钻孔灌注桩智能化施工管控技术应用研究

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2312-5042-0604

作者简介：郑晨晖（1974—），男，本科，高级工程师，研究方向为高速公路建设管理。

摘 要：钻孔灌注桩具有承载力高、实用性强、强度刚度大等优点，但作为典型的隐蔽工程，存在管控内容繁多、修复难度大、质量监测难等问题。为了实现钻孔灌注桩施工质量的全过程溯源管理，通过对钻孔灌注桩施工关键工序进行梳理分析，确定开孔孔位、桩径、垂直度、孔深、沉渣厚度、泥浆比重等作为重点管控内容，提出了适用于钻孔灌注桩施工中的智能化管控技术，以期为钻孔灌注桩施工提供新的管控方式与研究方向。

关键词：隐蔽工程  钻孔灌注桩  智能管控  工程建设

中图分类号：TU753

随着我国基础设施建设速度的加快，水运航道、公路铁路、大型桥梁等基础设施建设规模正以前所未有的速度发展[1-2]，在地基薄弱地区，为防治各种自然灾害，对构筑物地基的要求愈来愈高，这也就对基础的承载力和变形提出了更高的要求，而钻孔灌注桩作为典型的基础结构形式之一，广泛应用于工程建设中[3]。为提高钻孔灌注桩施工效率及施工质量，提升工程管理的数字化、信息化水平，国内外工程研究人员结合当前智能化管控技术的研究，借助于块链数据存储对多重复杂数据管理的优势，对钻孔灌注桩地基基础施工及其管控技术进行了大量研究，以期又好又经济地为工程建设服务[4-5]。

1  钻孔灌注桩施工关键工序分析

按施工方式分，钻孔灌注桩主要采用旋挖和正反循环钻孔两种施工方式，施工方式按土质及周围环境拟定，施工时根据现场实际情况调整。施工平台为软质土或需要回填的，选用反循环施工方式，周围环境有密集居民的，考虑到噪声影响，可采用旋挖钻孔灌注桩施工。工序主要包括施工准备、钻机安装与定位、成孔作业、钢筋笼制作、灌注混凝土、成桩养护等。

2  钻孔灌注桩施工智能化管控关键参数研究

由于钻孔灌注桩施工工序较多且不同工序下管控内容也较多，针对其关键施工环节采用智能化技术进行管控，可有效提高施工效率，保障施工质量。目前，钻孔灌注桩关键工序包括钻孔灌注桩的测放桩位、成孔（成孔检测）、泥浆、清孔、钢筋笼的制作及吊放、混凝土浇筑。因此，为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（成孔检测）、泥浆等环节，梳理出影响灌注桩质量控制的关键参数，见表1。

3  钻孔灌注桩施工智能管控技术

3.1  打桩定位管控

打桩定位是通过特定测量仪器和定位手段，将一定规格的桩按设计要求的平面及高程位置、倾斜坡度、平面扭角等桩参数施打到实地上。常用的方法有直角交会定位、任意角交会定位、极坐标定位、GNSS定位等。各种方法适用的条件各不相同，所使用的仪器数量及种类也有所区别，具体见表2。

3.1.1 直角交会定位

直角交会定位即是通过经纬仪的直角交会形式来控制施打桩的位置。用直角交会定位进行打桩定位时，需要有可布设两条相互垂直的“I”形基线的条件，且使基线方向与桩基的轴线方向相互垂直或平行。直角交会的定位方法是：首先根据桩中坐标等桩参数推算出桩棱边（对于管桩则为相应的切线）在一定高程上位置上的一点（简称测点）坐标，然后分别将其垂直投影到“L”形基线的正面和侧面两条基线上。这种方法的优点是直观明了，计算方法及测量过程简单易行，适用于陆上和近岸水域桩基施工的测量定位。缺点是受施工现场的场地条件制约较大。一般来说，施工现场往往没有可布设“L”形基线的条件。此时应使用任意角交会定位。直角交会定位是任意角交会定位的一种特例。

3.1.2 极坐标定位

极坐标定位就是通过同时采用测角、测距的方法进行打桩定位的工作。其基本方法是：首先在控制点上架设全站仪（或半站仪），后视基线的后视方向，然后转角到施打桩的测点方向上，再通过测距来进行桩的定位工作。为测定控制点至桩测点的距离，在桩的测点处还需安置反光棱镜。

3.1.3 任意角交会定位

任意角交会定位类似于前方交会法。这种方法无须“L”形基线，只需通过在码头后方陆域上的若干个控制点上架设经纬仪交会施打桩的测点即可，在任意角交会中，由于无须使用全站仪，而只需使用3台普通经纬仪即可进行打桩定位工作，因此这一方法适合于大部分施工单位的仪器装备情况。从定位方式上讲，任意角交会定位对施工后方场地无特殊要求。布点方法灵活，适应于大多数桩基工程的施工。虽然计算工作相对复杂，但由于现在计算机及程序计算器的普及已使计算工作变得简单，故目前被广泛采用。

3.1.4  GNSS定位

GNSS定位打桩技术可兼容多个卫星定位体系，包括北斗定位技术、GPS定位技术、GLONASS定位技术，为提高卫星定位技术精度，采用多台卫星定位接收机同时得到WGS-84系下的点位坐标；将各卫星定位坐标点的WGS-84坐标转换到工程坐标系下，通过各卫星定位坐标点的工程坐标和机械固有坐标计算两个坐标系间的转换关系，从而将桩在机械固有坐标系下的定位结果转换到工程坐标下，通过与设计数据的比较，指挥打桩机械的移动，从而就能达到打桩定位的目的，这种方法可以充分体现卫星定位系统的快速便捷、稳定准确的特点。

3.2 成孔管控

成孔检测主要控制桩孔的孔径孔斜、孔深和沉渣厚度，成孔质量检测方法主要有超声波法和接触式（机械式）检测法，具体见表3。相对而言，接触式检测更全面和更准确。

3.3 泥浆比重管控

钻孔灌注桩施工需要大量使用泥浆协助钻孔作业，用于保护设备、保护井壁、悬浮钻渣、携带钻渣出孔等。这些泥浆中含有大量的砂、碎石矿物以及各种化学添加剂，是一种黏度大、含水率高、流动性强、强度低的混合物，常见的监测方法有科氏力质量流量监测技术、γ射线式密度监测技术、差压式密度监测技术、浮球式密度监测技术、超声波密（浓）度监测技术、音叉密度监测技术等，具体见表4。

4 结语

钻孔灌注桩施工工序较多，其关键工序的管控质量对钻孔灌注桩成桩质量有着极大的影响，通过对智能化监测的关键参数进行研究，确定了钻孔灌注桩定位、成孔检测、泥浆比重监测等的智能化管控技术的原理、监测参数、技术特点，形成钻孔灌注桩智能化施工管控方案，可有效降低常规检测成本及人为误差、环境影响，提高检测效率及精度，保障工程基础的安全稳定。

参考文献

[1]刘经南，郭文飞，郭迟，等.智能时代泛在测绘的再思考[J].测绘学报，2020，49（4）：403-414.

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

[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]龚岩，杨军，冯玉功，等.基于移动定位技术的基建施工作业人员管理系统[J].电力信息与通信技术，2018，16（8）：83-88.

[5]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（下半月），2019，19（6）：117-118.