申请人：沙焕焕
发明人：邓亚光；沙焕焕
权利要求书
1. 一种复合桩的塑性、检测一体化施工方法，其特征是： 包括外围水泥土桩施工、外围水泥土桩桩端加固、压入芯桩、芯桩桩端加固；其中外围水泥土桩施工及其桩端加固为第一次塑性加工，压入芯桩及芯桩桩端加固为第二次塑性加工；
所述第一次塑性加工时，采用成桩施工机械；首先把含水量比较高的土层，场地先抽排降水，通过劈裂排水、喷粉搅拌，同时螺旋叶片层层自攻反压、挤扩致密，使桩侧水泥土含水量至12~30%，桩端持力层水泥土含水量至12%~22%；
所述第二次塑性加工，是在第一次塑性加工后间隔一段时间，使用静压桩机压入超高强单节管桩或多节管桩作为芯桩，芯桩既作为传力杆也作为传感器和足尺原位触探杆实时全程实测数据，形成不同深度的压力值曲线，即时分析调控水泥土桩及芯桩施工参数，如芯桩至桩端持力层时，稳压值超过设计值、但未到达标高时，则采取稳压、复压至材料强度极限值；如到达标高后未满足设计的最小稳压值，则继续送芯桩至满足设计终压值为止；最终形成匹配超高强管桩材料强度、大直径塑性水泥土外围桩提供的侧阻力、端阻力和静压桩机提供的压桩力，并在施工中完成承载力检测及桩身材料强度检测和多节桩情况时的完整性检测的劲性复合桩；
所述成桩施工机械包括搅拌杆，搅拌杆中设置出粉通道和出水通道，搅拌杆下端设置自攻螺旋叶片，螺旋叶片上方设置沿自攻轨迹布置的刀型叶片，螺旋叶片上设有pH探头、密度探头、湿度探头、压力探头；螺旋叶片的下表面设置对土层进行撕扯的牙状硬质合金钻头结构体。
2. 根据权利1所述的复合桩的塑性、检测一体化施工方法，其特征是：在含水量较高的土层下方为密实砂层时，在含水量较高的土层下部接近密实砂层的部位复喷复搅复压，加工成含水量更低的干硬性水泥土，再对密实砂层进行处理；
所述对密实砂层处理方法：
（1）打破原状土致密结构：下部密实砂层通过硬质合金钻头搅拌破坏其原状砂层结构，通过搅拌反压形成均匀密实的桩端干硬性、桩侧塑性的水泥土复合体，达到最佳塑性状态，形成第一次塑性加工后的致密水泥土体，并通过后期的高温、高压、高湿耦合作用，实现水泥土闪凝硬化；再超载稳压高强管桩，挤扩致密桩侧水泥土体及桩端压实水泥土体，形成第二次塑性加工，进一步通过后期的高温、高压、高湿耦合作用，实现水泥土闪凝硬化；
（2）干湿双通道喷水喷粉即时调控：即时根据电流反馈值进行调控，电流大于预定值时触发干法与湿法动态切换，确保达到最优含水量；含水量较高时，采用喷粉施工，水灰比0~0.4；含水量较低时，采用喷水施工，水灰比0.4~0.8，确保水泥土体全长范围均达到最佳塑性密实状态。
3. 根据权利要求1所述的复合桩的塑性、检测一体化施工方法，其特征是：在桩侧水泥土处于可塑-硬塑状态、桩端水泥土处于硬塑-干硬性状态时，进行芯桩施工，芯桩施工时进行超载稳压，桩端产生较高稳压值，挤扩致密桩侧和桩端水泥土，此时较小的应力增量产生较大的应变增量，实现水泥土体塑性状态下的加工致密，桩侧阻力会锁住桩端残余预应力，不产生弹性回弹，桩端水泥土超载沉降发生不可逆塑性变形，实现应力泡内的水泥土体及桩端持力层土体超固结预沉降。
4. 根据权利要求2或3所述的复合桩的塑性、检测一体化施工方法，其特征是：进行多次稳压测试，每次时间超过1分钟，每根桩均验证桩端荷载能力和桩基稳定性。
5. 根据权利要求1、2或3所述的复合桩的塑性、检测一体化施工方法，其特征是：所述芯桩采用细长厚壁超高强C105、C125、UHC500或UHC600管桩，壁厚130-200mm，采用锤击或静压沉桩方式进行沉管；管桩材料强度达600~1000吨，匹配压桩或锤击桩到达桩端时的最大稳压值及塑性状态的水泥土及土体提供的侧阻与端阻之和。
6. 根据权利要求1所述的复合桩的塑性、检测一体化施工方法，其特征是：芯桩至桩端持力层时，稳压值超过设计值、但未到达标高时，则采取稳压、复压至材料强度匹配的设计极限值，则后期施工相邻部位的桩时采取调控措施：增大水泥土水灰比、缩短施工间隔时间、减短芯桩长度及减小桩径。
