水泥搅拌桩远程监测系统技术研究

杨坤

摘要 自水泥土搅拌桩技术问世以来，由于其在软土加固方面表现出色、施工机械简便、施工速度快、造价较为经济、对环境影响较小等诸多优势，得到了广泛应用，然而在水泥土桩施工管理过程中，长期存在量测技术落后、人为因素影响质量、技术与实际难结合等问题。文章研发的地基处理实时在线监测系统，很好地改善了水泥土桩施工过程中存在的问题，对以后的行业发展起到了积极的作用。

关键词 水泥搅拌桩；物联网技术；在线监测系统

中图分类号 TU447文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）05-0093-03

0 引言

随着物联网和互联网技术的迅猛发展，迫切需要将信息化技术融入工程管理[1-4]。该技术的目标是将物联网技术与实际工程技术有机结合，实现在工程领域的应用，把工程监理、工程管理、工程施工、工程检测以及工程设计的传统做法插上物联网技术的翅膀，并与参建方有机结合，真正给工程管理带来一场革命[5]。从工程管理中最难的软土地基处理着手，开发配套智能系统，解决地基处理质量控制的难题。

该文应用物联网技术成功开发了一套地基处理实时在线监测系统，该系统由功能完备、经济可行的硬件系统和软件平台组成，以软硬件结合的方式实现实时数据监测，通过网络远程传输至平台。由专家团队利用岩土知识，结合地层条件及施工数据，对单桩及整个场地做出质量评估，对施工过程进行全方位质量控制，对成桩质量进行全面综合评估。

1 水泥搅拌桩远程监测系统简介

1.1 系统原理

该系统是通过施工过程中的精确监测与合理分析，综合现场各种条件与岩土工程知识，及时生成项目现场的岩土分析报告，对现场施工质量进行评估，并及时将反馈信息传达至施工管理现场，作为指导修正施工操作的依据，实现对施工过程的有效及时监督和控制，从而提高了整体施工的质量，并且对工后检测起到具体的、针对性的定向指导。同时，再建立多个地区多个项目的检测数据库，通过专业的分析总结对水泥土搅拌桩的设计与施工给出针对性的建议。

1.2 系统功能

该系统具有以下六大功能：

（1）实时采集、上传、存储原始施工数据，并可以随时随地远程查看。

（2）实时评估制桩质量，生成单桩及群桩质量评估报告。

（3）自动生成多项施工资料。

（4）实时报警。

（5）实时分析场地地质条件等影响因素。

（6）根据实际场地地质条件调整施工方案。

水泥土搅拌桩质量监测系统几乎完全實现无死角监测，切实保证施工数据的真实性，降低了施工管理难度；在施工过程中对制桩质量进行严格把控及多方面评价，保证施工方案一直符合实际场地条件，提高了技术与实际的结合程度，非常适用当前的水泥土搅拌桩施工监测和质量控制工作。

2 水泥搅拌桩远程监测系统主要内容

2.1 系统组成

质量监测系统犹如“医疗仪器”，由电磁流量计、测斜仪、电流计、深度仪、GPS定位仪等传感器、在线自动制浆站和监控主机组成。桩机启动工作时，各传感器便正式采集施工过程的各项数据，所收集的数据经过有线传输到监控主机，然后监控主机初步分析数据信息，并上传、存储至云端服务器。监控主机初步分析若发现施工参数超出境界限制，系统将立即触发警报，提示现场操作人员进行及时检查。在线自动制浆站只需预设水量和灰量，即可自动批量制浆，并将制浆数据实时上传并存储至云端服务器。

整个系统分为四个部分：现场数据采集系统—信号传输系统—监管中心—远程监测客户端。

2.2 数据采集

系统数据采集依靠数据采集仪进行，数据采集仪通过各类传感技术可以准确测量施工过程中的各种参数。数据采集仪可以实现报警功能以及GPS定位功能。数据采集详情如表1所示。

2.3 自动制浆机

目前国内水泥土搅拌桩的制浆仍采用传统的人工方式，该方法存在一些明显的不足。制浆过程中，在成本较高、工人劳动强度较大的情况下，需要人工倾倒水泥粉末，造成严重的粉尘污染，影响工人职业健康安全。这些因素造成搅拌不均、浆料比例起伏较大、浆料质量难以保证。为解决这些问题，该文自主研发了搅拌桩自动化制浆系统。该系统具有制浆效率高、浆液比例稳定、自动化程度高、人工节省、劳动强度低、测量精确、性能稳定、支持网上传输等功能的同时，能充分保证施工的连续性和稳定性。

自动制浆机有以下优势：

2.3.1 具备高度自动化、简单易学的操作方式

该系统设计了直观友好的用户界面，采用便捷的操作方式，使工人能够轻松上手，只需进行简单的培训。工人只需依据预设的水灰比例，在显示屏上输入水和水泥的重量，点击确认键即可完成自动供水、供灰、搅拌和放浆等一系列连续动作。

2.3.2 实现高效制浆、稳定的浆液比重

利用两台同时输送水泥的螺旋式输送机，达到每小时12 m3的制浆能力，提高供灰效率，满足同时施工的多台搅拌桩机。先进的高速搅拌机（桨叶转速600转/min）

和精密的传感器，确保浆液比重准确而稳定，配备的称量系统进一步增强了精度。

2.3.3 性能稳定，安全适用

自动控制柜所采用的元器件表现出稳定的性能，故障率低，操作简便且容易维护。连接的各种电气设备均配备自动保护装置，可迅速而有效地切断主回路，以应对电路短路、过载、缺相、接地等故障，确保各种电器设备的安全运行。

