申请人：沙焕焕
发明人：沙焕焕；邓亚光
权利要求书
1. 一种适用于中东撒巴哈土层的劲性复合桩数智化施工方法，其特征是：包括下列步骤：
（1）在撒巴哈土层上覆盖0.5-6m厚的回填砂或砂石层，然后将底部设有活瓣桩尖的钢管从回填或砂石层打入至撒巴哈土层的底部，回填砂或砂石层的砂从振动中的钢管的进料口进入钢管内，形成回填砂或砂石层填充柱；将所述钢管拔出，所述回填砂或砂石层填充柱自活瓣桩尖流出，形成砂或砂石桩；
（2）水泥土桩施工：
自回填砂或砂石层部位开始至撒巴哈土层的底部，或自回填砂或砂石层部位开始至撒巴哈土层下方的硬密实砂层，进行水泥土搅拌；在对回填砂或砂石层部位进行搅拌时，对砂或砂石桩中心及其周围砂或砂石层先进行喷水搅拌，停止喷水后再进行喷粉搅拌；在对撒巴哈土层进行搅拌时，对砂或砂石桩及其周围砂或砂石层进行加水搅拌与喷粉相结合，水灰比为0~0.4，主要依靠钻头上的螺旋叶片进行搅拌和分层反压；在需要对撒巴哈土层下方的硬密实砂层进行搅拌时，进行喷水搅拌软化，水灰比为0.4~0.6，主要依靠钻头上的刀型叶片进行搅拌和分层反压；经过上述步骤施工形成水泥土桩；
施工机械钻头采用硬质合金钻头，钻头上集成螺旋自攻叶片及沿自攻轨迹布置的刀型叶片组成的双模式叶片；
（3）芯桩施工及桩侧、桩端水泥土塑性加工：在桩端部位水泥土“闪凝”预成岩硬塑状态和桩侧水泥土未完全硬凝前的塑性水泥土桩中，压入或打入管桩壁厚为130~200mm，直径为500~600mm加厚的超高强预应力管桩，作为芯桩形成复合桩；以设计极限荷载的压桩力70%直达桩端，对桩端进行验证性稳压、复压，确保芯桩桩端有效进入持力层，并完成塑性状态下的压实预沉降，同时挤扩桩端形成直径增粗10~30%的应力集中并重分布区；根据地层的不同特性及不同设计要求，桩长与桩径、桩型、壁厚针对性地调整；通过设定稳压力以及预沉降量，确保桩端进入持力层并满足深度要求、实现桩端超固结；通过多次稳压测试，每次时间超过3分钟，每根桩均验证桩端承载能力和桩基稳定性；
（4）长短桩调控与复合桩型式：针对不同的土层条件和设计要求，施工中调控内芯及水泥土桩的桩长、桩径和复合桩型式，实现最优的桩基设计；通常采用短芯单节桩即可，但在控制沉降及水平力要求严格时采用含少量长芯复合桩的格栅联体；在处理复杂地层时，采用复合地基技术，即在相邻复合桩之间采用水泥土增强体联结，形成桩土混凝一体化的整体基础；
（5）施工中检测与验证：采用大吨位静压触探检测一体机配重和稳压装置，在施工中即时进行或施工后3~7天进行承载试验，在塑性水泥土桩中压入智能感知超高强管桩作为触探杆，即时进行快速原位足尺触探检测及桩侧桩端阻力实测；实时实测桩基在1000吨量级的压桩力分级荷载下桩基的沉降、应力分布；桩顶或桩端实际取芯或物探波速检测水泥土的强度变化，成桩后数小时或1~3天内利用具有感知及送桩器功能的钢管，在芯桩顶部快速加载稳压3~30分钟实测变形进行不同间隔时间的验证桩基的承载能力及增强幅度，结合超载试验和长期稳定性监测，通过物联网实时传输施工数据至云平台，生成压桩力、深度、外围水泥土波速数据或曲线图；通过塑性弹性转化，能量吸收应力优化到成岩增强的全过程，实现桩基承载力、沉降控制、耐久性、防腐性和可靠性确定性增强，确保每根桩均满足设计要求。
2. 根据权利要求1所述的适用于中东撒巴哈土层的劲性复合桩数智化施工方法，其特征是：在覆盖回填砂或砂石层后，还对撒巴哈土层进行土层预处理：覆盖回填砂或砂石层后再设置管井和/或塑料排水板、砂或砂石桩形成排水通道。
3. 根据权利要求1所述的适用于中东撒巴哈土层的劲性复合桩数智化施工方法，其特征是：在覆盖回填砂或砂石层后，还对撒巴哈土层进行土层预处理：覆盖回填砂或砂石层后再设置管井或塑料排水板、砂或砂石桩及水泥土桩机搅拌轴在软土中形成中空排气排水通道，经高压气劈裂，扰动软化将软土里的水经上述排水排气通道相互之间形成的网状通道排出，软土快速排水固结，含水量大幅度降低，含砂水泥土体成为最优含水量的最佳塑性加工状态，匹配后续施工刚性芯桩时的挤压力，再次塑性状态下致密，同时挤扩加固桩周软土，超载稳压使桩端提前完成沉降硬化，匹配管桩材料极限值，确保承载力与耐久性同步达标。
4. 根据权利要求1所述的适用于中东撒巴哈土层的劲性复合桩数智化施工方法，其特征是：
步骤（2）水泥土桩施工时，由于撒巴哈土层为高含水量高含盐量的软弱土层，撒巴哈土层下方为硬密实砂层，在施工水泥土桩时以水泥熟料掺入一定量的粉煤灰矿渣微粉、地聚物及聚丙烯酰胺组成的固化剂，固化剂不仅防腐，还优化水泥土微观结构及提高后期强度，与反压扩径协同提高桩体整体性；
