淺談CFG樁基施工信息化技術(shù)

佘輝

摘? 要：CFG樁施工過程中，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，主要通過抽樣檢測現(xiàn)場核查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，可以通過在長螺旋鉆機和混凝土泵車上安裝特定的傳感器實時采集CFG樁施工過程中的重要施工參數(shù)信息，并將每根樁的施工參數(shù)信息實時上傳至服務(wù)器，實現(xiàn)CFG樁成樁質(zhì)量結(jié)果控制向過程控制的轉(zhuǎn)變，項目管理人員可以通過WEB技術(shù)訪問服務(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，同時降低了施工成本。

關(guān)鍵詞：CFG樁? 傳感器技術(shù)? 過程控制

中圖分類號：TU473 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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)強度樁，簡稱CFG樁。CFG樁施工過程中，施工人員通過填寫表格現(xiàn)場記錄每根樁的施工參數(shù)信息，工作強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樁施工過程網(wǎng)絡(luò)化、智能化、可視化，不僅可以做到對成樁的過程監(jiān)控，為施工作業(yè)提供輔助引導(dǎo)，而且對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

西韓城際鐵路項目是關(guān)中城市群城際鐵路網(wǎng)主骨架的一部分，項目規(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)依靠長螺旋鉆機和拖式混凝土泵車協(xié)同作業(yè)完成。

2? 系統(tǒng)架構(gòu)

CFG樁施工過程中，長螺旋鉆機需要監(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)測模塊1為安裝在鉆機上的各類傳感器，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螺旋鉆機CFG樁施工參數(shù)，并將每根樁的施工參數(shù)通過通訊模塊實時上傳至遠(yuǎn)程服務(wù)器。移動終端用于施工人員現(xiàn)場近距離查看CFG樁施工參數(shù)信息。CFG樁施工過程中，若施工參數(shù)存在異常，報警模塊需要及時提醒CFG樁施工現(xiàn)場人員。鉆機操作人員可以通過顯示模塊實時查看當(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。控制處理模塊2用于分析處理監(jiān)測模塊2采集的傳感器信息。

3? 長螺旋鉆機施工參數(shù)

3.1 成樁位置信息

目前，CFG樁施工過程中，為確保CFG樁成樁位置信息符合設(shè)計要求，施工人員需要現(xiàn)場查看每根CFG樁的成樁位置信息。本文通過在鉆機桅桿上安裝北斗雙天線定位模塊實現(xiàn)對成樁位置信息的監(jiān)控，其工作原理是：將北斗GNSS主天線、北斗GNSS副天線安裝在鉆機桅桿上，基準(zhǔn)站安裝在距離鉆機不遠(yuǎn)的空曠地帶。基準(zhǔn)站通過衛(wèi)星定位獲得基準(zhǔn)站定位天線的位置信息，鉆機機身上的北斗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)站的相對位置信息，PTK接收機通過差分算法運算可以獲得此時鉆機精確的成樁位置信息。

3.2 成樁深度信息

目前，鉆機在施工過程中，施工人員通過核檢查鉆機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，有人提出在卷揚機上安裝編碼器或拉線式位移傳感器來獲取位移信息，但后來在施工過程中發(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，編碼器由于會出現(xiàn)誤轉(zhuǎn)以及卷揚機在旋轉(zhuǎn)過程中半徑發(fā)生變化導(dǎo)致樁深測量誤差過大[3，4]。本文通過在鉆桿上安裝北斗定位天線不僅可以實現(xiàn)對成樁位置信息的獲取，同時可以實時監(jiān)測鉆桿的深度變化。

3.3 垂直度信息

成樁過程中為確保單根樁的垂直度不超過，不能出現(xiàn)桅桿傾斜。目前，桅桿上有重力引線錘可以實現(xiàn)對桅桿傾斜度的監(jiān)控。本文擬通過在鉆機桅桿上安裝雙傾角傳感器實時監(jiān)測鉆桿在鉆孔過程中的桅桿垂直度信息。

3.4 拔管速度信息

鉆機在拔管過程中，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)。拔管速度可以通過如下方法獲得：鉆機在拔管過程中可通過鉆機桅桿上安裝的北斗定位天線結(jié)合定位基站獲取鉆機桅桿的實時下沉位置，若前1s鉆機桅桿的下沉深度為15m，當(dāng)前鉆機桅桿的下沉深度為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)前的鉆機鉆孔速度2m/s。

3.5 持力層電流信息

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

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

5? 結(jié)語

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

參考文獻(xiàn)

[1] 趙劍發(fā).路基數(shù)字化機械施工技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù)，2014（10）：92-96.

[2] 李洪.CFG樁施工工藝及常見問題解決措施的探討[J]. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010（1）：129-130.

[3] 米樹剛，劉媛媛.幾種旋挖鉆機測深裝置的比較[J].工程機械與維修，2009（7）：170-172.

[4] 董梅，賀振斌.旋挖鉆機幾種鉆孔深度測量裝置原理及特點[J].工程機械與維修，2014（10）：124-125.

[5] 李玉書.高速鐵路客運專線路基CFG樁施工流程及常見的質(zhì)量問題和控制措施——以長螺旋成孔管內(nèi)泵壓混合料灌注成樁法為例[J].安徽建筑，2010（6）：111-113.

[6] 郭亮亮，陸志軍，劉全芝，等.長螺旋鉆機引孔配合潛水鉆機鉆孔灌注樁施工技術(shù)[J].天津建設(shè)科技，2015，25（1）：28-29.

[7] 趙立財.基于電流表控制水泥攪拌及CFG樁長施工技術(shù)應(yīng)用[J].四川建筑科學(xué)研究，2014，40（6）：316-319.