7. 根据权利要求1所述的复合桩的塑性、检测一体化施工方法，其特征是：芯桩至桩端持力层时，如到达标高后未满足设计的最小稳压值，则继续送芯桩至满足设计终压值为止，在后期施工相邻部位的桩时采取调控措施：增大水泥掺入量，减小水泥土水灰比，延长施工间隔时间；增加芯桩长度及增大桩径。
8. 根据权利要求1所述的复合桩的塑性、检测一体化施工方法，其特征是：在施工中完成承载力检测、桩身材料强度检测指标包括塑性水泥土中压桩力值、深度、沉降与时间关系曲线：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确定性高于实测稳压终压值的1.5~4.0倍；
多节桩情况时采用低应变、高应变检测桩身完整性；
水泥土硬化后采用钻探检测、跨孔物探检测土体及水泥土的性状。
9. 根据权利要求1所述的复合桩的塑性、检测一体化施工方法，其特征是：检测沉降时，压桩力检测采用抱芯桩、送桩深度在设计桩顶标高处，完成原位静载检测；所述静压桩机采用：1260吨稳压触探检测一体机，其自带北斗定位、伺服垂直控制，压桩力-深度-时间曲线云端同步，并内置高/低应变检测模块，采用16个点位的抱压及伺服稳压油泵，稳压时间1-30分钟。
说明书
复合桩的塑性、检测一体化施工方法
技术领域
本发明涉及一种复合桩施工方法。
背景技术
传统压桩在密实土层中难以打入，且卸载后容易回弹，如沙特试桩场地，500mm管桩，9m桩长，压桩力终压值7500kN，欠送0.5m，难以进入密实砂层（锤击施工时桩头及桩身破坏）；15天后实测该桩承载力仅为5280kN，为稳压值的0.7倍。
中东撒巴哈地区上部8～15m为软弱土层性质的撒巴哈土层，撒巴哈土层下方是较为密实的密实砂层含盐量较高。软弱土层具有低承载力且易于压缩，常常会导致桩基无法达到预期的承载力要求，施工易溜桩、垂直度失控；而下部密实砂层虽有较高承载力，但传统压桩设备穿透困难，锤击施工时桩头易损，桩身裂缝易腐蚀导致耐久性降低，桩端是否能顺利进入持力层，常常成为桩基设计和施工中必须解决的难题。
传统桩基施工完成后需间隔15-28天进行静荷载试验及桩身完整性检测，抽检比例低（占桩总数的1%）、不具备代表性、费用高、堆载试验设备笨重、检测滞后。因此如何实现施工即检测、成桩即验收的技术难题，一直是本领域需要解决的问题。
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，大大提高了施工效率和质量可控性，每根桩均实现“施工即检测、成桩即验收”的复合桩的塑性、检测一体化施工方法。
本发明的技术解决方案是：
一种复合桩的塑性、检测一体化施工方法，其特征是： 包括外围水泥土桩施工、外围水泥土桩桩端加固、压入芯桩、芯桩桩端加固；其中外围水泥土桩施工及其桩端加固为第一次塑性加工，压入芯桩及芯桩桩端加固为第二次塑性加工；
所述第一次塑性加工时，采用成桩施工机械；首先把含水量比较高的土层，场地先抽排降水，通过劈裂排水、喷粉搅拌，同时螺旋叶片层层自攻反压、挤扩致密，使桩侧水泥土含水量至12~30%，桩端持力层水泥土含水量至12%~22%；
所述第二次塑性加工，是在第一次塑性加工后间隔一段时间，使用静压桩机压入超高强单节管桩或多节管桩作为芯桩，芯桩既作为传力杆也作为传感器和足尺原位触探杆实时全程实测数据，形成不同深度的压力值曲线，即时分析调控水泥土桩及芯桩施工参数，如芯桩至桩端持力层时，稳压值超过设计值、但未到达标高时，则采取稳压、复压至材料强度极限值；如到达标高后未满足设计的最小稳压值，则继续送芯桩至满足设计终压值为止；最终形成匹配超高强管桩材料强度、大直径塑性水泥土外围桩提供的侧阻力、端阻力和静压桩机提供的压桩力，并在施工中完成承载力检测及桩身材料强度检测和多节桩情况时的完整性检测的劲性复合桩；
所述成桩施工机械包括搅拌杆，搅拌杆中设置出粉通道和出水通道，搅拌杆下端设置自攻螺旋叶片，螺旋叶片上方设置沿自攻轨迹布置的刀型叶片，螺旋叶片上设有pH探头、密度探头、湿度探头、压力探头；螺旋叶片的下表面设置对土层进行撕扯的牙状硬质合金钻头结构体。