当搅拌电流达400~500A以上时，表明已搅至下部硬密实砂层持力层，持力层标高处以上1~3m范围的软土层及标高处以下1~8m范围的密实砂层中复喷复搅、加大水泥掺量，并反压致密扩径形成桩端人造干硬性含砂水泥土持力层，单节管桩在水泥土未硬凝时压入并进入上述持力层一定深度，进行超载稳压施工，利用应力集中促使桩端水泥土体及持力层土体不可逆密实化，预压沉降以避免工后变形，稳压终压值满足设计的极限值，形成塑性状态下的高应变率、后期沉降硬化，完成预检测、预沉降、预成岩。
5. 根据权利要求1所述的适用于中东撒巴哈土层的劲性复合桩数智化施工方法，其特征是：步骤（4）中所述施工中调控内芯及水泥土桩的桩长、桩径和复合桩型式，主要调控长短芯复合桩的参数，包括：施工间隔时间、芯桩桩长、进入不同持力层一定深度的终压范围值、稳压复压次数及持续时长，实现桩端上3m至桩端下8m为沉降和承载力最重要的部位，主动加压引发桩端塑性应变，通过“压致相变”重塑水泥土及土体本构关系，提升端阻力的同时满足整体基础中不同型式水泥土桩搭接施工时性状、强度及刚度要求。
6. 根据权利要求1所述的适用于中东撒巴哈土层的劲性复合桩数智化施工方法，其特征是：所述内芯采用单节管桩的长度为7~16m，外芯水泥土桩直径为800~1300mm，长度为8~30m。
7. 根据权利要求4所述的适用于中东撒巴哈土层的劲性复合桩数智化施工方法，其特征是：所述以水泥熟料掺入一定量的粉煤灰矿渣微粉、地聚物及聚丙烯酰胺固化剂，固化剂各组分及质量比例为：水泥熟料30%~95%、地聚物15%~49%、聚丙烯酰胺0.5%~0.6%，上述组分用量之和为100%，用于消除腐蚀影响，外围水泥土体渗透系数＜1×10⁻8m/s。
8. 根据权利要求7所述的在中东撒巴哈土层数字化验证性完成检测的复合桩施工方法，其特征是：复合桩外围水泥土桩掺入粉煤灰矿渣微粉、地聚物及聚丙烯酰胺，间隔一段时间后进行超载稳压处理，包括1~3次超载稳压，每次时长大于3分钟，挤扩致密桩侧塑性水泥土，通过匹配设计极限荷载的稳压值直达桩端，干硬性水泥土预压预沉降硬化。
9. 根据权利要求1所述的适用于中东撒巴哈土层的劲性复合桩数智化施工方法，其特征是：所述加厚的超高强预应力管桩作为芯桩，采用锤击或静压沉桩方式进行沉管；管桩在施工中的承压能力达600~1000吨及以上，匹配压桩力或锤击能量，且直达桩端的稳压值＞桩顶终压值的2/3以上。
10. 根据权利要求1所述的适用于中东撒巴哈土层的劲性复合桩数智化施工方法，其特征是：施工中用硬质合金钻头搅拌硬密实砂层，搅拌过程加水、喷粉，持力层标高以上1~3m的软土层中和持力层标高以下1~8m密实砂层中复喷复搅反压，当复搅电流达到300~500A时可认为桩端持力层水泥土性状满足“闪凝”成岩条件，并据此确认该复合桩的单节芯桩长度。
说明书
适用于中东撒巴哈土层的劲性复合桩数智化施工方法
技术领域
本发明涉及一种复合桩施工方法。
背景技术
中东撒巴哈（Sabkha）地区的土层结构复杂且具有显著的层次差异，给桩基施工带来了许多挑战。该地区上部4～15m为软弱的Sabkha土层，深部为密实砂层。该土层含水量高、含盐量高、压缩性高、承载力低，下部密实砂层虽有较高承载力，管桩桩端难以顺利进入持力层，由于Sabkha地区具有较高的盐分含量和腐蚀性，对桩基材料的侵蚀性非常强，单一管桩施工中形成的桩头破坏、桩身裂缝、对桩身材料焊接处易被侵蚀，传统的桩基施工方法在此类复杂环境下存在一系列问题，亟需创新的施工技术和设备来应对这些挑战。
首先，在传统桩基施工中，常常依赖于人工或者初步的钻探方法来判断桩端是否达到了承载力层。然而，由于土层的多变性以及软土层和密实砂层之间的过渡性，传统的施工方法很难准确判断桩端是否进入持力层，导致桩基的施工质量无法得到充分保障。在撒巴哈地区的施工中，特别是对于超高强单节管桩的应用，这一问题尤为突出。由于高承载力管桩（特别是水平承载力、抗拔承载力在软弱的撒巴哈土层中更难进入密实砂层持力层时更低）的施工过程中需要在非常深的土层中穿透不同的土层，还需焊接，传统的检测方法难以在施工过程中提供及时、准确的反馈，无法有效确保桩端与持力层的吻合。
其次，撒巴哈地区土壤中的高含盐量和腐蚀性也是桩基施工中的一大难题。传统桩基施工方法通常采用常规材料和防腐措施，但在高盐分环境下，普通桩基材料和防腐措施的耐久性较差，容易导致桩基的早期腐蚀，从而影响其长期的承载力和稳定性。特别是在软土层中，由于水分渗透性较强，腐蚀问题更加突出。因此，需要采用更为耐腐蚀的桩基材料和更加有效的防腐技术，以确保桩基在恶劣环境下的长期可靠性。
