Page 6 - 2023年第54卷第12期

艺和施工专用设备；４０ｍ深度以内振冲碎石桩施工工艺及设备已基本成熟，并逐渐向 ７０ｍ深度拓
展 ［９］ ；配套的施工电气控制系统和质量控制系统也相应成熟。从 ２０００年开始，我国开始进行振冲碎
石桩施工自动记录系统研发并不断推广应用 ［１１］ ，至今已基本形成与国际水平相当的振冲碎石桩施工质
量控制系统，实现了定位、电气系统控制及监测、施工参数记录、远程监控、施工数据采集及报表输
出等功能 ［９］ ，技术积累至今，振冲技术已开始向智能振冲方向发展。

图 １ 振冲技术发展关键节点示意图

长期以来，国内外学者对振冲碎石桩加固技术开展了较全面深入研究，然而，大部分研究都是基
于人工操作或半人工半机械化的施工过程，关于振冲碎石桩加固技术智能化改进和发展探索鲜有报
道。振冲成桩机理方面，大量学者针对激振力、振动频率、填料、加密段长度、留振时间等振冲技术
参数开展了富有成效的研究，但更多只是半经验半理论的方法改进，缺乏准确、量化、适用性范围的
精细化指标评价 ［１２］ 。传统振冲法面临着参数感知不全面、施工控制不精准、施工装备不智能、质量管
理不全面、评价体系不完善等不足 ［１３］ ，智能振冲技术是克服这些不足、保障振冲法地基处理工程建设
质量、提升管理效率和确保施工安全的迫切需要，但也需认识到振冲碎石桩智能化面 临 如下挑战：
（ １）振冲碎石桩作用机理需要明确处理对象和达到的目标，考虑碎石桩作用效果和现有工艺制桩能力；
（ ２）振冲施工涉及的机械、人员、材料等要素类别多、程序复杂，相关参数关联性较弱，自动化施工
难度大，实时采集设备运行参数、成桩参数和地层监测数据，关联分析决策难度大；（３）缺乏基于过
程大数据的在线质量评价方法，如果突破传统抽检模式，需要大量施工过程数据和工后检测建立对应
关系，按评价标准自动实时完成质量评价；（ ４）特殊地层处理面临穿过上覆深厚含漂卵砾石层处理软
弱下卧层挑战，需解决振冲碎石桩在粗颗粒土层快速成孔难题；（５）针对水电站等工程面临的大渗透
压力地基，需要解决细颗粒沿碎石桩流失问题。近年来机器人和人工智能技术越来越多运用到工程建
设中 ［１４］ ，水电工程智能建造理论、技术、装备和管理平台也在白鹤滩、乌东德等大型水电工程和其它
能源工程得到成功应用 ［１５ － １７］ ，为确保全面实现智能振冲提供了基础和参考。
本文首先开展振冲碎石桩成桩机理研究，提出智能振冲概念；其次，建立智能振冲控制模型与方
法，构建 “云－ 边－ 端” 智能振冲工作架构，研发一体化数字化协同工作平台和成套智能振冲装备，
建立数字化振冲碎石桩复合地基质量评价体系；最后，对硬梁包水电站首部枢纽地基处理工程中的智
能振冲应用效果进行评价分析。

２ 振冲成桩机理及智能振冲概念

２．１ 振冲成桩机理 明确碎石桩成桩机理是实现智能振冲控制的关键，本文通过振冲碎石桩物理试验
及振冲碎石桩真实施工过程仿真研究振冲成桩机理。

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