混凝土數(shù)字信息化振搗施工技術(shù)研討

尤義光

（北京首鋼建設(shè)集團有限公司）

1 引言

在實際建設(shè)過程中，混凝土病害比較常見，嚴(yán)重影響了建筑安全和使用壽命，有些是由于后期維護不當(dāng)導(dǎo)致的，但更多的是因施工處理措施不到位引起的，因此，必須從源頭抓起，保證混凝土澆筑質(zhì)量，降低人為因素產(chǎn)生的干擾。在施工時，振搗是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，根據(jù)傳統(tǒng)施工經(jīng)驗，已經(jīng)形成了一系列規(guī)范要求和判斷標(biāo)準(zhǔn)，通過信息化技術(shù)的運用，可以實現(xiàn)關(guān)鍵質(zhì)量參數(shù)的實時自動監(jiān)控，這樣就可以實現(xiàn)更為精準(zhǔn)的質(zhì)量把控。

2 混凝土振搗關(guān)鍵施工技術(shù)分析

2.1 施工原理

混凝土施工根據(jù)材料種類、施工工藝等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可以分為許多類型，但是，無論哪一種類型，混凝土施工振搗都是其中不可或缺的組成工序，直接影響著混凝土澆筑質(zhì)量。在混凝土的攪拌、運輸、澆筑過程中，會夾雜著空氣，形成許多氣泡，這些氣泡直接影響混凝土的密實度，對強度產(chǎn)生較大影響。根據(jù)有關(guān)研究表明，孔隙率每增加1%，混凝土強度就會降低5%。同時，較多的孔隙會形成滲水通道，大大削弱混凝土的防水功能，隨著時間的推移，鋼筋在水和空氣的作用下會發(fā)生銹蝕，從而降低鋼筋與混凝土的握裹力，進(jìn)一步降低混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力。除此之外，過多的孔隙還會導(dǎo)致混凝土表面出現(xiàn)麻面、蜂窩的問題，形成外觀上的缺陷，難以滿足外觀施工要求。因此，必須將氣泡及時排出，保證混凝土內(nèi)外的密實度能夠符合要求，而振搗施工是在振搗棒的振動作用下將混凝土內(nèi)部的氣泡擠出，從而實現(xiàn)排除氣泡的目的。根據(jù)傳遞振動的方法，混凝土振搗器可以分為內(nèi)部振搗器、外部振搗器、表面振搗器三種，在實際操作過程中，通過配合使用，能夠達(dá)到更好的振搗效果，保證不同部位混凝土的密實度[1]。

2.2 施工工藝

在混凝土澆筑后、正式振搗前，平倉也是重要的工作內(nèi)容，需要按照規(guī)定厚度要求將成堆的混凝土均勻鋪平，平倉過程可以采用人工和機器兩種方式。人工平倉主要適用于部分邊角及某些關(guān)鍵部位，一般平倉距離不超過3m。而機械平倉適合大面積作業(yè)，但是具有較高的技術(shù)要求，如果料鏟的上抬幅度過大，那么可能會導(dǎo)致鋪料過厚，如果上臺幅度過小，那么就會導(dǎo)致料層太薄。機械平倉雖然工作效率要高很多，但是容易影響混凝土均質(zhì)性，所以，人機配合作業(yè)至關(guān)重要。在混凝土振搗前，必須嚴(yán)格按要求先平倉，不能以振搗代替平倉，這樣會影響混凝土施工質(zhì)量。振搗的目的是盡可能減少混凝土孔隙，使混凝土與模板、預(yù)埋件、鋼筋能夠緊密結(jié)合，振搗也分為人工振搗和機械振搗，人工振搗比較適用于結(jié)構(gòu)鋼筋較密或者振搗力不宜過大等情況，工作效率比較低，勞動強度較大，不適用于大面積作業(yè)，現(xiàn)階段，已經(jīng)很少有人工振搗作業(yè)。在機械振搗中，插入式振搗棒的使用較為廣泛，在高頻率、低振幅的振動作用下，混凝土的粘結(jié)力和內(nèi)摩擦力大大降低，骨料排列緊密，孔隙逐漸減少，促使干稠的混凝土可以像液體一樣流動。在機械振搗作業(yè)時，如果作業(yè)面較小或者預(yù)埋件和鋼筋布置較多，那么可以采用手持式震動棒進(jìn)行振搗，能夠靈活操作，減少不必要的干擾和損壞，對于作業(yè)區(qū)域較大且預(yù)埋件、鋼筋分布較少的情況，可以采用振搗臺車進(jìn)行振搗作業(yè)，這樣可以極大的減少人力資源消耗，提高振搗質(zhì)量和效率[2]。