第三，现有桩基施工技术普遍缺乏高效的实时检测和施工验证手段。在中东撒巴哈地区这样复杂的土层环境中，施工质量控制显得尤为重要。传统的桩基施工方法往往依赖人工经验和间接测量手段，无法实时监控桩基施工过程中的各项参数，如桩端是否顺利进入持力层，芯桩桩身材料强度及完整性、水泥土体性状、桩周土体处理效果及桩侧桩端承载力是否符合设计要求等。这种情况下，施工过程中存在较大的不确定性，难以对桩基质量进行有效控制，容易导致后期桩基承载力不足或出现其他质量问题。因此，亟需引入数字化、智能化的技术手段，通过实时监测和反馈系统，精确控制施工过程中的各项关键参数，提高施工的精度和安全性。
中东撒巴哈沿海区域地质条件极端复杂，主要挑战包括：
1. 超高盐碱腐蚀性：氯离子与硫酸盐侵蚀传统单一管桩，易导致桩头损坏桩身裂缝及耐久性劣化；
2. 高含水量软土层（Sabkha土层含水量＞60%，厚度≥4m）：施工易溜桩、垂直度失控；
3. 密实胶结砂层（标贯击数N＞50-100）：传统压桩设备穿透困难，桩头易损；
4. 持力层不均：密实砂层与软弱下卧层交替分布，需复合桩设计优化承载力传递。
现有技术中，单一管桩存在焊接防腐难、持力层处理不足、检测滞后等问题。本发明提出一种集智能设备、材料优化与工艺创新于一体的复合桩解决方案，实现“施工即检测、成桩即验收”，3~7天再复压稳压实测极限承载力及提高系数。
综上所述，针对中东撒巴哈地区复杂土层和腐蚀性环境的特点，传统桩基施工方法显然无法满足高精度、高效能的要求。因此，开发一种新的数智化施工装备与方法，不仅能够解决传统桩基施工中的技术难题，还能为在复杂环境中的桩基建设提供一种全新的解决方案，具有重要的实际应用价值和创新意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够有效提高桩基的承载力，同时解决腐蚀性土层对桩基的侵蚀问题，大大提高了施工效率和质量可控性的适用于中东撒巴哈土层的劲性复合桩数智化施工方法。
本发明的技术解决方案是：
一种适用于中东撒巴哈土层的劲性复合桩数智化施工方法，其特征是：包括下列步骤：
（1）在撒巴哈土层上覆盖0.5-6m厚的回填砂或砂石层，然后将底部设有活瓣桩尖的钢管从回填或砂石层打入至撒巴哈土层的底部，回填砂或砂石层的砂从振动中的钢管的进料口进入钢管内，形成回填砂或砂石层填充柱；将所述钢管拔出，所述回填砂或砂石层填充柱自活瓣桩尖流出，形成砂或砂石桩；
（2）水泥土桩施工：
自回填砂或砂石层部位开始至撒巴哈土层的底部，或自回填砂或砂石层部位开始至撒巴哈土层下方的硬密实砂层，进行水泥土搅拌；在对回填砂或砂石层部位进行搅拌时，对砂或砂石桩中心及其周围砂或砂石层先进行喷水搅拌，停止喷水后再进行喷粉搅拌；在对撒巴哈土层进行搅拌时，对砂或砂石桩及其周围砂或砂石层进行加水搅拌与喷粉相结合，水灰比为0~0.4，主要依靠钻头上的螺旋叶片进行搅拌和分层反压；在需要对撒巴哈土层下方的硬密实砂层进行搅拌时，进行喷水搅拌软化，水灰比为0.4~0.6，主要依靠钻头上的刀型叶片进行搅拌和分层反压；经过上述步骤施工形成水泥土桩；
施工机械钻头采用硬质合金钻头，钻头上集成螺旋自攻叶片及沿自攻轨迹布置的刀型叶片组成的双模式叶片；
（3）芯桩施工及桩侧桩端水泥土塑性加工：在桩端部位水泥土“闪凝”预成岩硬塑状态和桩侧水泥土未完全硬凝前的塑性水泥土桩中，压入或打入管桩壁厚为130~200mm，直径为500~600mm加厚的超高强预应力管桩，作为芯桩形成复合桩。以设计极限荷载的压桩力70%直达桩端，对桩端进行验证性稳压、复压，确保芯桩桩端有效进入持力层，并完成塑性状态下的压实预沉降，同时挤扩桩端形成直径增粗10~30%的应力集中并重分布区；根据地层的不同特性及不同设计要求，桩长与桩径、桩型、壁厚针对性地调整；通过设定稳压力以及预沉降量，确保桩端进入持力层并满足深度要求、实现桩端超固结；通过多次稳压测试，每次时间超过3分钟，每根桩均验证桩端承载能力和桩基稳定性；
（4）长短桩调控与复合桩型式：针对不同的土层条件和设计要求，施工中调控内芯及水泥土桩的桩长、桩径和复合桩型式实现最优的桩基设计；通常采用短芯单节桩即可，但在控制沉降及水平力要求严格时采用含少量长芯复合桩的格栅联体；在处理复杂地层时，采用复合地基技术，即在相邻复合桩之间采用水泥土增强体联结，形成桩土混凝一体化的整体基础；
