基于北斗定位的擠密樁質量管控信息化系統

何文瑞

（甘肅大禹節水集團水利水電工程有限責任公司 甘肅 酒泉 735000）

0 引言

濕陷性巖土在全球分布范圍很廣，許多建筑物在建設中都會遇到濕陷性巖土。在工程建設地基處理中，如果濕陷性不能有效消除，將嚴重影響建筑的安全性、可靠性。消除濕陷性、提高地基承載力常采用工程措施，而擠密樁措施能夠解決濕陷性巖土帶來的問題，所以擠密樁被廣泛采納。但如果擠密樁存在質量問題，將會影響建筑物的安全、穩定。本文以甘肅省引洮供水二期工程骨干工程及配套工程為例進行研究，其屬Ⅱ等工程，工程規模為大（2）型。主要建筑物級別為4級，次要建筑物級別均為5級。其中丁溝調蓄水池及水廠的管理樓、綜合加藥間、凈水車間、污泥處理間采用3:7灰土擠密樁進行地基處理，樁深6 m、7 m，樁徑400 mm，樁間距0.8 m；樁體壓實度0.97，樁間土壓實度0.93，復核地基承載力200 Kpa。完成灰土擠密樁施工約2.9萬根，19萬延米，這也反映出該工程的濕陷性巖土分布比較多，對建筑物的影響較大。因此，對擠密樁質量管控具有重要作用，必須要加強對擠密樁質量管控信息化的研究。本文從擠密樁質量管控相關內容和特點進行論述，著重研究和分析基于北斗定位的擠密樁質量管控信息化系統。

1 基于北斗定位的擠密樁概述

1.1 擠密樁概述

擠密樁是將帶有管塞或者錐頭的鋼管壓入地下的擠密土壤地基，讓土壤形成一定大小和深度的孔，之后向孔內放入灰土、砂石等填料，從而形成樁。擠密樁其實是一種橫向的擠密技術，讓土壤能夠達到預期的要求，提高土壤的密實度、承載力，降低土壤的可壓縮性、能夠保證土壤均勻分布[1]。這種方法和換填土、回填土方法相比，更能節約成本，降低施工的難度和復雜度，從而提高了施工的效率，保證了土壤的密實度；而且擠密樁不會受到開挖條件、場地的限制，擠密樁一般處理深度比較大，能夠達到5～15 m。擠密樁在成孔后，填入孔內的材料屬于素土，比其他處理濕陷性黃土的方法和人工填土的方法更能夠降低施工成本。高精度智能擠密樁定位系統以高精度技術為依托，為靜力壓、常規打樁、鉆孔定位作業等提供高精度定位支持。系統通過實時獲取高精度三維位置信息和方位角數據，在設備終端進行計算獲取準確的鉆孔實時位置信息，通過顯示終端對預設的鉆孔位置進行實時偏離指導，從而達到高效、準確的現場作業。

擠密樁在處理濕陷性黃土地基過程中，能夠有效地消除因濕陷性黃土地基帶來的濕陷性，保證建筑物的安全、穩定。擠密樁方法處理濕陷性黃土地基是利用填入的砂石、灰土等物質對土體進行側向擠密，使樁間土得到擠密，提高土體的密實度，從而保證土壤的承載力，并形成具有一定承載力的樁體，保證建筑物的穩定、安全，提高施工的質量。根據造孔、填孔是否產生側壓力、樁徑增大，擠密樁“擠密”的方式常見的有兩種：一種是先用掏孔機械先掏孔，再用夯填機具分層填孔。這種方式主要是通過夯填時擴大樁直徑（夯填后樁徑大于孔徑），擴大部分擠向周邊，將擠實相鄰樁孔之間的土層擠壓密實，但造孔過程中是將樁孔內原土挖出，不產生側壓力，所以造孔不影響樁間土層的密實程度。采用這種方式造孔典型代表設備是洛陽鏟、螺旋鉆機、回旋鉆機等。另一種方式是先利用沖擊式打樁機將沉管等沖擊沉入土層、拔出沉管成孔，再用夯填機具分層填孔。這種沉管造孔、夯填機具填孔的方式，造孔和填孔都會擠壓樁間土層，但主要是利用沉管把原樁孔中的土擠向周邊，將相鄰樁之間的土擠壓密實。這種方式造孔設備的典型代表是沖擊式打樁機[2]。這兩種方式中后者擠密效果好、效率高、施工成本低，目前多采用這種擠密方式。

擠密樁的工藝比較簡單，方法比較成熟，具有完善的擠密樁施工體系，設備簡單，而且處理深度深、面積大。但成本高，約占總造價的20～25%，個別高達30～35%；檢測項目多、效率低、檢測費用高。

