王國梁

中鋼集團(tuán)工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧 大連 116021

0 引言

隨著我國基建技術(shù)的高速發(fā)展，建筑物樓層的不斷增高，使得對(duì)建筑物基礎(chǔ)的要求變的越來越高。越來越多的軟弱地基加固處理方法順應(yīng)這個(gè)時(shí)代的要求被提出來，水泥粉煤灰碎石樁（CFG 樁）作為軟弱地基加固處理方法中較為經(jīng)濟(jì)高效的一種施工方法被廣泛的應(yīng)用于高層、超高層建筑以及道路施工當(dāng)中。CFG 樁是英文Cement Fly-ash Gravel的縮寫，意為水泥粉煤灰碎石樁，由碎石、石屑、砂、粉煤灰摻水泥加水拌和，用各種成樁機(jī)械制成的具有一定強(qiáng)度的可變強(qiáng)度樁。有時(shí)候可以用低強(qiáng)度的素混凝土作為原料。CFG樁與樁間土、褥墊層共同作用形成剛性樁復(fù)合地基。適用于沙土、粉土、粘性土、淤泥質(zhì)土和已自重固結(jié)的素填土等地基［1］，具有承載力強(qiáng)、時(shí)間效應(yīng)佳、后期沉降較小、適用范圍廣等特點(diǎn)［2］。

1 施工現(xiàn)狀

以長螺旋鉆孔管內(nèi)泵壓混合料成樁施工為例，樁基施工過程中需要對(duì)各項(xiàng)施工參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格的控制，包括樁位、樁長、持力層電流值、垂直度、拔管速率、樁身混合料充盈度等。否則就會(huì)導(dǎo)致施工過程中以及及成樁后的各種問題：樁位偏移、樁長不足、斷樁、樁身夾泥等嚴(yán)重的樁身質(zhì)量問題。由于CFG 樁施工后禁止一切大型設(shè)備進(jìn)入的特殊性，造成了斷樁、問題樁處理難度大，處理費(fèi)用高，處理工時(shí)長等問題。傳統(tǒng)的控制措施是增加項(xiàng)目管理人員全程監(jiān)督指導(dǎo)施工并手工記錄各項(xiàng)施工參數(shù)，現(xiàn)場施工指揮人員和鉆機(jī)操作手相互配合，這就大大地增加了施工難度和施工成本，并且施工參數(shù)的控制更偏向于施工人員的施工經(jīng)驗(yàn)，并不是每一根樁基的成樁質(zhì)量都得到十足的保證。智能樁基質(zhì)量控制系統(tǒng)通過互聯(lián)網(wǎng)和傳感器技術(shù)很好的解決了這些難題。

2 智能樁基質(zhì)量控制系統(tǒng)

智能樁基質(zhì)量控制系統(tǒng)由北斗衛(wèi)星定位模塊、樁身垂直度控制模塊、樁長控制模塊、鉆機(jī)動(dòng)力電流控制模塊、泵送流量控制模塊、施工信息傳輸模塊、電子顯示屏終端和互聯(lián)網(wǎng)樁基數(shù)字化施工平臺(tái)組成。各個(gè)模塊通過安裝在CFG 鉆機(jī)上的各種傳感器和定位裝置，收集整理各種相關(guān)的施工參數(shù)，并通過電子顯示屏將這些施工參數(shù)實(shí)時(shí)的展現(xiàn)給鉆機(jī)操作手，指導(dǎo)操作手的鉆進(jìn)作業(yè)，當(dāng)施工參數(shù)與設(shè)計(jì)要求的出現(xiàn)偏差時(shí)，就會(huì)觸發(fā)系統(tǒng)內(nèi)置的報(bào)警裝置，提醒鉆機(jī)操作手及時(shí)糾正。同時(shí)施工信息傳輸模塊會(huì)將施工完成的每一根樁的施工信息實(shí)時(shí)上傳到互聯(lián)網(wǎng)樁基數(shù)字化施工平臺(tái)上，項(xiàng)目管理人員只需登錄樁基數(shù)字化施工平臺(tái)，就可以不用到施工現(xiàn)場就能實(shí)時(shí)的獲得每一根樁的施工參數(shù)，保證施工質(zhì)量。

在正式的CFG 樁施工正式開始前，需要對(duì)一定數(shù)量的具有代表性的CFG 樁進(jìn)行試樁，并進(jìn)行相應(yīng)的低應(yīng)變檢測和單樁承載力檢測，試樁成功，并且得到鉆機(jī)鉆進(jìn)速度、拔管速度、混合料各項(xiàng)指標(biāo)，泵送速度，持力層電流值等施工參數(shù)，修改完善施工工藝后就可以按照得到的施工參數(shù)指導(dǎo)大面積的樁基施工作業(yè)。使用智能樁基質(zhì)量控制系統(tǒng)能夠直觀準(zhǔn)確的獲得施工參數(shù)，對(duì)后續(xù)的施工具有指導(dǎo)性意義。