（5）施工中检测与验证：采用大吨位静压触探检测一体机配重和稳压装置，在施工中即时进行或施工后3~7天进行承载试验，在塑性水泥土桩中压入智能感知超高强管桩作为触探杆，即时进行快速原位足尺触探检测及桩侧桩端阻力实测；实时实测桩基在1000吨量级的压桩力分级荷载下桩基的沉降、应力分布；桩顶或桩端实际取芯或物探波速检测水泥土的强度变化，成桩后数小时或1~3天内利用具有感知及送桩器功能的钢管，在芯桩顶部快速加载稳压3~30分钟实测变形进行不同间隔时间的验证桩基的承载能力及增强幅度，结合超载试验和长期稳定性监测，通过物联网实时传输施工数据至云平台，生成压桩力、深度、外围水泥土波速数据或曲线图；通过塑性弹性转化，能量吸收应力优化到成岩增强的全过程，实现桩基承载力、沉降控制、耐久性、防腐性和可靠性确定性增强，确保每根桩均满足设计要求。
在覆盖回填砂或砂石层后，还对撒巴哈土层进行土层预处理：覆盖回填砂或砂石层后再设置管井和/或塑料排水板、砂或砂石桩形成排水通道。
在覆盖回填砂或砂石层后，还对撒巴哈土层进行土层预处理：覆盖回填砂或砂石层后再设置管井或塑料排水板、砂或砂石桩及水泥土桩机搅拌轴在软土中形成中空排气排水通道，经高压气劈裂，扰动软化将软土里的水经上述排水排气通道相互之间形成的网状通道排出，软土快速排水固结，含水量大幅度降低，含砂水泥土体成为最优含水量的最佳塑性加工状态，匹配后续施工刚性芯桩时的挤压力，再次塑性状态下致密，同时挤扩加固桩周软土，超载稳压使桩端提前完成沉降硬化，匹配管桩材料极限值，确保承载力与耐久性同步达标。
步骤（2）水泥土桩施工时，由于撒巴哈土层为高含水量高含盐量的软弱土层，撒巴哈土层下方为硬密实砂层，在施工水泥土桩时以水泥熟料掺入一定量的粉煤灰矿渣微粉、地聚物及聚丙烯酰胺组成的固化剂，固化剂不仅防腐，还优化水泥土微观结构及提高后期强度，与反压扩径协同提高桩体整体性；
当搅拌电流达400~500A以上时，表明已搅至下部硬密实砂层持力层，持力层标高处以上1~3m范围的软土层及标高处以下1~8m范围的密实砂层中复喷复搅，加大水泥掺量，并反压致密扩径形成桩端人造干硬性含砂水泥土持力层，单节管桩在水泥土未硬凝时压入并进入上述持力层一定深度，进行超载稳压施工，利用应力集中促使桩端水泥土体及持力层土体不可逆密实化，预压沉降以避免工后变形，稳压终压值满足设计的极限值，形成塑性状态下的高应变率、后期沉降硬化，完成预检测、预沉降、预成岩。
步骤（4）中所述施工中调控内芯及水泥土桩的桩长、桩径和复合桩型式，主要调控长短芯复合桩的参数，包括：施工间隔时间、芯桩桩长、进入不同持力层一定深度的终压范围值、稳压复压次数及持续时长，实现桩端上3m至桩端下8m为沉降和承载力最重要的部位，主动加压引发桩端塑性应变，通过“压致相变”重塑水泥土及土体本构关系，提升端阻力的同时满足整体基础中不同型式水泥土桩搭接施工时性状、强度及刚度要求。
所述内芯采用单节管桩的长度为7~16m，外芯水泥土桩直径为800~1300mm，长度为8~30m。
所述以水泥熟料掺入一定量的粉煤灰矿渣微粉、地聚物及聚丙烯酰胺固化剂，固化剂各组分及质量比例为：水泥熟料30%~95%、地聚物15%~49%、聚丙烯酰胺0.5%~0.6%，上述组分用量之和为100%，用于消除腐蚀影响，外围水泥土体渗透系数＜1×10⁻8m/s。
复合桩外围水泥土桩掺入粉煤灰矿渣微粉、地聚物及聚丙烯酰胺，间隔一段时间后进行超载稳压处理，包括1~3次超载稳压，每次时长大于3分钟，挤扩致密桩侧塑性水泥土，通过匹配设计极限荷载的稳压值直达桩端，干硬性水泥土预压预沉降硬化。
所述加厚的超高强预应力管桩作为芯桩，采用锤击或静压沉桩方式进行沉管；管桩在施工中的承压能力达600~1000吨及以上，匹配压桩力或锤击能量，且直达桩端的稳压值＞桩顶终压值的2/3以上。
施工中用硬质合金钻头搅拌硬密实砂层，搅拌过程加水、喷粉，持力层标高以上1~3m的软土层中和持力层标高以下1~8m密实砂层中复喷复搅反压，当复搅电流达到300~500A时可认为桩端持力层水泥土性状满足“闪凝”成岩条件，并据此确认该复合桩的单节芯桩长度。
本发明的优点在于：
提高桩基稳定性：通过先进的施工方法和装备，确保桩基能够适应复杂土层条件，并提高桩端持力层的稳固性。
数字化实时监控：可以全程实时监测桩基的施工进度、桩端阻力、沉降量等参数，确保施工质量和准确性。
高效加固与防腐：使用低碳水泥土和复合材料，实现桩基的加固效果，同时具备防腐、防渗功能。
优化施工成本：通过智能设备和技术手段优化施工工艺，减少了传统施工中的人工误差和施工难度，降低了施工成本。
适应复杂地质条件：该方法能够应对中东撒巴哈地区等特殊地质条件，确保桩基施工能够在难以判断持力层的情况下高效完成。
采用螺旋叶片层层反压水泥土，每15mm提升螺旋叶片压一圈，达到碾压干硬性混凝土效果，初次的塑性加工成为干硬性的水泥土；后续超载稳压管桩形成二次塑性加工致密硬化，单节管桩达到设计要求的稳压终压值。