1.2 基于北斗定位的擠密樁質量管控信息化系統

擠密樁技術在濕陷性黃土地基使用的很多，而且濕陷性黃土地基面積比較大，需要的擠密樁較多。因此，必須要對擠密樁進行質量管控，保證每一個擠密樁符合施工質量要求。近年來，我國在導航定位、互聯網、電子檢測、大數據分析、應用軟件開發利用、新材料研發等方面發展突飛猛進，為尋求擠密樁施工質量檢驗方法提供了有力基礎。計算機、網絡、大數據、軟件、定位導航、人工智能等電子科技、新材料開發日新月異，支撐的平臺日趨完善，技術支撐可行，而且近年，建設項目對工程運行管理智能化要求越來越高，鼓勵推廣工程的自動化、智能化。因此，基于北斗定位的擠密樁質量管控信息化系統開始使用在地基施工過程中?；诒倍范ㄎ坏臄D密樁質量管控信息化系統包括北斗定位系統、傳感器、分析系統和顯示設備等?；诒倍范ㄎ坏臄D密樁質量管控信息化系統的流程見圖1。通過北斗定位系統將擠密樁進行定位，北斗定位系統通過基礎的位置服務，將相應的數據進行采集和傳輸，從而得到擠密樁相應的數據，得到樁點分布圖，實現對擠密樁施工和回填土等地基施工的引導。傳感采集系統采用多種采集單元對擠密樁機械采集，之后將數據進行上傳，運用先進的算法和設備對相應的數據進行計算，并將數據傳輸到信息化平臺[3]。利用計算機互聯網技術實現過程數據和指令的收集、儲存、統計、分析和輸出。

1.3 基于北斗定位的擠密樁質量管控的特點

擠密樁質量管控具有復雜性、多變性和多發性的特點。在地基工程施工中，施工的難度大、時間長等因素，使質量管理和控制存在復雜性的特點。一方面，擠密樁工程在施工中，人員較多，施工材料也比較多，也會受到地理條件等因素的影響，使施工管理和控制方案存在著許多限制條件，讓施工質量管理和控制變得復雜；另一方面，在擠密樁工程施工中，會出現難以預料的突發情況，讓質量管理和控制變得更復雜。在施工過程中，存在著許多改變的因素，這些改變的因素導致不得不重新調整質量管理和控制方案，使質量管理和控制具有多變性。在建筑工程施工過程中，存在著一些建筑行業的通病，使質量管理和控制措施存在多發性?；诒倍范ㄎ坏臄D密樁質量管控的特點也具有智能性和準確性，能夠自動地對擠密樁進行定位，準確地找到擠密樁對應的點，能夠自動地檢測和管理擠密樁施工過程，從而保證施工的質量，確保建筑物的安全、穩定。

1.4 基于北斗定位的擠密樁質量管控信息化系統的使用現狀

擠密樁質量管控包括質量檢測、施工流程控制和施工驗收管控等。會寧項目部對導航定位系統進行了運用。由于第一次使用，初期效率較低，效果不明顯。隨著對設備及軟件的熟悉，結合項目實際情況進行改善，效率越來越高，施工質量、進度均得以保證。在成孔、回填設備上安裝導航定位裝置，將每根樁的參數信息提前錄入導航定位裝置，引導施工設備實現自動、精確就位，開展施工作業，并對錯序、漏孔、孔位偏差、孔垂直度偏差等參數進行實時監控，指導糾偏，保證了質量，提高了進度[4]。

在甘肅引洮二期會寧縣城鄉飲水配套工程施工某標段調蓄水池壩基、凈水廠單體建筑地基處理施工中，某軟件公司對開發的智能監控設備及軟件進行初步測試，我們予以大力排行，基本原理是利用全球定位系統定位，建立基站、樁位坐標編錄→打樁設備定位及顯示裝置安裝調試→樁機信息及作業信息錄入終端→樁機作業時發出信息→終端發現定位偏差（主要是錯序、漏孔）→終端向樁機及監控中心發出警告信息（顯示屏顏色體現）→合格成孔標識（顯示屏顏色體現）。見圖2所示。

2 基于北斗定位的擠密樁質量管控信息化系統的研究

2.1 研究方法

在對擠密樁質量管控研究時，必須要將擠密樁管控方法進行模型構建和PDCA的管理循環為指導思想，利用其可以持續改進的原理為動心核心，并融入軟件開發過程中的“瀑布模型”，設計了基于瀑布模型的事故隱患管控模式。擠密樁施工過程中存在的質量問題，其產生的原因各有不同，但都有一定的側重點，因此，在進行項目工程質量動態管控中，需要從多個角度來進行管理，主要是指質量管控的標準、質量動態管控的動因指標內容以及質量動態管控的主要過程。

