BDS在公路工程特殊路基處理中的應(yīng)用探討

肖剛郭世杰劉勇蘇開春蘭兵唐浩

(1.四川高速公路建設(shè)開發(fā)集團有限公司，四川 成都 610047；2.四川成南高速公路有限責任公司，四川 成都 610051)

我國地域遼闊，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工程建設(shè)特別是高速公路建設(shè)面臨眾多地質(zhì)問題，而特殊路基處理問題尤為突出，其處理質(zhì)量的好壞直接影響到工程的使用效果和社會評價。本文以四川南充至成都高速公路擴容工程成都入城復(fù)線段為依托，結(jié)合BDS應(yīng)用技術(shù)，開展項目特殊路基處理施工中塑料排水板的施工監(jiān)控探討。

一、項目概況

該項目全長24.529km，其中路基長度占比約50%。沿線多分布魚塘、藕塘，軟土發(fā)育，多為低液限土、破洪積物，具有高壓縮性、結(jié)構(gòu)松散、力學(xué)強度低等特點，工程性質(zhì)極差，極易形成軟弱地基。

為消除上述質(zhì)量隱患，確保地基處理質(zhì)量，該項目設(shè)計單位主要采用以塑料排水板為主的復(fù)合地基處理方案。據(jù)統(tǒng)計，該項目塑料排水板約50余萬米。

二、塑料排水板施工工藝

塑料排水板是加速軟土地基固結(jié)的一種方式，其機理是將插板機插入軟土地基，在上部預(yù)壓荷載作用下，軟土地基中的空隙水從塑料排水板排到上部鋪墊的砂層或水平塑料排水管中再排出路基，達到加固目的。其工藝流程為：整平原地面、攤鋪下層砂墊層、主機定位、安裝管靴、沉設(shè)套管至設(shè)計標高、提升套管、剪斷塑料排水板、主機移位、攤鋪上層砂墊層。

上述工藝雖然能有效提高路基承載力，但存在人工消耗量大、數(shù)據(jù)溯源性差、無法實時跟蹤記錄工程量且數(shù)據(jù)偏差大、施工程序控制難度大、施工點位精準控制難度大、數(shù)據(jù)報告滯后等痛點問題，導(dǎo)致很多單位對其“又愛又恨”。

三、BDS+塑料排水板監(jiān)控系統(tǒng)

BDS是我國自主研發(fā)的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，自2020年6月23日成功發(fā)射55顆衛(wèi)星完成組網(wǎng)后，實現(xiàn)了全球服務(wù)能力。與其他定位系統(tǒng)相比，BDS具備有用衛(wèi)星數(shù)量多、定位精度高、授時精度高等明顯優(yōu)勢，能為工程施工提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

圖1 BDS+監(jiān)控管理系統(tǒng)安裝示意圖

為此，該項目引進了基于BDS的導(dǎo)航定位技術(shù)和塑料排水板監(jiān)控系統(tǒng)，通過安裝在樁工機械上的高精度定位設(shè)備，能同時接收衛(wèi)星定位信號及現(xiàn)場基站發(fā)送的差分改正信號，從而獲取cm級的平面和高程定位原始數(shù)據(jù)，然后基于cm級的定位授時數(shù)據(jù)，計算打樁位置和時間；通過雙天線的高精度定位和定向接收機，獲取機械鉆桿和車身的形態(tài)變化，自動記錄打樁等相關(guān)施工數(shù)據(jù)，然后根據(jù)建立的車體鉆桿長度模型，計算打樁深度。

圖2 BDS定位原理

圖3 鉆桿計算模型

該系統(tǒng)擁有諸多優(yōu)點：樁深精度±10cm，樁點定位精度±3cm；實時電流管控，輔助判斷是否到達持力層；自動導(dǎo)入樁位平面位置，精準打樁；自動生成施工報告，方便快捷施工預(yù)警，避免材料浪費；可遠程實時監(jiān)控施工現(xiàn)場進度和程序（是否嚴格執(zhí)行跳打），解決工作人員全程值守、24小時全天候工作的問題，提高施工效率和質(zhì)量。

圖4 實時動態(tài)管理系統(tǒng)

四、BDS+塑料排水板監(jiān)控系統(tǒng)與常規(guī)監(jiān)控質(zhì)量比對

BDS+塑料排水板監(jiān)控系統(tǒng)自采用塑料排水板復(fù)合地基加固工藝起，就可全程開展施工監(jiān)控，截至目前已累計連續(xù)監(jiān)控兩個月，通過對比分析BDS+塑料排水板監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場蹲守數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，樁身長度誤差控制在±10cm以內(nèi)，而且樁身越長，塑料排水板統(tǒng)計誤差率越低。該監(jiān)控系統(tǒng)的引進，一改傳統(tǒng)模式人工消耗量大、工程數(shù)量難監(jiān)控、工程記錄可修改、工程質(zhì)量難管控、施工順序難監(jiān)控、數(shù)據(jù)溯源性差的缺點，可實現(xiàn)24小時全程監(jiān)控，大大降低人工消耗，工程數(shù)量可直觀展現(xiàn)、控制精度高，工程記錄實時生成、可追溯，大大降低了管理難度，使得項目在質(zhì)量、造價控制上邁向更高水平。

根據(jù)摩擦力和阻力發(fā)展規(guī)律，鉆桿進入土壤內(nèi)越深，摩擦力和阻力會逐漸增大，擬合曲線可以認為是一條正相關(guān)曲線；當鉆桿受阻，停滯不前且穩(wěn)定一段時間，大約為5s，根據(jù)樁長電流輔助判別系統(tǒng)的判別規(guī)則，會將該情況默認為已進入持力層，滿足設(shè)計對長度的認定規(guī)則，此時系統(tǒng)將提示鉆桿不再下探。通過電流輔助判別系統(tǒng)，管理人員可以清晰直觀地觀測到塑料排水板打入深度是否符合要求，該系統(tǒng)的引入大大提高了生產(chǎn)效率，使樁長監(jiān)控可視化，有助于加強項目質(zhì)量、實體數(shù)量管控精度。

圖5 樁長電流監(jiān)控輔助判別系統(tǒng)界面

五、結(jié)語

BDS+塑料排水板監(jiān)控系統(tǒng)在樁身長度和樁位坐標準確度、持力層判定、數(shù)據(jù)實時監(jiān)控且可追溯性都比較理想，塑料排水板數(shù)量統(tǒng)計精度也能得到把控，從而可大大降低原傳統(tǒng)監(jiān)控方式所需的人力監(jiān)控成本，大幅提高施工效率，建設(shè)單位擔憂的質(zhì)量、數(shù)量等問題都可得到有效控制。通過項目使用及過程復(fù)核，預(yù)測該系統(tǒng)未來在房屋、機場、公路、水利工程等對地基處理要求高、傳統(tǒng)監(jiān)控困難的領(lǐng)域勢必會有廣闊的發(fā)展空間。