淺談智能監(jiān)控系統(tǒng)在預(yù)應(yīng)力管樁施工質(zhì)量管控中的應(yīng)用

王雅馨

（甘肅路橋公路投資有限公司，甘肅 蘭州 730030）

1 工程概況

安臨一級(jí)公路項(xiàng)目區(qū)內(nèi)溝壑縱橫，地形地貌復(fù)雜，沿線(xiàn)特殊性巖土主要為濕陷性黃土、濕軟黃土、軟土、松軟土、膨脹性巖土及人工填土。其中K9+327-K9+382段路線(xiàn)跨越堰塞湖形成的軟基，經(jīng)調(diào)查主要為巨型山體滑坡堆積體堵塞原始溝道形成，成分主要為全新統(tǒng)沖湖洪積淤泥質(zhì)土，該層含水量高，多呈軟塑，承載力低，壓縮性高，路基填筑后面臨工后過(guò)量沉降、高填路堤穩(wěn)定性、不均勻沉降問(wèn)題。該層上部主要為黃土狀土，為硬殼層，下伏基巖為新近系砂質(zhì)泥巖，為隔水層。此外，根據(jù)設(shè)計(jì)文件可知，K9+327-K9+382段厚層濕軟黃土地基采用預(yù)應(yīng)力混凝土管樁處理，外徑為40 cm，內(nèi)徑21 cm，樁間距2 m，呈等邊三角形布置，設(shè)計(jì)平均處理深度達(dá)24 m，（實(shí)際施工中以到達(dá)持力層為準(zhǔn)），樁身強(qiáng)度為C80，單樁承載力特征值為550 kN。為了確保該段路基地基處理施工質(zhì)量，從工程技術(shù)可行性及經(jīng)濟(jì)性方面考慮，采用預(yù)應(yīng)力管樁施工智能監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)施工過(guò)程中的錘擊數(shù)、樁長(zhǎng)、貫入度等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，重點(diǎn)監(jiān)控最后10次錘擊數(shù)的總沉降量，確保其樁端進(jìn)入持力層。

2 研究意義

預(yù)應(yīng)力管樁作為一種較為成熟的地基處理方法，具有施工簡(jiǎn)單、快速等優(yōu)點(diǎn)，能有效提高軟土地基的穩(wěn)定性，減少和控制沉降量，使得其常作為軟土地基加固處理的方案之一[1]。然而，由于受機(jī)械設(shè)備、施工工藝以及施工人員素質(zhì)等諸多因素的影響，預(yù)應(yīng)力管樁施工完成后的承載力并不穩(wěn)定。目前，我國(guó)相關(guān)地基處理規(guī)范中對(duì)預(yù)應(yīng)力管樁施工質(zhì)量的評(píng)價(jià)一般采用靜載試驗(yàn)，由于靜載試驗(yàn)耗時(shí)較長(zhǎng)，在大規(guī)模施工條件下，檢測(cè)工作量極其繁重，且耗費(fèi)大量人力物力。再加傳統(tǒng)預(yù)應(yīng)力管樁施工過(guò)程質(zhì)量管理，主要為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理使用水準(zhǔn)儀進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)10次錘擊數(shù)沉降小于20 mm時(shí)，即認(rèn)為樁端已進(jìn)入持力層。預(yù)應(yīng)力管樁地基處理方法為地下隱蔽工程，施工完成后處于路基之下，因此施工過(guò)程的智能監(jiān)控及成樁檢測(cè)尤為重要?，F(xiàn)有的預(yù)應(yīng)力管樁地基處理施工過(guò)程監(jiān)控手段較少，主要依靠監(jiān)理旁站監(jiān)督及成樁檢測(cè)來(lái)控制各類(lèi)成樁質(zhì)量，存在效率較低，人為因素影響較大的問(wèn)題，無(wú)法全面、真實(shí)地反映特殊路基處理的整體質(zhì)量狀況。業(yè)內(nèi)普遍將預(yù)應(yīng)力管樁地基處理稱(chēng)為“良心工程”，實(shí)際施工完成的根數(shù)、樁長(zhǎng)、沉降量等關(guān)鍵指標(biāo)無(wú)法保障，可以說(shuō)預(yù)應(yīng)力管樁地基處理的質(zhì)量完全掌控在工程隊(duì)手中。因此，如何實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力管樁地基處理施工過(guò)程的智能化監(jiān)測(cè)，是保證施工質(zhì)量的重要技術(shù)手段，也成為亟須解決的問(wèn)題。

