度传感器标记点；（4）将预制管桩吊运至植入点位并植入并稳固到地层中；（5）在应变片标记点和加速度传感器标记点分别安装应变片和加速度传感器，并将应变片、加速度传感器和基桩动测仪通过线路与外部的基桩动测仪连接，所述基桩动测仪经线路与外部的电脑相互连接。
18.（6）将预制管桩继续向地层中植入，当预制管桩运行至停锤标记点位置时，取下应变片和加速度传感器，并将应变片和加速度传感器安装在下一个传感器标记点；（7）重复步骤（5）和步骤（6），直至各个传感器标记点均通过应变片和加速度传感器进行数据采集；（8）利用加速度传感器和应变片采集的数据获得预制管桩在植入过程中的应力分布情况。
19.在一些实施例中，在步骤（2）中，在设置标记点的时候沿着预制管桩的桩身的长度方向设置多个传感器标记点和多个停锤标记点，每一个传感器标记点对应一个停锤标记点；并且停锤标记点位于对应的传感器标记点的下方0.5-0.6m。
20.在一些实施例中，预制管桩最上方的传感器标记点距离预制管桩的顶面的距离为1.5-2m。
21.在一些实施例中，在步骤（3）中，当完成当前传感器标记点的检测之后，再对下一个传感器标记点进行钻孔。
22.在一些实施例中，当拆除传感器标记点的应变片和加速度传感器时应当对该位置处的钻孔进行填补修复。
23.在一些实施例中，所述应变片、加速度传感器和基桩动测仪在使用前进行标定。
24.在一些实施例中，所述预制管桩的桩身的两侧均安装有应变片和加速度传感器，预制管桩桩身上的两个应变片相互对称布置，预制管桩桩身上的两个加速度传感器相互对称设置。
25.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明的预制管桩植桩过程应力检测方法既能够实现原位测试的可靠性，又能避免了原位实验中传感器可能存在的损伤问题，兼顾了可靠性与实用性；相比于现有的原位实验的方式，同时提高了数据的可靠性和精准性（传感器不存在高温养护的而容易出现损坏的问题）；同时本发明中的传感器（应变片、加速度传感器）的线路布置相对简单，具有操作方便的特点。而原位测试时不仅要预埋传感器，同时还要在预制管桩中预埋传感器的线路，增加了预制管桩制造过程的难度。
26.本发明通过合理布置工序，在预制管桩常规施工过程中穿插应力监测，最大限度地减少对工期的影响，同时有限的避免传感器长期受到振动而出现精度降低的问题，进一步提高数据的精准性。
27.本发明集锤桩入土深度控制、信号收集、数据处理、曲线输出等功能于一体，确保了实验过程的连续性，后期还可结合数值模拟验证。
28.本发明分析沉桩过程中桩身应力分布和变化规律，探明实际施工过程中可能面临的成桩质量问题，从而指导现场工作，保障施工安全与效益。
附图说明
29.图1为本发明的预制管桩上标记点的划分示意图；图2为本发明的传感器（包括应变片、加速度传感器）与基桩动测仪、电脑的连接示意图；图3为本发明的预制管桩的桩身上的标记点的示意图；图4为本发明的流程框图；图中标记：1、传感器标记点；2、停锤标记点；3、地面线；4、加速度传感器；5、应变片；6、膨胀螺丝；7、孔洞；8、基桩动测仪；9、电脑；10、预制管桩；11、线路。
实施方式
30.下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。
31.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于
本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
32.结合附图1至附图4，本发明的预制管桩植桩过程应力检测方法，包括如下步骤：（1）获取地质勘察报告以确定预制管桩植入的地层的地层分布情况，并确定预制管桩10植入点位，即是说确定预制管桩在地面线3上的位置。
33.（2）在预制管桩10的桩身上设置标记点，其中标记点包括传感器标记点1和停锤标记点2；在具体实时过程中，可以采用卷尺配合喷漆枪、画笔等在桩身上设置标记点。设置停锤标记点2的目的是为锤击试验预留贯入度，并防止传感器埋入土体。
34.（3）利用钻孔设备在传感器标记点1进行钻孔形成孔洞7，其中传感器标记点1至少包括应变片标记点和加速度传感器标记点；（4）将预制管桩10吊运至植入点位并植入并稳固到地层中；（5）在应变片标记点和加速度传感器标记点分别安装应变片5和加速度传感器4，即是说将应变片5和加速度传感器4安装在相应的孔洞7中，并将应变片5和加速度传感器4通过线路11与外部的基桩动测仪8连接，所述基桩动测仪8经线路11与外部的电脑9相互连接。即是说基桩动测仪8和电脑9不至于预制管桩10的桩身上。在具体实时过程中，传感器（加速度传感器和应变片）通过螺丝安装在孔洞7中，从而便于传感器的拆卸。