本发明能够在复杂的土层中提供精确的施工控制和实时验证。施工即检测：现规范要求在桩顶设计标高处随机进行荷载试验，现有技术和方法无法满足超深送桩的实际工况，只能预先指定试桩送至地面进行荷载试验，导致试验桩施工单位被提前告知情况下针对性的提高该试验桩的施工标准，实际上不具备随机性、代表性。而采用超载压入单节超高强加厚管桩于大直径塑性阶段干硬性水泥土中，稳压值达到极限承载力，每根桩在施工中完成极限承载力验证，无需额外试桩。本发明通过采用超深大直径管桩技术以及复合材料桩体结构，能够有效提高桩基的承载力，同时解决腐蚀性土层对桩基的侵蚀问题。结合数智化装备，可以实时监控施工过程中的各项参数，确保桩端顺利进入持力层，并通过数字化手段对施工质量进行全面检测和验证，大大提高了施工效率和质量的可控性。
本发明绿色高效：低碳固化剂替代5%~50%水泥，碳排放降低30%，，用于消除氯离子与硫酸盐腐蚀影响，外围水泥土体渗透系数＜1×10⁻8m/s。施工周期缩短50%； 实现智能闭环控制：通过多传感器数据链实现“动态调控实时验证即时检测—直接验收”一体化。
本发明采用复合桩地基加固一体化体系，以充分利用各种桩型的优点，提高整体的承载力和稳定性。这种复合桩体系实现超高竖向承载力及水平承载力，主动沉降预沉降，减少了后期沉降，原位土成建材成桩成岩。尤其在复杂地质条件施工中具有显著的优势。
在密实砂土中直接打管桩，由于砂土的颗粒不同于粘性土颗粒胶结的情况，即使锤击或者静压力非常大，也可能打不下去，应力释放以后，承载力会降低到压桩值的0.7左右，沉降量较大。通过超载稳压的超高强管桩桩端及桩侧塑性水泥土层层递进梯度的挤扩致密和验证性压实桩端下一定范围干硬性水泥土体预成岩，复合桩体积会大于芯桩4~6倍，后期应力重分布侧阻应力由施工中的1/3提高到90%以上，桩端阻力由施工中的2/3降低至10%以下，实测极限承载力会高于施工中的终压值的1.5倍以上。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是试桩Q-S曲线图。
其中：本发明劲性复合桩（上方的曲线）：水泥土桩直径1000~1100mm，桩长13m，管桩JHC500桩长10m，静压施工中塑性水泥土压到标高时终压值为3600KN。
传统单一管桩（下方的曲线）：UHC500桩长10m。
现场试桩情况：传统单一管桩压桩力达到材料极限承载力（静压施工中终压值7500KN）时距设计标高差0.6m，进入密实砂层仅50cm，水平承载力仅为80KN（预计劲性复合桩水平承载力300KN，如果用钻孔灌注桩技术须满足1.4m直径和25m以上的桩长要求）。
采用大能量160型锤击机施工进入持力层1m左右时，桩头破坏桩身裂缝，易进海水侵蚀无法满足防腐耐久性要求。
图2是施工机械钻头的结构示意图。
其中：1、螺旋叶片；2、刀型叶片；3、出粉通道；4、出水通道；5、pH探头；6、密度探头；7、湿度探头；8、压力探头。
图3是底部设有活瓣桩尖的钢管结构示意图。
其中：9、钢管；10、外套管；11、活瓣桩尖；12、振动锤；13、进料口；14、外套管上的上限位块；15、外套管上的下限位块；16、钢管底部的内限位块；17、活动式连接销。
具体实施方式
一种适用于中东撒巴哈土层的劲性复合桩数智化施工方法，包括下列步骤：
（1）在撒巴哈土层上覆盖0.5-6m厚的回填砂或砂石层，然后将底部设有活瓣桩尖的钢管从回填或砂石层打入至撒巴哈土层的底部，回填砂或砂石层的砂从振动中的钢管的进料口进入钢管内，形成回填砂或砂石层填充柱；将所述钢管拔出，所述回填砂或砂石层填充柱自活瓣桩尖流出，形成砂或砂石桩；
底部设有活瓣桩尖的钢管具体结构：包括套装在钢管下部的外套管，钢管底部设有内限位块，外套管上端设有与内限位块配合的上限位块，外套管下部设有与内限位块配合的下限位块。外套管下端与活瓣桩尖通过可活动式连接销连接。当钢管下沉时，钢管底部的内限位块与外套管上的下限位块配合，带动外套管及活瓣桩尖一起下沉，此时活瓣呈关闭状态；当钢管上拔时，钢管底部的内限位块与外套管上的上限位块配合，带动外套管及活瓣桩尖一起向上移动，此时活瓣桩尖在重力作用下打开。
回填砂或砂石层的作用：
1、垫层加固作用，便于桩机设备施工。2、可以提升场地标高。3、在振动沉管砂石桩施工时，钢管进料口打入回填砂石层时，砂石层直接滑落钢管的进料口里面内，然后边振动边提升钢管，快速形成砂石桩。
砂石桩的作用：
1、形成的砂石桩在撒巴哈土层里面，起到挤密排水固结作用。2、在撒巴哈土层水泥土中，每提高1%含砂量，强度可提高0.06MPa。3、砂石桩作为排水通道和水泥土中的搅拌轴形成的中空通道，再在高压气体劈裂形成网状排水排气通道，快速降低软弱土层中的含水量。
