岩溶地区桩基智能化施工技术研究

袁徐俊

（浙江中材工程勘测设计有限公司）

1 引言

随着工程建设的不断发展和完善，桩基施工作为一项关键的基础工程，在各个领域得到了广泛地应用。然而，在岩溶地区桩基施工中，由于地质环境的复杂性和特殊性，采用传统的施工方式容易出现一系列问题。为了解决这些问题，智能化施工技术应运而生。

2 岩溶地区桩基施工存在的问题

岩溶地区是指由于碳酸盐岩等可溶性岩石的溶蚀作用而形成的地形地貌，具有地下水丰富、地形复杂等特点。当桩基施工在岩溶地区进行时，地层通常由多层不同的岩石组成，其中包括石灰岩、石英岩、页岩等。这些岩石具有不同的物理力学性质和溶解度，加上地下水的影响，容易导致地层的不稳定性，造成桩身偏移、坍塌等问题。特别是当桩基钻进石灰岩等溶蚀性岩石时，由于岩石在地下水的作用下容易溶解，导致桩身承载力下降，严重时可能导致桩身的坍塌和工程事故。此外，地下水的流动还会导致桩基侧面的冲刷和土层的松动，加速桩身偏移和坍塌的风险。岩溶地区的地形复杂，往往存在着坑洼、峡谷、山岭等不平整的地貌，这就导致了施工现场的道路、桥梁等交通条件相对较差，使得机械设备的运输和操作难度加大。同时，岩溶地区还经常存在着各种复杂的地质条件，如岩溶洞穴、断层等地质灾害，岩溶洞穴是岩溶地区最为普遍的地质灾害之一，施工过程中一旦钻进洞穴，就会出现桩身变形或坍塌的情况[1]。因此，对岩溶洞穴的探测、预测、监测及加固都是非常重要的。目前，常用的防治措施包括开挖前加固、地层封闭、灌浆注浆等；断层是岩溶地区常见的地质灾害之一，如果在断层带内钻孔，可能会导致桩基的承载力下降。为了解决这个问题，可以在施工前进行断层的探测，选择合适的桩基类型和施工方案。此外，也可以采用一些加固措施，如灌浆注浆、爆破等，加强断层带的稳定性。

3 桩基智能化施工技术的原理与方法

3.1 桩基智能化施工的基本原理

桩基智能化施工是指将先进的信息技术和自动化技术应用于桩基施工过程中，实现施工质量、效率、安全等方面的全面提升。其基本原理是通过传感器、控制器、执行机构等智能化设备，对桩基施工过程中的参数、状态、质量等信息进行实时监测、分析和控制，以实现桩基施工的智能化、自动化和信息化。具体来说，桩基智能化施工能通过传感器对施工现场的环境参数和工程参数进行实时监测，例如测量土壤的物理力学参数、水位、温度等，并对施工设备的状态和参数进行实时监测，例如监测打桩机的振动、沉降、转速等。之后利用智能控制器对传感器采集的数据进行实时分析和处理，根据施工需要进行控制，例如自动调整打桩机的工作状态和参数，进一步实现自动化施工，例如通过机械手臂控制桩钢筋的铺设和安装。桩基智能化施工的基本原理是将信息技术和自动化技术应用于桩基施工中，通过实时监测、分析和控制，实现桩基施工的智能化、自动化和信息化，能够提高施工质量、效率和安全性，减少人力和资源消耗，具有广泛的应用前景[2]。

3.2 桩基智能化施工所需的关键技术和设备

桩基智能化施工需要多种关键技术和设备来实现自动化、智能化和信息化。从施工技术方面分析，传感技术是桩基智能化施工的重要基础，实现对施工过程中的各种参数和状态的实时监测和反馈。例如，通过安装加速度传感器和应变计等传感器，实时监测打桩机的振动、桩身的强度、钢筋的位置和长度等参数。控制技术则是桩基智能化施工的核心，实现对传感器采集的数据进行实时处理和控制，调整施工参数和状态，保证施工质量和效率。自动化技术是实现智能化施工的重要手段，实现桩基施工的自动化，减少人工干预和消耗。信息技术则是桩基智能化施工的基础支撑，实现对数据的处理和传输，使施工现场实现信息化管理。对于设备方面，传感器是实现智能化施工的基础设备，例如加速度传感器、应变计等，用于对施工参数和状态进行监测。控制器则是实现智能化控制的核心设备，例如 PLC 控制器、单片机等，用于实现对传感器采集的数据进行实时分析和处理。执行机构是实现自动化施工的重要设备，例如机械臂、自动化钢筋铺设装置等，用于实现自动化施工。数据处理设备则是实现信息化管理的重要设备，例如计算机、云平台等，用于实现数据的处理和传输，实现施工过程的信息化管理。

