基于北斗定位的挤密桩质量管控信息化系统

何文瑞

（甘肃大禹节水集团水利水电工程有限责任公司 甘肃 酒泉 735000）

0 引言

湿陷性岩土在全球分布范围很广，许多建筑物在建设中都会遇到湿陷性岩土。在工程建设地基处理中，如果湿陷性不能有效消除，将严重影响建筑的安全性、可靠性。消除湿陷性、提高地基承载力常采用工程措施，而挤密桩措施能够解决湿陷性岩土带来的问题，所以挤密桩被广泛采纳。但如果挤密桩存在质量问题，将会影响建筑物的安全、稳定。本文以甘肃省引洮供水二期工程骨干工程及配套工程为例进行研究，其属Ⅱ等工程，工程规模为大（2）型。主要建筑物级别为4级，次要建筑物级别均为5级。其中丁沟调蓄水池及水厂的管理楼、综合加药间、净水车间、污泥处理间采用3:7灰土挤密桩进行地基处理，桩深6 m、7 m，桩径400 mm，桩间距0.8 m；桩体压实度0.97，桩间土压实度0.93，复核地基承载力200 Kpa。完成灰土挤密桩施工约2.9万根，19万延米，这也反映出该工程的湿陷性岩土分布比较多，对建筑物的影响较大。因此，对挤密桩质量管控具有重要作用，必须要加强对挤密桩质量管控信息化的研究。本文从挤密桩质量管控相关内容和特点进行论述，着重研究和分析基于北斗定位的挤密桩质量管控信息化系统。

1 基于北斗定位的挤密桩概述

1.1 挤密桩概述

挤密桩是将带有管塞或者锥头的钢管压入地下的挤密土壤地基，让土壤形成一定大小和深度的孔，之后向孔内放入灰土、砂石等填料，从而形成桩。挤密桩其实是一种横向的挤密技术，让土壤能够达到预期的要求，提高土壤的密实度、承载力，降低土壤的可压缩性、能够保证土壤均匀分布[1]。这种方法和换填土、回填土方法相比，更能节约成本，降低施工的难度和复杂度，从而提高了施工的效率，保证了土壤的密实度；而且挤密桩不会受到开挖条件、场地的限制，挤密桩一般处理深度比较大，能够达到5～15 m。挤密桩在成孔后，填入孔内的材料属于素土，比其他处理湿陷性黄土的方法和人工填土的方法更能够降低施工成本。高精度智能挤密桩定位系统以高精度技术为依托，为静力压、常规打桩、钻孔定位作业等提供高精度定位支持。系统通过实时获取高精度三维位置信息和方位角数据，在设备终端进行计算获取准确的钻孔实时位置信息，通过显示终端对预设的钻孔位置进行实时偏离指导，从而达到高效、准确的现场作业。

挤密桩在处理湿陷性黄土地基过程中，能够有效地消除因湿陷性黄土地基带来的湿陷性，保证建筑物的安全、稳定。挤密桩方法处理湿陷性黄土地基是利用填入的砂石、灰土等物质对土体进行侧向挤密，使桩间土得到挤密，提高土体的密实度，从而保证土壤的承载力，并形成具有一定承载力的桩体，保证建筑物的稳定、安全，提高施工的质量。根据造孔、填孔是否产生侧压力、桩径增大，挤密桩“挤密”的方式常见的有两种：一种是先用掏孔机械先掏孔，再用夯填机具分层填孔。这种方式主要是通过夯填时扩大桩直径（夯填后桩径大于孔径），扩大部分挤向周边，将挤实相邻桩孔之间的土层挤压密实，但造孔过程中是将桩孔内原土挖出，不产生侧压力，所以造孔不影响桩间土层的密实程度。采用这种方式造孔典型代表设备是洛阳铲、螺旋钻机、回旋钻机等。另一种方式是先利用冲击式打桩机将沉管等冲击沉入土层、拔出沉管成孔，再用夯填机具分层填孔。这种沉管造孔、夯填机具填孔的方式，造孔和填孔都会挤压桩间土层，但主要是利用沉管把原桩孔中的土挤向周边，将相邻桩之间的土挤压密实。这种方式造孔设备的典型代表是冲击式打桩机[2]。这两种方式中后者挤密效果好、效率高、施工成本低，目前多采用这种挤密方式。

挤密桩的工艺比较简单，方法比较成熟，具有完善的挤密桩施工体系，设备简单，而且处理深度深、面积大。但成本高，约占总造价的20～25%，个别高达30～35%；检测项目多、效率低、检测费用高。

