泥漿護壁樁基工程智能施工技術(shù)★

王清江 王 悅

(重慶工商職業(yè)學(xué)院，重慶 401520)

1 概述

現(xiàn)階段，人工智能已成為全球多個國家的發(fā)展戰(zhàn)略，我國也不例外，也大力推進了人工智能的發(fā)展。人工智能與城市發(fā)展隔合，催生了智慧城市的發(fā)展，人工智能與城市建造融合，實現(xiàn)了智能建造。2019年，習(xí)總書記在新年賀詞中指出：中國制造、中國創(chuàng)造、中國建造繼續(xù)改變中國面貌。我們的生活正在發(fā)生著天翻地覆的變化，《中國建造2035》項目的啟動，城市建設(shè)將開啟新的一頁。未來，基于物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能設(shè)備的智能建造、智慧建造技術(shù)將顛覆性改變傳統(tǒng)建造技術(shù)。

經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市化進程的加快，建筑行業(yè)的發(fā)展越來越迅速，建造在復(fù)雜地基上的建筑也越來越多，樁基礎(chǔ)工程已成為建筑最常用的形式之一。對軟弱地基、塊石類等復(fù)雜地基上的樁基礎(chǔ)，因采用干法成孔，易產(chǎn)生塌孔、卡鉆、埋鉆等事故，為確保施工安全多采取泥漿護壁成孔施工工藝?，F(xiàn)有泥漿補給工序多依靠人工反復(fù)檢測泥漿指標，手動啟動泥漿泵向鉆孔內(nèi)補給泥漿，該過程既浪費了人工增加了成本，同時，也不能適時掌握泥漿指標，存在一定的塌孔安全風(fēng)險。

2 泥漿護壁樁基施工現(xiàn)有技術(shù)存在的問題

現(xiàn)階段，樁基工程施工多采取旋挖鉆機、沖擊鉆機、沖抓鉆機及回旋鉆機等機械成孔工藝，旋挖鉆機以其成孔速度快等優(yōu)勢被廣泛采用，但若遇軟弱地層等不良地質(zhì)時，該技術(shù)干法成孔受限，為確保鉆孔過程中孔壁穩(wěn)定安全，在特殊地質(zhì)樁基施工時，多采取泥漿護壁樁基施工工藝，現(xiàn)有樁基施工技術(shù)存在的不足有：

1)樁基鉆孔護壁泥漿指標不能實時監(jiān)測，鉆孔內(nèi)泥漿手動補給。樁基護壁泥漿多采用專業(yè)設(shè)備攪拌，樁基施工時，施工現(xiàn)場布設(shè)泥漿攪拌循環(huán)池，泥漿由泥漿池抽灌到鉆孔內(nèi)。樁基施工時，安排專業(yè)技術(shù)人員負責(zé)檢測泥漿比重等指標，并根據(jù)需要，手動啟動泥漿泵向鉆孔內(nèi)抽送泥漿，該過程受人為因素影響大，且不能適時監(jiān)測泥漿比重等指標，因鉆孔過程中泥漿補給不及時，造成塌孔事故時有發(fā)生，存在一定安全隱患。

2)泥漿控制需專業(yè)技術(shù)人員，工程成本高?，F(xiàn)場施工時，一般多臺機械設(shè)備同步施工，若做到及時檢測泥漿指標，需要多名泥漿檢測專業(yè)技術(shù)人員。

3 樁基智能施工技術(shù)原理

1)泥漿護壁樁基工程施工時，泥漿指標主要有：比重、黏度、含砂率、膠體率和pH值等指標。泥漿護壁樁基智能施工技術(shù)鉆孔泥漿指標以鉆孔內(nèi)泥漿液體的壓力作為控制施工泥漿補給的標準。樁基施工時，在鉆孔鋼護筒內(nèi)設(shè)置壓力傳感器，并預(yù)設(shè)泥漿壓力控制指標，當泥漿壓力小于預(yù)設(shè)值時，聯(lián)動泥漿泵向鉆孔內(nèi)補給泥漿。