（2）水泥土桩施工：
自回填砂或砂石层部位开始至撒巴哈土层的底部，或自回填砂或砂石层部位开始至撒巴哈土层下方的硬密实砂层，进行水泥土搅拌；在对回填砂或砂石层部位进行搅拌时，对砂或砂石桩中心及其周围砂或砂石层先进行喷水搅拌，停止喷水后再进行喷粉（即喷水泥粉）搅拌；在对撒巴哈土层进行搅拌时，对砂或砂石桩及其周围砂或砂石层进行加水搅拌与喷粉相结合，水灰比为0~0.4，主要依靠钻头上的螺旋叶片进行搅拌和分层反压；在需要对撒巴哈土层下方的硬密实砂层进行搅拌时，进行喷水搅拌软化，水灰比为0.4~0.6，主要依靠钻头上的刀型叶片进行搅拌和分层反压；经过上述步骤施工形成水泥土桩；
施工机械（例如：高喷干湿搅拌双通道触探反压水泥土一体机）的钻头采用硬质合金钻头，钻头上集成螺旋自攻叶片及沿自攻轨迹布置的刀型叶片组成的双模式叶片；通过电流、扭矩的实时调控，调整水灰比及水泥掺量，当搅拌电流超400A时自动切换喷水/喷粉模式，对密实砂层进行搅拌软化，通过复喷复搅和反压扩径，在桩端形成含砂水泥土持力层，结合高掺量水泥和压力致密化；
（3）芯桩施工及桩侧桩端水泥土塑性加工：在桩端部位水泥土“闪凝”（即3小时内水泥土无侧限抗压强度≥10MPa）预成岩硬塑状态和桩侧水泥土未完全硬凝前的塑性水泥土桩中，压入或打入管桩壁厚为130~200mm，直径为500~600mm加厚的超高强预应力管桩，作为芯桩形成复合桩。以设计极限荷载的压桩力70%直达桩端，对桩端进行验证性稳压、复压，确保芯桩桩端有效进入持力层，并完成塑性状态下的压实预沉降，同时挤扩桩端形成直径增粗10~30%的应力集中并重分布区；根据地层的不同特性及不同设计要求，桩长与桩径、桩型、壁厚针对性地调整，C80~C105~C125管桩桩径可为400~800mm，壁厚95~200mm，也可以用方桩、异型桩；通过设定稳压力以及预沉降量，确保桩端进入持力层并满足深度要求、实现桩端超固结（超固结比OCR≥3）；通过3次稳压测试（压力600~1000吨，单次时长＞3分钟），每次时间超过3分钟，每根桩均验证桩端承载能力和桩基稳定性；
塑性加工是通过一个很小的应力产生一个很大的应变增量，不同于弹性回弹；把含水量比较高的撒巴哈软土，通过劈裂排水、喷粉同时层层反压搅拌致密，第一次加工塑性水泥土；再加水喷粉，搅松软化，把下面密实砂层原状结构打碎，也达到最佳塑性状态，形成二次塑性状态水泥土；再超载稳压高强管桩，高强管桩桩径不宜大于700mm，否则会产生较大的摩擦力和挤土效应到达桩端轴力偏小。高强管桩桩径一般采用500-600mm，既可以挤密挤扩致密桩侧水泥土，又可以大部分压桩力直达桩端及以下持力层，即水泥土体沉降敏感承载力最关键部位。既可以确保管桩打到标高，又保证稳压终压力满足设计极限承载力，二次塑性状态水泥土吸收打桩时大能量积聚并压实致密，后期高温高压成岩弹性状态水泥土的刚度模量强度大幅度成倍增强。
（4）长短桩调控与复合桩型式：针对不同的土层条件和设计要求，施工中调控内芯及水泥土桩的桩长、桩径和复合桩型式实现最优的桩基设计；通常采用短芯单节桩即可，但在控制沉降及水平力要求严格时采用含少量长芯复合桩的格栅联体；采用复合地基技术，即在相邻复合桩之间采用水泥土增强体联结，形成桩土混凝一体化的整体基础；
（5）施工中检测与验证：采用大吨位（例1260吨）静压触探检测一体机配重和稳压装置，在施工中即时进行或施工后3~7天进行承载试验，在塑性水泥土桩中压入智能感知超高强管桩作为触探杆，即时进行快速原位足尺触探检测及桩侧桩端阻力实测；实时实测桩基在1000吨量级的压桩力分级荷载下桩基的沉降、应力分布；桩顶或桩端实际取芯或物探波速检测水泥土的强度变化，成桩后数小时或1~3天内利用具有感知及送桩器功能的钢管，在芯桩顶部快速加载稳压3~30分钟（例如采用1260吨静压机按ASTM标准进行超载试验，实测沉降≤5mm，桩侧摩阻力占比≥90%）实测变形进行不同间隔时间的验证桩基的承载能力及增强幅度，结合超载试验和长期稳定性监测，通过物联网实时传输施工数据至云平台，生成压桩力、深度（芯桩长度）、外围水泥土波速数据或曲线图；通过塑性弹性转化，能量吸收应力优化到成岩增强的全过程，实现桩基承载力、沉降控制、耐久性、防腐性和可靠性确定性增强，确保每根桩均满足设计要求。