35.（6）将预制管桩10继续向地层中植入，当预制管桩10运行至停锤标记点2位置时，取下应变片5和加速度传感器4，并将应变片5和加速度传感器4安装在下一个传感器标记点；（7）重复步骤（5）和步骤（6），直至各个传感器标记点均通过应变片和加速度传感器进行数据采集；（8）利用加速度传感器和应变片采集的数据获得预制管桩在植入过程中的应力分布情况。
36.在一些实施例中，在步骤（2）中，在设置标记点的时候沿着预制管桩的桩身的长度方向设置多个传感器标记点和多个停锤标记点，每一个传感器标记点对应一个停锤标记点；并且停锤标记点位于对应的传感器标记点的下方0.5-0.6m。在具体实时过程中，相邻的传感器标记点之间的间距根据地层分布与单节桩身长度进行确定，一般情况下，相邻的传感器标记点之间的间距设置在2-3m。
37.在一些实施例中，预制管桩最上方的传感器标记点距离预制管桩的顶面的距离为1.5-2m。
38.在一些实施例中，在步骤（3）中，当完成当前传感器标记点的检测之后，再对下一个传感器标记点进行钻孔。即是说，预制管桩10在植入地层的过程中，完成一处检测之后再进行下一个传感器标记点进行钻孔，从而最大限度的避免因钻孔对预制管桩的桩身应力分布的影响。
39.在一些实施例中，当拆除传感器标记点的应变片5和加速度传感器4时应当对该位置处的钻孔进行填补修复。例如通过涂抹耐久性高强修补料对钻孔位置进行填补和修复，其中，对于混凝土上孔洞的填补修复属于现有技术，本领域的技术人员都能明白和理解，在此不再赘述。
40.在一些实施例中，所述应变片5、加速度传感器4和基桩动测仪8在使用前进行标定。在进行标定时，标定人员应当到取得标定证书，按照相关规定严格进行标定。
41.在一些实施例中，所述预制管桩10的桩身的两侧均安装有应变片5和加速度传感器4，预制管桩10桩身上的两个应变片5相互对称布置，预制管桩10桩身上的两个加速度传感器4相互对称设置。
42.本发明的预制管桩植桩过程应力检测方法既能够实现原位测试的可靠性，又能避免了原位实验中传感器可能存在的损伤问题，兼顾了可靠性与实用性；相比于现有的原位实验的方式，同时提高了数据的可靠性和精准性（传感器不存在高温养护的而容易出现损坏的问题）；同时本发明中的传感器（应变片、加速度传感器）的线路布置相对简单，具有操作方便的特点。而原位测试时不仅要预埋传感器，同时还要在预制管桩中预埋传感器的线路，增加了预制管桩制造过程的难度。相比于现有技术中的模型实验具有成本低、实用性强的特点。
43.本发明通过合理布置工序，在预制管桩常规施工过程中穿插应力监测，最大限度地减少对工期的影响，同时有限的避免传感器长期受到振动而出现精度降低的问题，进一步提高数据的精准性。
44.本发明集锤桩入土深度控制、信号收集、数据处理、曲线输出等功能于一体，确保了实验过程的连续性，后期还可结合数值模拟验证。
45.本发明分析沉桩过程中桩身应力分布和变化规律，探明实际施工过程中可能面临的成桩质量问题，从而指导现场工作，保障施工安全与效益。
46.作为发明一实施例，以成都某地基处理项目勘察报告为例，场地自上而下分布有杂填土厚11m，粉细砂厚10.1m，中粗砂厚3.5m，粉细砂厚8.3m。得出，该场地含厚度大于20m的砂层。由于场地条件特殊，初步预测施工过程中，土层对桩身的摩阻力较大。因此，采用预制管桩打沉过程需要进行应力监测。采用本发明的方法具体包括如下：1、按规范要求对应变环5、加速度传感器4、基桩动测仪8进行标定，取得合格的标定证书；电脑9软件安装，做好监测准备工作。
47.2、取得地质勘察报告，确定试验点位地层分布，确定监测深度为桩身长度减去上余长度25-1.5=23.5m；预制管桩10预制并运送到场。预制管桩型号为phc 600 ab 110 14\13\12\11，液压锤桩机型号rh06，16t锤重。
48.3、用卷尺配合油漆喷雾生成传感器标记点1和停锤标记点2。首先，传感器标记点1根据地层分布与预制管桩单节桩身长度确定，间距控制为3m；加速度传感器4和应变片5安装位置下方0.5m处再喷一次停锤标记点2（即实测入土深度）。
49.4、利用微型钻机在传感器标记点11处钻孔形成孔洞7，检查孔位是否对称。
