水泥攪拌樁遠程監測系統技術研究

楊坤

摘要 自水泥土攪拌樁技術問世以來，由于其在軟土加固方面表現出色、施工機械簡便、施工速度快、造價較為經濟、對環境影響較小等諸多優勢，得到了廣泛應用，然而在水泥土樁施工管理過程中，長期存在量測技術落后、人為因素影響質量、技術與實際難結合等問題。文章研發的地基處理實時在線監測系統，很好地改善了水泥土樁施工過程中存在的問題，對以后的行業發展起到了積極的作用。

關鍵詞 水泥攪拌樁；物聯網技術；在線監測系統

中圖分類號 TU447文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）05-0093-03

0 引言

隨著物聯網和互聯網技術的迅猛發展，迫切需要將信息化技術融入工程管理[1-4]。該技術的目標是將物聯網技術與實際工程技術有機結合，實現在工程領域的應用，把工程監理、工程管理、工程施工、工程檢測以及工程設計的傳統做法插上物聯網技術的翅膀，并與參建方有機結合，真正給工程管理帶來一場革命[5]。從工程管理中最難的軟土地基處理著手，開發配套智能系統，解決地基處理質量控制的難題。

該文應用物聯網技術成功開發了一套地基處理實時在線監測系統，該系統由功能完備、經濟可行的硬件系統和軟件平臺組成，以軟硬件結合的方式實現實時數據監測，通過網絡遠程傳輸至平臺。由專家團隊利用巖土知識，結合地層條件及施工數據，對單樁及整個場地做出質量評估，對施工過程進行全方位質量控制，對成樁質量進行全面綜合評估。

1 水泥攪拌樁遠程監測系統簡介

1.1 系統原理

該系統是通過施工過程中的精確監測與合理分析，綜合現場各種條件與巖土工程知識，及時生成項目現場的巖土分析報告，對現場施工質量進行評估，并及時將反饋信息傳達至施工管理現場，作為指導修正施工操作的依據，實現對施工過程的有效及時監督和控制，從而提高了整體施工的質量，并且對工后檢測起到具體的、針對性的定向指導。同時，再建立多個地區多個項目的檢測數據庫，通過專業的分析總結對水泥土攪拌樁的設計與施工給出針對性的建議。

1.2 系統功能

該系統具有以下六大功能：

（1）實時采集、上傳、存儲原始施工數據，并可以隨時隨地遠程查看。

（2）實時評估制樁質量，生成單樁及群樁質量評估報告。

（3）自動生成多項施工資料。

（4）實時報警。

（5）實時分析場地地質條件等影響因素。

（6）根據實際場地地質條件調整施工方案。

水泥土攪拌樁質量監測系統幾乎完全實現無死角監測，切實保證施工數據的真實性，降低了施工管理難度；在施工過程中對制樁質量進行嚴格把控及多方面評價，保證施工方案一直符合實際場地條件，提高了技術與實際的結合程度，非常適用當前的水泥土攪拌樁施工監測和質量控制工作。

2 水泥攪拌樁遠程監測系統主要內容

2.1 系統組成

質量監測系統猶如“醫療儀器”，由電磁流量計、測斜儀、電流計、深度儀、GPS定位儀等傳感器、在線自動制漿站和監控主機組成。樁機啟動工作時，各傳感器便正式采集施工過程的各項數據，所收集的數據經過有線傳輸到監控主機，然后監控主機初步分析數據信息，并上傳、存儲至云端服務器。監控主機初步分析若發現施工參數超出境界限制，系統將立即觸發警報，提示現場操作人員進行及時檢查。在線自動制漿站只需預設水量和灰量，即可自動批量制漿，并將制漿數據實時上傳并存儲至云端服務器。

整個系統分為四個部分：現場數據采集系統—信號傳輸系統—監管中心—遠程監測客戶端。

2.2 數據采集

系統數據采集依靠數據采集儀進行，數據采集儀通過各類傳感技術可以準確測量施工過程中的各種參數。數據采集儀可以實現報警功能以及GPS定位功能。數據采集詳情如表1所示。

2.3 自動制漿機

目前國內水泥土攪拌樁的制漿仍采用傳統的人工方式，該方法存在一些明顯的不足。制漿過程中，在成本較高、工人勞動強度較大的情況下，需要人工傾倒水泥粉末，造成嚴重的粉塵污染，影響工人職業健康安全。這些因素造成攪拌不均、漿料比例起伏較大、漿料質量難以保證。為解決這些問題，該文自主研發了攪拌樁自動化制漿系統。該系統具有制漿效率高、漿液比例穩定、自動化程度高、人工節省、勞動強度低、測量精確、性能穩定、支持網上傳輸等功能的同時，能充分保證施工的連續性和穩定性。

自動制漿機有以下優勢：

2.3.1 具備高度自動化、簡單易學的操作方式

該系統設計了直觀友好的用戶界面，采用便捷的操作方式，使工人能夠輕松上手，只需進行簡單的培訓。工人只需依據預設的水灰比例，在顯示屏上輸入水和水泥的重量，點擊確認鍵即可完成自動供水、供灰、攪拌和放漿等一系列連續動作。

2.3.2 實現高效制漿、穩定的漿液比重

利用兩臺同時輸送水泥的螺旋式輸送機，達到每小時12 m3的制漿能力，提高供灰效率，滿足同時施工的多臺攪拌樁機。先進的高速攪拌機（槳葉轉速600轉/min）

和精密的傳感器，確保漿液比重準確而穩定，配備的稱量系統進一步增強了精度。

2.3.3 性能穩定，安全適用

自動控制柜所采用的元器件表現出穩定的性能，故障率低，操作簡便且容易維護。連接的各種電氣設備均配備自動保護裝置，可迅速而有效地切斷主回路，以應對電路短路、過載、缺相、接地等故障，確保各種電器設備的安全運行。