在含水量较高的土层下方为密实砂层时，在含水量较高的土层下部接近密实砂层的部位复喷复搅复压，加工成含水量更低的干硬性水泥土，再对密实砂层进行处理；
所述对密实砂层处理方法：
（1）打破原状土致密结构：下部密实砂层通过硬质合金钻头搅拌破坏其原状砂层结构，通过搅拌反压形成均匀密实的桩端干硬性、桩侧塑性的水泥土复合体，达到最佳塑性状态，形成第一次塑性加工后的致密水泥土体，并通过后期的高温、高压、高湿耦合作用，实现水泥土闪凝硬化；再超载稳压高强管桩，挤扩致密桩侧水泥土体及桩端压实水泥土体，形成第二次塑性加工，进一步通过后期的高温、高压、高湿耦合作用，实现水泥土闪凝硬化；
（2）干湿双通道喷水喷粉即时调控：即时根据电流反馈值进行调控，电流大于预定值时触发干法与湿法动态切换，确保达到最优含水量；含水量较高时，采用喷粉施工，水灰比0~0.4；含水量较低时，采用喷水施工，水灰比0.4~0.8，确保水泥土体全长范围均达到最佳塑性密实状态。
在桩侧水泥土处于可塑-硬塑状态、桩端水泥土处于硬塑-干硬性状态时，进行芯桩施工，芯桩施工时进行超载稳压，桩端产生较高稳压值，挤扩致密桩侧和桩端水泥土，此时较小的应力增量产生较大的应变增量，实现水泥土体塑性状态下的加工致密，桩侧阻力会锁住桩端残余预应力，不产生弹性回弹，桩端水泥土超载沉降发生不可逆塑性变形，实现应力泡内的水泥土体及桩端持力层土体超固结预沉降。
可进行多次稳压测试，每次时间超过1分钟，每根桩均验证桩端荷载能力和桩基稳定性。
所述芯桩采用细长厚壁超高强C105、C125、UHC500或UHC600管桩，壁厚130-200mm，采用锤击或静压沉桩方式进行沉管；管桩材料强度达600~1000吨，匹配压桩或锤击桩到达桩端时的最大稳压值及塑性状态的水泥土及土体提供的侧阻与端阻之和。
芯桩至桩端持力层时，稳压值超过设计值、但未到达标高时，则采取稳压、复压至材料强度匹配的设计极限值，则后期施工相邻部位的桩时采取调控措施：增大水泥土水灰比、缩短施工间隔时间、减短芯桩长度及减小桩径。
芯桩至桩端持力层时，如到达标高后未满足设计的最小稳压值，则继续送芯桩至满足设计终压值为止，在后期施工相邻部位的桩时采取调控措施：增大水泥掺入量，减小水泥土水灰比，延长施工间隔时间；增加芯桩长度及增大桩径。
在施工中完成承载力检测、桩身材料强度检测指标包括塑性水泥土中压桩力值、深度、沉降与时间关系曲线：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确定性高于实测稳压终压值的1.5~4.0倍；
多节桩情况时采用低应变、高应变检测桩身完整性；
水泥土硬化后采用钻探检测、跨孔物探检测土体及水泥土的性状。
检测沉降时，压桩力检测采用抱芯桩、送桩深度在设计桩顶标高处，完成原位静载检测；所述静压桩机采用：1260吨稳压触探检测一体机，其自带北斗定位、伺服垂直控制，压桩力-深度-时间曲线云端同步，并内置高/低应变检测模块，采用16个点位的抱压及伺服稳压油泵，稳压时间1-30分钟。
本发明适应复杂地质条件：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。
本发明的方法中水泥土塑性状态下高强管桩既可以挤扩致密桩侧水泥土，又可以将大部分压桩力直送桩端及以下持力层，即水泥土体沉降敏感承载力最关键部位，达到压桩力终压值⅔以上的超高应力水平和应力历史；既可以确保管桩打到标高，又保证稳压终压力满足设计要求，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，快速降低桩端持力层沉降，快速提高桩端持力层承载力。
桩端超载稳压：3次稳压（例如压力600~1000吨，单次时长＞3分钟），挤扩桩侧土体并预沉降，形成超固结水泥岩（例如无侧限抗压强度≥5MPa）。侧摩阻力倍增：挤密排水后桩周土密实度提升，摩擦阻力较传统工艺提高1.5~3倍。
本发明使桩端承载力优化：
