水泥土挤密桩夹杆夯锤智能化施工工法研究及应用
摘要
关键词
水泥土挤密桩；智能化；工法；应用
正文
一、工法的特点
本工法采用智能监控信息化系统，将其运用于挤密桩施工中。改变了传统需要大量技术人员及实验人员的监管方式，实现全过程数据监测，以最全面、真实的数据为质量控制提供支撑。主要特点包括：
1）改变传统需要大量技术人员及实验人员的监管方式，全过程数据监测，以最全面、真实的数据为质量控制提供支撑。
2）自动采集数据并上传，不需要人员介入，不影响正常施工，最大限度降低人为干扰导致的数据偏差。
3）平台实现施工数据的精准回溯并可根据需求定制工作统计报表及分析报告。
4）安装简单无需焊接，安装过程1小时以内。
二、工法的适用范围
水泥土挤密桩运用范围非常广泛，广泛运用于地下水位以上，天然含水率较高(12%—23%)的湿陷性土质区域，本智能信息化监控系统可安装于各种类型的挤密桩施工机械，运用范围广泛。
三、工法的工作原理研究
本智能信息化监控系统将北斗高精度定位定向终端，电流传感器，接近传感器等设备安装在填料机上,通过北斗卫星定位系统监测钻孔位置，利用接近传感器监测锤击数，电流传感器监测填土时间等参数，计算出钻孔深度，再通过控制终端对以上数据进行采集、处理和展示；通过控制终端内置的移动通讯网络将数据实时上传至工程管理平台，实现水泥土挤密桩施工的远程管理（如图1）。
图1 工法原理图
四、施工工艺流程及操作要点
4.1系统运行流程
本系统是配合水泥土挤密桩成孔后进行回填夯实的信息化系统，系统通过安装在夯填机上的定位设备确定工作区域，通过传感器记录夯锤次数，填土厚度等指标，将每一个夯孔的回填质量进行记录，实现夯实质量管理的目的。系统对夯实全过程进行质量监管，也是创新性的将先进管理技术与施工全过程质量管理紧密结合起来，保证隐蔽工程质量。设备运行流程如下图2所示。
图2 运行流程图
4.2工法要点
4.2.1智能监控设备安装
图3 设备构造
图4北斗天线 图5 深度传感器
图6 电流传感器 图7 控制终端
本智能化监控设备安装于夯填机，设备由北斗天线、接近传感器、电流传感器、控制终端4部分组成，整个安装过程仅需1小时左右（如图3--图7）。
4.2.2卫星定位系统监测桩孔位置
卫星定位系统利用北斗天线，对实际生成的桩孔位置进行定位，作业人员和技术管理人员可根据程序定位的桩孔位置判断是否符合设计要求，从整体层面对桩位进行把控，对不符合设计要求的孔位进行返工处理，确保施工完成的桩体位置符合设计要求。
4.2.3孔位深度测量
利用接近传感器，监测孔位深度是否满足要求，同时在夯填的过程中监测锤击数，对成桩的关键参数进行全方位监控，确保成桩质量满足要求，当深度、锤击数不满足设计及规范要求时自动报警。
图8 锤击数监测
4.2.4填土回填时间监测
利用电流传感器，监测填土的回填时间，进而计算出填料回填量，确保桩孔填料量满足设计要求，保证成桩质量。当填料时间达不到要求时自动报警。
图9 填料量监测
4.2.5报表总体分析
桩区回填完成后，可以对其深度、填料量等关键参数生成分析报表，技术管理人员可以通过对报表进行分析，在总体层面找到质量薄弱区域，加强对质量较差区域的监督与控制，针对性的提高总体工程质量。
4.3水泥土拌合与夯实要点
混合料含水量应满足土料最佳含水量，其允许偏差不大于±2%，夏季高温季节水泥土混合料要采取覆盖措施，减少水分蒸发。水泥土拌制根据回填要求随拌随用，拌好的水泥土不可以隔夜或是超过四小时使用。在下雨的情况不可以对水泥进行拌制。水泥如果被雨水打湿，则要禁止使用。
