泥浆护壁桩基工程智能施工技术★

王清江 王 悦

(重庆工商职业学院，重庆 401520)

1 概述

现阶段，人工智能已成为全球多个国家的发展战略，我国也不例外，也大力推进了人工智能的发展。人工智能与城市发展隔合，催生了智慧城市的发展，人工智能与城市建造融合，实现了智能建造。2019年，习总书记在新年贺词中指出：中国制造、中国创造、中国建造继续改变中国面貌。我们的生活正在发生着天翻地覆的变化，《中国建造2035》项目的启动，城市建设将开启新的一页。未来，基于物联网、云计算、移动互联网技术和智能设备的智能建造、智慧建造技术将颠覆性改变传统建造技术。

经济的快速发展，城市化进程的加快，建筑行业的发展越来越迅速，建造在复杂地基上的建筑也越来越多，桩基础工程已成为建筑最常用的形式之一。对软弱地基、块石类等复杂地基上的桩基础，因采用干法成孔，易产生塌孔、卡钻、埋钻等事故，为确保施工安全多采取泥浆护壁成孔施工工艺。现有泥浆补给工序多依靠人工反复检测泥浆指标，手动启动泥浆泵向钻孔内补给泥浆，该过程既浪费了人工增加了成本，同时，也不能适时掌握泥浆指标，存在一定的塌孔安全风险。

2 泥浆护壁桩基施工现有技术存在的问题

现阶段，桩基工程施工多采取旋挖钻机、冲击钻机、冲抓钻机及回旋钻机等机械成孔工艺，旋挖钻机以其成孔速度快等优势被广泛采用，但若遇软弱地层等不良地质时，该技术干法成孔受限，为确保钻孔过程中孔壁稳定安全，在特殊地质桩基施工时，多采取泥浆护壁桩基施工工艺，现有桩基施工技术存在的不足有：

1)桩基钻孔护壁泥浆指标不能实时监测，钻孔内泥浆手动补给。桩基护壁泥浆多采用专业设备搅拌，桩基施工时，施工现场布设泥浆搅拌循环池，泥浆由泥浆池抽灌到钻孔内。桩基施工时，安排专业技术人员负责检测泥浆比重等指标，并根据需要，手动启动泥浆泵向钻孔内抽送泥浆，该过程受人为因素影响大，且不能适时监测泥浆比重等指标，因钻孔过程中泥浆补给不及时，造成塌孔事故时有发生，存在一定安全隐患。

2)泥浆控制需专业技术人员，工程成本高。现场施工时，一般多台机械设备同步施工，若做到及时检测泥浆指标，需要多名泥浆检测专业技术人员。

3 桩基智能施工技术原理

1)泥浆护壁桩基工程施工时，泥浆指标主要有：比重、黏度、含砂率、胶体率和pH值等指标。泥浆护壁桩基智能施工技术钻孔泥浆指标以钻孔内泥浆液体的压力作为控制施工泥浆补给的标准。桩基施工时，在钻孔钢护筒内设置压力传感器，并预设泥浆压力控制指标，当泥浆压力小于预设值时，联动泥浆泵向钻孔内补给泥浆。

2)泥浆比重与压力对比试验：将压力传感器安装在钻孔孔口护筒中间位置，距泥浆液面1 m处，测定泥浆不同比重与压力的对应值，拟合泥浆比重与压力的对比曲线图。在桩基钻孔施工时，根据不同的地质情况选择相应泥浆比重，对应选取泥浆压力指标，作为预设泥浆控制标准，压力传感器与泥浆泵联动，当监测泥浆压力小于预设值时，泥浆泵自动启动，向钻孔内抽灌泥浆，当钻孔内压力大于预设值时，泥浆泵自动关闭，停止向钻孔内灌浆。压力传感器见图1，泥浆压力与比重对比曲线见图2。