1.2 基于北斗定位的挤密桩质量管控信息化系统

挤密桩技术在湿陷性黄土地基使用的很多，而且湿陷性黄土地基面积比较大，需要的挤密桩较多。因此，必须要对挤密桩进行质量管控，保证每一个挤密桩符合施工质量要求。近年来，我国在导航定位、互联网、电子检测、大数据分析、应用软件开发利用、新材料研发等方面发展突飞猛进，为寻求挤密桩施工质量检验方法提供了有力基础。计算机、网络、大数据、软件、定位导航、人工智能等电子科技、新材料开发日新月异，支撑的平台日趋完善，技术支撑可行，而且近年，建设项目对工程运行管理智能化要求越来越高，鼓励推广工程的自动化、智能化。因此，基于北斗定位的挤密桩质量管控信息化系统开始使用在地基施工过程中。基于北斗定位的挤密桩质量管控信息化系统包括北斗定位系统、传感器、分析系统和显示设备等。基于北斗定位的挤密桩质量管控信息化系统的流程见图1。通过北斗定位系统将挤密桩进行定位，北斗定位系统通过基础的位置服务，将相应的数据进行采集和传输，从而得到挤密桩相应的数据，得到桩点分布图，实现对挤密桩施工和回填土等地基施工的引导。传感采集系统采用多种采集单元对挤密桩机械采集，之后将数据进行上传，运用先进的算法和设备对相应的数据进行计算，并将数据传输到信息化平台[3]。利用计算机互联网技术实现过程数据和指令的收集、储存、统计、分析和输出。

1.3 基于北斗定位的挤密桩质量管控的特点

挤密桩质量管控具有复杂性、多变性和多发性的特点。在地基工程施工中，施工的难度大、时间长等因素，使质量管理和控制存在复杂性的特点。一方面，挤密桩工程在施工中，人员较多，施工材料也比较多，也会受到地理条件等因素的影响，使施工管理和控制方案存在着许多限制条件，让施工质量管理和控制变得复杂；另一方面，在挤密桩工程施工中，会出现难以预料的突发情况，让质量管理和控制变得更复杂。在施工过程中，存在着许多改变的因素，这些改变的因素导致不得不重新调整质量管理和控制方案，使质量管理和控制具有多变性。在建筑工程施工过程中，存在着一些建筑行业的通病，使质量管理和控制措施存在多发性。基于北斗定位的挤密桩质量管控的特点也具有智能性和准确性，能够自动地对挤密桩进行定位，准确地找到挤密桩对应的点，能够自动地检测和管理挤密桩施工过程，从而保证施工的质量，确保建筑物的安全、稳定。

1.4 基于北斗定位的挤密桩质量管控信息化系统的使用现状

挤密桩质量管控包括质量检测、施工流程控制和施工验收管控等。会宁项目部对导航定位系统进行了运用。由于第一次使用，初期效率较低，效果不明显。随着对设备及软件的熟悉，结合项目实际情况进行改善，效率越来越高，施工质量、进度均得以保证。在成孔、回填设备上安装导航定位装置，将每根桩的参数信息提前录入导航定位装置，引导施工设备实现自动、精确就位，开展施工作业，并对错序、漏孔、孔位偏差、孔垂直度偏差等参数进行实时监控，指导纠偏，保证了质量，提高了进度[4]。

在甘肃引洮二期会宁县城乡饮水配套工程施工某标段调蓄水池坝基、净水厂单体建筑地基处理施工中，某软件公司对开发的智能监控设备及软件进行初步测试，我们予以大力排行，基本原理是利用全球定位系统定位，建立基站、桩位坐标编录→打桩设备定位及显示装置安装调试→桩机信息及作业信息录入终端→桩机作业时发出信息→终端发现定位偏差（主要是错序、漏孔）→终端向桩机及监控中心发出警告信息（显示屏颜色体现）→合格成孔标识（显示屏颜色体现）。见图2所示。

2 基于北斗定位的挤密桩质量管控信息化系统的研究

2.1 研究方法

在对挤密桩质量管控研究时，必须要将挤密桩管控方法进行模型构建和PDCA的管理循环为指导思想，利用其可以持续改进的原理为动心核心，并融入软件开发过程中的“瀑布模型”，设计了基于瀑布模型的事故隐患管控模式。挤密桩施工过程中存在的质量问题，其产生的原因各有不同，但都有一定的侧重点，因此，在进行项目工程质量动态管控中，需要从多个角度来进行管理，主要是指质量管控的标准、质量动态管控的动因指标内容以及质量动态管控的主要过程。

