基于区块链的灌注桩全过程智能化管控与追溯技术研究

叶炜 张南童 吴超

摘要 为保障灌注桩施工质量，做到施工过程中的实时管控和质量问题追溯，文章针对钻孔灌注桩施工质量问题，提出了灌注桩施工智能化关键参数与技术，并利用区块链技术理念，建立基于区块链的灌注桩混凝土质量追溯模式，开发了具有项目管理、设备管理、实时监测、成桩信息、质量追溯等功能的灌注桩全过程智能化管控与追溯平台。

关键词 区块链；灌注桩；全过程；智能化管控；质量追溯

中图分类号 U617.8文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）03-0063-03

0 引言

由于钻孔灌注桩具有承载力高、稳定性好、沉降均匀且沉降量小、施工时噪声低、对周围环境和邻近建筑影响较小等优点，被广泛应用于桩基工程中，但灌注桩的施工过程较为烦琐，管控参数众多，数据记录繁杂。为保障灌注桩施工质量，实现施工过程中实时管控和质量问题追溯，该文明确了灌注桩施工智能化关键参数与技术，研究了基于区块链的灌注桩混凝土质量追溯技术。

1 钻孔灌注桩施工质量问题分析

近年工程实践表明，钻孔灌注桩是常見的基础形式，其施工质量问题主要包括桩位偏差、成孔质量、泥浆质量、混凝土质量问题等方面[1]。

1.1 桩位偏差

桩位偏差是指桩的实际位置与设计位置发生偏离。由于灌注桩上部结构荷载位置是固定的，桩位偏移导致受力状态发生变化，如果桩位偏移过大，就会使得钻孔灌注桩处于偏心受压的状态，偏位值越大，桩的偏心受压越严重。

1.2 成孔质量问题

钻孔灌注桩成孔质量主要包括孔壁坍塌、桩身缩颈、夹泥和断桩、桩底沉渣太厚等，其具体原因、预防及处理措施见表1。

1.3 泥浆质量问题

泥浆比重不够或性能指标不符合要求时，会导致施工过程中，排出的泥浆不断出现气泡，进而导致孔壁坍塌。现有处置措施包括选用体积质量较大的泥浆、用胶体率高的黏土造浆或加入外加剂，确保钻孔内的水头高度，及时补充泥浆。

1.4 混凝土质量问题

混凝土质量问题主要包括以下几类：

（1）混凝土配合比控制不严，搅拌时间不够，以及水泥质量差。

（2）混凝土导管漏水，使浇灌的混凝土被水冲稀而严重离析。

（3）混凝土导管堵塞，导致浇筑的混凝土面上重新积存沉渣，新混凝土与已浇混凝土之间存在夹泥。

（4）桩身蜂窝、麻面、露筋，严重削弱桩的轴向受压和抗弯的承载能力。

（5）桩头浮浆，缺失粗骨料且疏松无强度，导致桩上段承载能力丧失。

（6）桩身缩颈、夹泥和断桩，使得桩完整性受到损害，桩身强度和承载能力都降低。

2 钻孔灌注桩施工智能化管控关键参数研究

2.1 管控参数选取过程

钻孔灌注桩施工质量过程控制指标众多，因此需要对各个指标进行筛选，从而建立评价体系。指标参数筛选的大致流程，见图1。通过对钻孔灌注桩施工过程控制资料、文献、规范收集分析，详细了解钻孔灌注桩施工过程控制的研究现状，同时对区块链在工程建设中的应用案例资料进行收集分析，针对钻孔灌注桩施工过程控制现状，提出基于区块链的钻孔灌注桩施工质量过程关键控制指标。

2.2 管控参数的建立

钻孔灌注桩关键工序包括测放桩位、成孔（成孔检测）、泥浆、清孔、钢筋笼制作及吊放、混凝土浇注等。由于京杭运河两岸钻孔灌注桩位于淤泥质粉质黏土中，受河流影响，成桩后的桩体有发生偏移的危险，因此需要对成桩后的桩体偏移进行检测。

