基于GPS的强夯施工信息管理系统

CONSTRUCTIONTECHNOLOGY

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基于GPS的强夯施工信息管理系统研究詹金林（上海现代建筑设计集团建设工程咨询有限公司，上海

200038）

［摘要］对GPS和强夯施工的特点进行论述，详细介绍了强夯施工的各种关键参数和GPS的工作原理。通过基于夯锤上安装GPS接收装置设想，提出基于GPS的强夯施工信息管理系统，利用GPS高精度测量，对强夯施工时夯锤的平面位置、落锤高度、夯击遍数、夯击范围、间歇时间、收锤标准、安全距离等进行实时动态监测，结合数据库、软件工程及GIS地理信息系统，对强夯施工过程进行动态映射和模拟，实现严格的过程控制和存储，能够有效避免有效实现强夯施工信息化管理，减小管理成本和提高管理质量。现阶段施工人工管理误差，

［关键词］地基；信息化；GPS；强夯；信息管理系统［中图分类号］TU753.1

［文献标识码］A

［文章编号］1002-8498（2012）13-0109-03

ResearchonGPS-basedInformationManagementSystemforConstructionofDynamicCompaction

ZhanJinlin

（Engineer＆ConsultingCo．，Ltd．，ShanghaiXianDaiArchitectureDesign（Group）Co．，Ltd．，Shanghai

200038，China）

Abstract：TheauthorintroducesfeaturesofGPSanddynamiccompaction．ThenvariouskeyparametersofdynamiccompactionandtheprincipleofGPSworksareputforward．BasedonideatoinstalltheGPSreceiveronthecompactionhammer，theauthorputsforwardGPS-basedinformationmanagementsystemfordynamiccompactionconstruction．UsingGPShigh-precisionmeasurements，theplanepositionofhammer，hammerdropheight，tampingtimes，compactingrange，intermittenttimeandthestandardofstoppingcompactionaremonitoredrealtime，aswellasthesafedistance．Withthedatabaseintegration，softwareengineeringandgeographicinformationsystem，theconstructionprocessofthedynamiccompactionaresimulatedtoachievestrictprocesscontrolandstoragedata．Thencurrentlymanualmanagementerrorscanbeeffectivelyavoided．Theinformationmanagementofdynamiccompactioniseffectivelyrealizedtoreducemanagementcostsandimprovemanagementquality．

Keywords：foundations；information；GPS；dynamiccompaction；informationmanagementsystemGPS全球定位系统（globalpositioningsystem）能够向全球任何用户全天候提供高精度的三维坐标、三维速度和时间信息等参数程机械上的应用也越来越广

［1］

强夯施工管理目前主要靠人海战术进行过程控制，对施工质量控制还存在很多的人为因素干扰，对于强夯施工的大型项目往往造成大量不必要的人力成本增加。如果采用GPS强夯信息管理系统，一台设备只需两名工人即可，不但对质量控制更加严格，而且有效地避免了人为因素干扰，还可以自动监控强夯机之间的安全距离，避免距离过近造成安全隐患等现象。1