3 預(yù)應(yīng)力管樁智能監(jiān)控系統(tǒng)的原理

預(yù)應(yīng)力管樁智能監(jiān)控系統(tǒng)是運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)深度記錄儀可以實(shí)時(shí)記錄施工過(guò)程中每次錘擊時(shí)樁身下沉深度，可精確到1 mm，同時(shí)將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至智能手機(jī)、PC端等設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工過(guò)程的遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)、多終端監(jiān)控。

3.1 監(jiān)控信息全面性

現(xiàn)階段行業(yè)內(nèi)對(duì)預(yù)應(yīng)力管樁施工過(guò)程監(jiān)控主要采用監(jiān)理旁站監(jiān)督，而預(yù)應(yīng)力管樁作為一種端承樁，其承載力大小與樁端土層軟硬直接相關(guān)。實(shí)際施工中，當(dāng)10次錘擊數(shù)沉降小于20 mm時(shí)，即認(rèn)為樁端已進(jìn)入持力層，施工過(guò)程中由監(jiān)理使用水準(zhǔn)儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)，施工完成后通過(guò)單樁靜載試驗(yàn)檢測(cè)地基承載力[2]。

如果預(yù)應(yīng)力管樁沒(méi)有深入到堅(jiān)硬持力層，后期填筑的路基必然會(huì)產(chǎn)生沉降。因此，設(shè)計(jì)對(duì)于預(yù)應(yīng)力管樁法施工的關(guān)鍵指標(biāo)為“最后貫入度10擊不宜小于2 cm”。在預(yù)應(yīng)力管樁施工過(guò)程中需要重點(diǎn)監(jiān)測(cè)落錘次數(shù)、每一擊的沉降量等參數(shù)。因此，預(yù)應(yīng)力管樁在施工過(guò)程中需要監(jiān)控的指標(biāo)（采用的傳感器）為：錘擊數(shù)（光電傳感器）、沉降量（激光位移傳感器）。深度傳感器是利用緊貼在預(yù)應(yīng)力管樁上的滾輪記錄每次錘擊時(shí)樁身的下沉深度，如圖1所示；施工記錄儀用于分析處理傳感器的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，當(dāng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求時(shí)提示現(xiàn)場(chǎng)人員預(yù)應(yīng)力管樁已到達(dá)持力層，如圖2所示；數(shù)據(jù)傳輸儀主要是將采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至項(xiàng)目管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，如圖3所示。

圖1 深度傳感器

圖2 施工記錄儀

圖3 數(shù)據(jù)傳輸儀

預(yù)應(yīng)力管樁智能監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)記錄施工過(guò)程中每次錘擊時(shí)樁身下沉深度，當(dāng)10次錘擊數(shù)沉降小于20 mm時(shí)，施工過(guò)程記錄儀便會(huì)提示到達(dá)持力層[3]。安裝預(yù)應(yīng)力管樁施工過(guò)程檢測(cè)儀，可以對(duì)施工過(guò)程中的錘擊數(shù)、樁長(zhǎng)、貫入度等參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，重點(diǎn)監(jiān)控最后10次錘擊數(shù)的總沉降量，確保其樁端進(jìn)入持力層。并同步上傳數(shù)據(jù)至項(xiàng)目信息化綜合管理平臺(tái)，便于實(shí)現(xiàn)全程施工過(guò)程質(zhì)量的有效監(jiān)控。將具體的施工過(guò)程參數(shù)實(shí)時(shí)地錄入到智能監(jiān)控平臺(tái)中，提供數(shù)據(jù)的錄入、存儲(chǔ)、維護(hù)、檢索等功能，使項(xiàng)目參建各方能方便、及時(shí)、準(zhǔn)確地從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得所需的工程信息[4]。

