基于北斗定位的擠密樁質(zhì)量管控信息化系統(tǒng)

何文瑞

（甘肅大禹節(jié)水集團(tuán)水利水電工程有限責(zé)任公司 甘肅 酒泉 735000）

0 引言

濕陷性巖土在全球分布范圍很廣，許多建筑物在建設(shè)中都會遇到濕陷性巖土。在工程建設(shè)地基處理中，如果濕陷性不能有效消除，將嚴(yán)重影響建筑的安全性、可靠性。消除濕陷性、提高地基承載力常采用工程措施，而擠密樁措施能夠解決濕陷性巖土帶來的問題，所以擠密樁被廣泛采納。但如果擠密樁存在質(zhì)量問題，將會影響建筑物的安全、穩(wěn)定。本文以甘肅省引洮供水二期工程骨干工程及配套工程為例進(jìn)行研究，其屬Ⅱ等工程，工程規(guī)模為大（2）型。主要建筑物級別為4級，次要建筑物級別均為5級。其中丁溝調(diào)蓄水池及水廠的管理樓、綜合加藥間、凈水車間、污泥處理間采用3:7灰土擠密樁進(jìn)行地基處理，樁深6 m、7 m，樁徑400 mm，樁間距0.8 m；樁體壓實度0.97，樁間土壓實度0.93，復(fù)核地基承載力200 Kpa。完成灰土擠密樁施工約2.9萬根，19萬延米，這也反映出該工程的濕陷性巖土分布比較多，對建筑物的影響較大。因此，對擠密樁質(zhì)量管控具有重要作用，必須要加強(qiáng)對擠密樁質(zhì)量管控信息化的研究。本文從擠密樁質(zhì)量管控相關(guān)內(nèi)容和特點(diǎn)進(jìn)行論述，著重研究和分析基于北斗定位的擠密樁質(zhì)量管控信息化系統(tǒng)。

1 基于北斗定位的擠密樁概述

1.1 擠密樁概述

擠密樁是將帶有管塞或者錐頭的鋼管壓入地下的擠密土壤地基，讓土壤形成一定大小和深度的孔，之后向孔內(nèi)放入灰土、砂石等填料，從而形成樁。擠密樁其實是一種橫向的擠密技術(shù)，讓土壤能夠達(dá)到預(yù)期的要求，提高土壤的密實度、承載力，降低土壤的可壓縮性、能夠保證土壤均勻分布[1]。這種方法和換填土、回填土方法相比，更能節(jié)約成本，降低施工的難度和復(fù)雜度，從而提高了施工的效率，保證了土壤的密實度；而且擠密樁不會受到開挖條件、場地的限制，擠密樁一般處理深度比較大，能夠達(dá)到5～15 m。擠密樁在成孔后，填入孔內(nèi)的材料屬于素土，比其他處理濕陷性黃土的方法和人工填土的方法更能夠降低施工成本。高精度智能擠密樁定位系統(tǒng)以高精度技術(shù)為依托，為靜力壓、常規(guī)打樁、鉆孔定位作業(yè)等提供高精度定位支持。系統(tǒng)通過實時獲取高精度三維位置信息和方位角數(shù)據(jù)，在設(shè)備終端進(jìn)行計算獲取準(zhǔn)確的鉆孔實時位置信息，通過顯示終端對預(yù)設(shè)的鉆孔位置進(jìn)行實時偏離指導(dǎo)，從而達(dá)到高效、準(zhǔn)確的現(xiàn)場作業(yè)。

擠密樁在處理濕陷性黃土地基過程中，能夠有效地消除因濕陷性黃土地基帶來的濕陷性，保證建筑物的安全、穩(wěn)定。擠密樁方法處理濕陷性黃土地基是利用填入的砂石、灰土等物質(zhì)對土體進(jìn)行側(cè)向擠密，使樁間土得到擠密，提高土體的密實度，從而保證土壤的承載力，并形成具有一定承載力的樁體，保證建筑物的穩(wěn)定、安全，提高施工的質(zhì)量。根據(jù)造孔、填孔是否產(chǎn)生側(cè)壓力、樁徑增大，擠密樁“擠密”的方式常見的有兩種：一種是先用掏孔機(jī)械先掏孔，再用夯填機(jī)具分層填孔。這種方式主要是通過夯填時擴(kuò)大樁直徑（夯填后樁徑大于孔徑），擴(kuò)大部分?jǐn)D向周邊，將擠實相鄰樁孔之間的土層擠壓密實，但造孔過程中是將樁孔內(nèi)原土挖出，不產(chǎn)生側(cè)壓力，所以造孔不影響樁間土層的密實程度。采用這種方式造孔典型代表設(shè)備是洛陽鏟、螺旋鉆機(jī)、回旋鉆機(jī)等。另一種方式是先利用沖擊式打樁機(jī)將沉管等沖擊沉入土層、拔出沉管成孔，再用夯填機(jī)具分層填孔。這種沉管造孔、夯填機(jī)具填孔的方式，造孔和填孔都會擠壓樁間土層，但主要是利用沉管把原樁孔中的土擠向周邊，將相鄰樁之間的土擠壓密實。這種方式造孔設(shè)備的典型代表是沖擊式打樁機(jī)[2]。這兩種方式中后者擠密效果好、效率高、施工成本低，目前多采用這種擠密方式。

