巖溶地區樁基智能化施工技術研究

袁徐俊

（浙江中材工程勘測設計有限公司）

1 引言

隨著工程建設的不斷發展和完善，樁基施工作為一項關鍵的基礎工程，在各個領域得到了廣泛地應用。然而，在巖溶地區樁基施工中，由于地質環境的復雜性和特殊性，采用傳統的施工方式容易出現一系列問題。為了解決這些問題，智能化施工技術應運而生。

2 巖溶地區樁基施工存在的問題

巖溶地區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、地形復雜等特點。當樁基施工在巖溶地區進行時，地層通常由多層不同的巖石組成，其中包括石灰巖、石英巖、頁巖等。這些巖石具有不同的物理力學性質和溶解度，加上地下水的影響，容易導致地層的不穩定性，造成樁身偏移、坍塌等問題。特別是當樁基鉆進石灰巖等溶蝕性巖石時，由于巖石在地下水的作用下容易溶解，導致樁身承載力下降，嚴重時可能導致樁身的坍塌和工程事故。此外，地下水的流動還會導致樁基側面的沖刷和土層的松動，加速樁身偏移和坍塌的風險。巖溶地區的地形復雜，往往存在著坑洼、峽谷、山嶺等不平整的地貌，這就導致了施工現場的道路、橋梁等交通條件相對較差，使得機械設備的運輸和操作難度加大。同時，巖溶地區還經常存在著各種復雜的地質條件，如巖溶洞穴、斷層等地質災害，巖溶洞穴是巖溶地區最為普遍的地質災害之一，施工過程中一旦鉆進洞穴，就會出現樁身變形或坍塌的情況[1]。因此，對巖溶洞穴的探測、預測、監測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；斷層是巖溶地區常見的地質災害之一，如果在斷層帶內鉆孔，可能會導致樁基的承載力下降。為了解決這個問題，可以在施工前進行斷層的探測，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，加強斷層帶的穩定性。

3 樁基智能化施工技術的原理與方法

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的信息技術和自動化技術應用于樁基施工過程中，實現施工質量、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、執行機構等智能化設備，對樁基施工過程中的參數、狀態、質量等信息進行實時監測、分析和控制，以實現樁基施工的智能化、自動化和信息化。具體來說，樁基智能化施工能通過傳感器對施工現場的環境參數和工程參數進行實時監測，例如測量土壤的物理力學參數、水位、溫度等，并對施工設備的狀態和參數進行實時監測，例如監測打樁機的振動、沉降、轉速等。之后利用智能控制器對傳感器采集的數據進行實時分析和處理，根據施工需要進行控制，例如自動調整打樁機的工作狀態和參數，進一步實現自動化施工，例如通過機械手臂控制樁鋼筋的鋪設和安裝。樁基智能化施工的基本原理是將信息技術和自動化技術應用于樁基施工中，通過實時監測、分析和控制，實現樁基施工的智能化、自動化和信息化，能夠提高施工質量、效率和安全性，減少人力和資源消耗，具有廣泛的應用前景[2]。

3.2 樁基智能化施工所需的關鍵技術和設備

樁基智能化施工需要多種關鍵技術和設備來實現自動化、智能化和信息化。從施工技術方面分析，傳感技術是樁基智能化施工的重要基礎，實現對施工過程中的各種參數和狀態的實時監測和反饋。例如，通過安裝加速度傳感器和應變計等傳感器，實時監測打樁機的振動、樁身的強度、鋼筋的位置和長度等參數。控制技術則是樁基智能化施工的核心，實現對傳感器采集的數據進行實時處理和控制，調整施工參數和狀態，保證施工質量和效率。自動化技術是實現智能化施工的重要手段，實現樁基施工的自動化，減少人工干預和消耗。信息技術則是樁基智能化施工的基礎支撐，實現對數據的處理和傳輸，使施工現場實現信息化管理。對于設備方面，傳感器是實現智能化施工的基礎設備，例如加速度傳感器、應變計等，用于對施工參數和狀態進行監測。控制器則是實現智能化控制的核心設備，例如 PLC 控制器、單片機等，用于實現對傳感器采集的數據進行實時分析和處理。執行機構是實現自動化施工的重要設備，例如機械臂、自動化鋼筋鋪設裝置等，用于實現自動化施工。數據處理設備則是實現信息化管理的重要設備，例如計算機、云平臺等，用于實現數據的處理和傳輸，實現施工過程的信息化管理。

4 樁基智能化施工的實現過程

4.1 樁基施工前的準備工作

樁基施工前的準備工作是確保施工順利進行的關鍵步驟。在施工前，需要進行地質勘察和設計，確定樁基的類型、數量、位置和規格等參數，并進行現場勘察和預處理工作。應將施工現場清理并進行平整處理，清除地面上的障礙物，確保施工現場的平整度和安全性。之后進行地質勘察，確定土層的深度和堅硬程度等參數，以及地下水位和地下水環境等情況，為樁基設計提供依據，確定樁基的類型、數量、位置和規格等參數，并制定相應的施工方案。此外，還需要進行施工設備的調試和準備工作，例如安裝和調試打樁機、振動器等施工設備，確保其運行正常。施工管理人員需要確定施工計劃和安全措施，制定施工方案和工作流程，并做好安全防護和施工監管工作[3]。樁基施工前的準備工作是確保施工成功的基礎，直接影響施工質量和安全性。只有充分準備、科學設計和安排施工方案，才能保證施工順利進行，并實現預期的技術和經濟效益。

