浅谈智能管控系统在水泥搅拌桩标准化施工中的应用研究

刘小龙，薄冠中

中交一公局第二工程有限公司，宜长高速项目

摘要：水泥搅拌桩作为路基工程中常用的软基处理方式，施工周期短、速度快，其特有的整体性、水稳定性和具有一定的强度等优点，在施工中被广泛应用。但水泥搅拌桩由于施工速度快，施工过程管控难，成桩质量难以保证，在施工中需要一定的技术手段加强水泥搅拌桩施工质量的管控。智能管控系统对水泥搅拌桩施工过程质量控制、施工原始数据记录等方面具有非常大的意义。

关键字：水泥搅拌桩 智能管控系统 质量控制

1 引言

在水泥搅拌桩施工过程中，泥浆比重、喷浆量、桩长等作为主要的质量控制点，主要靠现场施工工人及技术人员、监理人员进行控制，不稳定性大。水泥搅拌桩是隐蔽工程，且抽检频率低，加上社会环境等因素，难以保证成桩质量的可靠性。针对目前施工过程中的这种现象，需要先进的智能系统对水泥搅拌桩施工过程进行全过程控制。

2 概述

2.1 工程概况

宜兴至长兴高速公路江苏段工程YC-YX1标起点桩号K0+000，终点桩号K15+000，主线全长15km。全线水泥搅拌桩总共41237根，共计316594m。主要集中在堰南枢纽、宁杭高速拼宽段、主线K1+040～K1+867.1段。

2.2 工程难点

（1）水泥搅拌桩与既有宁杭高速拼宽施工，工期紧，施工难度大，组织协调困难；

（2）业主要求高，水泥搅拌桩优良率达到100%，优率达到95%，创建宜长高速品质工程；

（3）协作队伍施工人员技术水平一般，施工质量难以达到业主要求。

3 标准化施工

3.1 施工条件勘察

水泥搅拌桩施工前，需要开展对设计地勘数据的复核，通过静力触探逐段加密软土地基勘测。施工前按设计文件划分的每个施工区域进行试打。综合以上两项验证结果，报设计单位确定该区域施工桩长。

3.2 场地准备

施工设备进场之前应对作业断面进行整平处理，对断面内河塘进行回填，对各类非适用材料进行清理，两侧开挖排水边沟，对原地面进行初步整平压实，确保作业面平顺。 制浆点作业平台要求高出原地面30cm以上，水泥罐设置不得侵占便道通行宽度，并进行编号管理。作业平台统一搭设雨棚，雨棚面积应包含制浆区、作业区、设备停放区。

施工段落需分区严格执行设计文件要求，进行分区放样、逐段施工，如遇到与现场条件不符需要提前联系设计单位确认。施工作业面整平后，按照设计文件要求对施工区域用全站仪进行四角坐标放样，确定区域边界线。桩位放样以竹签标记单桩平面位置，放样应满足设计及规范要求，桩位偏位不超过5cm。对放样桩间距按5%频率进行抽测。

3.3 材料管理

现场每台桩机配备1~2个散装水泥罐，根据日工作产量确定水泥罐容量或数量，水泥罐基础必须安全稳固，抗倾覆能力满足室外作业要求，如地面基础较差，需要采取换填、浇筑混凝土基础等方式进行加固处理，散装水泥用量管理采用自动称重系统。水泥罐附近张贴水泥原材标识牌、水泥搅拌桩施工配合比标识牌、自动拌浆机操作规程。

水泥罐出料口部位用柔性材料密封，控制使用过程扬尘。停工期间水泥罐出料口采用包裹封闭，防止材料受潮。施工现场必须按要求存放石膏外加剂，做到下垫上盖，谨防石膏受潮。现场配备石膏称量桶，并做好称量刻度线，确定单桩搅拌添加用量。现场配备电子秤，随时校核单桶添加用量。

