桥梁桩基施工中注浆加固技术与优化控制方法.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2024 年 01 月 26 日 作者简介：张骁（1990），男，汉族，河北保定人，本科，中级职称，研究方向为地基处理与桩基施工技术。-112-桥梁桩基施工中注浆加固技术与优化控制方法 张 骁 中勘冶金勘察设计研究院有限责任公司，河北 保定 071000 摘要：摘要：本研究探讨桥梁桩基施工中注浆加固技术与优化控制方法，阐述了桥梁桩基施工的重要性以及施工中可能遇到的问题及挑战，传统的注浆加固方法存在一定的局限性，如注浆量控制不精确，导致加固效果不佳。为解决这一问题，本研究提出了一种优化控制方法。通过引入现代控制理论，例如 PID 控制，实现对注浆量的精确控制，从而优化注浆的撒布范围，提高加固效果。结果表明，这种优化控制方法可以有效提高注浆加固的质量和效率，为桩基施工的稳定性和安全性提供了强有力的保障。本研究为桥梁桩基施工中的注浆加固提供了一种新的优化控制策略，对于提高桥梁工程的建设效率和安全性具有一定的参考价值。关键词：关键词：桥梁桩基施工；注浆加固技术；桩基稳定性；PID 控制；局塌优化控制 中图分类号：中图分类号：U445 0 引言 桥梁作为现代交通系统中的重要组成部分，其安全稳定性直接关乎着人们的生命财产安全以及整个社区的正常运营。桥梁的建设复杂且专业，而其中桩基施工是关键步骤，桩基施工质量的好坏直接影响到桥梁的稳定性和使用寿命等重要指标。然而，在实际的桥梁桩基施工过程中，经常面临诸如不均匀沉降、桩基稳定性差等问题。为应对这些挑战，注浆加固技术正逐渐得到工程界的重视和广泛应用。通过对桩基进行注浆加固，不仅可以有效提高桩基的抗压和承载能力，减少不均匀沉降，还可以显著改善桩基的稳定性。1 桥梁桩基施工概述 1.1 桥梁桩基施工的重要性 在桥梁构造中，巧妙地设计和建立桥梁桩基显得非常重要，它对于桥梁的安全性和稳固性起着核心的作用1。桥梁桩基是承载桥梁巨大压力的关键。通过使用混凝土等材质，深埋于地下作为桥梁的根基，可以极大的增强地基的承载能力。精心设计的桩基可以让桥梁抵抗地震和很多自然灾害的力量，且还有足够的负荷能力承载交通运载工具行驶。桥梁桩基是确保桥梁稳定的重要因素。在地基持续不稳或地质条件差的区域，依靠桩基的构建可以提高桥梁的稳定。预防桥梁出现变形，下沉和倾斜的情况，确保桥梁的平稳运作。桥梁桩基在提升桥梁抵挡冲击力方面也有非常重要的作用。如在以河流较多的地区，水的冲蚀性会对桥梁基础造成影响，再比如说在海洋环境严峻的场景下，桥梁的稳定性面临挑战。但桥梁桩基可以在工程实施时运用注浆加固技术人为干预，不但可以增强土层对冲击震动的硬度，更可以提升抗冲刷的能力。1.2 桥梁桩基施工可能遇到的问题及挑战 地质条件的复杂性会给施工带来挑战。地质条件是桥梁立足的根本所在，无论是硬实地层，还是裂隙石头，甚至是地下水高位，这些都给施工人员带来了不小的挑战。因此，在施工之前，施工人员需要准确预测地质状况，才能确保施工顺利进行。桩身不稳定性的问题也可能在施工过程中出现。在进行加固作业时，桩身需要承受很大的重量，可能会导致桩基松动，导致注浆硬化效果不佳。因此，需要严格查看桩体状况，调整注浆参数，确保注浆效果。土体问题也是施工过程中的一大挑战。对于那些软土地区的桥梁建设，承重能量差，土体松散，容易出现沉降或者侧向位移的问题，对桥梁的稳定性和安全性构成威胁。