巖溶地區(qū)樁基智能化施工技術(shù)研究

袁徐俊

（浙江中材工程勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司）

1 引言

隨著工程建設(shè)的不斷發(fā)展和完善，樁基施工作為一項(xiàng)關(guān)鍵的基礎(chǔ)工程，在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。然而，在巖溶地區(qū)樁基施工中，由于地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性和特殊性，采用傳統(tǒng)的施工方式容易出現(xiàn)一系列問題。為了解決這些問題，智能化施工技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

2 巖溶地區(qū)樁基施工存在的問題

巖溶地區(qū)是指由于碳酸鹽巖等可溶性巖石的溶蝕作用而形成的地形地貌，具有地下水豐富、地形復(fù)雜等特點(diǎn)。當(dāng)樁基施工在巖溶地區(qū)進(jìn)行時(shí)，地層通常由多層不同的巖石組成，其中包括石灰?guī)r、石英巖、頁巖等。這些巖石具有不同的物理力學(xué)性質(zhì)和溶解度，加上地下水的影響，容易導(dǎo)致地層的不穩(wěn)定性，造成樁身偏移、坍塌等問題。特別是當(dāng)樁基鉆進(jìn)石灰?guī)r等溶蝕性巖石時(shí)，由于巖石在地下水的作用下容易溶解，導(dǎo)致樁身承載力下降，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致樁身的坍塌和工程事故。此外，地下水的流動(dòng)還會(huì)導(dǎo)致樁基側(cè)面的沖刷和土層的松動(dòng)，加速樁身偏移和坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。巖溶地區(qū)的地形復(fù)雜，往往存在著坑洼、峽谷、山嶺等不平整的地貌，這就導(dǎo)致了施工現(xiàn)場(chǎng)的道路、橋梁等交通條件相對(duì)較差，使得機(jī)械設(shè)備的運(yùn)輸和操作難度加大。同時(shí)，巖溶地區(qū)還經(jīng)常存在著各種復(fù)雜的地質(zhì)條件，如巖溶洞穴、斷層等地質(zhì)災(zāi)害，巖溶洞穴是巖溶地區(qū)最為普遍的地質(zhì)災(zāi)害之一，施工過程中一旦鉆進(jìn)洞穴，就會(huì)出現(xiàn)樁身變形或坍塌的情況[1]。因此，對(duì)巖溶洞穴的探測(cè)、預(yù)測(cè)、監(jiān)測(cè)及加固都是非常重要的。目前，常用的防治措施包括開挖前加固、地層封閉、灌漿注漿等；斷層是巖溶地區(qū)常見的地質(zhì)災(zāi)害之一，如果在斷層帶內(nèi)鉆孔，可能會(huì)導(dǎo)致樁基的承載力下降。為了解決這個(gè)問題，可以在施工前進(jìn)行斷層的探測(cè)，選擇合適的樁基類型和施工方案。此外，也可以采用一些加固措施，如灌漿注漿、爆破等，加強(qiáng)斷層帶的穩(wěn)定性。

3 樁基智能化施工技術(shù)的原理與方法

3.1 樁基智能化施工的基本原理

樁基智能化施工是指將先進(jìn)的信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于樁基施工過程中，實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量、效率、安全等方面的全面提升。其基本原理是通過傳感器、控制器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等智能化設(shè)備，對(duì)樁基施工過程中的參數(shù)、狀態(tài)、質(zhì)量等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析和控制，以實(shí)現(xiàn)樁基施工的智能化、自動(dòng)化和信息化。具體來說，樁基智能化施工能通過傳感器對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境參數(shù)和工程參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，例如測(cè)量土壤的物理力學(xué)參數(shù)、水位、溫度等，并對(duì)施工設(shè)備的狀態(tài)和參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，例如監(jiān)測(cè)打樁機(jī)的振動(dòng)、沉降、轉(zhuǎn)速等。之后利用智能控制器對(duì)傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理，根據(jù)施工需要進(jìn)行控制，例如自動(dòng)調(diào)整打樁機(jī)的工作狀態(tài)和參數(shù)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化施工，例如通過機(jī)械手臂控制樁鋼筋的鋪設(shè)和安裝。樁基智能化施工的基本原理是將信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于樁基施工中，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、分析和控制，實(shí)現(xiàn)樁基施工的智能化、自動(dòng)化和信息化，能夠提高施工質(zhì)量、效率和安全性，減少人力和資源消耗，具有廣泛的應(yīng)用前景[2]。