3.4 制浆设备

水泥搅拌桩统一采用自动拌浆机制浆。水泥浆浆桶分制浆桶（上浆桶）和送浆桶（下浆桶），下浆桶应高出地面10~20cm，防止雨水倒灌，并在上浆桶出浆口底部增设钢丝过滤网，过滤结块。上下浆桶均配备大功率搅拌设备，上浆桶单次制浆量为一根桩用量，搅拌时间不得少于3min。下浆桶施工过程中不得停止搅拌，如因设备故障停止搅拌时间超过30min，浆液作废处理。下浆桶做到一桩一清池。

自动制浆机张贴设备参数标牌、安全警示标牌及操作规程，并在醒目位置张贴单桩制浆需要的各类技术参数表，便于操作人员熟悉标准，控制质量。下浆桶安装完成后需要进行专项验收，对浆桶深度、直径检测，确定容量能够满足单桩施工要求；搅拌龙头距离桶底高度不超过10cm，且搅拌叶片直径能够保证连续搅拌效果。

水泥浆泵送设备采用活塞式增压泵，做好输浆管与泵管的接头处理，并配有效压力表。由于压力表容易损坏，各制浆点必须配备备用压力表，泵送压力一般控制在0.25-0.4MPa。每个制浆点配备不少于1台泥浆比重计及桶装清水，用于实时监测水泥浆比重。输浆管设置应能满足断面工作要求，长度控制不超过60m，施工过程中输浆管不得扭曲，接头做好密封措施，当日完工后应对输浆管进行清洗，防止水泥浆凝固堵管。蓄水池做好四面围挡，并张贴安全警示标志。3.5 桩机设备

桩机设备进场之后进行统一编号，并悬挂操作规程，张贴施工及管理责任人，桩机操作台统一采用油布进行三面包裹，作业台不得堆放器具和材料。桩机设备可采用走管式桩机或大扭矩履带桩机，并配备2台45kW动力电机作为双向搅拌桩机钻进动力，4~5个变速档位，确保在钻进过程中匀速施工。

桩机机架应根据施工桩长进行刻度标识，从上而下递增数字，刻度起点为电机框架底部，方便观测。标识材料应为反光材料，标识间距为1m。桩机机架内部悬挂铅垂，桩机就位后量测作业平台水平度及机身垂直度，垂直度控制不超过1%。施工过程中应保持桩机平台稳固，严格控制地基不均匀沉降。

桩机设备进场之后应进行设备标定，包括送浆流量计、电流表、送浆泵压力表、桩机压力表，设备标定必须经有资质的第三方计量单位标定合格方能使用。

标定合格之后必须进行封闭管理，流量计经总监办验收合格后采用封条管理，施工过程中打开设备需经监理人员同意。

设备进场后要求对桩机钻头进行验收，钻头直径不得小于设计桩径，并控制不宜过大（不得超过设计桩径2cm），防止桩身水泥用量不足。搅拌叶片数量及倾角应满足施工要求，叶片层数不少于4层。

3.6 浆液配制与输送

浆液输送前必须保持下浆桶足够一根桩用量，浆液输送过程中下浆桶不得停止搅拌，停止输送必须得到桩机反馈信号，不得随意停浆。送浆压力通过送浆泵压力表控制，如发现压力表损坏需及时更换，并在施工过程中保持送浆压力稳定，当出现特殊情况前后台通过对讲机及时联系，对不能确定部位需要补充喷浆。水泥浆比重检测每根桩不得少于1次，水泥浆比重按理论值±0.05控制。比重计使用前后必须用清水清洗，使用前用清水进行标定，确定起算点，各制浆点比重计配备数量不得少于2台。

3.7 钻进喷浆

桩机施工为喷浆钻进工艺，钻进速度不得超过1m/min，匀速钻进，钻进施工喷浆应连续供浆，不得出现过程中断，施工至设计桩长应对比电流值，采用桩长及电流值双控指标，确保施工桩体有效性，进入硬土层电流值要求超过50~70A。钻至桩底后要求原地搅拌10s，确保桩底成型效果。

