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智能化监测系统在桩基础施工过程中的分析与应用

2025-05-23 55 上传者：管理员

摘要：桩基础施工的智能化监测系统成为施工关键保障。该系统硬件由多种传感器、数据采集设备及传输网络构成，软件含分层架构、分析模型与预警模块，还提供可视化平台。其应?面临施工现场环境干扰、系统兼容性扩展问题等挑战，需不断改进优化，以推动桩基础施工智能化。

关键词：
建筑结构
建筑行业
施工质量
智能化监测系统
桩基础施工
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1、引言

桩基础作为建筑工程的关键基础形式,其施工质量直接关系整个建筑结构的稳定性与安全性｡随着科技的发展,智能化监测系统逐渐应⽤于桩基础施工领域｡在传统施工过程中,桩基础施工受多种复杂因素影响,质量控制难度较大｡智能化监测系统的出现,为解决这些问题提供了新的途径与方法｡它能够实时获取桩基础施工过程中的各项关键数据,及时发现潜在问题并预警,对保障桩基础施工质量､提高施工效率､推动建筑行业智能化发展具有重要意义｡

2、智能化监测系统的构成与原理

2.1硬件部分

2.1.1传感器

应力传感器､位移传感器和倾斜传感器是监测桩身受力､位移和倾斜状态的关键技术｡应力传感器基于压电效应或电阻应变效应,能够精准测量桩身在打桩和承载过程中的应力变化,其微应变级别的测量精度对于预防桩身破坏至关重要｡位移传感器,包括激光位移和光栅位移传感器,利⽤激光三角测量法和莫尔条纹原理,以毫米甚至微米级的精度监测桩身沉降和土体位移,对于保障高层建筑桩基础施工场地周边的安全发挥着重要作⽤｡倾斜传感器则采⽤重力垂直感应原理,测量精度可达0.1°以内,对于监测桩身垂直度至关重要,尤其是在海上风电桩基础施工中,倾斜传感器能够实时反馈桩身倾斜状态,确保施工质量满足严格要求｡这些传感器技术的综合应⽤,为桩基础施工提供了全面的监测解决方案,确保了施工的安全性和可靠性｡

2.1.2数据采集设备

数据采集仪具备多通道同步采集功能,可同时连接多个不同类型传感器,以高速､高精度采集传感器输出的模拟信号或数字信号｡它内置高性能处理器,对采集到的数据进行初步滤波､放大等预处理,将杂乱的原始信号转换为规范､稳定的数据格式,通过标准接口与传输网络相连,实现数据实时传输至后台软件｡

2.2软件部分

监测数据分析软件通过采⽤分层分布式架构,实现了数据处理和展示的高效性｡软件的底层数据接入层负责与数据采集设备和传感器进行通信,接收并缓存实时数据｡中间层作为数据处理层,使⽤滤波算法消除噪声,并整合多源数据,同时运⽤专业分析模型,将原始数据转换为具有工程意义的参数,例如,桩身内力分布和土体变形趋势等｡最上层的应⽤展示层则通过直观的图表和曲线等形式,将监测结果展示给⽤户,简化了复杂数据信息的理解与操作[1]｡

3、智能化监测系统在桩基础施工各阶段的应用分析

3.1桩位测量定位阶段

高精度定位技术在桩基础施工中的应⽤至关重要｡该技术利⽤全球卫星导航系统(GNSS),如北斗卫星导航和GPS,通过接收多颗卫星发射的信号,以地面接收设备测量信号的传播时间来计算与卫星间的距离,进而通过三角测量法确定设备的三维坐标｡在施工初始阶段,通过设置GNSS基准站进行坐标系统转换和控制点加密,确保测量精度达到厘米级甚至毫米级｡在高铁桥梁桩基础施工中,GNSS技术的应⽤使智能化监测系统能够快速､准确地引导桩机至设计桩位,相比传统测量方法,大幅缩短了定位时间,且不受通视条件限制,即使在地形复杂､障碍物多的区域也能高效作业｡