2.2 优化措施

2.2.1 完善基于北斗定位的挤密桩质量管控信息化系统

（1）建立信息处理中心（收集、比对分析、形成成熟指令）。

（2）选择适当的振动波、声波、压力波、脉冲电流等电子元件、传感器。

（3）根据全过程检测或者随机检测的需要，规划安装部位（安装在施工设备上或者检测部位上）。

（4）选择适当的信息输出和输入装置。电磁波传输不受地形限制，优先考虑。

（5）进行试生产实验：①将选择的振动波、声波、压力波、脉冲电流等电子元件、传感器安装在试生产设备或者检测处；②用传统方法检测按照质量标准方法检测试验质量，将对应的振动波、声波、压力波、脉冲电流等对应的信息通过信息输出端输出；③信息处理中心接受信息，比对、分析信息，建立信息评价标准（合格与不合格、正常与异常）。

（6）验证和校核信息、形成成熟的评价标准。

（7）施工过程中用传统方法（随机抽样、定期取样）反复验证信息评价标准、形成成熟的指令指导、评价生产。

（8）申请行业协会验证。

（9）申请政府相关部门修订标准。

2.2.2 提高挤密桩质量管控信息化系统应用能力

（1）体现“质量过程控制理念”实现对质量形成全过程检测、控制、评价；发现异常预警纠正；对趋势分析预测、指导制定预防对策、指导作业良性循环。

（2）可大幅度降低常规检测频次和特殊检测项目，大幅度提高检测评价效率、降低施工成本，缩短施工周期。

（3）推广比对库。一些投资小、建筑等级低的建设工程项目，采用这种方案对比评价，可建议取消现场常规实验检测。

（4）在社会范围推广该系统，可以大量节约社会成本、提高施工生产效率和施工企业效益。

2.2.3 完善质量管控措施

运用科学合理的方法来完善质量管理和控制体系，采用计算机和互联网等先进技术来规范施工质量管控，从而保证施工质量。完善施工质量管理和控制的相关内容，要保证设计图纸、施工材料和施工人员专业性的管理和控制。对于设计图纸，必须要保证设计图纸的准确，而且施工人员要了解图纸，当图纸与实际施工不符合时，施工人员应与设计人员进行沟通。保证施工材料的质量，要对施工材料进行严格控制，采用有合格证书和相应的检测书的材料，要有相关的人员进行现场抽查和检验，不能出现质量不合格的材料，从而减少挤密桩带来的安全隐患[5]。根据成本选择合适的技术人员，保证施工人员的技术，要对施工人员进行相应的管理和控制，也要对施工人员进行现场的培训。在对挤密桩施工质量进行评价和验收时，不能以相关的评价人员的主观评价方式进行评价，要采用科学、合理的评价方式来评价，保证评价和验收的严谨和科学，找出挤密桩工程存在的问题并加以解决，从而保证挤密桩工程在施工中的质量和安全，提高建筑物的稳定性。对现场施工的全过程进行监督，充分利用监督体系来监督相关人员的施工过程，对施工全过程进行监督，也要监督施工后的验收工作和评判工作。在挤密桩施工的过程中,不定时进行质量检查和对相关的技术人员进行不定时监督,防止一些失误步骤,也就是说要能够有效地控制一些错误发生,从而确保挤密桩项目的施工质量。

必须树立正确的施工质量管理和控制意识,进行分项质量管理和控制，对质量管理和控制进行细分。在挤密桩施工的过程中,应该十分重视对于质量的管理和控制,必须要积极地落实质量的管理和控制体系,让这一体系更好地改善和提升挤密桩工程的实际施工质量。也要求分项质量的管理和控制，将施工质量管理和控制进行细分,从每一个环节的分项质量管理和控制到挤密桩工程的分项质量管理和控制必须层层落实，做到量化、细化。也要进行质量管理和控制预控措施，能够有效地管理和控制施工质量出现的问题。在挤密桩施工的过程中,必须要对其进行不定时监督,防止一些失误步骤,也就是说要能够有效地控制一些错误发生,从而确保挤密桩工程项目的施工质量。在挤密桩工程监督管理的过程中,建立了相应指标的奖罚制度体系和对责任问责机制,要将挤密桩工程的职权和责任落实到每一位施工者,这样就可以调动和增强施工者的工作积极性。

3 结语

未来在湿陷性地区的工程建设项目中，灰土挤密桩处理地基的工程措施还将被大量采取，如果借助电子科技、计算机网络、大数据等前沿技术，借助现代通用施工设备、利用建设项目运行智能管理设施，开发出检测快捷、成本低廉、可被行业接受和认同的质量检测评价方案和方法，可以保证施工质量、进度、降低成本，提高经济效益。