3.8 复搅提升

复搅提升速度控制在0.7～1.0m/min，复搅应保证全桩长范围搅拌，增加水泥土均匀性。
3.9 成桩验收

（1）桩位核查

施工现场要求配备桩位平面布置图，布置图应标明桩排号及桩距，单桩施工完成后要对桩位进行核查，并在布置图中进行标注。

（2）监控系统

采用智能监控系统对水泥搅拌桩施工过程进行实时监控，主要监控内容为单桩下钻、提升速度，段浆量、总浆量，钻进、复搅深度，电流值变化等，对采集的数据进行存储并实时上传。

（3）取芯检测

水泥土双向搅拌桩成桩28d后应进行标准贯入试验和取芯检测，在自检和强检按相应的检测频率检测合格后方可进行下道工序的施工。如因施工需要提前至14d进行取芯检测，必须经现场管理机构同意，检测结果需满足指导意见相关要求，方可进行下道工序施工。经处理的小型构造物基础，需使用承载板进行承载力检测。

4 智能管控系统

4.1 水泥称重系统

以往采用袋装水泥进行施工，现场进场的水泥量及施工水泥用量靠水泥袋数量进行控制，数量确认比较困难，而且真实性不可靠，即便采用散装水泥，也往往存在水泥用量不足的情况，尤其是施工队伍自购水泥，“偷”水泥现象较为严重，水泥搅拌桩成桩质量难以保证。在水泥搅拌桩智能管控系统中，采用水泥称重系统实时监控现场存放的水泥罐中水泥重量，通过每天水泥总使用量及施工桩长米数进行水泥使用量对比，及时发现水泥用量使用情况。另外，水泥称重系统可以监控水泥罐中水泥剩余量，对水泥材料的采购计划有很大帮助。

4.2 智能制浆系统

以往水泥搅拌桩制浆采用人工，通过小推车画刻度线或者磅秤进行称重，重量控制精度低，误差大，受工人责任心和主观意识影响很大，制浆质量往往很难控制，制浆工人工作繁重。现场配备的泥浆比重计往往也是虚设，技术人员及监理人员抽检频率非常低，难以达到控制现场泥浆比重的目的。综合原因导致水泥浆泥浆比重与设计值相差超过规定范围（±0.05），泥浆比重往往偏小，导致水泥用量变少，成桩质量偏低。

智能管控系统采用自动制浆机，通过预设参数，提前设定好水泥用量及加水量，称重误差在1kg范围内，泥浆比重、水泥使用量均能得到精准控制。根据配合比进行制浆，操作简便，制浆速度快，一个工人即可完成制浆工作。一台制浆机可以同时满足2~3台桩机设备同时施工，人工使用少，效率高。

4.3 智能监控系统

智能管控系统采用监控设备取代以往使用的电脑小票打印机。电脑小票打印机在市场上通常被改装过，可以存储及编写施工原始信息，施工过程中甚至可以直接篡改施工数据，在水泥搅拌桩施工过程中，很难达到记录施工原始数据及施工监管的作用。

智能监控系统采用监控电脑进行记录原始数据，通过尺度仪、流量计、电流表、电压表对施工过程中的原始数据进行存储并通过4G网络实时上传至管理网站，管理人员可以登录网站实时从网站上查看施工原始数据。

通过第三方监控单位对施工原始数据进行实时监控，现场施工人员无法更改原始数据。保证了原始施工数据的真实性与完整性，对水泥搅拌桩全过程施工控制有巨大的指导意义。

5 总结

通过智能管控系统，水泥搅拌桩从制浆、下钻提升、喷浆量、电流值变化等各个方面均能得到有效控制，减少了人工成本，提高了施工效率，而且使水泥搅拌桩施工质量可管可控，运用水泥搅拌桩标准化施工及智能管控系统，可以切实提高软基工程质量，杜绝质量隐患，从真正意义上打造品质工程。

智能管控系统采用的移动4G网络作为数据传输载体，在使用过程中主要是网络不稳定造成的原始数据丢失以及系统不能登录等问题。在今后施工中，进一步优化后，可以广泛应用到水泥搅拌桩施工中。

参考文献

1. 技术标准：江苏省交通工程建设局.《江苏省高速公路施工标准化指南》（软基）.2017年

2. 专著：中交一公局第二工程有限公司.《水泥搅拌桩（湿喷桩）施工标准化图册》.2018年8月