擠密樁的工藝比較簡單，方法比較成熟，具有完善的擠密樁施工體系，設(shè)備簡單，而且處理深度深、面積大。但成本高，約占總造價的20～25%，個別高達(dá)30～35%；檢測項目多、效率低、檢測費(fèi)用高。

1.2 基于北斗定位的擠密樁質(zhì)量管控信息化系統(tǒng)

擠密樁技術(shù)在濕陷性黃土地基使用的很多，而且濕陷性黃土地基面積比較大，需要的擠密樁較多。因此，必須要對擠密樁進(jìn)行質(zhì)量管控，保證每一個擠密樁符合施工質(zhì)量要求。近年來，我國在導(dǎo)航定位、互聯(lián)網(wǎng)、電子檢測、大數(shù)據(jù)分析、應(yīng)用軟件開發(fā)利用、新材料研發(fā)等方面發(fā)展突飛猛進(jìn)，為尋求擠密樁施工質(zhì)量檢驗方法提供了有力基礎(chǔ)。計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)、軟件、定位導(dǎo)航、人工智能等電子科技、新材料開發(fā)日新月異，支撐的平臺日趨完善，技術(shù)支撐可行，而且近年，建設(shè)項目對工程運(yùn)行管理智能化要求越來越高，鼓勵推廣工程的自動化、智能化。因此，基于北斗定位的擠密樁質(zhì)量管控信息化系統(tǒng)開始使用在地基施工過程中?；诒倍范ㄎ坏臄D密樁質(zhì)量管控信息化系統(tǒng)包括北斗定位系統(tǒng)、傳感器、分析系統(tǒng)和顯示設(shè)備等。基于北斗定位的擠密樁質(zhì)量管控信息化系統(tǒng)的流程見圖1。通過北斗定位系統(tǒng)將擠密樁進(jìn)行定位，北斗定位系統(tǒng)通過基礎(chǔ)的位置服務(wù)，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和傳輸，從而得到擠密樁相應(yīng)的數(shù)據(jù)，得到樁點(diǎn)分布圖，實現(xiàn)對擠密樁施工和回填土等地基施工的引導(dǎo)。傳感采集系統(tǒng)采用多種采集單元對擠密樁機(jī)械采集，之后將數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳，運(yùn)用先進(jìn)的算法和設(shè)備對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫畔⒒脚_[3]。利用計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)過程數(shù)據(jù)和指令的收集、儲存、統(tǒng)計、分析和輸出。

1.3 基于北斗定位的擠密樁質(zhì)量管控的特點(diǎn)

擠密樁質(zhì)量管控具有復(fù)雜性、多變性和多發(fā)性的特點(diǎn)。在地基工程施工中，施工的難度大、時間長等因素，使質(zhì)量管理和控制存在復(fù)雜性的特點(diǎn)。一方面，擠密樁工程在施工中，人員較多，施工材料也比較多，也會受到地理條件等因素的影響，使施工管理和控制方案存在著許多限制條件，讓施工質(zhì)量管理和控制變得復(fù)雜；另一方面，在擠密樁工程施工中，會出現(xiàn)難以預(yù)料的突發(fā)情況，讓質(zhì)量管理和控制變得更復(fù)雜。在施工過程中，存在著許多改變的因素，這些改變的因素導(dǎo)致不得不重新調(diào)整質(zhì)量管理和控制方案，使質(zhì)量管理和控制具有多變性。在建筑工程施工過程中，存在著一些建筑行業(yè)的通病，使質(zhì)量管理和控制措施存在多發(fā)性。基于北斗定位的擠密樁質(zhì)量管控的特點(diǎn)也具有智能性和準(zhǔn)確性，能夠自動地對擠密樁進(jìn)行定位，準(zhǔn)確地找到擠密樁對應(yīng)的點(diǎn)，能夠自動地檢測和管理擠密樁施工過程，從而保證施工的質(zhì)量，確保建筑物的安全、穩(wěn)定。

