浅谈CFG桩基施工信息化技术

佘辉

摘  要：CFG桩施工过程中，在满足施工工艺的条件下，为确保成桩质量，需要严格控制一些重要的施工参数。目前，CFG桩施工完成后，主要通过抽样检测现场核查CFG桩的成桩质量，因此，难以确保每根桩的成桩质量。随着传感器技术和互联网技术的发展，可以通过在长螺旋钻机和混凝土泵车上安装特定的传感器实时采集CFG桩施工过程中的重要施工参数信息，并将每根桩的施工参数信息实时上传至服务器，实现CFG桩成桩质量结果控制向过程控制的转变，项目管理人员可以通过WEB技术访问服务器查看每根桩的施工参数信息，在保证施工质量的前提下提高了施工效率，同时降低了施工成本。

關键词：CFG桩  传感器技术  过程控制

中图分类号：TU473    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）09（b）-0006-02

水泥粉煤灰碎石桩是由水泥、粉煤灰、碎石、石屑或砂加水拌合形成的高粘结强度桩，简称CFG桩。CFG桩施工过程中，施工人员通过填写表格现场记录每根桩的施工参数信息，工作强度大且有可能存在虚假数据。随着数字化施工概念的提出，利用数字化手段[1]将CFG桩施工过程网络化、智能化、可视化，不仅可以做到对成桩的过程监控，为施工作业提供辅助引导，而且对操作手的要求也降低了很多，管理人员不需要去施工现场就可以远程获取每根桩的施工参数信息，确保施工质量。

1  工程概况

西韩城际铁路项目是关中城市群城际铁路网主骨架的一部分，项目规划里程218km，全线路基施工拟采用CFG桩复合地基加固技术[2]和灰土挤密桩复合地基加固技术，其中，CFG桩基施工作业依靠长螺旋钻机和拖式混凝土泵车协同作业完成。

2  系统架构

CFG桩施工过程中，长螺旋钻机需要监控的施工参数包括成桩位置信息、成桩深度信息、拔管速度信息、持力层电流信息、桅杆垂直度信息，拖式混凝土泵车需要监控单根桩混凝土流量信息。如图1所示为CFG桩施工参数采集系统架构图，监测模块1为安装在钻机上的各类传感器，主要包括北斗双天线定位模块、双倾角传感器、霍尔电流传感器，控制模块1主要用于分析处理长螺旋钻机CFG桩施工参数，并将每根桩的施工参数通过通讯模块实时上传至远程服务器。移动终端用于施工人员现场近距离查看CFG桩施工参数信息。CFG桩施工过程中，若施工参数存在异常，报警模块需要及时提醒CFG桩施工现场人员。钻机操作人员可以通过显示模块实时查看当前桩的施工参数信息。监控模块2为安装在泵车上的各类传感器，包括压力传感器、位移传感器。控制处理模块2用于分析处理监测模块2采集的传感器信息。

3  长螺旋钻机施工参数

3.1 成桩位置信息

目前，CFG桩施工过程中，为确保CFG桩成桩位置信息符合设计要求，施工人员需要现场查看每根CFG桩的成桩位置信息。本文通过在钻机桅杆上安装北斗双天线定位模块实现对成桩位置信息的监控，其工作原理是：将北斗GNSS主天线、北斗GNSS副天线安装在钻机桅杆上，基准站安装在距离钻机不远的空旷地带。基准站通过卫星定位获得基准站定位天线的位置信息，钻机机身上的北斗GNSS主天线、北斗GNSS副天线用以获取相比于卫星定位的位置信息和相比于基准站的相对位置信息，PTK接收机通过差分算法运算可以获得此时钻机精确的成桩位置信息。

3.2 成桩深度信息

目前，钻机在施工过程中，施工人员通过核检查钻机桅杆上的尺度变化获取每根桩的成桩深度信息。随着传感器的发展出现了编码器和拉线式位移传感器，有人提出在卷扬机上安装编码器或拉线式位移传感器来获取位移信息，但后来在施工过程中发现，由于施工环境恶劣，拉线式位移传感器容易断裂损坏，编码器由于会出现误转以及卷扬机在旋转过程中半径发生变化导致桩深测量误差过大[3，4]。本文通过在钻杆上安装北斗定位天线不仅可以实现对成桩位置信息的获取，同时可以实时监测钻杆的深度变化。