3.2 樁基智能化施工所需的關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備

樁基智能化施工需要多種關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備來實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化和信息化。從施工技術(shù)方面分析，傳感技術(shù)是樁基智能化施工的重要基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工過程中的各種參數(shù)和狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和反饋。例如，通過安裝加速度傳感器和應(yīng)變計(jì)等傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)打樁機(jī)的振動(dòng)、樁身的強(qiáng)度、鋼筋的位置和長(zhǎng)度等參數(shù)?？刂萍夹g(shù)則是樁基智能化施工的核心，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和控制，調(diào)整施工參數(shù)和狀態(tài)，保證施工質(zhì)量和效率。自動(dòng)化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)智能化施工的重要手段，實(shí)現(xiàn)樁基施工的自動(dòng)化，減少人工干預(yù)和消耗。信息技術(shù)則是樁基智能化施工的基礎(chǔ)支撐，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的處理和傳輸，使施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)信息化管理。對(duì)于設(shè)備方面，傳感器是實(shí)現(xiàn)智能化施工的基礎(chǔ)設(shè)備，例如加速度傳感器、應(yīng)變計(jì)等，用于對(duì)施工參數(shù)和狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)?？刂破鲃t是實(shí)現(xiàn)智能化控制的核心設(shè)備，例如 PLC 控制器、單片機(jī)等，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析和處理。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化施工的重要設(shè)備，例如機(jī)械臂、自動(dòng)化鋼筋鋪設(shè)裝置等，用于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化施工。數(shù)據(jù)處理設(shè)備則是實(shí)現(xiàn)信息化管理的重要設(shè)備，例如計(jì)算機(jī)、云平臺(tái)等，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理和傳輸，實(shí)現(xiàn)施工過程的信息化管理。

4 樁基智能化施工的實(shí)現(xiàn)過程

4.1 樁基施工前的準(zhǔn)備工作

樁基施工前的準(zhǔn)備工作是確保施工順利進(jìn)行的關(guān)鍵步驟。在施工前，需要進(jìn)行地質(zhì)勘察和設(shè)計(jì)，確定樁基的類型、數(shù)量、位置和規(guī)格等參數(shù)，并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察和預(yù)處理工作。應(yīng)將施工現(xiàn)場(chǎng)清理并進(jìn)行平整處理，清除地面上的障礙物，確保施工現(xiàn)場(chǎng)的平整度和安全性。之后進(jìn)行地質(zhì)勘察，確定土層的深度和堅(jiān)硬程度等參數(shù)，以及地下水位和地下水環(huán)境等情況，為樁基設(shè)計(jì)提供依據(jù)，確定樁基的類型、數(shù)量、位置和規(guī)格等參數(shù)，并制定相應(yīng)的施工方案。此外，還需要進(jìn)行施工設(shè)備的調(diào)試和準(zhǔn)備工作，例如安裝和調(diào)試打樁機(jī)、振動(dòng)器等施工設(shè)備，確保其運(yùn)行正常。施工管理人員需要確定施工計(jì)劃和安全措施，制定施工方案和工作流程，并做好安全防護(hù)和施工監(jiān)管工作[3]。樁基施工前的準(zhǔn)備工作是確保施工成功的基礎(chǔ)，直接影響施工質(zhì)量和安全性。只有充分準(zhǔn)備、科學(xué)設(shè)計(jì)和安排施工方案，才能保證施工順利進(jìn)行，并實(shí)現(xiàn)預(yù)期的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 智能化施工技術(shù)的應(yīng)用過程

智能化施工技術(shù)的應(yīng)用過程包括三個(gè)主要環(huán)節(jié)，即數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和控制執(zhí)行。其中，數(shù)據(jù)采集是在施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用傳感器對(duì)各項(xiàng)參數(shù)和狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和采集，例如土層的物理力學(xué)參數(shù)、打樁機(jī)的振動(dòng)、鋼筋的長(zhǎng)度和位置等。之后將傳感器采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理設(shè)備中進(jìn)行實(shí)時(shí)處理和分析，通過算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選、提取和轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的狀態(tài)和參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別和判斷。根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果，利用控制器對(duì)施工設(shè)備進(jìn)行智能化控制，自動(dòng)調(diào)整施工參數(shù)和狀態(tài)，例如自動(dòng)調(diào)整打樁機(jī)的振動(dòng)和力度、自動(dòng)調(diào)整鋼筋的長(zhǎng)度和位置等。通過數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和控制執(zhí)行的相互協(xié)作，實(shí)現(xiàn)了樁基施工的智能化、自動(dòng)化和信息化。智能化施工技術(shù)的應(yīng)用過程是實(shí)現(xiàn)樁基施工智能化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、精準(zhǔn)判斷和智能化控制，可以提高施工效率和質(zhì)量，減少人力和資源消耗，降低施工成本。同時(shí)，智能化施工技術(shù)還可以提高施工安全性，降低人員傷害和環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景。

4.3 樁基施工后的質(zhì)量控制和檢測(cè)