压桩力传递：以极限荷载加压超高强管桩，70%压桩力直达桩端持力层干硬性水泥土体，桩侧塑性状态水泥土避免摩阻力过大产生压桩能量的耗散，确保桩端有效刺入并压实持力层干硬性水泥土体，后硬化成岩（一般水泥土≥5MPa，含砂水泥土成岩强度≥15MPa）。
超载预压效应：通过600~900kN超载稳压，触发桩端土体超载沉降硬化超固结（OCR≥3），工后沉降大幅度降低。
塑性-弹性转化的技术增益：
成岩增强机制
高温高压相变：塑性水泥土在电阻加热（80~120℃）与高压（≥5MPa）下，纳米硅基材料闪凝生成岩（抗压强度≥10MPa），弹性模量提升至8~10GPa。
长期性能提升：塑性阶段形成的致密微观结构，使后期水泥土强度持续增长（28天强度达初期3倍），摩阻力从50kPa增至400kPa。
本发明优点还在于：
1. 极端地质适应性：攻克高盐软弱土层、下卧密实砂层及软硬交互地层的传统管桩成桩及防腐难题；
2. 承载力与水泥土塑性状态压桩值倍增效应：复合桩端阻力与侧摩阻力同时发挥并协同提升，施工中各自验证性增强——塑性状态下水泥土在大能量压桩力压入超高强管桩会形成桩侧挤扩致密增强侧摩阻力、桩端超载稳压超固结增强端阻力，施工中大部分沉降完成，极限承载力达传统单一管桩的3倍；
3.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。
4. 绿色高效：低碳固化剂替代5%-50%水泥，碳排放降低30%，施工周期缩短50%；
5. 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。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是成桩施工机械结构示意图。
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；9、牙状结构体。
具体实施方式
一种复合桩的塑性、检测一体化施工方法，包括外围水泥土桩施工、外围水泥土桩桩端加固、压入芯桩、芯桩桩端加固；其中外围水泥土桩施工及其桩端加固为第一次塑性加工，压入芯桩及芯桩桩端加固为第二次塑性加工；
所述第一次塑性加工时，采用成桩施工机械；首先把含水量比较高的土层，场地先抽排降水，通过劈裂排水、喷粉搅拌，同时螺旋叶片层层自攻反压（反压力≥100吨，每提升15mm反压挤密形成梯度致密水泥土，根据复搅电流与初始电流变化值动态调控水灰比及掺灰量）、挤扩致密，使桩侧水泥土含水量至12~30%，桩端持力层水泥土含水量至12%~22%；
所述第二次塑性加工，是在第一次塑性加工后间隔一段时间，使用静压桩机（例如500-1000吨压桩力）压入超高强单节管桩或多节管桩作为芯桩，芯桩既作为传力杆也作为传感器和足尺原位触探杆实时全程实测数据，形成不同深度的压力值曲线，即时分析调控水泥土桩及芯桩施工参数，如芯桩至桩端持力层时，稳压值超过设计值、但未到达标高时，则采取稳压、复压至材料强度极限值；如到达标高后未满足设计的最小稳压值，则继续送芯桩至满足设计终压值为止；最终形成匹配超高强管桩材料强度、大直径塑性水泥土外围桩提供的侧阻力（使预剪切桩侧增强）、端阻力和静压桩机提供的压桩力，并在施工中完成承载力检测及桩身材料强度（包括外围桩、芯桩的桩身材料强度）检测和多节桩情况时的完整性检测的劲性复合桩（硬凝后的复合桩无法形成小应变检测波形，只有在塑性状态才可以完成小应变检测）；
所述成桩施工机械包括搅拌杆，搅拌杆中设置出粉通道和出水通道，搅拌杆下端设置自攻螺旋叶片，螺旋叶片上方设置沿自攻轨迹布置的刀型叶片，螺旋叶片上设有pH探头、密度探头、湿度探头、压力探头；螺旋叶片的下表面设置对土层进行撕扯（即强力搅拌打碎原密实土层的原始结构）的牙状硬质合金钻头结构体。
在含水量较高的土层下方为密实砂层时，在含水量较高的土层下部接近密实砂层的部位复喷复搅复压，加工成含水量更低的干硬性水泥土，再对密实砂层进行处理；
所述对密实砂层处理方法：