此外由于灌注桩混凝土质量牵涉到混凝土的生产、拌和、运输、浇筑过程，牵涉程序较多，质量追溯难度较大。为了提高钻孔灌注桩施工质量管控，针对钻孔灌注桩施工中测放桩位、成孔检测、泥浆、桩体偏移四个关键工序及施工全过程，梳理了影响灌注桩质量控制的关键参数，提出了钻孔灌注桩施工智能化监测技术[2]，见表2。

3 钻孔灌注桩混凝土质量追溯模式研究

3.1 系统功能需求分析

目前钻孔灌注桩混凝土施工过程中的质量信息一般由人工进行采集，信息的保存方式较为单一，形成的文件没有妥善的管理机制，信息集成度较低，信息的提取较为困难，提取得到的信息失真情况也比较严重，不利于钻孔灌注桩混凝土质量追溯管理[3-4]。

基于区块链的灌注桩全过程智能化管控与追溯系统利用区块链的各参与方共同维护数据库的特点，通过RFID技术采集钻孔灌注桩混凝土施工全过程中的质量信息。将钻孔灌注桩混凝土施工全过程中的关键质量活动信息，以及活动要素包括人、机、料、法、环等信息上传至区块链数据库中。因此，钻孔灌注桩混凝土质量追溯系统应具备记录工程实体各个阶段质量信息的能力，保证质量管理人员依据系统中的信息进行质量追溯，全面了解和掌握钻孔灌注桩混凝土施工信息以及设备运行状态，提供辅助分析的功能，具体需求见表3。

3.2 系统总体设计

钻孔灌注桩施工质量监测与分析系统有多个实体，包括用户、项目、试验检测、生产管理、运输管理、成桩浇筑记录。彼此之间的联系是：一个用户可以拥有多个项目，一个项目可以拥有多个灌注桩施工，一个设备可以采集多条成桩数据，每个成桩包含多条成桩实时记录信息，是一对多的关系。通过管理钻孔灌注桩混凝土施工数据，为数据查询与分析奠定了基础，满足了历史数据可追溯的要求。

3.3 系统功能模块

（1）设备管理。设备管理主要包括设备增加、设备信息修改、上传设备文件等功能，见图2。

（2）项目管理。项目管理主要包括项目的创建、查看、信息修改等，支持查看该项目的所有钻孔灌注桩混凝土施工情况和所有钻孔灌注桩的分布情况，以地图的形式进行展示。

（3）实时监测。实时监测主要包括地图监测、图形化监测和设备状态监测。通过选择所需要监测的参数，可以查看水泥混凝土实时生产信息。

（4）成桩信息。成桩信息主要包括成桩列表、浇筑部位、材料用量、浇筑时间和水胶比等。支持实时查看成桩数据信息、数据统计、数据分析、数据导出等功能。

（5）质量追溯管理。项目管理人员通过灌注桩混凝土施工异常数据预警进行质量追溯管理，动态评价混凝土施工质量，统计不合格的施工桩基数量，见图3。

4 结论

该文针对钻孔灌注桩施工质量问题，提出了灌注桩施工智能化关键参数与管控技术，基于灌注桩定位、接触式成孔检测、谐振音叉式泥浆检测、成桩偏移检测等技术，开发了具有混凝土信息采集、预警信息处理、实时显示控制、查询与统计、成桩质量分析、质量追溯等功能的质量追溯管控平台，开发了基于区块链的灌注桩混凝土质量追溯技术。

参考文献

[1]沈彬. 浅谈航道整治工程施工技术[J]. 珠江水运， 2018（22）： 69-70.

[2]杨力， 何兆斌， 孔志翔. 天地一体化智能网络智能节点部署策略[J]. 小型微型计算机系统， 2022（1）： 159-164.

[3]杨帆， 郑洁. 内河水上移动平台旋挖桩集成技术案例研究[J]. 中国水运， 2021（8）： 147-149.

[4]田丽英. 灌注桩结合短板桩技术在内河航道护岸加固中的应用[J]. 中国水运， 2019（6）： 117-118.