在施工結(jié)束后，需要進(jìn)行樁基的質(zhì)量控制和檢測(cè)，以確保施工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求和規(guī)范要求。樁基的質(zhì)量檢測(cè)包括樁基的長(zhǎng)度、直徑、偏差和變形等方面的檢測(cè)。此外，還需要進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收，包括對(duì)樁基的強(qiáng)度、穩(wěn)定性、耐久性等方面進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估。為了實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制和檢測(cè)，需要采用一系列的測(cè)試方法和設(shè)備，例如無損檢測(cè)技術(shù)、地基位移監(jiān)測(cè)技術(shù)、樁基質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)等。其中，無損檢測(cè)技術(shù)是一種非破壞性檢測(cè)方法，可以通過測(cè)量樁基的聲波、電磁波等參數(shù)，對(duì)樁基質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估；地基位移監(jiān)測(cè)技術(shù)可以通過監(jiān)測(cè)土層的位移和變形，評(píng)估樁基的穩(wěn)定性和強(qiáng)度；樁基質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)可以通過對(duì)樁基的質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行綜合評(píng)估，確定樁基的質(zhì)量等級(jí)[4]。通過采用這些質(zhì)量控制和檢測(cè)技術(shù)和設(shè)備，可以保證樁基施工的質(zhì)量和穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)質(zhì)量問題和安全隱患。同時(shí)，這些技術(shù)和設(shè)備也為樁基施工的質(zhì)量控制和檢測(cè)提供了一種高效、精準(zhǔn)和可靠的手段，具有廣泛的應(yīng)用前景。

5 巖溶地區(qū)樁基智能化施工案例

某橋位于江西省某市，坐落在交通網(wǎng)絡(luò)發(fā)達(dá)的區(qū)域，與某高速公路和某鐵路相鄰但這一地區(qū)的地質(zhì)特點(diǎn)給橋梁的建設(shè)和維護(hù)帶來了挑戰(zhàn)。此地的巖溶發(fā)育強(qiáng)度屬“發(fā)育”，意味著巖溶地貌已經(jīng)經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的地質(zhì)作用，形成了明顯的特征。由于地下水在地表上的長(zhǎng)時(shí)間流動(dòng)，對(duì)碳酸鹽巖進(jìn)行持續(xù)的侵蝕作用而形成的線狀或條帶狀的低洼地帶，沿著巖層的裂縫或接觸線發(fā)展，具有一定的方向性。溶洞內(nèi)土壤質(zhì)地細(xì)膩，容易與水結(jié)合，洞內(nèi)有經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間水流沖刷的碎石，形狀較圓滑。因?yàn)閹r溶的存在，橋梁的地基可能遇到不穩(wěn)定的空腔或溶洞，導(dǎo)致橋梁的不穩(wěn)定。因此，針對(duì)該橋的樁基工程施工采取了智能化技術(shù)，包括智能化沖擊鉆孔技術(shù)、智能泥漿護(hù)壁技術(shù)。智能化沖擊鉆孔技術(shù)是指在沖擊鉆孔過程中，引入高精度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鉆頭沖擊的深度、速度和方向，根據(jù)傳感器提供的數(shù)據(jù)，自動(dòng)調(diào)整沖擊力度和頻率，確保優(yōu)化的效果。通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對(duì)歷史沖擊鉆孔數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，預(yù)測(cè)可能的地質(zhì)障礙，并提前做出調(diào)整，最終確定鉆孔沖擊方式為小沖程（20cm～40cm），預(yù)期進(jìn)度可控制在每小時(shí)60cm至80cm；智能泥漿護(hù)壁技術(shù)是利用智能儀器，根據(jù)巖溶地區(qū)的地質(zhì)條件，自動(dòng)調(diào)整泥漿的濃度和配料，同時(shí)使用pH值傳感器和濃度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)孔內(nèi)的泥漿狀態(tài)并自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法預(yù)測(cè)土壤與泥漿的反應(yīng)，自動(dòng)調(diào)整添加的混合材料量，最終將泥漿濃度控制在1.15～1.2之間。

6 結(jié)語

隨著信息技術(shù)和人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，智能化施工技術(shù)將會(huì)在巖溶地區(qū)樁基工程中發(fā)揮越來越重要的作用。采用智能化施工技術(shù)可以提高施工效率和質(zhì)量，降低成本和風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也可以減少對(duì)環(huán)境的影響，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全。未來，智能化施工技術(shù)將實(shí)現(xiàn)更加全面、精細(xì)化、自動(dòng)化、智能化、高效、安全、環(huán)保、個(gè)性化、定制化和智能化，這些趨勢(shì)將不斷推動(dòng)智能化施工技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。在建設(shè)智慧城市和綠色生態(tài)環(huán)境的過程中，智能化施工技術(shù)將會(huì)發(fā)揮越來越重要的作用，為人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展作出更大的貢獻(xiàn)。