2.3 技術(shù)要點

混凝土振搗施工需要嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行，在實際作業(yè)過程中，通常要遵循垂直插入、快插慢拔、三不靠等技術(shù)原則。其中，快插慢拔中的快插能夠防止表面混凝土先被振實，從而使上層與下層混凝土產(chǎn)生離析、分層問題，慢拔則是為了在振搗棒抽出時能夠及時填充洞口?；炷练謱訚仓r，應(yīng)該嚴(yán)格控制每層厚度，振搗上一層混凝土，需要將振搗棒插入下一層混凝土適當(dāng)深度，保證兩層能夠緊密結(jié)合。同時，要注意控制振搗時機，如果振搗時間過長，可能會引起離析現(xiàn)象，如果振搗時間過短，則不容易振實，通?？刂圃?0s到30s左右，并以混凝土表面不再出現(xiàn)氣泡、不再顯著下沉、開始泛出灰漿作為主要判斷標(biāo)準(zhǔn)。振搗棒插入孔應(yīng)該均勻排列，可以采用交錯式或者行列式的次序移動，確保每次移動距離不能超過作用半徑的1.5倍，以防止出現(xiàn)漏振的問題。三不靠主要指的是不靠模板、不靠預(yù)埋件、不靠鋼筋，因為在高頻震動作用下，震動棒產(chǎn)生的沖擊力會對建筑構(gòu)件產(chǎn)生不同程度的破壞，所以，要嚴(yán)格控制構(gòu)件與振動棒之間的距離，減少近距離沖擊。

3 混凝土數(shù)字信息化振搗施工技術(shù)研究

通常情況下，混凝土現(xiàn)場施工的工作量比較大，工序比較繁瑣，存在許多影響因素，容易對質(zhì)量、工期、安全、成本等管理目標(biāo)產(chǎn)生不利影響，而且面對相對復(fù)雜的工程項目，很難保證最終的施工效果，影響結(jié)構(gòu)承載力。數(shù)字信息化混凝土振搗施工技術(shù)，主要利用了現(xiàn)代信息化、數(shù)字化技術(shù)手段，在總結(jié)傳統(tǒng)施工經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，把握質(zhì)量控制點，從事后質(zhì)量評估轉(zhuǎn)化為事中實時監(jiān)控，如果出現(xiàn)質(zhì)量隱患，可以及時采取補救措施。數(shù)字信息化振搗施工的應(yīng)用需要根據(jù)現(xiàn)場情況和項目特點進(jìn)行合理設(shè)計，確定可量化的振搗工藝參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，這改變了傳統(tǒng)依靠經(jīng)驗進(jìn)行的定性判斷，通過信息采集、傳輸、分析比較，能夠準(zhǔn)確判斷振搗效果，并將評價結(jié)果可視化展示給現(xiàn)場工作人員，為現(xiàn)場施工管理提供科學(xué)指導(dǎo)[3]。

3.1 施工參數(shù)

控制振動棒拔插速度、插入位置、插入深度、插入時間等關(guān)鍵指標(biāo)會影響混凝土振搗質(zhì)量，因此，在研究數(shù)字信息化振搗施工技術(shù)時，需要著重對這幾個關(guān)鍵施工參數(shù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集分析，通過與相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的比對，能夠有效評估混凝土振搗效果，方便采取針對性措施，實現(xiàn)事中干預(yù)的效果。

3.2 施工流程

數(shù)字信息化混凝土振搗施工主要包括以下幾個流程：①施工準(zhǔn)備，工作包括安裝GPS基站、振搗穿戴設(shè)備調(diào)試、建立振搗質(zhì)量評價模型、遠(yuǎn)程可視化動態(tài)建模、通信設(shè)備調(diào)試；②混凝土攪拌、運輸、入倉；③放料，平倉；④分組振搗；⑤采集振搗參數(shù)，主要包括振搗位置、振搗深度、振搗狀態(tài)、振搗時長；⑥無線自動上傳數(shù)據(jù)信息，通過振搗質(zhì)量評價系統(tǒng)和遠(yuǎn)程三維可視化系統(tǒng)，出具質(zhì)量云圖、質(zhì)量統(tǒng)計報告、質(zhì)量缺陷預(yù)警，手機Wep在線實時饋控，如果存在不合格問題，精確指示缺陷所在；⑦缺陷處理；⑧重復(fù)評價[4]。

3.3 數(shù)據(jù)采集

為了解決傳統(tǒng)振搗施工中的隨意性問題，需要精確捕捉振搗棒作業(yè)位置、作業(yè)軌跡、振搗時長等相關(guān)數(shù)據(jù)信息。通過GPS定位設(shè)備，可以采集工作人員的雙肩位置，結(jié)合人體工學(xué)和內(nèi)嵌于振搗棒內(nèi)的傳感器，采用智能融合算法，可以推算出振搗棒的握點位置以及棒頭位置。對于振搗狀態(tài)、振搗有效時長的數(shù)據(jù)采集，可以通過電流互感器和拾噪器進(jìn)行獲取，主要利用不同工作狀態(tài)振搗棒的噪聲特征不同，而且振搗設(shè)備的電流荷載也不同，通過這兩個物理量，可以更準(zhǔn)確地判斷振搗棒的工作狀態(tài)，并計算出有效振搗時長。關(guān)于插入傾角和插入深度兩個參數(shù)數(shù)據(jù)采集，可以結(jié)合動態(tài)軌跡數(shù)據(jù)、振搗狀態(tài)、有效振搗時長進(jìn)行綜合分析，然后計算出作業(yè)時間的拔插深度和拔插傾角。