1.4 基于北斗定位的擠密樁質(zhì)量管控信息化系統(tǒng)的使用現(xiàn)狀

擠密樁質(zhì)量管控包括質(zhì)量檢測、施工流程控制和施工驗收管控等。會寧項目部對導(dǎo)航定位系統(tǒng)進(jìn)行了運(yùn)用。由于第一次使用，初期效率較低，效果不明顯。隨著對設(shè)備及軟件的熟悉，結(jié)合項目實際情況進(jìn)行改善，效率越來越高，施工質(zhì)量、進(jìn)度均得以保證。在成孔、回填設(shè)備上安裝導(dǎo)航定位裝置，將每根樁的參數(shù)信息提前錄入導(dǎo)航定位裝置，引導(dǎo)施工設(shè)備實現(xiàn)自動、精確就位，開展施工作業(yè)，并對錯序、漏孔、孔位偏差、孔垂直度偏差等參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)控，指導(dǎo)糾偏，保證了質(zhì)量，提高了進(jìn)度[4]。

在甘肅引洮二期會寧縣城鄉(xiāng)飲水配套工程施工某標(biāo)段調(diào)蓄水池壩基、凈水廠單體建筑地基處理施工中，某軟件公司對開發(fā)的智能監(jiān)控設(shè)備及軟件進(jìn)行初步測試，我們予以大力排行，基本原理是利用全球定位系統(tǒng)定位，建立基站、樁位坐標(biāo)編錄→打樁設(shè)備定位及顯示裝置安裝調(diào)試→樁機(jī)信息及作業(yè)信息錄入終端→樁機(jī)作業(yè)時發(fā)出信息→終端發(fā)現(xiàn)定位偏差（主要是錯序、漏孔）→終端向樁機(jī)及監(jiān)控中心發(fā)出警告信息（顯示屏顏色體現(xiàn)）→合格成孔標(biāo)識（顯示屏顏色體現(xiàn)）。見圖2所示。

2 基于北斗定位的擠密樁質(zhì)量管控信息化系統(tǒng)的研究

2.1 研究方法

在對擠密樁質(zhì)量管控研究時，必須要將擠密樁管控方法進(jìn)行模型構(gòu)建和PDCA的管理循環(huán)為指導(dǎo)思想，利用其可以持續(xù)改進(jìn)的原理為動心核心，并融入軟件開發(fā)過程中的“瀑布模型”，設(shè)計了基于瀑布模型的事故隱患管控模式。擠密樁施工過程中存在的質(zhì)量問題，其產(chǎn)生的原因各有不同，但都有一定的側(cè)重點(diǎn)，因此，在進(jìn)行項目工程質(zhì)量動態(tài)管控中，需要從多個角度來進(jìn)行管理，主要是指質(zhì)量管控的標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量動態(tài)管控的動因指標(biāo)內(nèi)容以及質(zhì)量動態(tài)管控的主要過程。

2.2 優(yōu)化措施

2.2.1 完善基于北斗定位的擠密樁質(zhì)量管控信息化系統(tǒng)

（1）建立信息處理中心（收集、比對分析、形成成熟指令）。

（2）選擇適當(dāng)?shù)恼駝硬?、聲波、壓力波、脈沖電流等電子元件、傳感器。

（3）根據(jù)全過程檢測或者隨機(jī)檢測的需要，規(guī)劃安裝部位（安裝在施工設(shè)備上或者檢測部位上）。

（4）選擇適當(dāng)?shù)男畔⑤敵龊洼斎胙b置。電磁波傳輸不受地形限制，優(yōu)先考慮。

（5）進(jìn)行試生產(chǎn)實驗：①將選擇的振動波、聲波、壓力波、脈沖電流等電子元件、傳感器安裝在試生產(chǎn)設(shè)備或者檢測處；②用傳統(tǒng)方法檢測按照質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)方法檢測試驗質(zhì)量，將對應(yīng)的振動波、聲波、壓力波、脈沖電流等對應(yīng)的信息通過信息輸出端輸出；③信息處理中心接受信息，比對、分析信息，建立信息評價標(biāo)準(zhǔn)（合格與不合格、正常與異常）。

（6）驗證和校核信息、形成成熟的評價標(biāo)準(zhǔn)。

（7）施工過程中用傳統(tǒng)方法（隨機(jī)抽樣、定期取樣）反復(fù)驗證信息評價標(biāo)準(zhǔn)、形成成熟的指令指導(dǎo)、評價生產(chǎn)。

（8）申請行業(yè)協(xié)會驗證。

（9）申請政府相關(guān)部門修訂標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.2 提高擠密樁質(zhì)量管控信息化系統(tǒng)應(yīng)用能力

（1）體現(xiàn)“質(zhì)量過程控制理念”實現(xiàn)對質(zhì)量形成全過程檢測、控制、評價；發(fā)現(xiàn)異常預(yù)警糾正；對趨勢分析預(yù)測、指導(dǎo)制定預(yù)防對策、指導(dǎo)作業(yè)良性循環(huán)。

