BDS在公路工程特殊路基处理中的应用探讨

肖刚郭世杰刘勇苏开春兰兵唐浩

(1.四川高速公路建设开发集团有限公司，四川 成都 610047；2.四川成南高速公路有限责任公司，四川 成都 610051)

我国地域辽阔，地质结构复杂，工程建设特别是高速公路建设面临众多地质问题，而特殊路基处理问题尤为突出，其处理质量的好坏直接影响到工程的使用效果和社会评价。本文以四川南充至成都高速公路扩容工程成都入城复线段为依托，结合BDS应用技术，开展项目特殊路基处理施工中塑料排水板的施工监控探讨。

一、项目概况

该项目全长24.529km，其中路基长度占比约50%。沿线多分布鱼塘、藕塘，软土发育，多为低液限土、破洪积物，具有高压缩性、结构松散、力学强度低等特点，工程性质极差，极易形成软弱地基。

为消除上述质量隐患，确保地基处理质量，该项目设计单位主要采用以塑料排水板为主的复合地基处理方案。据统计，该项目塑料排水板约50余万米。

二、塑料排水板施工工艺

塑料排水板是加速软土地基固结的一种方式，其机理是将插板机插入软土地基，在上部预压荷载作用下，软土地基中的空隙水从塑料排水板排到上部铺垫的砂层或水平塑料排水管中再排出路基，达到加固目的。其工艺流程为：整平原地面、摊铺下层砂垫层、主机定位、安装管靴、沉设套管至设计标高、提升套管、剪断塑料排水板、主机移位、摊铺上层砂垫层。

上述工艺虽然能有效提高路基承载力，但存在人工消耗量大、数据溯源性差、无法实时跟踪记录工程量且数据偏差大、施工程序控制难度大、施工点位精准控制难度大、数据报告滞后等痛点问题，导致很多单位对其“又爱又恨”。

三、BDS+塑料排水板监控系统

BDS是我国自主研发的卫星定位系统，自2020年6月23日成功发射55颗卫星完成组网后，实现了全球服务能力。与其他定位系统相比，BDS具备有用卫星数量多、定位精度高、授时精度高等明显优势，能为工程施工提供更优质的服务。

图1 BDS+监控管理系统安装示意图

为此，该项目引进了基于BDS的导航定位技术和塑料排水板监控系统，通过安装在桩工机械上的高精度定位设备，能同时接收卫星定位信号及现场基站发送的差分改正信号，从而获取cm级的平面和高程定位原始数据，然后基于cm级的定位授时数据，计算打桩位置和时间；通过双天线的高精度定位和定向接收机，获取机械钻杆和车身的形态变化，自动记录打桩等相关施工数据，然后根据建立的车体钻杆长度模型，计算打桩深度。

图2 BDS定位原理

图3 钻杆计算模型

该系统拥有诸多优点：桩深精度±10cm，桩点定位精度±3cm；实时电流管控，辅助判断是否到达持力层；自动导入桩位平面位置，精准打桩；自动生成施工报告，方便快捷施工预警，避免材料浪费；可远程实时监控施工现场进度和程序（是否严格执行跳打），解决工作人员全程值守、24小时全天候工作的问题，提高施工效率和质量。

图4 实时动态管理系统

四、BDS+塑料排水板监控系统与常规监控质量比对

BDS+塑料排水板监控系统自采用塑料排水板复合地基加固工艺起，就可全程开展施工监控，截至目前已累计连续监控两个月，通过对比分析BDS+塑料排水板监控系统数据和现场蹲守数据发现，桩身长度误差控制在±10cm以内，而且桩身越长，塑料排水板统计误差率越低。该监控系统的引进，一改传统模式人工消耗量大、工程数量难监控、工程记录可修改、工程质量难管控、施工顺序难监控、数据溯源性差的缺点，可实现24小时全程监控，大大降低人工消耗，工程数量可直观展现、控制精度高，工程记录实时生成、可追溯，大大降低了管理难度，使得项目在质量、造价控制上迈向更高水平。

根据摩擦力和阻力发展规律，钻杆进入土壤内越深，摩擦力和阻力会逐渐增大，拟合曲线可以认为是一条正相关曲线；当钻杆受阻，停滞不前且稳定一段时间，大约为5s，根据桩长电流辅助判别系统的判别规则，会将该情况默认为已进入持力层，满足设计对长度的认定规则，此时系统将提示钻杆不再下探。通过电流辅助判别系统，管理人员可以清晰直观地观测到塑料排水板打入深度是否符合要求，该系统的引入大大提高了生产效率，使桩长监控可视化，有助于加强项目质量、实体数量管控精度。

图5 桩长电流监控辅助判别系统界面

五、结语

BDS+塑料排水板监控系统在桩身长度和桩位坐标准确度、持力层判定、数据实时监控且可追溯性都比较理想，塑料排水板数量统计精度也能得到把控，从而可大大降低原传统监控方式所需的人力监控成本，大幅提高施工效率，建设单位担忧的质量、数量等问题都可得到有效控制。通过项目使用及过程复核，预测该系统未来在房屋、机场、公路、水利工程等对地基处理要求高、传统监控困难的领域势必会有广阔的发展空间。