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锤击法管桩施工管理系统研究与实现

田一鸣 谢黎明 赵翔 杜赛赛

[摘    要] 锤击预应力管桩适用于各种黏性土、粉土等地基土层，在桥梁桩基等基础工程中得到较广泛使用。针对目前锤击法管桩施工管理较为粗放，出现施工问题时无法准确还原施工情况，远程分析困难，无法及时有效提供解决方案等问题，通过对锤击法管桩施工管理研究，提出并设计了一套锤击法管桩施工管理系统，该系统提高了专家会商效率，对节省时间、资金和人力成本以及精细化、智能化施工管理具有重要意义。
[关键词] 锤击法;管桩;施工管理
doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2020. 01. 038
[] F273;TP315    []  A      []  1673 - 0194（2020）01- 0090- 02
1      锤击法管桩施工管理现状
随着预应力混凝土管桩生产技术的日益成熟、产品质量逐渐提高以及各种规格产品的不断推出，预应力混凝土管桩广泛应用于公路、桥梁等基础施工中。在此过程中，完善了相应的产品规范[1]，同时，更多专家学者对在施工、检测等应用场景中的复杂问题，提供了诸多解决方案[2-4]。其中，对于管桩沉桩方式就有很多种。锤击法沉桩施工机械简单，投资小，施工方便灵活，有着广泛的应用。
在标准化锤击法管桩施工过程中常出现以下问题：桩位偏差、桩身垂直度偏差、桩长/标高偏差、桩身完整性缺陷、承载力不足、桩难以打入土层、贯入度突变等。这些施工问题的原因多样，会商及研判参与方较多，需要施工方、监理方、设计方、专家方、管理方等共同参与，导致流程复杂、效率低下。
为解决这些问题，特设计开发一套基于问题导向的锤击法管桩施工管理系统。该系统能使得管桩施工过程更加信息化与现代化，提高工程质量与工程效率。标准化施工也是决定管理系统可靠性的关键因素。施工过程中一旦发生问题，可以通过问题上报功能和专家会商功能对施工数据进行有效的管理和预警，组织相关专家与设计代表进行高效的协同会商，讨论解决方案。通过信息化手段将施工过程中的各单位组织在一起，提高施工单位、监理、设计单位与业主的沟通效率，也使得业主方对管桩施工过程有更详细而准确的了解和掌控。
2      锤击法管桩施工管理系统
2.1   系统总体架构
本系统采用以B/S和C/S结合的软件体系架构，通过互联网，物联网，将管桩施工业务数据、设计单位数据和专家库有机地结合起来，实现施工信息全链路资源整合。
施工人员通过C/S端快速的快速采集数据并进行查询、上报等操作;业主单位人员、业务专家、设计单位等可以通过B/S端进行系统的授权以及施工相关问题的查询、协同会商等工作。系统B/S端采用JAVA、JavaScript、SQL、HTML、JSP等软件程序设计语言开发，C/S端使用C、Java等。
系统部署服务器主要包括数据库服务器和业务应用服务器。数据库服务器数据包括管桩建模数据、基础支撑数据、日常业务数据等。业务应用服务器主要安装管桩施工管理系统，提供系统管理、数据上报和查询统计等功能。
如图1是系统部署架构图。
锤击法管桩施工管理系统主要包括数据采集程序、服务端程序和客户端程序。其中：
数据采集程序部署在施工现场，主要通过专业的采集端设备和手机端进行数据采集、上报，通过4G网络传输服务器。
服务器程序部署在公司總部，并设置有防火墙，主要用于对外提供Web服务、业务处理和数据资源的存储。
客户端程序主要是指各使用单位PC端，通过浏览器和互联网登录管桩施工管理系统进行操作。
2.2   主要功能
2.2.1   数字化交付接收子系统
打桩过程可以分为两个阶段：第一个阶段为桩锤对桩的冲击过程; 第二个阶段为桩获得冲击能量在土中的贯入过程。