在覆盖回填砂或砂石层后，还对撒巴哈土层进行土层预处理：覆盖回填砂或砂石层后再设置管井和/或塑料排水板、砂或砂石桩形成排水通道；或者覆盖回填砂或砂石层后再设置管井或塑料排水板、砂或砂石桩及水泥土桩机搅拌轴在软土中形成中空排气排水通道，经高压气劈裂，扰动软化将软土里的水经上述排水排气通道相互之间形成的网状通道排出，软土快速排水固结，含水量大幅度降低，含砂水泥土体成为最优含水量的最佳塑性加工状态，匹配后续施工刚性芯桩时的挤压力，再次塑性状态下致密，同时挤扩加固桩周软土，超载稳压使桩端提前完成沉降硬化，匹配管桩材料极限值，确保承载力与耐久性同步达标。同时挤扩加固桩周软土，超载稳压使桩端提前完成沉降硬化，匹配管桩材料极限值，确保承载力与耐久性同步达标。
步骤（2）水泥土桩施工时，由于撒巴哈土层为高含水量高含盐量的软弱土层，撒巴哈土层下方为硬密实砂层，在施工水泥土桩时以水泥熟料掺入一定量的粉煤灰矿渣微粉、地聚物及聚丙烯酰胺组成的固化剂，固化剂不仅防腐，还优化水泥土微观结构及提高后期强度，与反压扩径协同提高桩体整体性；
当搅拌电流达400~500A以上时，表明已搅至下部硬密实砂层持力层，持力层标高处以上1~3m范围的软土层及标高处以下1~8m范围的密实砂层中复喷复搅，加大水泥掺量，并反压致密扩径形成桩端人造干硬性含砂水泥土持力层，单节管桩在水泥土未硬凝时压入并进入上述持力层一定深度，进行超载稳压施工，利用应力集中促使桩端水泥土体及持力层土体不可逆密实化，预压沉降以避免工后变形，稳压终压值满足设计的极限值（匹配单节管桩材料极限值、桩侧、桩端土体共同形成承载力），形成塑性状态下的高应变率、后期沉降硬化，完成预检测、预沉降、预成岩。
步骤（4）中所述施工中调控内芯及水泥土桩的桩长、桩径和复合桩型式，主要调控长短芯复合桩的参数，包括：施工间隔时间、芯桩桩长、进入不同持力层一定深度的终压范围值、稳压复压次数及持续时长，实现桩端上3m至桩端下8m为沉降和承载力最重要的部位，主动加压引发桩端塑性应变，通过“压致相变”重塑水泥土及土体本构关系，提升端阻力的同时满足整体基础中不同型式水泥土桩搭接施工时性状、强度及刚度要求。
在桩端复喷复搅反压扩径致密塑性状态水泥土体下，未硬凝的水泥土体在小应力下即可产生显著塑性变形（应变增量），相较于弹性变形（可逆回弹），更利于通过持续桩端超载稳压实现水泥土结构的不可逆致密化。施工中达到极限荷载值巨大能量压桩力被桩端三向围压下应力场范围内的的塑性水泥土体吸收转化为压实功，而非弹性回弹耗散，密实度、压实压缩应变同时密度和模量显著提高，并通过波速测量评估密实度与模量，动态调节桩长、桩径及压力参数，实现施工过程的可控性与精准性。
所述内芯采用单节管桩的长度为7~16m，外芯水泥土桩直径为800~1300mm，长度为8~30m。
所述以水泥熟料掺入一定量的粉煤灰矿渣微粉、地聚物及聚丙烯酰胺，各组分及用量比例为：水泥熟料30%~95%、地聚物15%~49%、聚丙烯酰胺0.5%~0.6%，上述组分用量之和为100（具体的实施例可以是：水泥熟料55%、地聚物44.5%、聚丙烯酰胺0.5%），用于消除腐蚀影响，外围水泥土体渗透系数＜1×10⁻8m/s。
复合桩外围水泥土桩掺入粉煤灰矿渣微粉、地聚物及聚丙烯酰胺，间隔一段时间后进行超载稳压处理，包括1~3次超载稳压，每次时长大于3分钟，挤扩致密桩侧塑性水泥土，通过匹配设计极限荷载的稳压值直达桩端，干硬性水泥土预压预沉降硬化。
所述加厚的超高强预应力管桩作为芯桩（例加厚壁超高强C105、C125管桩、UHC500或UHC600，壁厚130-200mm），采用锤击或静压沉桩方式进行沉管；管桩在施工中的承压能力达600~1000吨及以上，匹配压桩力或锤击能量，且直达桩端的稳压值＞桩顶终压值的2/3以上。尽量控制管桩直径＜700mm，避免匹配压桩或锤击桩能量耗损在侧摩阻力，确保70%以上压桩力到达桩端。
施工中用硬质合金钻头搅拌硬密实砂层，搅拌过程加水、喷粉，持力层标高以上1~3m的软土层中和持力层标高以下1~8m密实砂层中复喷复搅反压，当复搅电流达到300~500A时可认为桩端持力层水泥土性状满足“闪凝”成岩条件，并据此确认该复合桩的单节芯桩长度。
所述施工机械的动力系统采用主电机大功率2×110kW~160kW高功率驱动，采用干湿双通道/三通道作业；螺旋叶片位于钻头下部，刀型叶片位于螺旋叶片上方。
本发明可以采用的设备包括：
1.大功率2*110kW~160kW主电机高喷干湿搅拌双通道触探反压水泥土一体机。
技术背景与创新点：该设备整合了勘察、物探及原位土体测试功能，在施工过程中能够精准控制施工参数，实时监控水泥土的物理化学特性。通过创新性的干湿搅拌结合高压旋喷优点，螺旋叶片自攻反压塑性增强，实现了对不同土层（如砂层、胶结砂层、软弱土层等）针对性的加固处理。
工作原理：设备配备高功率电机，支持水泥土的高效搅拌与加压，能够针对不同土层特性（如软土、硬土、胶结层）进行快速处理。
