1.本发明属于土木交通地基处理领域，尤其涉及一种判断地基处理时螺钉桩是否到达持力层的方法。
背景技术：
2.道路工程施工中，采用螺钉桩与原土形成复合地基，从而达到地基加固目的时，由于施工路线长，施工面积大，对于桩的数量要求比较多。同时由于地层地质结构的复杂性和不均匀分布，导致按照单桩承载力设计方法计算出每一根桩的具体长度是十分困难的，且需要投入很大的人力和时间。但是，在螺钉桩施工过程中，桩端若按要求达到良好的持力层并进入一定嵌固深度，不但可以增加单桩极限承载力，有效控制沉降，还能够保证路基整体稳定性。反之，若由于桩的长度过短，桩端未到达设计所选定的持力层，则会极大的降低路基实际承载力，让路基产生非正常沉降，甚至开裂。若由于桩的长度过长，进入持力层深度过大又无形中增加了桩身材料用量，增加工程成本。所以，准确地判断螺钉桩施工时桩端是否已经到达设计所选定的持力层是十分有必要的。
3.目前在施工过程中判断螺钉桩桩端是否到达持力层的方法大多停留在经验层面，主要的判定方法有：
4.1)利用地勘报告的地层情况估算出持力层位置；
5.2)对钻出岩屑或岩渣进行经验判定，是否达到持力岩层；
6.3)以相邻钻孔的持力层深度作为判定依据，确定本桩持力层深度；
7.4)根据钻机振动剧烈程度(钻进难易程度)判定是否达到持力层；
8.5)看电流表，电流表窜动很利害，就说明钻不下去了，到达了持力层。
9.但是，这些判定方法均存在一定程度的缺陷：
10.1)地质勘测不能做到一桩一勘测孔，岩层的高低起伏，复杂的风化情况，地勘报告不能准确的描绘；
11.2)岩层中经常会有孤石存在，钻出的孤石岩块存在与持力层岩石相似的情况，容易产生误判而发生事故；
12.3)地层的走向一般存在倾角，加之倾角的多变性，导致相邻桩孔持力层深度不同；
13.4)钻机的振动剧烈程度和电流表数值窜动程度均是钻机操作者根据经验判断，具有较大的主观性。
14.所以，目前工程实践中判别桩端是否到达持力层的方法均是不准确的。
15.发明专利cn201510878558提供一种机械成孔混凝土灌注桩桩底持力层检测方法，包括下述步骤：
①
在大直径桩孔底部沿圆周方向均匀放置数个双检检波器；
②
使用电火花震源在桩孔底部中心部位人工激发弹性波；
③
利用浅层地震仪记录桩孔底双检检波器接收到的反射波；
④
分析研究这些波形记录进而判断桩孔底一定范围内是否存在溶洞、溶槽或破碎带等不良地质条件。该发明的方法不必在桩孔底部再施工进行地质勘察钻孔，使持力层检测成本大幅降低、检测速度快。
16.发明专利cn201711353299提供一种高压喷水摄像确定灌注桩持力层的方法，包括以下步骤：(1)在桩孔的正上方架设卷扬机，并将摄像组通过钢丝绳吊设在卷扬机上；(2)将高压水管延伸至并固定在摄像组上；(3)通过卷扬机将摄像组慢慢放入桩孔底部，并通过高压水管将高压水喷入桩孔底部，在桩孔底部形成清水段，通过摄像组观测桩孔底部的岩层情况，并记录下孔壁的情况；(4)通过卷扬机将摄像组取出。这样通过摄像组观测并记录到的桩孔底部的岩层更加直观，能够清楚的判断灌注桩是否全断面进入持力层。该本发明提供的高压喷水摄像确定灌注桩持力层的方法，用于检测灌注桩的桩孔的底部是否全断面达到了持力层，并且结构简单，判断更加直观。
