智能監(jiān)控系統(tǒng)在水泥土攪拌樁施工中的應用

李興華，趙立波

（中交路橋華東工程有限公司，上海201210）

1 引言

蘇錫常南部高速主體工程位于常州、無錫范圍，屬太湖湖蕩平原工程地質(zhì)區(qū)。沿線分布的主要特殊性巖土有填土、軟弱土及膨脹土。其中，軟弱土的土層埋深基本在0.30～16.1m，平均層厚15.76m。根據(jù)軟弱土的層底埋深、軟土土質(zhì)、含水量等情況，軟弱土路基段采用水泥攪拌樁加固的復合地基處理方案。水泥土攪拌樁設計長度為12～15m，樁徑0.5m，設計水泥摻量為55kg/m，采用兩攪一噴施工工藝。

2 智能監(jiān)控系統(tǒng)簡介

水泥土攪拌樁智能監(jiān)控系統(tǒng)是運用物聯(lián)網(wǎng)技術，通過施工設備上安裝的流量計、陀螺儀、壓力計等多種感應器件對施工過程數(shù)據(jù)進行實時采集，實時數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)絡基站上傳至網(wǎng)絡服務器后傳送至智能手機、PC 端等終端設備上，實現(xiàn)對施工過程的遠程、實時、多終端監(jiān)控。水泥土攪拌樁施工智能監(jiān)控系統(tǒng)由制漿監(jiān)控系統(tǒng)、打樁監(jiān)測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)實時存儲、分析系統(tǒng)組成，對制漿、供漿、下鉆、提鉆等施工環(huán)節(jié)均可進行實時的施工數(shù)據(jù)采集。如圖1 所示。

圖1 智能監(jiān)控系統(tǒng)原理圖

3 智能監(jiān)控系統(tǒng)與傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的對比

3.1 監(jiān)控信息全面性

水泥土攪拌樁施工主要施工工序有漿液拌和、噴漿下鉆、攪拌提升。在地質(zhì)勘查資料覆蓋范圍有限的情況下，很難全面、準確地判斷出施工區(qū)域內(nèi)地質(zhì)的變化情況。當?shù)刭|(zhì)條件的發(fā)生變化時，如果不能及時對下鉆速度、噴漿量等施工工藝參數(shù)進行調(diào)整，則成樁質(zhì)量難以得到保證。

現(xiàn)階段行業(yè)內(nèi)對水泥土攪拌樁施工過程監(jiān)控主要采用水泥噴漿記錄儀和測量控制技術。水泥噴漿記錄儀采用微機電腦技術，集數(shù)碼顯示和打印功能于一體，對打樁的開始時間、結(jié)束時間、噴漿量分布狀況、總漿量進行記錄，過程中通過數(shù)碼顯示屏顯示噴漿量和總漿量。對成樁質(zhì)量影響較大漿液密度、噴漿壓力、下鉆和提升速度、樁體垂直度等關鍵指標無法進行監(jiān)控。

水泥土攪拌樁智能監(jiān)控系統(tǒng)通過對制漿系統(tǒng)、打樁系統(tǒng)的整合，采用更先進、更豐富的傳感模塊實現(xiàn)對前端數(shù)據(jù)的全方位采集。采集的數(shù)據(jù)涵蓋鉆樁深度、內(nèi)鉆桿電流、外鉆桿電流、前后傾角、左右傾角、水泥漿密度、泥漿流速、噴漿狀態(tài)或壓力、鉆桿狀態(tài)，采集數(shù)據(jù)較傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)更全面、豐富，對施工過程的指導性更強。如圖2 所示。

圖2 智能制漿和智能打樁現(xiàn)場系統(tǒng)界面圖

智能監(jiān)控系統(tǒng)和傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控指標對比表1。

表1 智能監(jiān)控系統(tǒng)和傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)控指標對比表

3.2 監(jiān)控信息時效性

水泥土攪拌樁智能監(jiān)控系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術將安裝在水泥漿拌和站和打樁機上的監(jiān)控、監(jiān)測單元與安裝在施工設備上的可視化數(shù)據(jù)處理終端進行連接，施工人員可實時了解施工過程中的工藝參數(shù)的變化情況，以最快的速度采取相關措施進行調(diào)整，保證施工質(zhì)量，避免施工資源浪費。同時，監(jiān)測數(shù)據(jù)通過電信基站實時上傳至數(shù)據(jù)存儲服務器內(nèi)，業(yè)主單位、監(jiān)理單位、施工單位人員通過安裝在智能手機、PC 設備上的客戶端獲得數(shù)據(jù)，不受地域限制，隨時隨地查看現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)，對現(xiàn)場施工情況做出有效分析判斷，實現(xiàn)了遠程多人實時在線監(jiān)測，極大地提高了工作效率。如圖3 所示。

圖3 實時監(jiān)控系統(tǒng)界面圖

3.3 監(jiān)控成本經(jīng)濟性

為確保水泥攪拌樁質(zhì)量能有效控制，我國部分省份相應出臺了水泥攪拌樁的施工質(zhì)量管理指導意見，要求在施工過程中由現(xiàn)場技術人員、現(xiàn)場監(jiān)理工程師進行全程旁站，現(xiàn)場監(jiān)理工程師按至少每3 臺機3 人的標準進行配置，極大地增加了水泥攪拌樁的造價成本。

通過水泥攪拌樁智能監(jiān)控系統(tǒng)的運用，僅需在施工現(xiàn)場設置監(jiān)控中心，使分散的管理集成化，做到1 人即可管理多臺施工機械，減輕在人力資源上的過多投入。監(jiān)控系統(tǒng)一次性投入后，循環(huán)重復利用，后期維護成本較低，經(jīng)濟效益明顯。本項目水泥攪拌樁質(zhì)量控制費較傳統(tǒng)方式節(jié)省約0.27 元/m。

4 傳統(tǒng)施工設備智能化改造

在水泥攪拌樁智能監(jiān)控系統(tǒng)應用的初級階段，使用的水泥攪拌樁機多為傳統(tǒng)設備，短時間內(nèi)還不具備完全淘汰傳統(tǒng)設備的條件。為此，在現(xiàn)階段可通過在傳統(tǒng)設備上加裝電磁流量監(jiān)測模塊、深度傳感模塊、傾角傳感模塊、電流互感模塊、擴大頭接觸器以及密度傳感模塊等傳感器即可實現(xiàn)對樁長、總漿量、段漿量、瞬時流量、鉆桿下鉆和提升速度、內(nèi)外鉆桿電流、泥漿密度、鉆桿前后和左右傾角等參數(shù)的收集。

5 結(jié)語

在水泥土攪拌樁施工過程中，通過智能監(jiān)控系統(tǒng)的應用，使整個施工過程更加透明，將隱蔽于地下的攪拌過程通過圖表形式更直觀地呈現(xiàn)；可對施工過程中的突發(fā)問題和潛在質(zhì)量隱患采取更及時、更有針對性的處理措施，使水泥攪拌樁施工質(zhì)量大幅提升。通過智能監(jiān)控系統(tǒng)的運用，大幅度降低了人員投入，充分踐行了品質(zhì)工程中“自動化減人”的理念。