Page 8 - 2023年第54卷第12期

基于 “底中顶三区动力平衡” 和 “机石土三域相
互作用” 机制，建立了包括扩孔 － 空腔 － 填充 － 密实过
程的精细成桩模型，从机理层面为振冲碎石桩智能施
工控制提供支撑。碎石料填入孔内时处于松散堆积状
态，随着振冲器下降，振冲器将挤压碎石料，碎石将
横向及纵向扩展，其横向扩展过程挤压土体扩充了造
孔施工形成的孔，同时，纵向扩展的碎石将填充振冲
器与原上部土体间的空隙，并在振冲器的横向振动作
用下发生横向扩展，由于碎石量较少，上部土体扩展
较少，进而形成了鼓型空间，上述即为扩孔过程。在
图 ３ 智能振冲 “机石土三域相互作用” 机理示意图
扩孔过程中，若留振时间足够长时，振冲器激振力与
周边土体的侧向土压力形成动力平衡，碎石桩桩径不再扩展，电流越大，桩径越大。振冲器上提后，
碎石将在重力的作用下沉降堆积，占据先前被振冲器占据的空间，并在上部形成空腔，如图 ３所示。
同时，经过挤压及初步振动密实的碎石填料会因卸荷而松散，直至下一次填料并留振，填补振冲器上
提形成的空腔并振动密实填料，当加密电流足够大时，桩体密实度主要受留振时间的控制。
２．２ 智能振冲概念 为了保证振冲碎石桩安全、优质、绿色、高效建造，基于全面感知、真实分析、
实时控制、持续优化的智能建造闭环控制理论 ［１９］ ，构建智能振冲闭环控制模型，如图 ４所示。智能振
冲是将人类振冲施工活动的思考、经验和行为转化为计算分析学习模型，应用现代信息与通讯技术、
工程建造技术、施工装备及工程项目管理方法，对施工工艺进行数字化管控与持续优化，实现施工数
据全面采集、施工状态真实分析、施工过程智能控制、施工参数持续优化、施工质量在线管理的建造
活动。（ １）通过实时在线采集设计、地勘、施工过程和工后检测等数据，为智能化施工控制提供数据
基础；（ ２）采用低时间复杂度的分析算法，对振冲器工作状态、填料量、施工电流、真实桩径等进行
真实分析，为实时控制提供决策依据；（ ３）基于施工关键参数精准控制及正常异常工况一体化处理能
力，实现造孔－ 填料－ 制桩振冲全工艺过程多工序紧密协同的自动化、智能化控制；（４）通过桩内、桩
间双循环持续优化施工参数，桩内循环基于施工数据分析，在单桩施工过程中持续优化施工控制参
数，如升降速度、单次填料量等，桩间循环基于多桩施工数据大数据分析及工后检测结果，对施工设
计参数持续优化，如加密电流、加密段长度等；（ ５）基于施工数据采集数字化和施工控制智能化，建
立基于结合过程监控大数据分析与工后质量检测成果的振冲碎石桩复合地基过程检查验收标准，建立
在线闭环质量验评流程，实现线上审批、流转与统计，提高过程管理水平和施工效率。

图 ４ 智能振冲闭环控制理念

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