2.3.4 节约人工材料，绿色环保

传统的人工制浆，需要人员多，劳动强度大，而且现场粉尘多，浪费材料，污染环境，影响工人职业健康；而自动制浆只需一人操作即可，大大降低了用工成本，减轻了工人的劳动强度，且现场产生的粉尘少，节约材料，保证环境。

2.3.5 数据上传与监控功能无缝对接

在自动化制浆系统中添加网络模块，实现制浆过程的实时上传，包括单次用水量、用灰量、水灰比等数据传送至在线监测网站，以实现对制浆过程的即时监控。在线监控网站还可以进行单日或一定时间段的用浆量、水泥用量统计。通过实时数据上传和在线监控，有效防止了工人的偷工减料和虚假操作，确保了制浆过程的真实可靠性。

2.4 数据分析及评估

所有数据均从現场直接传输到云端，整个过程严谨可靠，能够做到数据的不泄露，因此所有数据形成的表格都能够直接打印，从而形成真实可靠的施工报表。基于现场采集的数据，通过软件平台可以看到项目标段信息、设备信息、工区信息、实时的生产数据列表、预警等信息，平台界面如图1所示。

评估从两方面进行：

（1）简单评估，通过桩长、流量、速度参数，进行综合打分，按分值进行判断。

（2）复杂评估，通过监测参数，结合土层情况分析打分，按分值进行判断。

2.5 系统测试与评价

系统开发完成后，为了避免系统出现缺陷，需要详细测试系统的各项功能。具体的测试内容如下：

2.5.1 功能模块测试

（1）登录测试。打开浏览器并输入系统的网址，进入系统的登录页面。在这个系统中，用户被分为三种角色：系统管理员、项目技术人员和项目负责人。在登录页面输入正确的用户名、密码以及动态验证码后，系统将对用户的身份进行验证。如果验证成功，系统会进一步检查其拥有的权限，并根据权限开放相应的功能页面和服务。如果验证未能通过，系统将会给出相应的错误提示信息。

（2）角色分类及权限分配。系统管理员通过操作系统组织管理菜单来实现角色的分类，同时也由系统管理员分配各个角色对应的菜单权限。

（3）用户管理。系统管理员通过在系统用户菜单中进行操作来管理用户信息，这个管理过程包括用户的增加、删除，以及对用户信息的更改和用户角色的分配。

（4）设备管理。系统管理员通过操作设备列表菜单来管理设备信息，管理的内容涵盖设备的增加、设备信息的更改、设备文件的上传以及指定设备所属项目。

（5）项目管理。项目信息的管理由系统管理员访问项目列表菜单操作实现，管理的内容涵盖项目的创建、查看、修改，以及指定项目负责人。同时，通过点击项目所有桩机按钮，可查看该项目下所有桩机的信息。

（6）实时监测。实时监测功能包括地图监测、图形化监测和设备状态监测。查看所有在线桩机的分布情况由系统管理员通过操作地图监测菜单实现，而其他用户只可以查看用户所属项目在线桩机的分布情况。

（7）成桩信息。成桩信息包括成桩列表、详细数据、曲线、过程曲线和施工平面图。用户可以通过对列表菜单的操作来查看当前的资料信息。精确到某一桩的信息，需要输入桩机编号、桩号等信息检索，并将数据导出到Word、Excel表格中。用户可以将某段时间的水泥用量、桩数等资料通过统计功能进行汇总，从而得出结论。

（8）质量评估。项目设计人员可以记录并管理地层信息以及试桩数据，并基于以上信息制定相关的施工设计标准。设定水泥用量和最大倾斜度指标可通过操作桩基施工质量菜单实现，能够对桩基施工质量进行实时评估，并将不合格的施工桩基进行汇总。

2.5.2 用户界面测试

系统评价中，用户界面设计的友好性是一个重要的考量指标。在这个方面主要进行了页面布局、鼠标操作、键盘操作、窗口切换等方面的测试。

2.5.3 兼容性测试

不同浏览器在解释函数、CSS等方面有所差异，这就意味着即使是同一个网页，在不同的浏览器下显示效果也可能不一样。为了确保系统可以在各种不同的浏览器下正常运行，进行兼容性处理是非常必要的。该部分基于几款主流浏览器测试了系统兼容性。

3 结语

该文研究了一种水泥搅拌桩远程监测系统，具有以下优点：

（1）对成桩深度、施工工艺、水泥用量等施工数据进行不间断采集，并实时上传存储到云端服务器，可实现实时、全过程监控施工。

（2）一旦施工过程中某一参数超出允许偏差范围，现场和后台会自动报警，直到查明原因并加以解决，警报才会解除。

（3）综合岩土工程技术团队的评审意见，从桩长、水泥用量、段浆量、与实际土层的契合度、群桩质量等多个方面对单桩进行评价，解决了基础处理质量控制方面的难题，为今后项目的发展起到了积极的推动作用。

参考文献

[1]刘敏. 软土路基双向水泥搅拌桩承载特性及复合地基变形预测研究[D]. 南昌：东华理工大学， 2022.

[2]刘奇. 软土地基中水泥搅拌桩加固技术分析与沉降规律研究[J]. 矿产勘查， 2022（12）： 1875-1881.

[3]Min Youwei. Numerical calculation and analysis of parameters of collapsible loess treatment on composite foundation based on FLAC3D[J]. IOP Conference Series： Earth and Environmental Science， 2020（4）： 1351-1363.

[4]郭讨论. 水泥搅拌桩在软基处理中的应用[J]. 城市建设理论研究（电子版）， 2023（26）： 91-93.

[5]颜鸿仁， 何锦， 李秀飞. 物联网自动化监测系统在沿海软土地基工程应用研究[J]. 建筑技术， 2023（20）： 2553-2557.