2)泥漿比重與壓力對比試驗：將壓力傳感器安裝在鉆孔孔口護筒中間位置，距泥漿液面1 m處，測定泥漿不同比重與壓力的對應(yīng)值，擬合泥漿比重與壓力的對比曲線圖。在樁基鉆孔施工時，根據(jù)不同的地質(zhì)情況選擇相應(yīng)泥漿比重，對應(yīng)選取泥漿壓力指標，作為預(yù)設(shè)泥漿控制標準，壓力傳感器與泥漿泵聯(lián)動，當監(jiān)測泥漿壓力小于預(yù)設(shè)值時，泥漿泵自動啟動，向鉆孔內(nèi)抽灌泥漿，當鉆孔內(nèi)壓力大于預(yù)設(shè)值時，泥漿泵自動關(guān)閉，停止向鉆孔內(nèi)灌漿。壓力傳感器見圖1，泥漿壓力與比重對比曲線見圖2。

4 樁基智能施工技術(shù)適用范圍

本技術(shù)不僅適用于黏性土、粉土、砂土、淤泥質(zhì)土、人工回填土等較軟弱地層中樁基工程施工，還適用于巖溶地區(qū)樁基工程施工。

本技術(shù)適用于不同樁徑、不同樁長的樁基工程，尤其適用于大直徑、深孔樁基。

本技術(shù)適用于旋挖鉆機、沖擊鉆機、沖抓鉆機等不同鉆機泥漿護壁成孔樁基工程施工。

5 泥漿護壁樁基智能施工技術(shù)方案

5.1 施工工藝流程

工藝流程見圖3。

5.2 施工準備

1)人員配備。

施工人員應(yīng)進行職業(yè)安全、技術(shù)能力和操作技能培訓(xùn)，取得相應(yīng)職業(yè)技術(shù)能力和資格證書。

2)平整場地。

平整作業(yè)場地，確保鉆機移動就位。

3)測量放線。

平整場地后，測放出樁基孔位，設(shè)置樁孔位置控制樁，以利樁基后續(xù)工序施工。

4)鉆機進場。

根據(jù)鉆機類型、型號及施工組織安排，確定鉆機進場數(shù)量、時間。進場機械設(shè)備試運轉(zhuǎn)正常，準備就緒。

5)泥漿池施工。

施工現(xiàn)場布設(shè)泥漿池及相應(yīng)泥漿循環(huán)溝渠，用于收集鉆孔內(nèi)排出的泥漿和制備泥漿。

5.3 施工工藝

1)埋設(shè)鋼護筒。

采用鉆機鉆孔至埋設(shè)深度后，安裝護筒，并確保護筒對準孔位，護筒四周回填黏土并分層夯實。護筒采用厚0.9 mm的鋼板制作，護筒內(nèi)徑比樁孔徑大200 mm，護筒的長度不小于3.0 m。在護筒壁距頂面1.5 m位置開孔，焊接專用盒體，盒體內(nèi)安裝壓力傳感器，傳感器電力及信號線纜沿孔壁敷設(shè)，與地面接收器及泥漿泵連接。護筒埋設(shè)后頂面比地面高出300 mm，護筒長度應(yīng)確保鉆孔過程中孔內(nèi)泥漿液面高于護筒底部2.0 m以上，避免提鉆過程中泥漿沖刷護筒底部土層或泥漿面低于地下水位形成負壓造成鉆孔塌孔。護筒的頂部設(shè)有溢漿孔或溢漿槽，以便泥漿循環(huán)。護筒中心豎直線應(yīng)與樁中心線重合，平面位置允許偏差為5 cm，傾斜度的偏差不大于1%。

2)開始鉆進。

護筒安裝好后，開始鉆進前，采用人工向鉆孔內(nèi)抽灌泥漿，鉆至深度距孔口5 m時，開啟壓力傳感器，實時監(jiān)測鉆孔內(nèi)泥漿壓力變化情況，自動向孔內(nèi)補漿，保證鉆孔過程護壁泥漿的數(shù)量和質(zhì)量。開始鉆進要穩(wěn)，鉆機應(yīng)低速，慢進尺，避免孔位偏斜。

