机场碎石桩信息化施工应用研究.docx

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1、1、碎石桩及其信息化施工碎石桩是以碎石（卵石）为主要材料制成的复合地基加固桩。碎石桩和砂桩等在国外统称为散体桩或粗颗粒土桩。所谓散体桩是指无粘结强度的桩，由碎石柱或砂桩等散体桩和桩间土组成的复合地基亦可称为散体桩复合地基。目前，应用的碎石桩、砂桩、渣土桩等复合地基都是散体桩复合地基。碎石桩是散体桩的一种,按其制桩工艺可分为振冲（湿法）碎石桩和干法碎石桩两大类。采用振动加水冲的制桩工艺制成的碎石桩称为振冲碎石桩或湿法碎石桩。采用各种无水冲工艺（如干振、振挤、锤击等）制成的碎石桩统称为干法碎石桩。以砾砂、粗砂、中砂、圆砾、角砾、卵石、碎石等为填充料制成的桩称为砂石桩。利用碎石桩加固地基主要优点如下

2、。（1）施工机具简单、操作方便、施工速度较快、加固质量容易控制；（2）加固时无需钢材、水泥，仅用碎石卵石、角砾等当地硬质粗粒径材料，因而地基加固造价较低，与钢筋混凝土桩相比，一般可节约投资1/3,具有明显的经济效益；（3）在软弱地基中，经振冲填碎石或卵石等粗粒材料，成桩后改变了地基的排水条件，可加速地震时超静孔隙水压力的消散，有利于地基抗震并防止液化，同时可加速桩间土的固结，提高其强度；（4）振冲器的振动力可直接作用于地基深层软弱土的部位，对软弱土层施加的侧向挤压力大，促进地基土密实的效果与其他地基处理方法相比效果更好。传统的碎石桩施工，均依靠机器本身的简易标识以及施工员的个人经验判断施工的准

3、确度，期间存在大量的不确定性。个人的经验水平和机器的稳定性带来了巨大的隐患，这也是施工的弊端。如今随着信息化时代的到来，越来越多的施工环节使用机械仪器，既提高了效率，也提高了施工的准确性和安全性。尤其是2023年之后，国内新基建战略实施，也让物联网正式走上战略性路径。由网络化衍生的施工信息化战略也是国内工程企业努力追求的目标，所谓碎石桩施工信息化是指利用北斗和激光传感技术，对预施工部位进行定位，自动排布设计点位，将原来碎石桩施工过程中形成的数据参数，如间距、长度、承载力等数据，以高精度的对应传感器自动精准采集，通过线路传递给用于处理数据的记录仪，记录仪获得所有传感器传回的数据后进行数据整理分析

4、，得出格式化的数据，然后通过架设在桩机上或者其他区域的无线发送装置，传回给企业云服务器进行进一步数据解析整理。最后通过网页系统的访问方式，可查看记录仪传回的数据。数据类型根据桩机的不同有不同的展现方式。同时通过在施工机械上安装定位装置、影像回传装置，在平台中实时监控施工状态信息等。2、系统的构建碎石桩数字化施工管理系统主要工作流程可概括如下：通过在碎石桩机上安装数字化前端装置，利用激光传感、北斗定位及互联网技术，将施工数据科学、准确地传输至大数据处理后端，管理人员通过电脑端平台对现场的位置坐标、时间、打桩深度、电流值等施工数据进行监控管理，加快施工进度、提高施工质量，如图1所示。图1碎石桩数字

5、化施工管理系统（计算机截图）数字化前端装置由主控单元、定位天线、配电柜、电流传感器、激光落距传感器5个部分组成。其中，主控单元安装于配电柜机箱内，主要用于施工数据的获取、分析和上传。定位天线安装于桩机两侧支架的立柱上，主要用于提供桩机位置和方向等数据，需要注意的是连接端需紧固的定位天线螺丝、4G天线螺丝，如图2所示。配电柜安装于桩机后侧，用来将传感器和设备进行集成，方便配置。电流传感器安装在震动锤电机的电源线上，用于检测电流的大小。激光落距传感器安装在桩机桅杆上方或下方，用于检测沉桩、反差深度。连接端需紧固的定位天线螺丝连接端需紧固的定位天线螺丝图2定位天线、主控单元连接（计算机截图）在碎石桩