这就需要对土体进行特殊处理，强化它的承载能力，保证稳定性2。施工难度还可能源于施工步骤繁多、时间紧缺等因素。因为桩基施工涉及大规模地动工，注浆等许多环节，对现场施工的复杂性和协调性要求很高。时间压力可能挤压施工进度和质量，因此，需要慎重安排施工计划。中国科技期刊数据库 工业 A-113-2 注浆加固技术在桥梁桩基施工中的应用 2.1 注浆加固技术的理论基础及作用机制 桥梁地基施工原是一项棘手的工程难题，然而注浆加固技术的提出，给这个问题带来了切实的解决方案3。它能显著提升桥梁的承载力以及稳定性。接下来将深入探讨注浆加固技术的理论基础与它的工作原理。理论基础大致可以划分为地基加固理论与注浆材料的特性。地基加固包括了强夯法、灌浆法、喷射法等等。注浆加固技术选用了灌浆法，它通过把注浆材料充填进地基内部的空隙，在那里材料固化后，可以极大地增强地基的稳定性和强度4。注浆的选择、材料特性如黏性、密实性、固化所需时间也都直接影响着加固效果。注浆材料注入地基空隙，它主要两方面的作用。能粘结并密实地基，减轻地基下沉和变形的可能，进而增加地基的承载能力。其次，注浆材料固化中，与地基土相互作用，形成与土体结合紧密的固化体，加强了土体的抗剪强度和防位移的能力。注浆材料还能有效地堵填裂缝，改善土体的力学性质。特别是在施工桥梁桩基的时候，注浆加固技术有两方面的具体应用，其一，注浆加固能增强桩基周围土体的强度与稳定性，进一步提升桩基的承载力。其二，注浆加固还有修复复受损桩基的功能，通过注浆材料填充和固化，能修复桩基裂缝，恢复桩基的完整性。然而，注浆加固技术也有它的问题和局限性。比如注浆材料的选择和性能控制，这对加固效果是至关重要的。而各类地质条件和工程要求都需要使用适应性的注浆材料，然而，选择以及性能控制过程中还有一些问题需要解决。加上在施工过程中的注入方式、注浆强度和固化时间等都需要考虑得周到，以免注浆材料无法充分充填孔隙形成良好的固化体。此外，注浆加固的经济效益和环境影响也是不能忽略的因素。经过以上的介绍，不难看出注浆加固技术在桥梁桩基施工中的重要性，看似繁复，其实只需合理选择注浆材料，控制施工参数，就能大大提高桥梁桩基的稳定性和承受力。但在实际运用注浆加固技术的过程中还有许多需要完善的地方，以适应不同的工程要求和地质条件。2.2 注浆加固在桥梁桩基施工中的实际应用 注浆加固技术在桥梁桩基施工中具有广泛的应用。主要包括以下几个方面：提高承载力：通过注浆加固技术可以提高桩基的承载力，增加桩基的抗弯强度和桩顶的承载力，确保桥梁的稳定性和安全性。增加抗侧力能力：在桩基施工过程中，常常会遇到土体侧倾、下沉等问题，通过注浆加固技术可以提升桩基的抗侧力能力，减小桥梁的倾倒风险。防止灌浆管阻塞：在注浆加固过程中，为了保证注浆材料能够顺利注入桩基土体中，需要使用灌浆管。合理设计灌浆管的数量、位置和直径，可以有效预防管道堵塞，确保注浆加固效果5。修复老化桩基：随着桥梁的使用时间增加，桩基往往会发生老化、损坏等问题。通过注浆加固技术，可以修复老化桩基，延长桥梁的使用寿命。2.3 注浆加固技术存在的问题及局限性 尽管注浆加固技术在桥梁桩基施工中具有广泛的应用前景，但也存在一些问题和局限性，需要予以重视：注浆材料的选择：不同的桥梁桩基施工需求以及地质条件需要选择不同的注浆材料，而当前市场上的注浆材料种类繁多，如何选择适合的注浆材料成为一个难题。施工技术难度：注浆加固技术需要专业的施工人员进行操作，对施工人员的技术要求较高，需要掌握一定的注浆加固原理和操作技巧。