4 桩基智能化施工的实现过程

4.1 桩基施工前的准备工作

桩基施工前的准备工作是确保施工顺利进行的关键步骤。在施工前，需要进行地质勘察和设计，确定桩基的类型、数量、位置和规格等参数，并进行现场勘察和预处理工作。应将施工现场清理并进行平整处理，清除地面上的障碍物，确保施工现场的平整度和安全性。之后进行地质勘察，确定土层的深度和坚硬程度等参数，以及地下水位和地下水环境等情况，为桩基设计提供依据，确定桩基的类型、数量、位置和规格等参数，并制定相应的施工方案。此外，还需要进行施工设备的调试和准备工作，例如安装和调试打桩机、振动器等施工设备，确保其运行正常。施工管理人员需要确定施工计划和安全措施，制定施工方案和工作流程，并做好安全防护和施工监管工作[3]。桩基施工前的准备工作是确保施工成功的基础，直接影响施工质量和安全性。只有充分准备、科学设计和安排施工方案，才能保证施工顺利进行，并实现预期的技术和经济效益。

4.2 智能化施工技术的应用过程

智能化施工技术的应用过程包括三个主要环节，即数据采集、数据处理和控制执行。其中，数据采集是在施工现场应用传感器对各项参数和状态进行实时监测和采集，例如土层的物理力学参数、打桩机的振动、钢筋的长度和位置等。之后将传感器采集的数据传输到数据处理设备中进行实时处理和分析，通过算法对数据进行筛选、提取和转换，实现对施工现场的状态和参数进行精准识别和判断。根据数据处理结果，利用控制器对施工设备进行智能化控制，自动调整施工参数和状态，例如自动调整打桩机的振动和力度、自动调整钢筋的长度和位置等。通过数据采集、数据处理和控制执行的相互协作，实现了桩基施工的智能化、自动化和信息化。智能化施工技术的应用过程是实现桩基施工智能化的关键环节，通过实时监测、精准判断和智能化控制，可以提高施工效率和质量，减少人力和资源消耗，降低施工成本。同时，智能化施工技术还可以提高施工安全性，降低人员伤害和环境污染的风险，具有广泛的应用前景。

4.3 桩基施工后的质量控制和检测

在施工结束后，需要进行桩基的质量控制和检测，以确保施工质量符合设计要求和规范要求。桩基的质量检测包括桩基的长度、直径、偏差和变形等方面的检测。此外，还需要进行质量验收，包括对桩基的强度、稳定性、耐久性等方面进行检测和评估。为了实现质量控制和检测，需要采用一系列的测试方法和设备，例如无损检测技术、地基位移监测技术、桩基质量评价技术等。其中，无损检测技术是一种非破坏性检测方法，可以通过测量桩基的声波、电磁波等参数，对桩基质量进行评估；地基位移监测技术可以通过监测土层的位移和变形，评估桩基的稳定性和强度；桩基质量评价技术可以通过对桩基的质量参数进行综合评估，确定桩基的质量等级[4]。通过采用这些质量控制和检测技术和设备，可以保证桩基施工的质量和稳定性，避免出现质量问题和安全隐患。同时，这些技术和设备也为桩基施工的质量控制和检测提供了一种高效、精准和可靠的手段，具有广泛的应用前景。

5 岩溶地区桩基智能化施工案例

某桥位于江西省某市，坐落在交通网络发达的区域，与某高速公路和某铁路相邻但这一地区的地质特点给桥梁的建设和维护带来了挑战。此地的岩溶发育强度属“发育”，意味着岩溶地貌已经经过长时间的地质作用，形成了明显的特征。由于地下水在地表上的长时间流动，对碳酸盐岩进行持续的侵蚀作用而形成的线状或条带状的低洼地带，沿着岩层的裂缝或接触线发展，具有一定的方向性。溶洞内土壤质地细腻，容易与水结合，洞内有经过长时间水流冲刷的碎石，形状较圆滑。因为岩溶的存在，桥梁的地基可能遇到不稳定的空腔或溶洞，导致桥梁的不稳定。因此，针对该桥的桩基工程施工采取了智能化技术，包括智能化冲击钻孔技术、智能泥浆护壁技术。智能化冲击钻孔技术是指在冲击钻孔过程中，引入高精度传感器，实时监测钻头冲击的深度、速度和方向，根据传感器提供的数据，自动调整冲击力度和频率，确保优化的效果。通过大数据分析技术，对历史冲击钻孔数据进行深入分析，预测可能的地质障碍，并提前做出调整，最终确定钻孔冲击方式为小冲程（20cm～40cm），预期进度可控制在每小时60cm至80cm；智能泥浆护壁技术是利用智能仪器，根据岩溶地区的地质条件，自动调整泥浆的浓度和配料，同时使用pH值传感器和浓度传感器实时监测孔内的泥浆状态并自动进行调节，基于机器学习算法预测土壤与泥浆的反应，自动调整添加的混合材料量，最终将泥浆浓度控制在1.15～1.2之间。

6 结语

随着信息技术和人工智能技术的不断发展和完善，智能化施工技术将会在岩溶地区桩基工程中发挥越来越重要的作用。采用智能化施工技术可以提高施工效率和质量，降低成本和风险，同时也可以减少对环境的影响，保障人民生命财产安全。未来，智能化施工技术将实现更加全面、精细化、自动化、智能化、高效、安全、环保、个性化、定制化和智能化，这些趋势将不断推动智能化施工技术的发展和应用。在建设智慧城市和绿色生态环境的过程中，智能化施工技术将会发挥越来越重要的作用，为人类社会的可持续发展作出更大的贡献。