淺談CFG樁基施工信息化技術(shù)

佘輝

摘? 要：CFG樁施工過(guò)程中，在滿足施工工藝的條件下，為確保成樁質(zhì)量，需要嚴(yán)格控制一些重要的施工參數(shù)。目前，CFG樁施工完成后，主要通過(guò)抽樣檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)核查CFG樁的成樁質(zhì)量，因此，難以確保每根樁的成樁質(zhì)量。隨著傳感器技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，可以通過(guò)在長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)和混凝土泵車上安裝特定的傳感器實(shí)時(shí)采集CFG樁施工過(guò)程中的重要施工參數(shù)信息，并將每根樁的施工參數(shù)信息實(shí)時(shí)上傳至服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)CFG樁成樁質(zhì)量結(jié)果控制向過(guò)程控制的轉(zhuǎn)變，項(xiàng)目管理人員可以通過(guò)WEB技術(shù)訪問(wèn)服務(wù)器查看每根樁的施工參數(shù)信息，在保證施工質(zhì)量的前提下提高了施工效率，同時(shí)降低了施工成本。

關(guān)鍵詞：CFG樁? 傳感器技術(shù)? 過(guò)程控制

中圖分類號(hào)：TU473 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）09（b）-0006-02

水泥粉煤灰碎石樁是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合形成的高粘結(jié)強(qiáng)度樁，簡(jiǎn)稱CFG樁。CFG樁施工過(guò)程中，施工人員通過(guò)填寫表格現(xiàn)場(chǎng)記錄每根樁的施工參數(shù)信息，工作強(qiáng)度大且有可能存在虛假數(shù)據(jù)。隨著數(shù)字化施工概念的提出，利用數(shù)字化手段[1]將CFG樁施工過(guò)程網(wǎng)絡(luò)化、智能化、可視化，不僅可以做到對(duì)成樁的過(guò)程監(jiān)控，為施工作業(yè)提供輔助引導(dǎo)，而且對(duì)操作手的要求也降低了很多，管理人員不需要去施工現(xiàn)場(chǎng)就可以遠(yuǎn)程獲取每根樁的施工參數(shù)信息，確保施工質(zhì)量。

1? 工程概況

西韓城際鐵路項(xiàng)目是關(guān)中城市群城際鐵路網(wǎng)主骨架的一部分，項(xiàng)目規(guī)劃里程218km，全線路基施工擬采用CFG樁復(fù)合地基加固技術(shù)[2]和灰土擠密樁復(fù)合地基加固技術(shù)，其中，CFG樁基施工作業(yè)依靠長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)和拖式混凝土泵車協(xié)同作業(yè)完成。

2? 系統(tǒng)架構(gòu)

CFG樁施工過(guò)程中，長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)需要監(jiān)控的施工參數(shù)包括成樁位置信息、成樁深度信息、拔管速度信息、持力層電流信息、桅桿垂直度信息，拖式混凝土泵車需要監(jiān)控單根樁混凝土流量信息。如圖1所示為CFG樁施工參數(shù)采集系統(tǒng)架構(gòu)圖，監(jiān)測(cè)模塊1為安裝在鉆機(jī)上的各類傳感器，主要包括北斗雙天線定位模塊、雙傾角傳感器、霍爾電流傳感器，控制模塊1主要用于分析處理長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)CFG樁施工參數(shù)，并將每根樁的施工參數(shù)通過(guò)通訊模塊實(shí)時(shí)上傳至遠(yuǎn)程服務(wù)器。移動(dòng)終端用于施工人員現(xiàn)場(chǎng)近距離查看CFG樁施工參數(shù)信息。CFG樁施工過(guò)程中，若施工參數(shù)存在異常，報(bào)警模塊需要及時(shí)提醒CFG樁施工現(xiàn)場(chǎng)人員。鉆機(jī)操作人員可以通過(guò)顯示模塊實(shí)時(shí)查看當(dāng)前樁的施工參數(shù)信息。監(jiān)控模塊2為安裝在泵車上的各類傳感器，包括壓力傳感器、位移傳感器?？刂铺幚砟K2用于分析處理監(jiān)測(cè)模塊2采集的傳感器信息。

3? 長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)施工參數(shù)

3.1 成樁位置信息

目前，CFG樁施工過(guò)程中，為確保CFG樁成樁位置信息符合設(shè)計(jì)要求，施工人員需要現(xiàn)場(chǎng)查看每根CFG樁的成樁位置信息。本文通過(guò)在鉆機(jī)桅桿上安裝北斗雙天線定位模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)成樁位置信息的監(jiān)控，其工作原理是：將北斗GNSS主天線、北斗GNSS副天線安裝在鉆機(jī)桅桿上，基準(zhǔn)站安裝在距離鉆機(jī)不遠(yuǎn)的空曠地帶?；鶞?zhǔn)站通過(guò)衛(wèi)星定位獲得基準(zhǔn)站定位天線的位置信息，鉆機(jī)機(jī)身上的北斗GNSS主天線、北斗GNSS副天線用以獲取相比于衛(wèi)星定位的位置信息和相比于基準(zhǔn)站的相對(duì)位置信息，PTK接收機(jī)通過(guò)差分算法運(yùn)算可以獲得此時(shí)鉆機(jī)精確的成樁位置信息。