强夯施工特点

强夯施工是一种节能环保、经济快捷的地基处理工艺

［4］

，GPS全球定位技术

不仅在测量上得到广泛应用，而且在工程施工及工

［2］

。在施工中采用GPS

施工管理系统进行实时监测，具有高精度、全天候、高效率、操作简便等特点，能够有效地保证施工质量。如在土方碾压施工中实时监测

［3］

，可监控施工

碾压路径等，可以大大减少监理及现场碾压遍数、

管理人员工作量，同时能够实现过程中控制，是一种有效的现代化信息管理系统。

［收稿日期］2011-10-18

［基金项目］上海现代建筑设计集团基金资助项目：高能级强夯与预

03）处理固结法研究（2004-结-地-［作者简介］詹金林，E-mail：zhjlcool@yahoo．com．cn工程师，

，可提高地基承载力，降低压缩性，消除湿

陷性，改善其抵抗振（震）动液化能力，提高土层均匀性和减小不均匀沉降。目前普通锤（直径2.4～2.6m）置换施工最高能级已经达到18000kN·m，处

110施工技术第41卷

理深度达18～20m，柱锤（直径1.2～1.5m）置换施工最高能级已经达到12000kN·m，处理深度达14～16m。

强夯施工质量的好坏主要取决于设计参数选取，施工中主要靠人工控制，不确定因素较多，强夯参数特点描述如下。

1）强夯能级

强夯的能级与设计需要加固的

深度有直接关系，主要是落距控制，也是现场管理人员控制的重要内容。

2）夯点间距

夯点间距的选择对加固深度、加

固效果、加固的均匀性有很大关系。夯击点位置可根据基础底面形状、地基土情况和有效加固深度确定，可采用等腰三角形、正方形或其他布置形式。施工时还应根据设计夯点对应位置进行施工，避免过大位置偏差，以提高地基土加固的均匀性。

3）夯击遍数应根据地基土的性质和使用要求确定，

一般情况下夯3～6遍。4）每点击数

强夯施工通常以试夯收锤所对

应的击数为设计击数，而且击数还要以不小于一定总击数作为双控收锤标准。通常对＜4000kN·m能级的收锤标准为50mm，

对4000～6000kN·m能级的收锤标准为100mm，

对6000～12000kN·m的收锤标准为150mm，对于能级＞12000kN·m的收锤标准为200～250mm。收锤标准还跟地基土的加固程度有关。

5）前后两遍夯击间隔时间

对于强夯加固深

度范围内存在含水量较高的黏性土时，为避免超孔隙水压力造成橡皮土，通常遍夯之间要间隔一定时间，

以利于超孔隙水压力消散，遍夯间歇对加固处理黏性土效果具有很大影响。

6）能级大小及施加顺序

一般地基土加固能

级应随着夯击遍数的增加而减小，能级自大而小，加固由深而浅。先采用高能级点夯加固深层地基土，然后再采用低能级强夯加固浅层地基土。对于高能级强夯设计，由于从高能级直接过渡到满夯能级跨越较大，因此二者之间通常要加上一遍不低于高能级一半能级的加固夯，夯点位于主夯点以及主夯点之间。而对于软土地基强夯加固则能级由低至高，加固深度由浅至深。

7）夯击范围

夯击范围应大于建筑物基础范

围，每边夯锤中心超出基础外缘的宽度宜为基底下有效加固深度的1/2，且不宜＜3m。2

工作原理

GPS系统是一种采用距离交会法的卫星导航定位系统，如图1所示

［1］

。通过地面信号接收站同一

时刻接收不同卫星发出的数据，通过一系列计算获

得该时刻信号接收站位置的三维坐标（x，y，z）。GPS坐标系统有空间固定坐标系统和地固坐标系统。在使用过程中根据需要进行坐标系统转换，得出利于表达实际结果的直观数据，利用实时动态差分技术提高观测精度。

图1GPS实时监控系统示意

Fig．1

GPSreal-timemonitoringsystem

强夯施工管理系统中，在夯锤上安置牢固可靠的GPS接收设备，与夯锤组成一体，监测夯锤任一时刻的实时三维坐标，通过提供1次/s的三维坐标值和当前时间，来对整个强夯施工管理参数进行反演和控制。

对于大型项目强夯施工，往往面积数百万平方米，采用GPS施工监控具有如下特点：①测站之间无需通视；②定位精度高，

采用动态差分技术的GPS动态观测的平面精度为1cm，高程精度为1～2cm，完全满足强夯施工监控的精度要求；③观测时间短，可以以10次/s的频率确定施工设备的位置；④提供三维坐标，包括平面位置和大地高程。⑤操作简单，

自动化测量，自动传输数据，利用数据处理软件进行处理，结合平面布置图，能够直观了解现场施工情况；⑥全天候作业，不受天气状况影响。3

系统要求及运行方式

对于强夯施工，根据《建筑地基基础工程施工质量验收规范》GB50202—2002，强夯地基质量检验标准如表1所示。

表1

强夯地基质量验收标准

Table1

Acceptancestandardofdynamiccompaction

项序检查项目允许偏差或允许值检查方法主控1地基强度设计要求按规定方法项目

2地基承载力设计要求按规定方法1夯锤落距±300mm钢索设标志

2

锤重±100kg称重一般3夯击遍数及顺序

设计要求计数法项目

4夯点间距±500mm用钢尺量5夯击范围（超出基础

范围距离）设计要求用钢尺量

6

前后两遍间歇时间

设计要求

—

2012No．368詹金林：基于GPS的强夯施工信息管理系统研究111

从表1可以看出，对于强夯地基的允许偏差或允许值应进行控制，可以通过GPS对地基强度和承载力以外的一般项目指标进行控制。

针对表1中所列的质量控制标准，利用夯锤上GPS信号接收设备，将接收信号以无线通讯技术传输至室内工作站，采用实时差分GPS技术、数据库技术、互联网通讯技术、计算机软件技术、