通过读取相应的设计数据，建立管桩模型和锤击作用模型，可以对施工过程进行模拟分析，同时也作为各项施工数据指标的可视化基础，记录管桩的设计信息、施工进度和其他施工中采集的数据，使得施工过程中各单位可以准确而详细地获取施工信息。
2.2.2   施工信息采集子系统
主要包括试桩数据和施工数据，系统主要实现试桩数据和施工数据的查询和展示。
试桩数据包括管桩信息、钻孔桩号、地层信息、管桩基础单桩竖向承载力特征值，试桩入土桩长，锤重、落距及地层的修正值，试桩竖向荷载极限值等。
施工数据主要记录沉桩施工记录、沉桩现场检查等施工节点的信息。
2.2.3   施工问题上报子系统
由施工人员对施工过程中产生的异常数据进行上报，分别上报给业主、施工监理、施工单位。问题包括：贯入度突变问题、地质差异问题、高程垂直度问题、桩身破裂问题、承载力不足问题及其他特殊异常问题。
2.2.4   专家和会商子系统
对于施工现场出现的特殊异常施工问题，设计单位不能解决时，由业主单位通过施工管理平台的协同会商模块组织相应专家讨论解决方案。形成监理—业主—设计代表—施工单位的完整处理流程，减少各单位的沟通成本，提高协同效率。
2.2.5   基础信息库管理
包括地质材质库、阻力特征值经验库、工程地质勘查库、专家人才库、问题方案库等各项基础数据，是系统的信息支撑。
3   业务流程与过程控制分析
3.1   业务流程
业务流程如图2所示，具体流程如下。
STEP  1：出现施工异常情况，首先停止施工，由施工人员上报施工问题;
STEP  2：系统进行异常判定，对于简单异常由系统给出处理方案，本地进行快速处理;
STEP  3：对于复杂异常，需要上报设计单位，由设计人员进行分析并给出相应解决方案;
STEP  4：对于特殊情况，需要进入专家会商系统进行解决，最终由专家给出解决方案。
3.2   系统操作管理与控制
施工管理系统对用户的信息化操作水平有要求，尤其是基础数据的录入和施工数据的上报很容易出现输入偏差。可以通过加强培训和技术交流，提高系统使用人员的操作水平。同时加强制度管理，通过奖惩制度提高人员的重视程度。
3.3   信息安全管理与控制
信息安全是施工管理工作的重中之重，是工程设计、施工、养护、管理各项业务的参考依据，其中包括管桩数据、地质信息、异常信息、问题数据等。必须从硬件、软件和制度等多方面加强信息安全管理水平，做好灾备方案，提高冗余能力，健全管理体系。
4      小    结
通过建立信息化、智能化的管桩施工管理系统，可以提高管桩施工过程数字化、信息化程度，打通设计与施工之间的设计信息传递通道，提高总体效率，降低成本，有利于实现精细化施工。利用该系统，提高施工过程中各单位的沟通协同效率，减少沟通成本;利用该系统，基于采集的实时与历史施工数据，可以对施工中出现的各种问题进行快速准确的分析并有效解决，一定程度上缩短工期时间。
下一步，需要进一步完善基础数据库，为工程设计、养护、管理等全生命周期管理提供更精确完善的数据基础;建立更有效的数据分析模型。大数据的分析处理必须依托更有效的数据分析模型，才能为施工管理决策提供依据。值得一提的是，需要进一步提高信息自动化采集技术，“一人多机”控制、无线远程控制，完成数据采集的智能化，进一步节省人工成本，使得工程效益得到进一步的优化。
此外，信息化系统对人员的综合素质要求高，必须加强人员培训，才能保证施工管理的有效性。同时，建立科学完善的管理体制，才能使施工工作和信息化流程更加清晰明確。
主要参考文献
[1]国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.先张法预应力混凝土管桩（GB 13476-2009）[S].2009.
[2]郭杨，杨成斌.预应力混凝土管桩应用新技术[M]. 北京：中国建筑工业出版社， 2016.
[3]李文森.超长送桩在锤击预应力管桩施工中的应用[J].工程建设，2017，49（4）：86-88.
[4]王晓琳. 锤击PHC管桩在皖北软土地区的模型试验研究[D].兰州：兰州交通大学，2018.

-全文完-