3.4 數(shù)據(jù)智能通信

施工現(xiàn)場振搗工作會產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)采集后需要進(jìn)行傳輸，為了保證數(shù)據(jù)能夠完整及時的傳輸?shù)皆贫藬?shù)據(jù)庫平臺，保證有效映射到施工實體模型中，方便實現(xiàn)智能化判斷分析，因此，數(shù)據(jù)的傳輸穩(wěn)定、及時處理、優(yōu)化計算成為智能通信的關(guān)鍵所在。利用無線通信技術(shù)，通過現(xiàn)場智能采集設(shè)備，自動將振搗位置、振搗時長、振搗深度等相關(guān)信息進(jìn)行整合，在無線發(fā)射臺和無線網(wǎng)絡(luò)的支持下，將數(shù)據(jù)上傳到云端數(shù)據(jù)庫平臺，然后經(jīng)過數(shù)據(jù)調(diào)用和處理，把有效工藝信息數(shù)據(jù)，導(dǎo)入到專門的評價模型庫中，以供參數(shù)信息調(diào)用以及仿真計算分析[5]。

3.5 振搗信息分析

振搗信息分析主要是通過澆筑結(jié)構(gòu)模型完成的，所以，在混凝土澆筑前，應(yīng)該提前做好澆筑結(jié)構(gòu)三維建模工作。利用原有CAD二維施工放樣圖形數(shù)據(jù)，自動匹配進(jìn)行三維建模，可提前將CAD平面圖轉(zhuǎn)化成公開的二維圖形交換格式，這樣能夠促進(jìn)建模過程的自動化。一般情況下，混凝土結(jié)構(gòu)三維模型的建立可以通過二維圖形拉伸完成，而在OpenGL技術(shù)的支持下，通過底層開發(fā)，可以實現(xiàn)三維建模的自動化。

3.6 坐標(biāo)定位與標(biāo)配

通過施工現(xiàn)場某個已知大地測量坐標(biāo)測點，并實際測得該點的實時GPS導(dǎo)航定位坐標(biāo)，然后輸入到坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，就可以獲得現(xiàn)場三維實時實體建模坐標(biāo)，同樣，振搗軌跡坐標(biāo)也可以進(jìn)行相應(yīng)轉(zhuǎn)換。

3.7 建立振搗評價模型

振搗評價模型應(yīng)該涵蓋流態(tài)混凝土性能參數(shù)設(shè)定、振搗密實性標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定、單元密封閾值、振搗區(qū)域有限微單元設(shè)置等相關(guān)內(nèi)容。流態(tài)混凝土性能參數(shù)應(yīng)該包括初始屈服應(yīng)力、塑性、黏度、坍落度等相關(guān)指標(biāo)。振搗密實性標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定通常采用漸變分檔設(shè)置，包括過振、稍過、正常、欠振、缺失5個等級單元。密實閾值通常以振搗棒影響范圍所涉及的每個微單元累計振搗時長為單位，一般從3s～25s的范圍進(jìn)行分檔設(shè)置。振搗區(qū)域有限微單元設(shè)置的最小實體單元可以達(dá)到5cm×5cm×5cm。這些指標(biāo)都是影響評價模型有效性的重要因素，需要根據(jù)實際情況科學(xué)設(shè)定。

3.8 三維可視化的振搗質(zhì)量顯示和評價

通過系統(tǒng)與云端數(shù)據(jù)庫的交互，振搗評價模型能夠讀取到實時動態(tài)的振搗工藝參數(shù)，經(jīng)過一系列分析計算，可以獲得單元精度集成化的拓?fù)鋱D形，數(shù)字化顯示振搗密實性效果程度，采用彩色云圖顯示量值分區(qū)，最終給出質(zhì)量云圖，用以顯示和量化統(tǒng)計信息。通過手機現(xiàn)場工作人員可以實時同步查看振搗狀態(tài)，及時進(jìn)行有效控制，準(zhǔn)確處理質(zhì)量缺陷，然后再次重復(fù)評價過程，直到混凝土振搗質(zhì)量符合合格性評價標(biāo)準(zhǔn)為止[6]。

4 結(jié)語

綜上所述，本文首先闡述了混凝土振搗工作的施工原理、施工工序、技術(shù)要點，然后從混凝土數(shù)字信息化振搗施工全過程出發(fā)，研究了先進(jìn)振搗技術(shù)的有效應(yīng)用。希望能夠起到積極的現(xiàn)實意義，充分認(rèn)識混凝土振搗工作的重要性，發(fā)揮現(xiàn)代信息技術(shù)的優(yōu)越性，提高混凝土振搗技術(shù)水平，保證混凝土施工質(zhì)量和效率，實現(xiàn)更為全面、高效、精確的現(xiàn)場施工管理，維護建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性，保證各方利益的順利實現(xiàn)。