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LIMS实验室信息管理系统在水质检测实验室中的应用

来源:知实学术 分类:科技论文 发布时间:2021-07-27 浏览:

  摘 要:钻孔灌注桩及后压浆技术广泛应用于高层建筑桩基础工程中,受场地条件及工期要求等限制,往往在基坑开挖阶段便插入桩基工程施工及检测,以便尽早为工程桩的设计提供参数。在基坑尚未开挖到基底的工况下施工的试验桩,会在基底以上部分产生空桩,空桩部分的桩侧摩阻力会对试验数据产生影响。双套筒施工试验方法能有效消除空桩部分产生的侧摩阻力,实现了近地表进行试桩的施工与检测。北京市通州区某试桩工程采用了双套筒施工工艺,有效地消除了空桩部分的侧摩阻,

  水文队与北京三维天地科技有限公司开发的实验室信息管理系统,具有检测业务流程管理、质量控制管理、全面资源管理、查询与统计等功能。采用B/S开发模式,基于5层次架构进行设计开发,采用MySQL数据库,确保系统具有较高的安全性和可靠性。初步实现了150多个无机、有机指标的数据采集,顺利完成了以北京市地下水监测网运行项目为主的多个项目中40多个指标,共计4000多个样品的实验室数据采集工作,并采取与手工抄写报告比对的方式,验证了实验室检测数据的可靠性,提高了实验室工作效率和管理水平。

  关键词:LIMS实验室管理系统;数据采集自动化;水质检测

智能建筑

  《智能建筑》杂志创刊于1997年,由中国人民共和国住房和城乡建设部主管、中国建筑业协会主办的综合指导类科技期刊。

  Application of LIMS laboratory information management system in water quality testing laboratory

  GUO Liping

  (Beijing Institute of Hydrogeology and Engineering Geology (Beijing Institute of Geo-Environment Monitoring), Beijing 100195, China)

  Abstract: The laboratory information management system developed by the Hydrology Team and Beijing Sanweitiandi Technology Co., Ltd., has the functions of testing business process management, quality control management, comprehensive resource management, inquiry and statistics, etc. B/S development mode is adopted to design and develop the system based on the five-level architecture. MySQL database is adopted to ensure highly secure and reliable systems. Over 150 inorganic and organic indicators were collected. And the laboratory data collection has been successfully completed of over 40 indicators and over 4,000 samples in many projects, mainly including the Beijing Groundwater Monitoring Network Operation Project. Reliability of the laboratory test data collected has been verified by comparing with handwritten reports, thus improving the laboratory work efficiency and management level.

  Keywords: LIMS laboratory management system; data acquisition automation; water quality testing

  實验室信息管理系统早在20年前就在发达国家的实验室发展起来,在食品、制药、电力、化工、教育和科研等行业都有广泛应用(聂真真等,2019)。截至2018年底,我国LIMS(Laboratory Information Management System)在检测行业的覆盖率可达15%~20%(张聪,2019)。同样,近年来在我国各省市的环境监测部门中也越来越多的开始应用起来。

  20世纪90年代初,水文队实验室所有的原始记录和报告的空白表格格式统一而固定,且是批量印刷,报告是人工抄写,纸质保存。2000年随着电脑的普及,Office办公软件开始被应用起来,Excel的应用使得计算要比手敲计算器方便快捷很多,Word使报告可以机打,告别了手抄报告。2010年由于北京市平原区地下水监测项目的开展,大量的监测数据需要整理。2016年数据库的开发和使用,实现了利用计算机有组织地管理全市平原区1200多眼井的每年2~4次取样、每个水样包括40多个指标的大量的检测数据,方便数据的共享使用。目前随着北京市地下水监测网运行项目的开展,我单位承担了北京市地下水环境监测与评价,污染源调查与监测等任务;此外,针对北京市地下水污染与供水安全问题,我队开展了北京市地下水污染评价与防治、有机污染源辨识与地下水系统风险评价等科研工作,旨以科技进步促进北京地区地下水资源的可持续利用。与此同时实验室拥有了离子色谱、ICP、ICP-MAS、气相色谱-质谱联用仪等50多台套先进的仪器设备,可以承担无机、有机、放射性等200多个指标的检测。每年需要提供大量的真实可靠的检测数据,为进一步解决当前地下水检测工作中存在的问题和不足,改变地下水检测数据提交相对滞后的不利局面,按照水文队的部署,引入实验室信息管理系统促进地下水检测能力及水平提升。经过两年多的前期调研筹备工作,决定和北京三维天地科技有限公司(以下简称:三维天地)合作开发,半年后水文队LIMS实验室管理系统上线。该系统结合水文队的工作特点,开发了报告预审功能,开发了适合水质检测的有特色的质控系统,有效提高了检测工作质量和实验室管理水平。

  1 LIMS的概况

  随着30多台仪器设备联入网络,仅有少量仪器设备如浊度计、电子天平、紫外分光光度计等暂不能上线,LIMS经过两个月静态调试阶段,终于上线运行,实现了以实验室为中心,对检测数据和相关信息进行收集、分析、报告和管理,它将网络通信技术、计算机技术、分析检验技术、仪器仪表技术与科学的实验室管理思想进行有机的结合,给了我们一个信息管理的平台。结合地质环境监测工作的特点,三维天地为水文队实验室量身定制6个子系统,包括:检测业务流程管理子系统、资源管理子系统、检测数据质量管理子系统、分析原始记录管理子系统、数据管理子系统和仪器数据自动采集子系统。