桩孔填料前应先夯击孔底夯实，然后用水泥土分层回填夯实，每层回填厚度不超过30cm，夯实机械宜采用重锤式夯实机分层夯实,距桩顶2m范围内适当增加夯实次数，桩头30cm范围内采用压路机碾压密实。
五、施工质量控制要点
进行地基处理检测时，其中主要包括：桩间土挤密系数、水泥土挤密桩桩体干密度及压实系数、水泥土挤密桩作夯填均匀性、桩间土湿陷性、单桩复合承载力检测等。
1）实测桩体平均干密度与平均压实系数应大于设计要求，并对桩间土进行检测，处理后桩间土0-0.3m范围压实度由试桩确定。通过室内试验检测出桩间土和桩孔内夯实水泥土的湿陷系数≤0.015，即证明湿陷性已经消除。
2）通过竖向静荷载试验来确定复合地基承载力，在挤密桩成桩14天后抽取桩孔总数的0.2%的点进行检测。
表1 水泥土挤密桩工程质量检验标准
序 号 | 检查项目 | 允许偏差或允许值 | 检查频率 | 检测依据/ 试验方法 |
1△ | 桩体填料平均压实度（%） | 满足设计要求 或≥93 | 检验总桩数的2%， 且每台班不少于1孔 | JTG 3450-2019 T0923 |
2△ | 桩间土平均挤密系数（%） | 满足设计要求 或≥90 | 检验总桩数的0.3%，且不少于3孔 | JTG 3450-2019 T0923 |
3△ | 桩长（m） | ≥设计值 | 检测总桩数的2%，且每台班不少于1孔 | 测绳 |
4 | 桩径（mm） | ≥设计值 | 检测总桩数的2%， 且每台班不少于1孔 | 尺量 |
5 | 桩位偏差（mm） | ≤0.25D | 检验总桩数的2%， 且每台班不少于1孔 | 全站仪或RTK测量仪 |
6 | 桩间距（mm） | ±100 | 检验总桩数的2%， 且不少于5点 | 尺量 |
7 | 垂直度（mm） | ≤ 1%H | 检验总桩数的2%， 且每台班不少于1孔 | 全站仪测桩管 |
8 | 湿陷系数 | <0.015 | 试验段按总桩数的 0.3%，且不少于3孔或必要时 | JTG 3430-2020 TO139 |
9△ | 地基承载力（KPa） | 满足设计要求 | 检验总桩数0.2%～ 0.5%，且不少于3处 | JGJ 340-2015 载荷试验 |
10 | 水泥剂量（%） | 满足设计要求 | 每1000m³ 测3次 | JTG E51-2009 T0809 |
六、应用案例及效益分析
6.1应用案例
S50海原至平川（宁甘界）公路设计起点桩号为K65+555，工程改造起点桩号为K64+720，终点桩号为K109+435.629，全长44.7km，主要包含路基、房建安、路面、防护、服务区、交安及机电等工程。通过试验数据对比分析，施工效果良好(见图10），值得在其他类似项目推广应用。
图10 工法应用效果
6.1经济效益分析
信息化设备按10000元/台计算，每台设备工作5个月，每台设备2000元/月，采用传统人工监测，每台设备配备1人，5000元/月；当挤密桩工程量大时，采用智能化监控设备可以大幅减少人员投入，经济效益显著。
结语：
综上所述，本工法创新性的将智能化监控系统应用于挤密桩施工中，对挤密桩施工全过程进行监控，改变了以往需要大量人员监测的情况。现场作业人员能够对单桩的回填深度、夯实锤击数等关键参数进行直接监控，防止桩体不满足设计及规范要求的情况出现。技术管理人员可直接对所有挤密桩的深度、回填质量等关键参数进行分析，在总体层面对挤密桩质量进行把控，通过对桩体质量相对较差的区段进行分析，采取相应处理措施。本工法在挤密桩处理软土地基技术层面具有一定的推广价值和示范作用。
参考文献：
[1]宁夏交通建设股份有限公司.工法.
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