（2）可大幅度降低常規(guī)檢測頻次和特殊檢測項目，大幅度提高檢測評價效率、降低施工成本，縮短施工周期。

（3）推廣比對庫。一些投資小、建筑等級低的建設(shè)工程項目，采用這種方案對比評價，可建議取消現(xiàn)場常規(guī)實驗檢測。

（4）在社會范圍推廣該系統(tǒng)，可以大量節(jié)約社會成本、提高施工生產(chǎn)效率和施工企業(yè)效益。

2.2.3 完善質(zhì)量管控措施

運(yùn)用科學(xué)合理的方法來完善質(zhì)量管理和控制體系，采用計算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)來規(guī)范施工質(zhì)量管控，從而保證施工質(zhì)量。完善施工質(zhì)量管理和控制的相關(guān)內(nèi)容，要保證設(shè)計圖紙、施工材料和施工人員專業(yè)性的管理和控制。對于設(shè)計圖紙，必須要保證設(shè)計圖紙的準(zhǔn)確，而且施工人員要了解圖紙，當(dāng)圖紙與實際施工不符合時，施工人員應(yīng)與設(shè)計人員進(jìn)行溝通。保證施工材料的質(zhì)量，要對施工材料進(jìn)行嚴(yán)格控制，采用有合格證書和相應(yīng)的檢測書的材料，要有相關(guān)的人員進(jìn)行現(xiàn)場抽查和檢驗，不能出現(xiàn)質(zhì)量不合格的材料，從而減少擠密樁帶來的安全隱患[5]。根據(jù)成本選擇合適的技術(shù)人員，保證施工人員的技術(shù)，要對施工人員進(jìn)行相應(yīng)的管理和控制，也要對施工人員進(jìn)行現(xiàn)場的培訓(xùn)。在對擠密樁施工質(zhì)量進(jìn)行評價和驗收時，不能以相關(guān)的評價人員的主觀評價方式進(jìn)行評價，要采用科學(xué)、合理的評價方式來評價，保證評價和驗收的嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)，找出擠密樁工程存在的問題并加以解決，從而保證擠密樁工程在施工中的質(zhì)量和安全，提高建筑物的穩(wěn)定性。對現(xiàn)場施工的全過程進(jìn)行監(jiān)督，充分利用監(jiān)督體系來監(jiān)督相關(guān)人員的施工過程，對施工全過程進(jìn)行監(jiān)督，也要監(jiān)督施工后的驗收工作和評判工作。在擠密樁施工的過程中,不定時進(jìn)行質(zhì)量檢查和對相關(guān)的技術(shù)人員進(jìn)行不定時監(jiān)督,防止一些失誤步驟,也就是說要能夠有效地控制一些錯誤發(fā)生,從而確保擠密樁項目的施工質(zhì)量。

必須樹立正確的施工質(zhì)量管理和控制意識,進(jìn)行分項質(zhì)量管理和控制，對質(zhì)量管理和控制進(jìn)行細(xì)分。在擠密樁施工的過程中,應(yīng)該十分重視對于質(zhì)量的管理和控制,必須要積極地落實質(zhì)量的管理和控制體系,讓這一體系更好地改善和提升擠密樁工程的實際施工質(zhì)量。也要求分項質(zhì)量的管理和控制，將施工質(zhì)量管理和控制進(jìn)行細(xì)分,從每一個環(huán)節(jié)的分項質(zhì)量管理和控制到擠密樁工程的分項質(zhì)量管理和控制必須層層落實，做到量化、細(xì)化。也要進(jìn)行質(zhì)量管理和控制預(yù)控措施，能夠有效地管理和控制施工質(zhì)量出現(xiàn)的問題。在擠密樁施工的過程中,必須要對其進(jìn)行不定時監(jiān)督,防止一些失誤步驟,也就是說要能夠有效地控制一些錯誤發(fā)生,從而確保擠密樁工程項目的施工質(zhì)量。在擠密樁工程監(jiān)督管理的過程中,建立了相應(yīng)指標(biāo)的獎罰制度體系和對責(zé)任問責(zé)機(jī)制,要將擠密樁工程的職權(quán)和責(zé)任落實到每一位施工者,這樣就可以調(diào)動和增強(qiáng)施工者的工作積極性。

3 結(jié)語

未來在濕陷性地區(qū)的工程建設(shè)項目中，灰土擠密樁處理地基的工程措施還將被大量采取，如果借助電子科技、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)等前沿技術(shù)，借助現(xiàn)代通用施工設(shè)備、利用建設(shè)項目運(yùn)行智能管理設(shè)施，開發(fā)出檢測快捷、成本低廉、可被行業(yè)接受和認(rèn)同的質(zhì)量檢測評價方案和方法，可以保證施工質(zhì)量、進(jìn)度、降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。