3.2 成樁深度信息

目前，鉆機(jī)在施工過(guò)程中，施工人員通過(guò)核檢查鉆機(jī)桅桿上的尺度變化獲取每根樁的成樁深度信息。隨著傳感器的發(fā)展出現(xiàn)了編碼器和拉線式位移傳感器，有人提出在卷?yè)P(yáng)機(jī)上安裝編碼器或拉線式位移傳感器來(lái)獲取位移信息，但后來(lái)在施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，由于施工環(huán)境惡劣，拉線式位移傳感器容易斷裂損壞，編碼器由于會(huì)出現(xiàn)誤轉(zhuǎn)以及卷?yè)P(yáng)機(jī)在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中半徑發(fā)生變化導(dǎo)致樁深測(cè)量誤差過(guò)大[3，4]。本文通過(guò)在鉆桿上安裝北斗定位天線不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)成樁位置信息的獲取，同時(shí)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鉆桿的深度變化。

3.3 垂直度信息

成樁過(guò)程中為確保單根樁的垂直度不超過(guò)，不能出現(xiàn)桅桿傾斜。目前，桅桿上有重力引線錘可以實(shí)現(xiàn)對(duì)桅桿傾斜度的監(jiān)控。本文擬通過(guò)在鉆機(jī)桅桿上安裝雙傾角傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鉆桿在鉆孔過(guò)程中的桅桿垂直度信息。

3.4 拔管速度信息

鉆機(jī)在拔管過(guò)程中，為確保灌注樁樁身的灌注質(zhì)量，保證樁身每段都有近似一致的密實(shí)度，需要嚴(yán)格控制鉆桿的拔管速度，拔管速度應(yīng)控制在2～3m/min范圍內(nèi)。拔管速度可以通過(guò)如下方法獲得：鉆機(jī)在拔管過(guò)程中可通過(guò)鉆機(jī)桅桿上安裝的北斗定位天線結(jié)合定位基站獲取鉆機(jī)桅桿的實(shí)時(shí)下沉位置，若前1s鉆機(jī)桅桿的下沉深度為15m，當(dāng)前鉆機(jī)桅桿的下沉深度為13m，則前一秒桅桿的下沉深度減去當(dāng)前桅桿的下沉深度則為當(dāng)前的鉆機(jī)鉆孔速度2m/s。

3.5 持力層電流信息

目前，CFG樁施工過(guò)程中，施工人員依靠現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)查看鉆機(jī)鉆桿是否達(dá)到持力層，方式如下：當(dāng)鉆頭到達(dá)持力層時(shí)，鉆桿上部的動(dòng)力頭發(fā)生顫動(dòng)和輕微的擺動(dòng)，鉆機(jī)的動(dòng)力明顯減弱，此時(shí)，可判定鉆頭已達(dá)到持力層[5];當(dāng)然也可以通過(guò)外接電流表的方式，判定鉆頭是否達(dá)到持力層[6，7]。本文擬在鉆機(jī)配電柜內(nèi)動(dòng)力線上安裝霍爾電流傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鉆桿在鉆孔過(guò)程中的電流變化信息，鉆機(jī)開始鉆孔及軟弱地層鉆孔時(shí)，電流表指針在50MA～70MA安，當(dāng)鉆頭遇到持力層時(shí)，瞬間的電流將增大到120MA以上，同時(shí)電壓下降。此時(shí)，可判定鉆頭已達(dá)到持力層。

4? 拖式混凝土泵車施工參數(shù)

4.1 單根樁混凝土流量監(jiān)測(cè)

目前，CFG樁施工過(guò)程中，對(duì)單根樁使用量采用大體估混凝土測(cè)，方法為：混凝土運(yùn)輸罐車運(yùn)送一定量的混凝土，根據(jù)每輛混凝土罐車混凝土的成樁個(gè)數(shù)，可以大致估算每根樁的混凝土使用量。本文通過(guò)在泵車上安裝壓力傳感器和位移傳感器來(lái)監(jiān)測(cè)單根樁的混凝土使用量，其中，壓力傳感器用于監(jiān)測(cè)每根樁的泵送次數(shù)信息，位移傳感器用于監(jiān)測(cè)活塞每次推送的有效位移，則單根樁的流量可以通過(guò)以下公式計(jì)算獲得。

5? 結(jié)語(yǔ)

CFG樁基施工信息化技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)CFG樁施工過(guò)程的全面監(jiān)控，變“結(jié)果控制”為“過(guò)程控制”，方便遠(yuǎn)程管理人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工情況隨時(shí)隨地的有效監(jiān)管，在保證施工質(zhì)量的前提下提高施工效率，同時(shí)降低施工成本。

參考文獻(xiàn)

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