4.2 智能化施工技術的應用過程

智能化施工技術的應用過程包括三個主要環節，即數據采集、數據處理和控制執行。其中，數據采集是在施工現場應用傳感器對各項參數和狀態進行實時監測和采集，例如土層的物理力學參數、打樁機的振動、鋼筋的長度和位置等。之后將傳感器采集的數據傳輸到數據處理設備中進行實時處理和分析，通過算法對數據進行篩選、提取和轉換，實現對施工現場的狀態和參數進行精準識別和判斷。根據數據處理結果，利用控制器對施工設備進行智能化控制，自動調整施工參數和狀態，例如自動調整打樁機的振動和力度、自動調整鋼筋的長度和位置等。通過數據采集、數據處理和控制執行的相互協作，實現了樁基施工的智能化、自動化和信息化。智能化施工技術的應用過程是實現樁基施工智能化的關鍵環節，通過實時監測、精準判斷和智能化控制，可以提高施工效率和質量，減少人力和資源消耗，降低施工成本。同時，智能化施工技術還可以提高施工安全性，降低人員傷害和環境污染的風險，具有廣泛的應用前景。

4.3 樁基施工后的質量控制和檢測

在施工結束后，需要進行樁基的質量控制和檢測，以確保施工質量符合設計要求和規范要求。樁基的質量檢測包括樁基的長度、直徑、偏差和變形等方面的檢測。此外，還需要進行質量驗收，包括對樁基的強度、穩定性、耐久性等方面進行檢測和評估。為了實現質量控制和檢測，需要采用一系列的測試方法和設備，例如無損檢測技術、地基位移監測技術、樁基質量評價技術等。其中，無損檢測技術是一種非破壞性檢測方法，可以通過測量樁基的聲波、電磁波等參數，對樁基質量進行評估；地基位移監測技術可以通過監測土層的位移和變形，評估樁基的穩定性和強度；樁基質量評價技術可以通過對樁基的質量參數進行綜合評估，確定樁基的質量等級[4]。通過采用這些質量控制和檢測技術和設備，可以保證樁基施工的質量和穩定性，避免出現質量問題和安全隱患。同時，這些技術和設備也為樁基施工的質量控制和檢測提供了一種高效、精準和可靠的手段，具有廣泛的應用前景。

5 巖溶地區樁基智能化施工案例

某橋位于江西省某市，坐落在交通網絡發達的區域，與某高速公路和某鐵路相鄰但這一地區的地質特點給橋梁的建設和維護帶來了挑戰。此地的巖溶發育強度屬“發育”，意味著巖溶地貌已經經過長時間的地質作用，形成了明顯的特征。由于地下水在地表上的長時間流動，對碳酸鹽巖進行持續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展，具有一定的方向性。溶洞內土壤質地細膩，容易與水結合，洞內有經過長時間水流沖刷的碎石，形狀較圓滑。因為巖溶的存在，橋梁的地基可能遇到不穩定的空腔或溶洞，導致橋梁的不穩定。因此，針對該橋的樁基工程施工采取了智能化技術，包括智能化沖擊鉆孔技術、智能泥漿護壁技術。智能化沖擊鉆孔技術是指在沖擊鉆孔過程中，引入高精度傳感器，實時監測鉆頭沖擊的深度、速度和方向，根據傳感器提供的數據，自動調整沖擊力度和頻率，確保優化的效果。通過大數據分析技術，對歷史沖擊鉆孔數據進行深入分析，預測可能的地質障礙，并提前做出調整，最終確定鉆孔沖擊方式為小沖程（20cm～40cm），預期進度可控制在每小時60cm至80cm；智能泥漿護壁技術是利用智能儀器，根據巖溶地區的地質條件，自動調整泥漿的濃度和配料，同時使用pH值傳感器和濃度傳感器實時監測孔內的泥漿狀態并自動進行調節，基于機器學習算法預測土壤與泥漿的反應，自動調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 結語

隨著信息技術和人工智能技術的不斷發展和完善，智能化施工技術將會在巖溶地區樁基工程中發揮越來越重要的作用。采用智能化施工技術可以提高施工效率和質量，降低成本和風險，同時也可以減少對環境的影響，保障人民生命財產安全。未來，智能化施工技術將實現更加全面、精細化、自動化、智能化、高效、安全、環保、個性化、定制化和智能化，這些趨勢將不斷推動智能化施工技術的發展和應用。在建設智慧城市和綠色生態環境的過程中，智能化施工技術將會發揮越來越重要的作用，為人類社會的可持續發展作出更大的貢獻。