3)鉆進施工。

a.鉆孔施工過程中對鉆頭磨損超標的及時更換，并根據(jù)土層變化情況正確選擇鉆頭型式。

b.鉆進時應(yīng)根據(jù)地質(zhì)情況控制進尺速度，由硬地層鉆到軟地層時，可適當加快鉆進速度，當軟地層變?yōu)橛驳貙訒r，要減速慢進。

c.鉆進時應(yīng)控制泥漿的指標，除監(jiān)測泥漿壓力外，輔以泥漿含砂率、粘度等指標測定，以精確判定樁孔中的泥漿情況，鉆進及提鉆后孔內(nèi)泥漿液面高于護筒底部2.0 m以上，且孔內(nèi)泥漿液面高于地下水位標高1.0 m以上。

d.護壁泥漿，比重在1.1～1.3，并根據(jù)不同的地質(zhì)情況，不同類型的鉆機適當先擇；粘度，一般地層為16 s～22 s，松散易坍地層為19 s～28 s；含砂率不大于4%；膠體率不小于95%；pH值應(yīng)大于6.5。

4)終孔。

a.檢孔及清孔，鉆孔達到要求深度后對孔深、孔徑、孔位和孔形等進行檢查，清孔采用掏渣筒法或泥漿置換法。

b.清孔標準應(yīng)符合設(shè)計及規(guī)范要求，即：孔內(nèi)排出或抽出的泥漿手摸無2 mm～3 mm顆粒，孔底500 mm內(nèi)的泥漿比重應(yīng)小于1.25；含砂率不大于8%，粘度大于28 s；澆筑水下混凝土前孔底沉渣厚度不大于20 cm。

5)樁身鋼筋籠制作、安裝。

鋼筋籠的材料、加工、接頭和安裝，符合要求。鋼筋骨架的保護層厚度采用砂漿墊塊，按豎向每隔2 m設(shè)一道，每一道沿圓周布置6個。

6)樁身混凝土澆筑。

樁身混凝土采用水下灌注混凝土工藝。

6 泥漿護壁樁基智能施工技術(shù)實踐

某工程，由高層和多層建筑組成，共24棟單體，總建筑面積15萬m2。工程項目南接涪江，北依花果山，東側(cè)為在建住宅區(qū)，西側(cè)為校園內(nèi)人工湖。工程建設(shè)場地原屬于老河槽地帶，新近回填形成建設(shè)場地，工程地質(zhì)由上至下分別為粉質(zhì)回填土層(0 m～20 m)、黏土層(8 m～20 m)、卵石層(14 m～40 m)、淤泥層(40 m～43 m)、 強風(fēng)化砂泥巖層(43m～46m)、中風(fēng)化砂泥巖層(46m～50m)。工程除1號～7號樓、19號～23號樓以外，其余全為機械成孔灌注樁基礎(chǔ)，平均每棟單體工程樁基礎(chǔ)65根，樁徑1.0m～2.4m，樁長20m～50m，持力層為中風(fēng)化砂泥巖層，施工場地以下-6m為水位線，樁基全為水下作業(yè)。地質(zhì)復(fù)雜，樁基施工難度較大，存在嚴重坍孔風(fēng)險。根據(jù)本工程特有地質(zhì)情況，采用泥漿護壁樁基智能施工技術(shù)和分離再生循環(huán)泥漿護壁旋挖樁施工技術(shù)，樁基工程于2013年7月開工，2015年12月完工，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

7 結(jié)語

泥漿護壁樁基工程智能施工技術(shù)，泥漿比重與壓力關(guān)系曲線與壓力傳感器埋設(shè)深度有關(guān)，具體工程應(yīng)在施工前修正泥漿比重與壓力關(guān)系曲線。通過監(jiān)測樁內(nèi)泥漿壓力替代泥漿比重指標，再通過與壓力傳感器聯(lián)動的泥漿泵的自動啟閉，實現(xiàn)樁基鉆孔泥漿的實時監(jiān)測，自動補給，從而達到樁基鉆孔護壁泥漿的智能補給施工。本技術(shù)既可減少樁基施工時泥漿檢測專業(yè)技術(shù)人員，又可減少泥漿檢測時引起的鉆機停頓，提高鉆機的效率，對類似工程具有一定的借鑒作用。