3.3 垂直度信息

成桩过程中为确保单根桩的垂直度不超过，不能出现桅杆倾斜。目前，桅杆上有重力引线锤可以实现对桅杆倾斜度的监控。本文拟通过在钻机桅杆上安装双倾角传感器实时监测钻杆在钻孔过程中的桅杆垂直度信息。

3.4 拔管速度信息

钻机在拔管过程中，为确保灌注桩桩身的灌注质量，保证桩身每段都有近似一致的密实度，需要严格控制钻杆的拔管速度，拔管速度应控制在2～3m/min范围内。拔管速度可以通过如下方法获得：钻机在拔管过程中可通过钻机桅杆上安装的北斗定位天线结合定位基站获取钻机桅杆的实时下沉位置，若前1s钻机桅杆的下沉深度为15m，当前钻机桅杆的下沉深度为13m，则前一秒桅杆的下沉深度减去当前桅杆的下沉深度则为当前的钻机钻孔速度2m/s。

3.5 持力层电流信息

目前，CFG桩施工过程中，施工人员依靠现场经验查看钻机钻杆是否达到持力层，方式如下：当钻头到达持力层时，钻杆上部的动力头发生颤动和轻微的摆动，钻机的动力明显减弱，此时，可判定钻头已达到持力层[5];当然也可以通过外接电流表的方式，判定钻头是否达到持力层[6，7]。本文拟在钻机配电柜内动力线上安装霍尔电流传感器实时监测钻杆在钻孔过程中的电流变化信息，钻机开始钻孔及软弱地层钻孔时，电流表指针在50MA～70MA安，当钻头遇到持力层时，瞬间的电流将增大到120MA以上，同时电压下降。此时，可判定钻头已达到持力层。

4  拖式混凝土泵车施工参数

4.1 单根桩混凝土流量监测

目前，CFG桩施工过程中，对单根桩使用量采用大体估混凝土测，方法为：混凝土运输罐车运送一定量的混凝土，根据每辆混凝土罐车混凝土的成桩个数，可以大致估算每根桩的混凝土使用量。本文通过在泵车上安装压力传感器和位移传感器来监测单根桩的混凝土使用量，其中，压力传感器用于监测每根桩的泵送次数信息，位移传感器用于监测活塞每次推送的有效位移，则单根桩的流量可以通过以下公式计算获得。

5  结语

CFG桩基施工信息化技术不仅实现了对CFG桩施工过程的全面监控，变“结果控制”为“过程控制”，方便远程管理人员对现场施工情况随时随地的有效监管，在保证施工质量的前提下提高施工效率，同时降低施工成本。

参考文献

[1] 赵剑发.路基数字化机械施工技术[J].铁道建筑技术，2014（10）：92-96.

[2] 李洪.CFG桩施工工艺及常见问题解决措施的探讨[J]. 中国新技术新产品，2010（1）：129-130.

[3] 米树刚，刘媛媛.几种旋挖钻机测深装置的比较[J].工程机械与维修，2009（7）：170-172.

[4] 董梅，贺振斌.旋挖钻机几种钻孔深度测量装置原理及特点[J].工程机械与维修，2014（10）：124-125.

[5] 李玉书.高速铁路客运专线路基CFG桩施工流程及常见的质量问题和控制措施——以长螺旋成孔管内泵压混合料灌注成桩法为例[J].安徽建筑，2010（6）：111-113.

[6] 郭亮亮，陆志军，刘全芝，等.长螺旋钻机引孔配合潜水钻机钻孔灌注桩施工技术[J].天津建设科技，2015，25（1）：28-29.

[7] 赵立财.基于电流表控制水泥搅拌及CFG桩长施工技术应用[J].四川建筑科学研究，2014，40（6）：316-319.