基于北斗监测系统的CFG桩先截法施工工艺

杨少隆 中铁一局集团第三工程分公司

1 工法概况及原理

1.1 工艺工法概况

目前路基软基处理通常采用换填、加固等方式进行，而CFG桩作为软基加固的一种常用方法被广泛使用，在传统的CFG桩基施工过程中主要使用人工放样的方式（人工通过皮尺测量尺寸的方式）在施工区域对每根桩进行定位，并且在打桩过程中使用人工对点的方式进行桩位控制，该方法桩位排列偏差较大、不整齐，且主要依靠操作手凭借施工经验对桩长及垂直度进行控制，同时桩头截除功效低下，对工程运营阶段埋下安全隐患，施工效率低下、人工成本较高。

为了减小CFG桩位和垂直度偏差，确保桩位和桩身质量满足要求，避免CFG桩加固区路基在运营阶段出现沉降，项目部组织专门力量进行攻关，不断开展QC活动，针对桩位偏差较大的问题，与广州中海达定位技术有限公司进行合作，研发的中海达PDS500桩机管理系统在桩位及桩身质量控制方面取得了显著成效；同时针对桩身浅部缺陷较多的问题，“先截法”工艺效果明显，两者结合后形成了“北斗监测+先截法”的施工工艺，该工艺使桩位偏差明显减小，桩身浅部缺陷显著降低，桩头截除功效明显提高，人工成本明显降低。

1.2 CFG桩北斗监测系统工作原理

在项目驻地架设北斗定位基站，在CFG桩机上安装系统终端设备，实现桩位、桩长、拔管速率(误差为厘米级)监控；在钻机桅杆上安装倾斜传感器，在钻机动力系统中安装电流传感器，实现对电流、垂直度的精密监测。实时采集成桩信息，及时将信息传递给钻机操作手、技术员和监理。如发生超限，及时报警提醒纠偏，并将最终成桩信息，自动上传至铁路工程管理平台，实现成桩全过程信息化监控。

2 基于北斗监测系统的CFG桩先截法施工工艺流程

以往CFG桩施工容易出现数量不足、桩长不够、桩位偏差大、施工记录不真实等问题，造成地基处理效果不达标，病害处理困难。

为防止上述问题，中铁一局贵南高铁项目经理部，在GNZQ-11标段路基工点，应用北斗精准定位及物联网技术，研发出北斗监测系统，对CFG桩施工进行全过程、多方位动态监控，使先截法施工工艺水平显著提升。

2.1 工艺流程

2.1.1 导入设计信息

技术人员审核设计文件无误后，根据路基加固边线、线路中线、桩长、高程等设计参数，整体布设CFG桩位，生成布桩图及桩位坐标，经审核无误后，导入系统终端。

2.1.2 技术复核

根据设计参数，在系统终端上检查、复核设计桩长、布桩形式，量测钻头直径。

2.1.3 桩基定位

钻机操作手利用垂直度校正系统和桩基对位偏差校正系统，进行精准定位。

2.1.4 钻进及灌注

操作手完成钻机精准定位后，旁站监理及技术员根据手机 APP监控系统进行复核，检查对位偏差、钻杆垂直度是否满足要求。确定符合要求后，技术员向操作手下达开钻指令。监控系统界面实时显示过程电流、深度、下钻/提钻速度、倾斜度等控制参数，当控制参数偏差大于预设值时，系统自动提示操作手和现场技术员。

当终孔电流值以及桩长均满足设计要求后，开始提钻泵料。泵料完成后，操作手点击“完成”，系统自动记录成桩过程信息，并上传铁路工程管理平台。后方监理、施工、建设单位技术管理人员可随时查看每根桩的完整信息。架好激光投线仪，按照设计桩顶标高，振捣并清除孔内多余混凝土，进行桩顶收面、覆盖养护。

2.2 桩帽施工

桩体强度满足要求后，对无桩帽设计段落，直接进行检桩；有桩帽设计段落，采用旋挖机挖出桩帽范围内的土体，检桩完成后施工桩帽。

3 取得的效果

通过在GNZQ-11标段DK503+450～K503+572路基段试验应用，已完成的873根桩检测结果Ⅰ类桩830根，Ⅱ类桩43根，合格率为 100%，地基承载力抽检结果均满足设计要求，成桩质量得到保证。经测算，每米成桩综合费用平均节省 10%左右。目前，该系统已通过铁科院高速铁路系统国家工程实验室组织的专家评审。我们正在进一步细化完善该系统施工作业技术标准，以满足大规模推广应用需要，同时继续拓展该系统在路基工程施工中的应用范围，朝着路基施工数字化、信息化、智能化方向作出更多探索和实践。

4 结束语

CFG桩北斗监测系统具有桩基施工全过程动态监控、偏差报警、实时纠偏等功能，实现了成桩过程信息自动记录、上传、存储、共享，确保数据真实，杜绝漏打现象，保证设计数量，提高了成桩质量。先截法施工实现了桩顶一次成型，不存在桩间土开挖、桩头截除等环节，对桩体扰动小，施工效率高，同时对桩顶2m范围内的砼进行了振捣，减少了浅部缺陷，提高了成桩质量。