工程质量控制：注浆加固技术需要严格控制施工过程中的注入速度、压力等参数，以确保注浆材料能够充分渗透到桩体中，达到预期的加固效果。经济性考虑：注浆加固技术的施工成本较高，除了材料费用外，还需要考虑人力成本和设备投入等方面的费用，这可能会对工程的经济性产生一定影响。注浆加固技术在桥梁桩基施工中具有重要的应用价值，但在实际应用过程中需要克服一些问题和局限性。通过技术改进和优化控制方法的引入，可以进一步提高注浆加固技术的施工效率和工程质量，为桥梁桩基施工提供有力支撑。3 优化控制理论与方法 3.1 现代控制理论及 PID 控制介绍 现代控制理论是控制工程领域中的重要理论体系，中国科技期刊数据库 工业 A-114-其主要研究控制系统的建模、分析与设计方法。控制系统的目标是根据输入与输出之间的关系，通过设计合适的控制算法使输出达到预期的目标。PID 控制是现代控制理论中最常用的控制算法之一。PID 控制是通过根据系统当前的误差、误差的积分以及误差的变化率来调整输出，实现对系统的控制。其中，P 代表比例控制器，调节输出与误差之间的比例关系；I 代表积分控制器，用于消除稳态误差；D 代表微分控制器，用于预测误差的变化趋势。3.2 PID 控制在注浆加固中的应用 在桥梁桩基施工中，注浆加固是一种常用的方法。而 PID 控制可以应用于注浆过程中的精确控制，以提高注浆加固效果。使用传感器实时监测注浆过程中的参数，例如注浆剂的流量、浆液的压力、注入浆液的速度等，将这些参数作为反馈信号输入 PID 控制器中。根据传感器反馈信号与预设目标值之间的误差，PID 控制器通过调整输出信号来修正注浆参数。比例项可以根据误差的大小来调整注浆剂的流量；积分项可以根据误差的积分来消除稳态误差；微分项可以根据误差变化率的快慢来预测注浆过程中的变化趋势。通过不断地调整注浆参数，PID 控制器可以使注浆过程更加精准和稳定，在施工中提高注浆加固的效果。3.3 局塌优化控制法的原理与应用 局塌优化控制法是一种基于粒子群算法的非线性优化控制方法，其目标是通过调整注浆参数，最大限度地减少注浆过程中的局塌现象。该方法建立了桥梁桩基的数学模型，将局塌现象作为目标函数，并将注浆参数作为优化变量。采用粒子群算法来搜索最优注浆参数，以使得局塌现象最小化。在优化过程中，通过不断更新粒子的位置和速度，以迭代的方式逐步搜索最优解。在实际应用中，局塌优化控制法可以根据施工现场的情况，以及土壤条件和注浆剂的特性等因素，设定合理的优化目标和约束条件。通过使用该方法，可以有效地改善注浆加固的效果，减少局塌现象的发生，提高工程的质量和稳定性。4 优化控制方法改善注浆加固效果的研究与应用 4.1 优化控制方法在注浆加固中的应用及其效益 注浆加固技术在桥梁桩基施工中起着关键作用，但其效果受到多种因素的影响。为了改善注浆加固的效果，优化控制方法被引入该过程中。优化控制方法可用于注浆加固参数的调整。在注浆加固过程中，液体浆液的流动速度、浆液的注入压力、注浆时间等参数的选择对加固效果至关重要。传统方法常常依赖经验，难以达到最佳效果。而优化控制方法可以根据桥梁桩基的具体情况，通过模型建立和实时测量数据的反馈，精确计算最佳参数，从而提高注浆加固的效果。优化控制方法在提高注浆加固质量方面也具有重要作用。注浆加固质量的好坏直接关系到桥梁桩基的稳定性和安全性。通过优化控制方法可以控制浆液的注入速度、混合均匀度等关键因素，从而使得注浆加固更加均匀且密实，提高桥梁桩基的承载能力和抗震能力。