6、数字化施工管理系统的运行过程中，电源和激光传感器的使用尤其重要。电源方面，施工过程中数字化系统电源断开，会导致施工数据异常。因此在系统运行过程中，需检查系统电源是否打开，电源是否稳定。此外，由于沉桩时间较长，需保证开始沉桩到完成沉桩并移动时，整个过程电源正常不中断。在需长时间休息时，应在完成当前沉桩并移动到下一沉桩位置后方可离开，保证施工数据完整性。激光传感器方面，施工往往会伴随着大量震动，当传感器安装位置因震动发生偏移，传感器直射不到震动锤时，会导致施工数据异常；施工环境下的大量灰尘异物若遮盖了传感器镜头，也会导致数据的异常，需现场人员在施工时注意对镜头的擦拭，如图3中所(a)(b)图3激光

7、传感器的偏移(a)偏移图1；(b)偏移图23、系统在碎石桩施工中的应用使用数据处理终端用于采集各个传感器的数据和定位数据，进行信息融合后通过无线网或自组网传输给物联网管控平台；物联网管控平台根据接收到的数据，更新施工任务和施工规划，并实时发给导航终端，用于引导工人施工；可准确地监控成桩深度、沉管时间、成桩时间、沉桩电流、反插次数和碎石灌入量等多项参数，且可根据施工情况进行实时的任务调整，大幅提高了碎石桩机的智能化水平。在现场的数据通信中，通过基站进行与各施工机械终端数据的数据传输，并进行数据分析与储存，实现数据的实时传输与分析。之后系统会实现各区段的工程量统计，并且根据需求，分析、统计生成质量

8、、工程量、工艺、进度等相关信息的报表。在碎石桩施工中，系统可以实现实时引导功能，主要通过碎石桩机的平板设备，通过精确定位数据，结合设计数据，通过显示终端，将驾驶员引导到正确的施工坐标，在确保安全的情况下实现夜间无照明作业。通过将设备名称、设备类型、设备编号、设备颜色、分包方等信息录入系统存储，可以实现对施工设备的有效管理。对于施工任务的分配情况，施工人员对预施工部位建立施工仓，在平台任务管理中录入施工单元信息、区域边界、施工标准、施工单位、施工设备；区域边界为施工部位范围坐标，可表格录入或者手工录入；施工仓启动后，对预施工仓部位派遣机械，施工机械得到派遣任务后，到达施工仓部位后，方可进行施工。

9、项目对整个场区划分不同的功能分区，如边坡区、土面区等，每个功能分区可单独在分区报审中建立任务，便于分区管理。为了在施工中实现对桩的实时监控，对已发布的任务，可通过平台查看每根桩的施工信息、测量桩间距、查看点坐标、沉桩深度、沉桩开始结束时间、电流值等信息。利用数字化前端装置采集的施工数据，通过互联网传输至平台，输出碎石桩信息表，导出设备名称、坐标点位、沉桩深度、沉桩开始时间、沉桩结束时间、拔桩开始时间、拔桩结束时间、总时长、沉桩用时、反插次数、反插深度、沉桩电流、拔桩电流、反插电流、持力层电流等信息，作为资料、计量计价的原始依据。此后，对施工完成仓进行图形报告导出，显示施工单位、施工区域名称、面

10、积、施工区域坐标范围、施工开始完成时间、报告生成时间、排除区域、施工机械；图形报告作为各方检验是否合格的一个标准；同时平台设置排除区域功能，对施工仓内无法施工区域进行区域排除，加快施工仓完结，加快计量计价，排除区域部分待施工条件达到后进行重新补录施工仓施工。对施工仓内的施工内容进行汇总导出，包含施工单元名称、施工面积（f）、沉桩平均深度（m）、沉桩总深度（m）、反插平均深度（m）、反插总深度（m）,实现对施工内容的汇总。二维码的应用帮助施工管理人员更加方便获得施工数据，从而实现对施工过程的更好管理。现场施工人员应做好施工记录，施工中可随时查看该设备二维码数据，施工数据实时更新，如发现施工数据持续异常（漏桩，深度不对，反差次数不对等）,应立即反馈。在数字化管理人员指导下进行排查，或等待数字化人员现场处理。4、总结碎石桩施工信息化的本质就是使用传感器和记录仪搭配采集施工数据，上传到云端后供相关人员查看和监控，解放了现场监控劳动力，提高施工效率、质量。为同行业提供一种信息化施工方法及经验，具有广阔的借鉴意义。