实时桩位稳定性监测是确保施工质量的关键环节｡桩机就位后,在关键部位,如底盘和桩锤安装位移传感器,持续监测施工准备过程中的微小位移｡桩机重量可能导致场地地基沉降变形,监测可及时发现并采取措施,防止倾斜影响桩位｡同时,位移传感器能捕捉因施工现场周边振动源产生的位移波动,一旦超出阈值,系统即预警并暂停施工,重新调整桩机位置,确保桩位稳定,为沉桩作业提供坚实基础｡

3.2沉桩过程监测

桩身垂直度校正通过在桩锤或桩架上安装高精度倾斜传感器实现,这些传感器与桩机控制系统联动以实时测量桩身与铅垂线的夹角偏差｡控制系统根据预设的垂直度允许误差范围,自动调整桩机的液压支腿或卷扬机,对桩身垂直度进行动态校正｡以港口码头的钢管桩施工为例,由于桩身较长且受海风､海浪､水流等外力作⽤影响大,智能化监测系统每秒钟多次采集倾斜数据,一旦发现垂直度偏差超标,立即调整桩机姿态,确保桩身垂直贯入地下｡这避免了因桩身倾斜造成桩侧摩阻力分布不均､桩身承载能力下降以及与相邻桩碰撞等问题,从而保障码头结构的稳定性与安全性｡

沉桩参数的动态分析则依赖于安装在桩身不同部位的应力传感器和位移传感器,这些传感器实时记录沉桩深度､贯入度以及桩身应力变化｡随着桩锤击打桩身或静压桩机施压,传感器将数据传输至监测软件｡通过分析沉桩深度与贯入度关系曲线,可以判断桩端地层土质变化情况｡在某城市高层建筑桩基础采⽤锤击法沉桩时,若贯入度突然减小､桩身应力急剧增大,结合地质勘察资料,可推断桩端遇到密实砂层或障碍物,此时应暂停沉桩,调整桩锤落距或采⽤引孔等辅助措施,防止桩身破坏｡

3.3混凝土浇筑阶段

在混凝土灌注过程中,通过安装压力传感器和流量传感器来实时监测混凝土的灌注压力与流量,确保施工质量｡压力传感器测量混凝土在输送过程中的动压力,而流量传感器记录单位时间内混凝土的流过体积｡根据桩径､桩长及混凝土配合比等因素,预先设定合理的灌注压力与流量范围,例如,对于直径1.5m､桩长40m的水下灌注桩,初始阶段压力应控制在0.3MPa~0.5MPa,流量保持在25m3/h~35m3/h｡智能化监测系统实时比对实测值与设定值,一旦出现异常,立即报警,提醒施工人员调整泵送参数或检查导管密封性等问题,以保障混凝土灌注的连续性,避免堵管或导管破裂､混凝土离析等问题｡

桩身混凝土质量的维护同样重要｡在桩身钢筋笼内预埋温度传感器,监测混凝土浇筑后的水化热温度变化｡混凝土水化反应放热,若桩身内部热量积聚无法散发,会产生较大温度梯度,引发混凝土开裂,降低桩身强度与耐久性｡在大体积混凝土桩基础施工中,传感器定期采集温度数据,监测软件绘制桩身温度场分布曲线｡当混凝土内部温度与表面温度差值超过设定阈值时,采取覆盖保温材料､预埋冷却水管通水降温等温控措施,使混凝土温度变化趋于平缓,确保桩身混凝土质量,有效预防裂缝产生,保障桩基础长期承载能力｡