17.发明专利cn201810509888提供一种三维分析桩基持力层的方法，包括步骤s1：收集地勘资料及设计施工图；步骤s2：将地勘资料及设计施工图整合成一份cad图；步骤s3：通过bim软件结合地勘资料及设计施工图进行三维建模；步骤s4：在cad图中截取任意桩，将该桩以及与其处于同一直线上的另外若干桩一起导入三维模型中的对应位置。步骤s5：在三维模型中对该桩以及与其处于同一直线上的另外若干桩进行剖面切割，得出其切割断面图，并计算出这一排桩进入持力层的实际深度。步骤s6：优化桩长。与现有技术相比，该发明操作简单，能够直观、快速的对设计的每一个桩桩长及持力层进深进行准确的分析并进行校正，从而节约了桩材。
18.这些方法为持力层的检测提供了一些思路，但这些方法依然不能及时准确地判断螺钉桩是否已经进入持力层。因此，本领域需要一种新的螺钉桩是否进入持力层的判定方法。
技术实现要素：
19.扭矩传感器，又称力矩传感器、扭力传感器、转矩传感器、扭矩仪，分为动态和静态两大类，其中动态扭矩传感器又可叫做转矩传感器、转矩转速传感器、非接触扭矩传感器、旋转扭矩传感器等。扭矩传感器是对各种旋转或非旋转机械部件上对扭转力矩感知的检测。扭矩传感器将扭力的物理变化转换成精确的电信号。
20.本发明提供一种螺钉桩是否进入持力层的判定方法，所述方法包括在螺旋钻机动力头和螺杆交接处安装扭矩传感器，实时监测螺杆钻入过程中受到的扭矩，得到扭矩与深度的关系曲线，根据关系曲线的变化特征判断螺钉桩钻入过程中桩端是否到达持力层。
21.在一种具体的实施方式中，在得到所述关系曲线后，根据其变化特征并结合地质勘察资料来判断螺钉桩钻入过程中桩端是否到达持力层。
22.在一种具体的实施方式中，所述方法包括如下步骤：
23.步骤一、在螺旋钻机动力头和螺杆的连接处安装扭矩传感器；
24.步骤二、螺旋钻机就位，开始钻孔，获得扭矩t随深度h变化的实时数据；
25.步骤三、通过电子记录仪表得到t-h曲线；
26.步骤四、根据t-h曲线变化特征按区段划分土层，得到钻头实时所在土层；
27.步骤五、根据钻头实时所在土层，结合工程地质勘察资料持力层的位置，判断是否到达持力层。
28.本发明至少具备如下有益效果：本发明能够及时准确和直观地判断螺钉桩施工过程中，桩端是否到达持力层，保证地基加固处理质量，加快施工进度，在保证螺钉桩承载力
的同时，有效控制桩的长度，降低成本。
附图说明
29.图1为本发明所述螺钉桩是否进入持力层的判定方法流程图。
30.图2为一种具体实施方式中的t-h曲线图。
具体实施方式
31.针对当前螺钉桩施工中，桩端是否进入持力层的判断方法存在检测速度慢，受钻机操作者经验影响较大，精确度不高等缺陷。本发明提出了一种通过在螺旋钻机动力头和螺杆交接处安装扭矩传感器，实时监测螺杆钻入过程中受到的扭矩，得到扭矩—深度曲线，根据其变化特征并结合地质勘察资料，来判断螺钉桩钻入过程中桩端是否到达持力层的方法，使螺钉桩桩端是否到达持力层的判断更加科学、精确、及时和直观。
32.工作原理：螺钉桩在钻入过程中，依靠螺旋钻机发动机产生的给进力和扭矩传递给特制螺杆，使螺杆对土体进行冲击和切削，进而达到钻进成孔的效果。钻进时，在一定的给进力下，同一土层内扭矩随着深度的增加而变化，变化趋势整体上呈线性关系；针对不同土层，由于物理特性及力学特性差异，扭矩必然会随着土层的改变而发生明显的变化，且不同土层内呈不同的线性关系。因此，可以通过分析扭矩随深度的变化趋势和土层的映射关系来实现地层特征辨识。
33.通过安装在螺旋钻机动力头和螺杆交接处的扭矩传感器，对钻进过程中螺杆受到扭矩实时监测，并通过电子量测记录仪表把它显示和记录下来，得到t-h曲线。在同一土层内，给进力一定时，扭矩随着钻进深度的变化特征是一致的，对于不同的土层，由于土体的物理特性和力学特性的不同，这种随着深度改变的变化特征会存在明显的不同。t-h曲线反映为：在同一土层深度范围内，扭矩t随着深度的变化趋势呈线性关系。不同土层深度的区段内，扭矩t随着深度的变化趋势存在明显的差异。因而可以通过读取t-h曲线的变化特征，划分不同土层区段，判断出钻进时钻头实时到达地表之下第几层土层，结合地质勘察资料持力层的大概位置，即可实时准确地判断螺钉桩钻入过程中，桩端是否到达了持力层。