2.3.4 節約人工材料，綠色環保

傳統的人工制漿，需要人員多，勞動強度大，而且現場粉塵多，浪費材料，污染環境，影響工人職業健康；而自動制漿只需一人操作即可，大大降低了用工成本，減輕了工人的勞動強度，且現場產生的粉塵少，節約材料，保證環境。

2.3.5 數據上傳與監控功能無縫對接

在自動化制漿系統中添加網絡模塊，實現制漿過程的實時上傳，包括單次用水量、用灰量、水灰比等數據傳送至在線監測網站，以實現對制漿過程的即時監控。在線監控網站還可以進行單日或一定時間段的用漿量、水泥用量統計。通過實時數據上傳和在線監控，有效防止了工人的偷工減料和虛假操作，確保了制漿過程的真實可靠性。

2.4 數據分析及評估

所有數據均從現場直接傳輸到云端，整個過程嚴謹可靠，能夠做到數據的不泄露，因此所有數據形成的表格都能夠直接打印，從而形成真實可靠的施工報表?；诂F場采集的數據，通過軟件平臺可以看到項目標段信息、設備信息、工區信息、實時的生產數據列表、預警等信息，平臺界面如圖1所示。

評估從兩方面進行：

（1）簡單評估，通過樁長、流量、速度參數，進行綜合打分，按分值進行判斷。

（2）復雜評估，通過監測參數，結合土層情況分析打分，按分值進行判斷。

2.5 系統測試與評價

系統開發完成后，為了避免系統出現缺陷，需要詳細測試系統的各項功能。具體的測試內容如下：

2.5.1 功能模塊測試

（1）登錄測試。打開瀏覽器并輸入系統的網址，進入系統的登錄頁面。在這個系統中，用戶被分為三種角色：系統管理員、項目技術人員和項目負責人。在登錄頁面輸入正確的用戶名、密碼以及動態驗證碼后，系統將對用戶的身份進行驗證。如果驗證成功，系統會進一步檢查其擁有的權限，并根據權限開放相應的功能頁面和服務。如果驗證未能通過，系統將會給出相應的錯誤提示信息。

（2）角色分類及權限分配。系統管理員通過操作系統組織管理菜單來實現角色的分類，同時也由系統管理員分配各個角色對應的菜單權限。

（3）用戶管理。系統管理員通過在系統用戶菜單中進行操作來管理用戶信息，這個管理過程包括用戶的增加、刪除，以及對用戶信息的更改和用戶角色的分配。

（4）設備管理。系統管理員通過操作設備列表菜單來管理設備信息，管理的內容涵蓋設備的增加、設備信息的更改、設備文件的上傳以及指定設備所屬項目。

（5）項目管理。項目信息的管理由系統管理員訪問項目列表菜單操作實現，管理的內容涵蓋項目的創建、查看、修改，以及指定項目負責人。同時，通過點擊項目所有樁機按鈕，可查看該項目下所有樁機的信息。

（6）實時監測。實時監測功能包括地圖監測、圖形化監測和設備狀態監測。查看所有在線樁機的分布情況由系統管理員通過操作地圖監測菜單實現，而其他用戶只可以查看用戶所屬項目在線樁機的分布情況。

（7）成樁信息。成樁信息包括成樁列表、詳細數據、曲線、過程曲線和施工平面圖。用戶可以通過對列表菜單的操作來查看當前的資料信息。精確到某一樁的信息，需要輸入樁機編號、樁號等信息檢索，并將數據導出到Word、Excel表格中。用戶可以將某段時間的水泥用量、樁數等資料通過統計功能進行匯總，從而得出結論。

（8）質量評估。項目設計人員可以記錄并管理地層信息以及試樁數據，并基于以上信息制定相關的施工設計標準。設定水泥用量和最大傾斜度指標可通過操作樁基施工質量菜單實現，能夠對樁基施工質量進行實時評估，并將不合格的施工樁基進行匯總。

2.5.2 用戶界面測試

系統評價中，用戶界面設計的友好性是一個重要的考量指標。在這個方面主要進行了頁面布局、鼠標操作、鍵盤操作、窗口切換等方面的測試。

2.5.3 兼容性測試

不同瀏覽器在解釋函數、CSS等方面有所差異，這就意味著即使是同一個網頁，在不同的瀏覽器下顯示效果也可能不一樣。為了確保系統可以在各種不同的瀏覽器下正常運行，進行兼容性處理是非常必要的。該部分基于幾款主流瀏覽器測試了系統兼容性。

3 結語

該文研究了一種水泥攪拌樁遠程監測系統，具有以下優點：

（1）對成樁深度、施工工藝、水泥用量等施工數據進行不間斷采集，并實時上傳存儲到云端服務器，可實現實時、全過程監控施工。

（2）一旦施工過程中某一參數超出允許偏差范圍，現場和后臺會自動報警，直到查明原因并加以解決，警報才會解除。

（3）綜合巖土工程技術團隊的評審意見，從樁長、水泥用量、段漿量、與實際土層的契合度、群樁質量等多個方面對單樁進行評價，解決了基礎處理質量控制方面的難題，為今后項目的發展起到了積極的推動作用。

參考文獻

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