2.2 優化措施

2.2.1 完善基于北斗定位的擠密樁質量管控信息化系統

（1）建立信息處理中心（收集、比對分析、形成成熟指令）。

（2）選擇適當的振動波、聲波、壓力波、脈沖電流等電子元件、傳感器。

（3）根據全過程檢測或者隨機檢測的需要，規劃安裝部位（安裝在施工設備上或者檢測部位上）。

（4）選擇適當的信息輸出和輸入裝置。電磁波傳輸不受地形限制，優先考慮。

（5）進行試生產實驗：①將選擇的振動波、聲波、壓力波、脈沖電流等電子元件、傳感器安裝在試生產設備或者檢測處；②用傳統方法檢測按照質量標準方法檢測試驗質量，將對應的振動波、聲波、壓力波、脈沖電流等對應的信息通過信息輸出端輸出；③信息處理中心接受信息，比對、分析信息，建立信息評價標準（合格與不合格、正常與異常）。

（6）驗證和校核信息、形成成熟的評價標準。

（7）施工過程中用傳統方法（隨機抽樣、定期取樣）反復驗證信息評價標準、形成成熟的指令指導、評價生產。

（8）申請行業協會驗證。

（9）申請政府相關部門修訂標準。

2.2.2 提高擠密樁質量管控信息化系統應用能力

（1）體現“質量過程控制理念”實現對質量形成全過程檢測、控制、評價；發現異常預警糾正；對趨勢分析預測、指導制定預防對策、指導作業良性循環。

（2）可大幅度降低常規檢測頻次和特殊檢測項目，大幅度提高檢測評價效率、降低施工成本，縮短施工周期。

（3）推廣比對庫。一些投資小、建筑等級低的建設工程項目，采用這種方案對比評價，可建議取消現場常規實驗檢測。

（4）在社會范圍推廣該系統，可以大量節約社會成本、提高施工生產效率和施工企業效益。

2.2.3 完善質量管控措施

運用科學合理的方法來完善質量管理和控制體系，采用計算機和互聯網等先進技術來規范施工質量管控，從而保證施工質量。完善施工質量管理和控制的相關內容，要保證設計圖紙、施工材料和施工人員專業性的管理和控制。對于設計圖紙，必須要保證設計圖紙的準確，而且施工人員要了解圖紙，當圖紙與實際施工不符合時，施工人員應與設計人員進行溝通。保證施工材料的質量，要對施工材料進行嚴格控制，采用有合格證書和相應的檢測書的材料，要有相關的人員進行現場抽查和檢驗，不能出現質量不合格的材料，從而減少擠密樁帶來的安全隱患[5]。根據成本選擇合適的技術人員，保證施工人員的技術，要對施工人員進行相應的管理和控制，也要對施工人員進行現場的培訓。在對擠密樁施工質量進行評價和驗收時，不能以相關的評價人員的主觀評價方式進行評價，要采用科學、合理的評價方式來評價，保證評價和驗收的嚴謹和科學，找出擠密樁工程存在的問題并加以解決，從而保證擠密樁工程在施工中的質量和安全，提高建筑物的穩定性。對現場施工的全過程進行監督，充分利用監督體系來監督相關人員的施工過程，對施工全過程進行監督，也要監督施工后的驗收工作和評判工作。在擠密樁施工的過程中,不定時進行質量檢查和對相關的技術人員進行不定時監督,防止一些失誤步驟,也就是說要能夠有效地控制一些錯誤發生,從而確保擠密樁項目的施工質量。

必須樹立正確的施工質量管理和控制意識,進行分項質量管理和控制，對質量管理和控制進行細分。在擠密樁施工的過程中,應該十分重視對于質量的管理和控制,必須要積極地落實質量的管理和控制體系,讓這一體系更好地改善和提升擠密樁工程的實際施工質量。也要求分項質量的管理和控制，將施工質量管理和控制進行細分,從每一個環節的分項質量管理和控制到擠密樁工程的分項質量管理和控制必須層層落實，做到量化、細化。也要進行質量管理和控制預控措施，能夠有效地管理和控制施工質量出現的問題。在擠密樁施工的過程中,必須要對其進行不定時監督,防止一些失誤步驟,也就是說要能夠有效地控制一些錯誤發生,從而確保擠密樁工程項目的施工質量。在擠密樁工程監督管理的過程中,建立了相應指標的獎罰制度體系和對責任問責機制,要將擠密樁工程的職權和責任落實到每一位施工者,這樣就可以調動和增強施工者的工作積極性。

3 結語

未來在濕陷性地區的工程建設項目中，灰土擠密樁處理地基的工程措施還將被大量采取，如果借助電子科技、計算機網絡、大數據等前沿技術，借助現代通用施工設備、利用建設項目運行智能管理設施，開發出檢測快捷、成本低廉、可被行業接受和認同的質量檢測評價方案和方法，可以保證施工質量、進度、降低成本，提高經濟效益。