3 施工參數(shù)控制

3.1 樁位偏差

普通CFG 鉆機(jī)施工時(shí)為了確保樁位準(zhǔn)確，需要測量人員使用測量儀器精準(zhǔn)的定位出每一根樁基坐標(biāo)樁，施工人員用鋼釬子在坐標(biāo)樁位上打出垂直地面的空腔，并灌入石灰粉，以此標(biāo)記樁位，當(dāng)鉆機(jī)鉆進(jìn)時(shí)，由鉆桿帶出的泥土在地面上形成一個(gè)個(gè)土堆，容易造成相近樁位標(biāo)記被掩蓋，使得測量人員和施工人員工作量巨大，而且容易造成樁位偏差。智能樁基質(zhì)量控制系統(tǒng)通過裝在鉆機(jī)鉆桿上方的定位天線，實(shí)現(xiàn)對(duì)樁位信息的監(jiān)控。施工前，測量人員只需將每根樁位坐標(biāo)輸入，北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)就能通過安置在空曠位置的基準(zhǔn)站獲取天線位置信息，通過計(jì)算鉆機(jī)鉆桿位置與設(shè)計(jì)樁位坐標(biāo)的相對(duì)坐標(biāo)，就可以獲得鉆機(jī)的實(shí)時(shí)位置偏差，引導(dǎo)鉆機(jī)操作手對(duì)樁位信息的精準(zhǔn)定位。

3.2 樁基深度

在樁基施工過程中，施工人員通過標(biāo)記在鉆機(jī)上的刻度信息來獲得樁長深度信息。但因?yàn)槭┕l件惡劣，鉆機(jī)刻度常常模糊不不清，清理又費(fèi)時(shí)費(fèi)力。隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了安裝在鉆機(jī)卷揚(yáng)機(jī)內(nèi)的位移傳感器，通過計(jì)算卷揚(yáng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)算成樁深度，但后期投入使用發(fā)現(xiàn)因?yàn)檎`轉(zhuǎn)以及卷揚(yáng)機(jī)半徑變化等影響導(dǎo)致誤差較大，智能樁基質(zhì)量控制系統(tǒng)通過鉆桿頂部的天線獲得鉆頭標(biāo)高信息，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控成樁深度變化。

3.3 樁身垂直度

因?yàn)镃FG 樁基主要承受豎向荷載，所以控制好樁基的垂直度是樁基良好受力狀態(tài)的重要保證，同時(shí)，因?yàn)镃FG 樁長度較長，樁基垂直度不好在施工中容易導(dǎo)致樁基“串孔”的狀況，影響成樁質(zhì)量。最常用的手段是通過安裝在鉆機(jī)上的重力錘進(jìn)行控制。本系統(tǒng)安裝在鉆機(jī)桅桿兩側(cè)的雙傾角傳感器，將成樁垂直度信息實(shí)時(shí)的顯示在電子顯示屏上。更加直觀準(zhǔn)確的將垂直度信息反饋給鉆機(jī)操作手。

3.4 提管速度

在樁基施工中提管的速度至關(guān)重要，需要混凝土泵操作手和鉆機(jī)操作手的密切配合。當(dāng)鉆機(jī)鉆進(jìn)完成后，現(xiàn)場指揮通知鉆機(jī)操作手，將鉆桿稍稍提起，以便為鉆頭下的閥門打開騰出空間，隨后通知泵車操作手開始泵送混凝土，現(xiàn)場根據(jù)經(jīng)驗(yàn)當(dāng)樁內(nèi)混凝土埋過鉆頭0.5 米左右，鉆機(jī)手開始提鉆，并且提鉆速度與混凝土泵送的速度相配合，始終保持混凝土埋過鉆頭的狀態(tài)，以保證混合料充盈度。如果提鉆速度太快，鉆頭提離開混凝土面就會(huì)造成樁內(nèi)夾泥，斷樁的嚴(yán)重質(zhì)量問題。如果提鉆速度過慢，就會(huì)造成提不起鉆桿，甚至導(dǎo)致泵車故障泵管堵塞等問題，會(huì)嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。智能樁基質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)通過安裝在泵車內(nèi)的傳感器，記錄泵送次數(shù)，單次混凝土泵送量，就能得到泵送混凝土速度，天線記錄深度信息得到鉆機(jī)提鉆速度。并都直觀的反應(yīng)在電子顯示屏上，便于操作手控制樁基施工。

3.5 持力層電流值

在現(xiàn)階段的樁基施工中，大多數(shù)還是依靠現(xiàn)場施工人員的施工經(jīng)驗(yàn)來判斷樁基是否已經(jīng)進(jìn)入了持力層，判斷方法是：當(dāng)鉆頭進(jìn)入持力層時(shí)，鉆機(jī)鉆進(jìn)較慢甚至沒有進(jìn)尺，鉆機(jī)機(jī)身出現(xiàn)輕微抖動(dòng)，卷揚(yáng)機(jī)的鋼絲繩處于松弛狀態(tài)。這就是鉆頭進(jìn)入持力層的信號(hào)［3］。智能樁基質(zhì)量控制系統(tǒng)通過安裝在鉆機(jī)配電系統(tǒng)的電流表測得鉆機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的電流值，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆進(jìn)過程的監(jiān)控。當(dāng)鉆頭鉆進(jìn)到軟弱地層時(shí)，鉆機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)受到的阻力較小，記錄的電流值較小。當(dāng)鉆頭進(jìn)入持力層時(shí)，動(dòng)力系統(tǒng)突然間受到較大的阻力，電流明顯增大，就可以確定鉆頭進(jìn)入了持力層。實(shí)時(shí)的電流值直接在電子顯示屏上顯示出來。讓鉆機(jī)操作手更直觀的判斷鉆機(jī)的鉆進(jìn)狀態(tài)。

4 結(jié)語

智能樁基質(zhì)量控制系統(tǒng)通過傳感器技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了樁基施工參數(shù)的全面過程控制。方便項(xiàng)目管理人員遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)有效地監(jiān)控現(xiàn)場的施工情況。既保證了施工質(zhì)量，又提高了施工效率，擺脫了樁基質(zhì)量只能依靠施工經(jīng)驗(yàn)的現(xiàn)狀。實(shí)現(xiàn)了樁基數(shù)字化施工時(shí)代［4］。