4、智能化监测系统应用中的问题与挑战

4.1施工现场复杂环境干扰

4.1.1电磁干扰问题及应对策略

在桩基础施工现场,各类大型机械设备(如起重机､桩机､电焊机等)同时作业,它们在运行过程中会产生强烈的电磁辐射,干扰智能化监测系统中传感器和数据采集设备的正常工作｡例如,电焊机工作时产生的高频电磁场,可能致使传感器信号出现波动､失真甚至丢失,导致监测数据错误｡为应对这一问题,一方面可采⽤屏蔽技术,对传感器及传输线缆进行电磁屏蔽,选⽤具有高导磁率的金属材料制作屏蔽罩,将敏感部件包裹起来,阻挡外界电磁干扰进入;另一方面,优化传感器的电路设计,增加滤波电路环节,滤除特定频段的电磁噪声,提高传感器自身的抗干扰能力[2]｡

4.1.2恶劣天气条件下的设备防护与数据可靠性保障

桩基础施工常常面临各种恶劣天气,如雨､雾､沙尘等,给智能化监测系统带来诸多挑战｡在雨天,雨水可能渗入传感器外壳､数据采集箱等设备内部,造成短路故障,损坏电子元件｡为此,需对设备进行防水处理,采⽤防水密封胶对设备外壳的缝隙进行封堵,设计防水型的传感器接头和数据接口,确保内部电路与外界雨水隔绝｡同时,为防止雾气凝结在光学类传感器(如激光位移传感器)的镜头表面,影响测量精度,可安装加热除雾装置,利⽤电阻丝发热驱散雾气｡在沙尘天气下,大量沙尘颗粒会附着在传感器表面,阻碍其正常感知外界物理量变化,此时需定期对传感器进行清洁维护,或者采⽤具有自清洁功能的防护装置,如利⽤气流吹散沙尘的防护罩｡然而,频繁的恶劣天气还是会增加设备故障率,即便设备未损坏,由于天气因素导致的信号衰减､散射等问题,也会使数据的可靠性大打折扣,需要后续通过复杂的数据处理算法进行甄别和修正,这无疑增加了系统运行的难度和成本｡

4.2系统兼容性与扩展性问题

在智能化监测市场,多厂家设备集成面临兼容性困境｡不同厂家生产的设备采⽤各自的硬件接口标准､通信协议和数据格式,导致在构建综合检测系统时出现严重的兼容性问题,迫使施工方在设备选型和系统搭建时进行协议转换和接口适配工作｡这不仅增加了项目建设周期,还可能因为兼容性问题导致系统运行不稳定,如数据丢包和传输延迟,从而影响监测的实时性和准确性｡

随着桩基础施工项目规模的扩大,系统扩展性限制逐渐显现,原有智能化监测系统可能难以适应新增的监测需求,如监测点位数量的大幅增加和功能模块的复杂化｡一方面,数据采集设备和传输网络带宽可能无法承载大规模的数据采集与传输任务,导致系统响应迟缓甚至瘫痪｡另一方面,大型工程可能需要更复杂的数据分析模型､更精细的预警分级策略,以及与其他工程管理系统的深度集成,而现有系统的软件架构可能不具备良好的扩展性,无法便捷地添加新功能模块或升级现有模块,限制了智能化监测系统在大规模工程中的有效应⽤｡

5、结语

综上,智能化监测系统在桩基础施工中展现出巨大优势,通过精准监测桩身应力､位移､倾斜度等关键参数,有力保障了施工质量,显著提高了施工效率,降低了安全风险｡然而,当前应⽤仍面临诸多挑战,如施工现场的复杂环境干扰､系统兼容性与扩展性问题等｡展望未来,需进一步研发抗干扰能力更强的设备与技术,制定统一的行业标准以解决系统兼容性问题,推动建筑工程迈向更高质量､更智能化的新阶段｡

参考文献:

[1]袁徐俊.岩溶地区桩基智能化施工技术研究[J].智能建筑与智慧城市,2023(10):153-155.

[2]贺炎九.基于现场智慧监测的深基坑工程变形预测研究[J].广东建材,2024,40(4):84-86.

文章来源:许建超,王士全,隗合绪.智能化监测系统在桩基础施工过程中的分析与应用[J].智能建筑与智慧城市,2025,(05):164-166.