（1）打破原状土致密结构：下部密实砂层通过硬质合金钻头搅拌破坏其原状砂层结构，通过搅拌反压形成均匀密实的桩端干硬性、桩侧塑性的水泥土复合体，达到最佳塑性状态，形成第一次塑性加工后的致密水泥土体，并通过后期的高温、高压、高湿耦合作用（塑性加工后自然产生），实现水泥土闪凝硬化（即3小时内水泥土无侧限抗压强度≥10MPa）；再超载稳压高强管桩，挤扩致密桩侧水泥土体及桩端压实水泥土体，形成第二次塑性加工，进一步通过后期的高温、高压、高湿耦合作用（塑性加工后自然产生），实现水泥土闪凝硬化；
（2）干湿双通道喷水喷粉即时调控：即时根据电流反馈值进行调控，电流大于预定值时触发干法与湿法动态切换，确保达到最优含水量；含水量较高时，采用喷粉施工（干法或偏干法），水灰比0~0.4；含水量较低时，采用喷水施工（湿法或偏湿法），水灰比0.4~0.8，确保水泥土体全长范围均达到最佳塑性密实状态。
在桩侧水泥土处于可塑-硬塑状态（即由可塑状态向硬塑状态变化时的状态）、桩端水泥土处于硬塑-干硬性状态（即由硬塑状态向干硬性状态变化时的状态）时，进行芯桩施工，芯桩施工时进行超载稳压，桩端产生较高稳压值，挤扩致密桩侧和桩端水泥土，此时较小的应力增量产生较大的应变增量，实现水泥土体塑性状态下的加工致密，桩侧阻力会锁住桩端残余预应力，不产生弹性回弹，桩端水泥土超载沉降发生不可逆塑性变形，实现应力泡（即桩端应力场）内的水泥土体及桩端持力层土体超固结预沉降。
可进行多次稳压测试，每次时间超过1分钟，每根桩均验证桩端荷载能力和桩基稳定性。
所述芯桩采用细长厚壁超高强C105、C125、UHC500或UHC600管桩，壁厚130-200mm，采用锤击或静压沉桩方式进行沉管；管桩材料强度达600~1000吨，匹配压桩或锤击桩到达桩端时的最大稳压值及塑性状态的水泥土及土体提供的侧阻与端阻之和。
芯桩至桩端持力层时，稳压值超过设计值、但未到达标高时，则采取稳压、复压至材料强度匹配的设计极限值，则后期施工相邻部位的桩时采取调控措施：增大水泥土水灰比、缩短施工间隔时间、减短芯桩长度及减小桩径。
芯桩至桩端持力层时，如到达标高后未满足设计的最小稳压值，则继续送芯桩至满足设计终压值为止，在后期施工相邻部位的桩时采取调控措施：增大水泥掺入量，减小水泥土水灰比，延长施工间隔时间；增加芯桩长度及增大桩径。
在施工中完成承载力检测、桩身材料强度检测指标包括塑性水泥土中压桩力值、深度、沉降与时间关系曲线：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确定性高于实测稳压终压值的1.5~4.0倍；
多节桩情况时采用低应变、高应变检测桩身完整性；
水泥土硬化后采用钻探检测、跨孔物探检测土体及水泥土的性状。
检测沉降时，压桩力检测采用抱芯桩、送桩深度在设计桩顶标高处，完成原位静载检测；所述静压桩机采用：1260吨稳压触探检测一体机，其自带北斗定位、伺服垂直控制，压桩力-深度-时间曲线云端同步，并内置高/低应变检测模块，采用16个点位的抱压及伺服稳压油泵，稳压时间1-30分钟；传统静压桩机仅有8个抱压点，抱压稳压时间仅15s，且易造成管桩桩身不稳定。
本发明能耗比优势：塑性变形单位应力下能量吸收效率是弹性的3~5倍，显著降低设备能耗（如电流从500A降至350A）。如沙特试桩场地，内芯500mm管桩，10m桩长，间隔2小时后压入—外围1000mm水泥土桩，桩长13m，超送0.5m，压桩力终压值3600kN，已进入原密实砂层现为干硬性水泥土持力层；15天后实测该桩承载力为6300kN(受限于单个千斤顶加载能量极限为6300kN，未能做破坏性试验，累积沉降仅为9mm)，至少为稳压值的1.75倍。
说明书摘要
本发明公开了一种复合桩的塑性、检测一体化施工方法包括外围水泥土桩施工、外围水泥土桩桩端加固、压入芯桩、芯桩桩端加固；其中外围水泥土桩施工及其桩端加固为第一次塑性加工，压入芯桩及芯桩桩端加固为第二次塑性加工。每根桩均在施工中完成检测。本发明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标高差异较大的情况下高效完成。
说明书附图
图1