淺談智能監控系統在預應力管樁施工質量管控中的應用

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

安臨一級公路項目區內溝壑縱橫，地形地貌復雜，沿線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段路線跨越堰塞湖形成的軟基，經調查主要為巨型山體滑坡堆積體堵塞原始溝道形成，成分主要為全新統沖湖洪積淤泥質土，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量沉降、高填路堤穩定性、不均勻沉降問題。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泥巖，為隔水層。此外，根據設計文件可知，K9+327-K9+382段厚層濕軟黃土地基采用預應力混凝土管樁處理，外徑為40 cm，內徑21 cm，樁間距2 m，呈等邊三角形布置，設計平均處理深度達24 m，（實際施工中以到達持力層為準），樁身強度為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量，從工程技術可行性及經濟性方面考慮，采用預應力管樁施工智能監控系統對施工過程中的錘擊數、樁長、貫入度等參數進行實時監控，重點監控最后10次錘擊數的總沉降量，確保其樁端進入持力層。

2 研究意義

預應力管樁作為一種較為成熟的地基處理方法，具有施工簡單、快速等優點，能有效提高軟土地基的穩定性，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，由于受機械設備、施工工藝以及施工人員素質等諸多因素的影響，預應力管樁施工完成后的承載力并不穩定。目前，我國相關地基處理規范中對預應力管樁施工質量的評價一般采用靜載試驗，由于靜載試驗耗時較長，在大規模施工條件下，檢測工作量極其繁重，且耗費大量人力物力。再加傳統預應力管樁施工過程質量管理，主要為現場監理使用水準儀進行檢測，當10次錘擊數沉降小于20 mm時，即認為樁端已進入持力層。預應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，因此施工過程的智能監控及成樁檢測尤為重要。現有的預應力管樁地基處理施工過程監控手段較少，主要依靠監理旁站監督及成樁檢測來控制各類成樁質量，存在效率較低，人為因素影響較大的問題，無法全面、真實地反映特殊路基處理的整體質量狀況。業內普遍將預應力管樁地基處理稱為“良心工程”，實際施工完成的根數、樁長、沉降量等關鍵指標無法保障，可以說預應力管樁地基處理的質量完全掌控在工程隊手中。因此，如何實現預應力管樁地基處理施工過程的智能化監測，是保證施工質量的重要技術手段，也成為亟須解決的問題。

3 預應力管樁智能監控系統的原理

預應力管樁智能監控系統是運用物聯網技術，通過深度記錄儀可以實時記錄施工過程中每次錘擊時樁身下沉深度，可精確到1 mm，同時將數據實時上傳至智能手機、PC端等設備上，實現對施工過程的遠程、實時、多終端監控。

3.1 監控信息全面性

現階段行業內對預應力管樁施工過程監控主要采用監理旁站監督，而預應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。實際施工中，當10次錘擊數沉降小于20 mm時，即認為樁端已進入持力層，施工過程中由監理使用水準儀進行監測，施工完成后通過單樁靜載試驗檢測地基承載力[2]。

如果預應力管樁沒有深入到堅硬持力層，后期填筑的路基必然會產生沉降。因此，設計對于預應力管樁法施工的關鍵指標為“最后貫入度10擊不宜小于2 cm”。在預應力管樁施工過程中需要重點監測落錘次數、每一擊的沉降量等參數。因此，預應力管樁在施工過程中需要監控的指標（采用的傳感器）為：錘擊數（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應力管樁上的滾輪記錄每次錘擊時樁身的下沉深度，如圖1所示；施工記錄儀用于分析處理傳感器的監控數據，當滿足設計要求時提示現場人員預應力管樁已到達持力層，如圖2所示；數據傳輸儀主要是將采集到的數據實時發送至項目管理平臺，實現遠程監控，如圖3所示。

圖1 深度傳感器

圖2 施工記錄儀

圖3 數據傳輸儀

預應力管樁智能監控系統可以實時記錄施工過程中每次錘擊時樁身下沉深度，當10次錘擊數沉降小于20 mm時，施工過程記錄儀便會提示到達持力層[3]。安裝預應力管樁施工過程檢測儀，可以對施工過程中的錘擊數、樁長、貫入度等參數進行實時監控，重點監控最后10次錘擊數的總沉降量，確保其樁端進入持力層。并同步上傳數據至項目信息化綜合管理平臺，便于實現全程施工過程質量的有效監控。將具體的施工過程參數實時地錄入到智能監控平臺中，提供數據的錄入、存儲、維護、檢索等功能，使項目參建各方能方便、及時、準確地從數據庫中獲得所需的工程信息[4]。

3.2 監控信息時效性

預應力管樁智能監控系統利用物聯網技術將安裝在施工機械上的監測單元采集的數據，處理轉化為可視化信息上傳至終端，施工管理人員可實時了解施工過程中預應力管樁的施工質量情況，如果出現預警值，可以迅速采取相關措施，保證預應力管樁施工質量。同時，預應力管樁智能監控系統的監測數據通過電信基站實時上傳至數據存儲服務器內，建設單位、監理單位、施工單位及檢測單位管理人員通過安裝在智能手機、PC設備上的App獲得數據，隨時隨地查看現場預應力管樁的施工數據，對預應力管樁施工質量可以做出有效分析判斷，極大地提高了預應力管樁現場施工質量管控的時效性，如圖4所示。

圖4 信號傳輸示意圖

4 預應力管樁施工質量智能監控效果評價

安臨一級公路項目全線預應力管樁共計約1 760根，所有預應力管樁均安裝了預應力管樁施工智能監控設備，目前均已施工完成，在整個施工過程中監測數據均正常，均無觸發預警值。為了驗證預應力管樁智能監控系統的可靠性，安臨一級公路項目隨機選取了編號為313#、547#、633#、728#預應力管樁進行單樁承載力試驗，對4組靜載試驗現場監測數據結果進行匯總整理，試驗檢測結果對應的Q-S曲線如圖5—圖8所示。依據規范《公路軟土地基路堤設計與施工技術細則》《黃土地區公路路基設計與施工技術規范》及設計文件，檢測結果均滿足要求，智能監控系統數據可以作為預應力管樁現場施工過程監控的主要手段[5]。

圖5 313#單樁承載力Q-S曲線

圖6 547#單樁承載力Q-S曲線

圖7 633#單樁承載力Q-S曲線

圖8 728#單樁承載力Q-S曲線

5 結語

通過安臨一級公路預應力管樁質量過程管控安裝智能監控設備，得出以下結論：

（1）經與第三方檢測單位檢測結果對比，預應力管樁施工監控系統的監控數據準確、真實，可以作為預應力管樁施工管控的重要技術手段；

（2）通過對已安裝監控設備的成樁質量檢測，成樁的完整性、承載力等重要指標明顯提高，由此可見，本系統的使用，對有效控制預應力管樁施工質量有著明顯效果；

（3）預應力管樁路基施工智能系統監控數據的實時上傳，實現了對預應力管樁路基施工遠程監控，對施工過程中偷工減料等行為進行了有效遏制，為項目預應力管樁路基處理施工質量控制奠定了良好的基礎。