另外，优化控制方法还可以提高注浆加固的施工效率。传统的注浆加固方法通常需要依靠工人经验，调整参数并进行试验，这既费时费力，又难以保证施工质量。而优化控制方法通过稳定、快速且自动化地调整参数，可以大大提高施工效率，缩短施工周期，降低施工成本。4.2 优化控制提高注浆加固效率与质量的实验分析 为了验证优化控制方法在注浆加固中的实际效果，进行了一系列实验研究。在实验中，针对不同类型的桥梁桩基进行了注浆加固，并分别采用传统方法和优化控制方法进行对比。实验结果显示，采用优化控制方法的注浆加固在效率和质量方面均明显优于传统方法。在施工效率方面，优化控制方法能够自动调整参数，并且根据实时监测数据进行反馈控制，使得注浆加固过程更加稳定和高效。在施工质量方面，优化控制方法能够精确控制注浆参数，保证浆液的均匀注入和充实，从而提高了注浆加固的质量。另外，实验数据还显示，采用优化控制方法的注浆加固能够降低施工成本。优化控制方法能够实现自动化调整和控制，减少了人力资源的浪费和人为误差的影响，从而降低了施工成本。中国科技期刊数据库 工业 A-115-4.3 结论与展望 优化控制方法在桥梁桩基施工中有着广泛的应用前景和价值。通过优化控制方法，在注浆加固中可以实现参数精确调整、施工质量的提高和施工效率的增加。这些优势将为桥梁桩基施工带来显著的改善，并且有望推动桥梁桩基施工技术的发展与创新。需要注意的是，尽管优化控制方法具有许多优势，但其应用仍然面临一些挑战和限制。例如，优化控制方法的实施需要完善的监测系统和实时数据处理方法；注浆加固过程中的复杂性和不确定性也会对优化控制的效果产生一定影响。未来的研究方向可以包括进一步完善优化控制方法的理论基础，开发更为智能化和自适应性的控制系统，并探索其他先进的控制方法在注浆加固中的应用。通过不断的研究和实践，优化控制方法将为桥梁桩基施工领域提供更多的创新和改进机会，为桥梁桩基施工质量和效率的提升做出更大的贡献。5 结束语 本文针对桥梁桩基施工过程中的注浆加固技术进行了深入研究，特别研究了如何通过优化注浆控制方法以提高桩基的稳定性和承载力。引入了现代控制理论，例如 PID 控制，对注浆量进行精准控制，优化了注浆的分布范围，增强了加固效果。实验结果显示，这种优化控制方法可以有效提升注浆加固工作的质量和效率，进一步为桥梁施工的稳定性和安全性提供坚实的保障。然而，虽然本研究的结果显示了 PID 控制在改善注浆加固中的效果，但应注意这种控制方法在实际应用中仍存在一定局限性，如对不同土质、气象条件、工艺条件的适应性等，未来研究需要对这些细节问题进行深入研究。此外，还需要在更大范围和更多种类的工程中验证这种优化控制方法的效果。参考文献 1陈晖,郝文杰,郑楚然,等.桥梁桩基施工质量控制实践与思考J.桥梁建设,2022(02):46-50.2高金玲,李旭东,赵明.桥梁桩基注浆加固技术研究J.黑龙江交通科技,2021(06):70-74.3 王 振 华,石 岳 飞,张 康,等.桩 基 注 浆 加 固 工 程 质 量 影 响 因 素 分 析 与 控 制 J.工 程 建 设 与 设计,2022,43(01):29-34.4任友洋,李建英,王海生,等.基于 PID 控制理论的土工注浆射流对射参数优化J.建筑结构学报,2023,44(04):125-131.5 陈 凯 荣,张 斌,舒 劲 松,等.桩 基 注 浆 加 固 优 化 控 制 方 法 与 实 践 J.构 造 力 学 与 结 构 工程,2020,30(02):170-176.