50.5、利用线路11连接桩身上的加速度传感器4和应变片5，基桩动测仪8和电脑9，开机检查设备是否运行良好。
51.6、预制管桩10继续向下打沉，落距控制为30cm；锤击至停锤标记点2处指挥班组人员暂停落锤并安装加速度传感器4和应变片5；确保加速度传感器4和应变片5安装牢靠后，打开电脑9测试软件，控制落距，指挥班组人员锤桩；收集数据、存储完成后方可拆卸加速度传感器4和应变片5；指挥班组人员锤桩下一停锤标记点2，重复上述试验。
52.在具体实时过程中，到达最终监测深度，预制管桩10上余2m左右时，采集数据后结束监测，收拾整理仪器设备4、5、8、9和11，室内处理数据，拟合曲线，其中对于数据处理属于现有技术，本领域的技术人员都能明白和理解，在此不再赘述。
53.作为本案例优选的实施方式，监测对象尽量选择大直径预制管桩10，因为小直径管桩锤击过程中易出现偏心等问题。同时预制管桩锤击时应重锤低击，防止偏心锤击。
54.作为本案例优选的实施方式，桩身标记由卷尺量，油漆喷雾生成；卷尺量程应大于单节桩长度，油漆颜色宜选用红色等鲜亮色。
55.作为本案例优选的实施方式，应选取监测信号较好的3-5组，即预制管桩左右两侧的传感器信号基本同步，峰值基本重合，力曲线为正且始终在速度曲线上方。

技术特征：
1.一种预制管桩植桩过程应力检测方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）获取地质勘察报告以确定预制管桩植入的地层的地层分布情况，并确定预制管桩植入点位；（2）在预制管桩的桩身上设置标记点，其中标记点包括传感器标记点和停锤标记点；（3）利用钻孔设备在传感器标记点进行钻孔形成孔洞，其中传感器标记点至少包括应变片标记点和加速度传感器标记点；（4）将预制管桩吊运至植入点位并植入并稳固到地层中；（5）在应变片标记点和加速度传感器标记点分别安装应变片和加速度传感器，并将应变片、加速度传感器和基桩动测仪通过线路与外部的基桩动测仪连接，所述基桩动测仪经线路与外部的电脑相互连接；（6）将预制管桩继续向地层中植入，当预制管桩运行至停锤标记点位置时，取下应变片和加速度传感器，并将应变片和加速度传感器安装在下一个传感器标记点；（7）重复步骤（5）和步骤（6），直至各个传感器标记点均通过应变片和加速度传感器进行数据采集；（8）利用加速度传感器和应变片采集的数据获得预制管桩在植入过程中的应力分布情况。2.根据权利要求1所述的预制管桩植桩过程应力检测方法，其特征在于，在步骤（2）中，在设置标记点的时候沿着预制管桩的桩身的长度方向设置多个传感器标记点和多个停锤标记点，每一个传感器标记点对应一个停锤标记点；并且停锤标记点位于对应的传感器标记点的下方0.5-0.6m。3.根据权利要求2所述的预制管桩植桩过程应力检测方法，其特征在于，预制管桩最上方的传感器标记点距离预制管桩的顶面的距离为1.5-2m。4.根据权利要求1所述的预制管桩植桩过程应力检测方法，其特征在于，在步骤（3）中，当完成当前传感器标记点的检测之后，再对下一个传感器标记点进行钻孔。5.根据权利要求1所述的预制管桩植桩过程应力检测方法，其特征在于，当拆除传感器标记点的应变片和加速度传感器时应当对该位置处的钻孔进行填补修复。6.根据权利要求1所述的预制管桩植桩过程应力检测方法，其特征在于，所述应变片、加速度传感器和基桩动测仪在使用前进行标定。7.根据权利要求1-6中任一项所述的预制管桩植桩过程应力检测方法，其特征在于，所述预制管桩的桩身的两侧均安装有应变片和加速度传感器，预制管桩桩身上的两个应变片相互对称布置，预制管桩桩身上的两个加速度传感器相互对称设置。

技术总结
本发明属于预制管桩技术领域，公开了一种预制管桩植桩过程应力检测方法，为了解决模型实验成本高、原位实验中的传感器容易损坏的问题，而提供一种预制管桩植桩过程应力检测方法。本发明通过在预制管桩植入的过程中通过钻孔的方式安装应变片和加速度传感器，并将应变片和加速度传感器采集的数据传输给基桩动测仪和电脑从而获得应力分布情况。本发明集锤桩入土深度控制、信号收集、数据处理、曲线输出等功能于一体，兼顾可靠性和实用性，确保了实验过程的连续性，后期还可结合数值模拟验证。后期还可结合数值模拟验证。后期还可结合数值模拟验证。


技术研发人员：邓宇 周文灏 龚文俊 邓安 何蕃民
受保护的技术使用者：中冶成都勘察研究总院有限公司
技术研发日：2023.06.19
技术公布日：2023/10/15