34.钻进过程中，给进力保持相对稳定，在这种条件下考察扭矩t随着深度的变化趋势，即考察t-h曲线可基本判别出持力层的位置，再结合工程的地质勘察资料持力层的大概位置，即可准确判断出该位置的持力层深度。例如图2所示位置的实施例中，给出了扭矩t随着深度h的变化趋势，图2中的多个黑点代表不同深度测得的实时扭矩值，由图2可见，在钻进深度为0～3.65米时，扭矩值上下浮动不大，拟合出的直线为一条向右略向上倾斜的直线，且相应为砂质黄土。而钻进深度为3.65米以上时，扭矩值急速增大，拟合出的直线为一条向右上方剧烈倾斜的直线，且相应为粗圆砾土。即可初步判断出该位置为持力层。再结合地质勘察资料，可进一步判断和确定螺钉桩钻入过程中桩端已经到达持力层。
35.上述实施例仅为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。在不改变本发明基本构思和实质的情况下，任何其它等同技术特征的变换或修改，都应属于本发明权利要求的保护范围。技术特征：
1.一种螺钉桩是否进入持力层的判定方法，其特征在于，所述方法包括在螺旋钻机动力头和螺杆交接处安装扭矩传感器，实时监测螺杆钻入过程中受到的扭矩，得到扭矩与深度的关系曲线，根据关系曲线的变化特征判断螺钉桩钻入过程中桩端是否到达持力层。2.根据权利要求1所述的螺钉桩是否进入持力层的判定方法，其特征在于，在得到所述关系曲线后，根据其变化特征并结合地质勘察资料来判断螺钉桩钻入过程中桩端是否到达持力层。3.一种如权利要求1或2所述的螺钉桩是否进入持力层的判定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、在螺旋钻机动力头和螺杆的连接处安装扭矩传感器；步骤二、螺旋钻机就位，开始钻孔，获得扭矩t随深度h变化的实时数据；步骤三、通过电子记录仪表得到t-h曲线；步骤四、根据t-h曲线变化特征按区段划分土层，得到钻头实时所在土层；步骤五、根据钻头实时所在土层，结合工程地质勘察资料持力层的位置，判断是否到达持力层。
技术总结
本发明提供一种螺钉桩是否进入持力层的判定方法，所述方法包括在螺旋钻机动力头和螺杆交接处安装扭矩传感器，实时监测螺杆钻入过程中受到的扭矩，得到扭矩与深度的关系曲线，根据关系曲线的变化特征判断螺钉桩钻入过程中桩端是否到达持力层。本发明能够及时准确和直观地判断螺钉桩施工过程中，桩端是否到达持力层，保证地基加固处理质量，加快施工进度，在保证螺钉桩承载力的同时，有效控制桩的长度，降低成本。降低成本。降低成本。
技术研发人员：班学锋 聂志红 寇发斌 邹兴儒 李红周 左君 鲁文军 李少聚 尹冰峰 王宁 郭伟伟
受保护的技术使用者：中南大学 中国铁路兰州局集团有限公司兰州工程建设指挥部
技术研发日：2021.12.27
技术公布日：2022/4/12
声明：
“螺钉桩是否进入持力层的判定方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：中南大学 中国铁路兰州局集团有限公司兰州工程建设指挥部
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2024年08月01日 ~ 03日 