4 桩基智能施工技术适用范围

本技术不仅适用于黏性土、粉土、砂土、淤泥质土、人工回填土等较软弱地层中桩基工程施工，还适用于岩溶地区桩基工程施工。

本技术适用于不同桩径、不同桩长的桩基工程，尤其适用于大直径、深孔桩基。

本技术适用于旋挖钻机、冲击钻机、冲抓钻机等不同钻机泥浆护壁成孔桩基工程施工。

5 泥浆护壁桩基智能施工技术方案

5.1 施工工艺流程

工艺流程见图3。

5.2 施工准备

1)人员配备。

施工人员应进行职业安全、技术能力和操作技能培训，取得相应职业技术能力和资格证书。

2)平整场地。

平整作业场地，确保钻机移动就位。

3)测量放线。

平整场地后，测放出桩基孔位，设置桩孔位置控制桩，以利桩基后续工序施工。

4)钻机进场。

根据钻机类型、型号及施工组织安排，确定钻机进场数量、时间。进场机械设备试运转正常，准备就绪。

5)泥浆池施工。

施工现场布设泥浆池及相应泥浆循环沟渠，用于收集钻孔内排出的泥浆和制备泥浆。

5.3 施工工艺

1)埋设钢护筒。

采用钻机钻孔至埋设深度后，安装护筒，并确保护筒对准孔位，护筒四周回填黏土并分层夯实。护筒采用厚0.9 mm的钢板制作，护筒内径比桩孔径大200 mm，护筒的长度不小于3.0 m。在护筒壁距顶面1.5 m位置开孔，焊接专用盒体，盒体内安装压力传感器，传感器电力及信号线缆沿孔壁敷设，与地面接收器及泥浆泵连接。护筒埋设后顶面比地面高出300 mm，护筒长度应确保钻孔过程中孔内泥浆液面高于护筒底部2.0 m以上，避免提钻过程中泥浆冲刷护筒底部土层或泥浆面低于地下水位形成负压造成钻孔塌孔。护筒的顶部设有溢浆孔或溢浆槽，以便泥浆循环。护筒中心竖直线应与桩中心线重合，平面位置允许偏差为5 cm，倾斜度的偏差不大于1%。

2)开始钻进。

护筒安装好后，开始钻进前，采用人工向钻孔内抽灌泥浆，钻至深度距孔口5 m时，开启压力传感器，实时监测钻孔内泥浆压力变化情况，自动向孔内补浆，保证钻孔过程护壁泥浆的数量和质量。开始钻进要稳，钻机应低速，慢进尺，避免孔位偏斜。

3)钻进施工。

a.钻孔施工过程中对钻头磨损超标的及时更换，并根据土层变化情况正确选择钻头型式。

b.钻进时应根据地质情况控制进尺速度，由硬地层钻到软地层时，可适当加快钻进速度，当软地层变为硬地层时，要减速慢进。

c.钻进时应控制泥浆的指标，除监测泥浆压力外，辅以泥浆含砂率、粘度等指标测定，以精确判定桩孔中的泥浆情况，钻进及提钻后孔内泥浆液面高于护筒底部2.0 m以上，且孔内泥浆液面高于地下水位标高1.0 m以上。

d.护壁泥浆，比重在1.1～1.3，并根据不同的地质情况，不同类型的钻机适当先择；粘度，一般地层为16 s～22 s，松散易坍地层为19 s～28 s；含砂率不大于4%；胶体率不小于95%；pH值应大于6.5。

4)终孔。

a.检孔及清孔，钻孔达到要求深度后对孔深、孔径、孔位和孔形等进行检查，清孔采用掏渣筒法或泥浆置换法。

b.清孔标准应符合设计及规范要求，即：孔内排出或抽出的泥浆手摸无2 mm～3 mm颗粒，孔底500 mm内的泥浆比重应小于1.25；含砂率不大于8%，粘度大于28 s；浇筑水下混凝土前孔底沉渣厚度不大于20 cm。

5)桩身钢筋笼制作、安装。

钢筋笼的材料、加工、接头和安装，符合要求。钢筋骨架的保护层厚度采用砂浆垫块，按竖向每隔2 m设一道，每一道沿圆周布置6个。

6)桩身混凝土浇筑。

桩身混凝土采用水下灌注混凝土工艺。

6 泥浆护壁桩基智能施工技术实践

某工程，由高层和多层建筑组成，共24栋单体，总建筑面积15万m2。工程项目南接涪江，北依花果山，东侧为在建住宅区，西侧为校园内人工湖。工程建设场地原属于老河槽地带，新近回填形成建设场地，工程地质由上至下分别为粉质回填土层(0 m～20 m)、黏土层(8 m～20 m)、卵石层(14 m～40 m)、淤泥层(40 m～43 m)、 强风化砂泥岩层(43m～46m)、中风化砂泥岩层(46m～50m)。工程除1号～7号楼、19号～23号楼以外，其余全为机械成孔灌注桩基础，平均每栋单体工程桩基础65根，桩径1.0m～2.4m，桩长20m～50m，持力层为中风化砂泥岩层，施工场地以下-6m为水位线，桩基全为水下作业。地质复杂，桩基施工难度较大，存在严重坍孔风险。根据本工程特有地质情况，采用泥浆护壁桩基智能施工技术和分离再生循环泥浆护壁旋挖桩施工技术，桩基工程于2013年7月开工，2015年12月完工，取得了较好的经济效益和社会效益。

7 结语

泥浆护壁桩基工程智能施工技术，泥浆比重与压力关系曲线与压力传感器埋设深度有关，具体工程应在施工前修正泥浆比重与压力关系曲线。通过监测桩内泥浆压力替代泥浆比重指标，再通过与压力传感器联动的泥浆泵的自动启闭，实现桩基钻孔泥浆的实时监测，自动补给，从而达到桩基钻孔护壁泥浆的智能补给施工。本技术既可减少桩基施工时泥浆检测专业技术人员，又可减少泥浆检测时引起的钻机停顿，提高钻机的效率，对类似工程具有一定的借鉴作用。