GIS地理信息系统技术和GPS应用程序设计技术［5］

，开发出

强夯施工信息管理平台软件系统，

通过三维坐标和时间对表1中的一般项目进行严格过程控制。主控项目可通过夯后检测单位检测确定。

通过信息管理平台一系列计算及分析，可以将夯锤的平面位置、

落锤高度、夯击遍数、夯击范围、间歇时间等信息反映在管理系统软件的场地施工平面图上，并同实际的夯锤平面位置、落锤高度、夯击遍数、夯击范围、间歇时间进行对比，对不满足要求的位置采用声音报警和警报颜色标示。4

数据管理与检测查询1）夯锤落距控制

根据夯锤上GPS接收设备

接收的GPS信息以及初始地面高程，能够实时监测夯锤落距是否满足设计及施工质量验收标准。对于落距不满足要求的夯点，

在夯点平面图上用落距检测命令，

采用颜色对落距进行平面标示，并在实时监测中发出警报声音，并用警戒色标示。

2）夯点间距、位置控制

根据夯锤GPS定位，

参照设计夯点平面布置，可以对夯点位置进行跟踪监测，通过分析计算，在信息管理系统平台上对夯点间距、

位置进行颜色标示，使管理者能够准确了解施工的夯点间距及平面位置，对不满足设计要求的在实时监测中发出警报声音，并用警戒色标示。

3）夯击数、夯击遍数、顺序控制

对夯击遍数、

顺序同样采用颜色进行控制，同预定设计要求进行对比，

不满足要求处在实时监测中发出警报提示管理者注意，并用警戒颜色标示。

4）夯击范围控制

在信息管理系统平台上，对

夯锤上GPS接收数据进行定位，确定实际施工位置与图纸边界差距，在实时监测中对不满足要求的施工发出警报提示管理者注意，

并用警戒颜色标示。5）前后两遍间歇控制

通过夯锤上GPS接收

数据的时间信息，对前后两遍强夯间歇时间与设计间歇时间进行对比，从而实现对间歇时间控制，不满足设计要求处采用实时警报和警戒颜色标示。

6）收锤标准控制

自动监测和计算最后两击

平均夯沉量，避免人工测量误差，并与设计收锤标准相比较，

确定是否满足设计要求。不满足的夯点，进行声音报警和在信息管理平台上采用颜色

报警。

7）强夯机间安全距离控制

信息管理平台自

动监控强夯机之间安全距离，并及时发出警报，避免强夯机施工距离过近造成安全隐患。

对于需要查询的任何施工数据，均可在信息管理平台中予以调出和查询，并在最终实时监测记录中记录，在管理平台上对异常现象予以显示和标记。5

施工质量监控数据GIS处理与实时发布在信息管理平台中调用图纸数据库建立强夯区域、能级划分，形成边界。对夯点建立实时三维坐标数据，并将落距、夯击次数、夯击遍数、夯击顺序、间歇时间等建立数据库，形成施工过程控制的初始基准数据。

对于施工过程参数，结合GIS地理信息处理系统，对施工实时监测数据及时在图纸上显示，并在信息管理平台上用可视化映射绘图、动态模拟进行标示，

并与初始基准数据做对比，在GIS系统中进行动态显示和记录，

根据程序设置要求向互联网发布信息或以电子信箱等形式通知有关人员，动态了解施工情况，实现强夯设计与施工参数的全面监控。6

结语

GPS强夯施工信息实时管理系统是对强夯施工质量控制的一种全新和有效的过程控制技术，实现了业主、监理、施工等单位全方面过程控制，提供了实施过程监测数据，

对提高施工过程控制提供了重要保证，而且可大大减少管理成本。

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