智能監(jiān)控系統(tǒng)在水泥土攪拌樁施工中的應(yīng)用

李興華，趙立波

（中交路橋華東工程有限公司，上海201210）

1 引言

蘇錫常南部高速主體工程位于常州、無(wú)錫范圍，屬太湖湖蕩平原工程地質(zhì)區(qū)。沿線分布的主要特殊性巖土有填土、軟弱土及膨脹土。其中，軟弱土的土層埋深基本在0.30～16.1m，平均層厚15.76m。根據(jù)軟弱土的層底埋深、軟土土質(zhì)、含水量等情況，軟弱土路基段采用水泥攪拌樁加固的復(fù)合地基處理方案。水泥土攪拌樁設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為12～15m，樁徑0.5m，設(shè)計(jì)水泥摻量為55kg/m，采用兩攪一噴施工工藝。

2 智能監(jiān)控系統(tǒng)簡(jiǎn)介

水泥土攪拌樁智能監(jiān)控系統(tǒng)是運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)施工設(shè)備上安裝的流量計(jì)、陀螺儀、壓力計(jì)等多種感應(yīng)器件對(duì)施工過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基站上傳至網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器后傳送至智能手機(jī)、PC 端等終端設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工過(guò)程的遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)、多終端監(jiān)控。水泥土攪拌樁施工智能監(jiān)控系統(tǒng)由制漿監(jiān)控系統(tǒng)、打樁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)、分析系統(tǒng)組成，對(duì)制漿、供漿、下鉆、提鉆等施工環(huán)節(jié)均可進(jìn)行實(shí)時(shí)的施工數(shù)據(jù)采集。如圖1 所示。

圖1 智能監(jiān)控系統(tǒng)原理圖

3 智能監(jiān)控系統(tǒng)與傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的對(duì)比

3.1 監(jiān)控信息全面性

水泥土攪拌樁施工主要施工工序有漿液拌和、噴漿下鉆、攪拌提升。在地質(zhì)勘查資料覆蓋范圍有限的情況下，很難全面、準(zhǔn)確地判斷出施工區(qū)域內(nèi)地質(zhì)的變化情況。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件的發(fā)生變化時(shí)，如果不能及時(shí)對(duì)下鉆速度、噴漿量等施工工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，則成樁質(zhì)量難以得到保證。

現(xiàn)階段行業(yè)內(nèi)對(duì)水泥土攪拌樁施工過(guò)程監(jiān)控主要采用水泥噴漿記錄儀和測(cè)量控制技術(shù)。水泥噴漿記錄儀采用微機(jī)電腦技術(shù)，集數(shù)碼顯示和打印功能于一體，對(duì)打樁的開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、噴漿量分布狀況、總漿量進(jìn)行記錄，過(guò)程中通過(guò)數(shù)碼顯示屏顯示噴漿量和總漿量。對(duì)成樁質(zhì)量影響較大漿液密度、噴漿壓力、下鉆和提升速度、樁體垂直度等關(guān)鍵指標(biāo)無(wú)法進(jìn)行監(jiān)控。

水泥土攪拌樁智能監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)對(duì)制漿系統(tǒng)、打樁系統(tǒng)的整合，采用更先進(jìn)、更豐富的傳感模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)前端數(shù)據(jù)的全方位采集。采集的數(shù)據(jù)涵蓋鉆樁深度、內(nèi)鉆桿電流、外鉆桿電流、前后傾角、左右傾角、水泥漿密度、泥漿流速、噴漿狀態(tài)或壓力、鉆桿狀態(tài)，采集數(shù)據(jù)較傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)更全面、豐富，對(duì)施工過(guò)程的指導(dǎo)性更強(qiáng)。如圖2 所示。

圖2 智能制漿和智能打樁現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)界面圖

智能監(jiān)控系統(tǒng)和傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控指標(biāo)對(duì)比表1。

表1 智能監(jiān)控系統(tǒng)和傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控指標(biāo)對(duì)比表

3.2 監(jiān)控信息時(shí)效性

水泥土攪拌樁智能監(jiān)控系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將安裝在水泥漿拌和站和打樁機(jī)上的監(jiān)控、監(jiān)測(cè)單元與安裝在施工設(shè)備上的可視化數(shù)據(jù)處理終端進(jìn)行連接，施工人員可實(shí)時(shí)了解施工過(guò)程中的工藝參數(shù)的變化情況，以最快的速度采取相關(guān)措施進(jìn)行調(diào)整，保證施工質(zhì)量，避免施工資源浪費(fèi)。同時(shí)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)電信基站實(shí)時(shí)上傳至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器內(nèi)，業(yè)主單位、監(jiān)理單位、施工單位人員通過(guò)安裝在智能手機(jī)、PC 設(shè)備上的客戶端獲得數(shù)據(jù)，不受地域限制，隨時(shí)隨地查看現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)據(jù)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工情況做出有效分析判斷，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程多人實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，極大地提高了工作效率。如圖3 所示。

圖3 實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)界面圖

3.3 監(jiān)控成本經(jīng)濟(jì)性

為確保水泥攪拌樁質(zhì)量能有效控制，我國(guó)部分省份相應(yīng)出臺(tái)了水泥攪拌樁的施工質(zhì)量管理指導(dǎo)意見(jiàn)，要求在施工過(guò)程中由現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師進(jìn)行全程旁站，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師按至少每3 臺(tái)機(jī)3 人的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配置，極大地增加了水泥攪拌樁的造價(jià)成本。

通過(guò)水泥攪拌樁智能監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)用，僅需在施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置監(jiān)控中心，使分散的管理集成化，做到1 人即可管理多臺(tái)施工機(jī)械，減輕在人力資源上的過(guò)多投入。監(jiān)控系統(tǒng)一次性投入后，循環(huán)重復(fù)利用，后期維護(hù)成本較低，經(jīng)濟(jì)效益明顯。本項(xiàng)目水泥攪拌樁質(zhì)量控制費(fèi)較傳統(tǒng)方式節(jié)省約0.27 元/m。

4 傳統(tǒng)施工設(shè)備智能化改造

在水泥攪拌樁智能監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用的初級(jí)階段，使用的水泥攪拌樁機(jī)多為傳統(tǒng)設(shè)備，短時(shí)間內(nèi)還不具備完全淘汰傳統(tǒng)設(shè)備的條件。為此，在現(xiàn)階段可通過(guò)在傳統(tǒng)設(shè)備上加裝電磁流量監(jiān)測(cè)模塊、深度傳感模塊、傾角傳感模塊、電流互感模塊、擴(kuò)大頭接觸器以及密度傳感模塊等傳感器即可實(shí)現(xiàn)對(duì)樁長(zhǎng)、總漿量、段漿量、瞬時(shí)流量、鉆桿下鉆和提升速度、內(nèi)外鉆桿電流、泥漿密度、鉆桿前后和左右傾角等參數(shù)的收集。

5 結(jié)語(yǔ)

在水泥土攪拌樁施工過(guò)程中，通過(guò)智能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，使整個(gè)施工過(guò)程更加透明，將隱蔽于地下的攪拌過(guò)程通過(guò)圖表形式更直觀地呈現(xiàn)；可對(duì)施工過(guò)程中的突發(fā)問(wèn)題和潛在質(zhì)量隱患采取更及時(shí)、更有針對(duì)性的處理措施，使水泥攪拌樁施工質(zhì)量大幅提升。通過(guò)智能監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)用，大幅度降低了人員投入，充分踐行了品質(zhì)工程中“自動(dòng)化減人”的理念。