3.2 監(jiān)控信息時(shí)效性

預(yù)應(yīng)力管樁智能監(jiān)控系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將安裝在施工機(jī)械上的監(jiān)測(cè)單元采集的數(shù)據(jù)，處理轉(zhuǎn)化為可視化信息上傳至終端，施工管理人員可實(shí)時(shí)了解施工過(guò)程中預(yù)應(yīng)力管樁的施工質(zhì)量情況，如果出現(xiàn)預(yù)警值，可以迅速采取相關(guān)措施，保證預(yù)應(yīng)力管樁施工質(zhì)量。同時(shí)，預(yù)應(yīng)力管樁智能監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)電信基站實(shí)時(shí)上傳至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)器內(nèi)，建設(shè)單位、監(jiān)理單位、施工單位及檢測(cè)單位管理人員通過(guò)安裝在智能手機(jī)、PC設(shè)備上的App獲得數(shù)據(jù)，隨時(shí)隨地查看現(xiàn)場(chǎng)預(yù)應(yīng)力管樁的施工數(shù)據(jù)，對(duì)預(yù)應(yīng)力管樁施工質(zhì)量可以做出有效分析判斷，極大地提高了預(yù)應(yīng)力管樁現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量管控的時(shí)效性，如圖4所示。

圖4 信號(hào)傳輸示意圖

4 預(yù)應(yīng)力管樁施工質(zhì)量智能監(jiān)控效果評(píng)價(jià)

安臨一級(jí)公路項(xiàng)目全線(xiàn)預(yù)應(yīng)力管樁共計(jì)約1 760根，所有預(yù)應(yīng)力管樁均安裝了預(yù)應(yīng)力管樁施工智能監(jiān)控設(shè)備，目前均已施工完成，在整個(gè)施工過(guò)程中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均正常，均無(wú)觸發(fā)預(yù)警值。為了驗(yàn)證預(yù)應(yīng)力管樁智能監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性，安臨一級(jí)公路項(xiàng)目隨機(jī)選取了編號(hào)為313#、547#、633#、728#預(yù)應(yīng)力管樁進(jìn)行單樁承載力試驗(yàn)，對(duì)4組靜載試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行匯總整理，試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果對(duì)應(yīng)的Q-S曲線(xiàn)如圖5—圖8所示。依據(jù)規(guī)范《公路軟土地基路堤設(shè)計(jì)與施工技術(shù)細(xì)則》《黃土地區(qū)公路路基設(shè)計(jì)與施工技術(shù)規(guī)范》及設(shè)計(jì)文件，檢測(cè)結(jié)果均滿(mǎn)足要求，智能監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)可以作為預(yù)應(yīng)力管樁現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程監(jiān)控的主要手段[5]。

圖5 313#單樁承載力Q-S曲線(xiàn)

圖6 547#單樁承載力Q-S曲線(xiàn)

圖7 633#單樁承載力Q-S曲線(xiàn)

圖8 728#單樁承載力Q-S曲線(xiàn)

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)安臨一級(jí)公路預(yù)應(yīng)力管樁質(zhì)量過(guò)程管控安裝智能監(jiān)控設(shè)備，得出以下結(jié)論：

（1）經(jīng)與第三方檢測(cè)單位檢測(cè)結(jié)果對(duì)比，預(yù)應(yīng)力管樁施工監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)準(zhǔn)確、真實(shí)，可以作為預(yù)應(yīng)力管樁施工管控的重要技術(shù)手段；

（2）通過(guò)對(duì)已安裝監(jiān)控設(shè)備的成樁質(zhì)量檢測(cè)，成樁的完整性、承載力等重要指標(biāo)明顯提高，由此可見(jiàn)，本系統(tǒng)的使用，對(duì)有效控制預(yù)應(yīng)力管樁施工質(zhì)量有著明顯效果；

（3）預(yù)應(yīng)力管樁路基施工智能系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳，實(shí)現(xiàn)了對(duì)預(yù)應(yīng)力管樁路基施工遠(yuǎn)程監(jiān)控，對(duì)施工過(guò)程中偷工減料等行為進(jìn)行了有效遏制，為項(xiàng)目預(yù)應(yīng)力管樁路基處理施工質(zhì)量控制奠定了良好的基礎(chǔ)。