干法与湿法相结合的搅拌系统：通过干法螺旋叶片加压和湿法喷浆技术，实现对水泥土的精确调控，干湿水泥土搅拌的同步进行，能够根据实时监控的电流、扭矩等信号调节水灰比和水泥掺量，确保施工质量。
土体改良：结合纳米微粉、矿渣微粉、粉煤灰等材料的优化配比，增强水泥土的强度和稳定性，提升抗腐蚀性能，尤其适应中东地区高温、高湿的特殊地质条件。
技术优势：1）精确施工控制：通过电流、扭矩的实时反馈，可即时调节搅拌强度与水泥掺量，确保施工质量的一致性。2）高效施工方案：该设备能够在复杂的地质条件下完成高深度、超大直径的水泥土桩施工，实测原位足尺替代室内试验，数据精准可靠，减少了施工周期及费用。3）智能化技术应用：设备集成北斗定位与自动调节功能，使得施工过程更加智能化，能够动态调整施工参数以适应不同的土质与施工环境。
单一高强管桩在中东的撒巴哈地区施工时，下部密实砂层时难以进入持力层，实测极限承载力仅为终压值的会0.7-0.8，水平力和抗拔力更低；采用高喷高湿搅拌砂层持力层深度3-10米，搅拌电流达到400-600A时，密实砂层水泥土达到最优含水量水泥土碾压、反压，达到最佳塑性加工状态。超载稳压预检测预应力压实后期侧阻为主，沉降硬化。
2. 1260吨静压触探检测一体机配重和稳压装置及压桩力检测系统。
技术背景与创新点：该设备的创新在于集成了北斗三维自动定位、伺服油缸调节和自动化压桩力控制系统，可以实时监控桩基施工过程中的荷载变化，精确控制压桩深度和桩端阻力，确保桩基施工中的质量可靠。
工作原理：1）稳定压桩力调节系统：该设备最大可控压桩力为1260吨，能够在施工过程中通过智能化系统调整压桩速度、压力和稳压时间，确保每根桩在塑性水泥土施工中的稳压值达到设计标准。2）即时检测与调控：内置的传感器能够实时检测桩端阻力、桩深、压桩力，压力梯度及稳压时长等重要施工参数，实时显示在操作界面，动态优化调整施工参数。3）预检测与稳压：通过预沉降、硬化、超载稳压等技术手段，确保桩基施工过程中的土体加固效果，使得桩端达到所需的持力层，并对沉降敏感的桩端塑性水泥土体预沉降硬化。
技术优势：1）精确桩端定位与压桩控制：利用北斗定位和传感器技术，确保每根桩都能够精确达到设计深度和持力层位置。2）多功能集成：集成了稳压、荷载试验、土层检测等多项功能，一台设备即可完成多种检测任务，提高了施工效率和准确性。3）超载稳压技术：通过对桩端土体的超载稳压测试，确保桩基的强度和稳定性，减少施工后的沉降风险。
本发明通过预处理软土层并结合适应中东地区特有地质条件的地基加固方法，采用干法与湿法相结合的水泥土施工技术，对上层软土和下层持力层进行有效加固。通过特殊的搅拌工艺，水泥土的密实度得到显著提升，确保桩端具有足够的承载力。
技术优势：1）精准控制含水量与水泥土性能：施工过程中实时监控土层的水分含量，灵活选择干湿法施工，确保土体达到最佳的施工条件。2）复合地基加固效果：通过对水泥土的加固与桩端的稳压处理，有效提高了地基承载力和桩基的稳定性，减少了沉降和变形。3）环保与节能：采用低碳水泥土材料（如矿渣、粉煤灰等）减少了对环境的影响，同时降低了施工成本。
本发明通过物联网和人工智能技术，实时监控桩基施工的各项参数（如压桩力、沉降、应力等），并根据实时数据自动调整施工参数，确保施工过程中的质量控制和安全性。
技术优势：1）智能化施工管理：实时数据监控和分析能够提前识别施工中的潜在问题，及时调整施工方案，确保施工质量。2）有效防止沉降：通过对桩基及土体的全面监测，确保桩基在施工后的稳定性，施工中主动加压主动沉降。3）提高施工精度与安全性：结合现代化监测与检测手段，提高施工精度，施工中完成各种检测。
质量验证：
塑性水泥土中压桩力位移曲线：终压值500~1000吨，稳压无反弹，水泥土桩硬化后的单桩极限承载力提到实测终压值的1.5倍以上，最终实测承载力≥1200吨；
声波电磁检测：桩身完整无裂缝，桩侧桩端水泥土均匀致密桩周围及桩端土体挤密排水压实致密固结消除液化触变湿陷负摩阻成岩后形成水泥土防腐隔离层，即增强了管桩的承载力和耐久性。关联防腐性能：复合桩在5%NaCl溶液中年腐蚀速率＜0.015mm（ASTM G59标准）。
说明书摘要
本发明公开了一种适用于中东撒巴哈土层的劲性复合桩数智化施工方法，包括在撒巴哈土层上覆盖回填砂或砂石层、水泥土桩施工、芯桩施工、长短桩调控与复合桩结构施工、后期检测与验证。本发明能够有效提高桩基的承载力，同时解决腐蚀性土层对桩基的侵蚀问题，大大提高了施工效率和质量可控性。
说明书附图
图1
[图片上传失败：image2.jpeg]
图2
[图片上传失败：image3.jpeg]
图3