  2 LIMS子系统功能简介

  根据我队的具体业务情况,三维天地对各个子系统进行了有针对性地开发。

  (1)检测业务流程管理

  包括项目登记、样品接收、数据分析、数据互审、报告预审、报告编制、报告签发和报告归档等的全流程管理。项目登记功能解决了监测点位每年、每次重复录入的问题,因为地下水监测项目和国家地下水项目的点位不变,可以把监测点信息导入系统,避免了每次重复录入的麻烦。结合水文队化验室工作特点开发了报告预审功能,第一,这个功能可以对质控不合格的样品进行退回重测;第二,检测项目上半年水样检测1200多个点位,取样时间长达两个月,可以分批提交数据,保证数据提交的及时性。

  (2)资源管理

  遵从ISO/IEC 17025标准规范要求,实现与检测质量密切相关的全方位管理,提升综合管理水平。包括人员管理、仪器设备管理、样品管理、标准试剂管理、文件管理、检测方法管理、检测项目管理、评价标准管理、监测对象管理和分包管理。并能对影响质量的诸要素进行有效的监控,将人员上岗资质、仪器设备检定与校准状况、方法标准的有效性、标样试剂的有效性、水质达标评价等与检测工作关联,不符合时有报警功能。质量管理人员可查询相关信息,进行质量追踪(林艳等,2019;朱广福等,2019;张静波等,2013)。

  (3)检测数据的质量管理

  根据目前所承担的北京市地下水监测网运行项目和国家地下水项目的质量控制的具体要求,量身定制了固定格式的几种报表。主要依据3个标准:DD 2014-15《地下水污染源调查评价样品分析质量控制技术要求》、GB/T 5750.3-2006《生活饮用水标准检验方法 水质分析质量控制》、HJ/T 164-2004《地下水环境监测技术规范》。从现场平行样品、实验室平行样品、全程序空白、有证标准样品和自制标准样品等方面对实验室检测数据的内部管理进行控制。可计算平行样的相对偏差,也可根据质控样品的标准值对检测结果自动评判(图1)(宋生攀,2017;周环宇,2019)。

  (4)分析原始记录管理

  系统通过对原始记录模板进行整合,在系统中建立相应的原始记录模板,将委托信息、样品信息、分析参数、分析方法提取到原始记录中,并通过原始记录中结果数据的自动采集,以及自动公式计算、自动修约(可根据不同浓度分段修约)、自动判定检出限(有机项目可以根据不同项目对检出限不同的要求设定不同的检出限)、自动单位换算、自动计算质控指标、自动判定样品结果和质控结果、自动签名和自动统计,最终自动合成电子化的原始记录。目前已经实现了所有指标的原始记录电子化(图2)。

  (5)数据管理

  實现全面数据的综合管理,检测数据、检测报告和各种查询统计报表的自动生成和导出,如docx、xlsx、pdf等多种格式的仪器输出文件或图表,支持各种数据和信息的统计和查询(帅闯等,2019)。结合各个井位的经纬度信息,将来可以实现在一张地理地图上自动生成采样点以往历史数据的趋势图,将检测结果与历史数据对比分析。北京市地下水监测网运行项目将对1800多眼井进行长期不断的动态监测,固定井位不变,每年进行2~4次监测,其中平原区的点位已经进行了10年的监测,对这些数据的分析和管理尤其重要。

  (6)仪器数据自动采集

  仪器分析的数据可自动上传到LIMS系统中,LIMS系统可自动完成对原始数据的处理,如计算、修约、单位换算、曲线生成和超标判定等,最终生成原始记录。通过对仪器信号的自动采集,既减少分析人员抄录数据的工作量,同时也避免因人工抄写产生的错误、偏差,系统会自动保存上传的数据以及谱图文件,保证数据的可追溯性(孟雳,2020)。

  3 LIMS的应用特点

  (1)完整的质量保证体系

  遵循导则ISO/IEC 17025,方便实验室管理者对于影响实验室质量的诸多要素进行全面管理和控制,对实验室环境、仪器设备、标物标液、人员和方法标准等实验室的各种资源进行全面、详实的管理。

  (2)仪器信号的自动采集

  数据电子化,实现无纸化办公,不仅节约了纸张,还方便了数据的查询。以前大量的原始记录满满得装了几个柜子,查阅起来也不方便,现在节省了空间和时间。

  (3)质量信息技术化

  建立信息管理系统后,从工作质量控制角度,可以解决以下问题:

  一是几种报表可以直观地把质量问题暴露出来。我们目前使用了阴阳离子汇总表、报告数据汇总表、质控报表以及分析任务查询表等,以前分析人员要把每个项目的质控检测数据报给质量管理人员,管理人员要先收集好数据,再进行质量控制工作。数据的收集整理占据了大量的时间,往往不能及时发现问题。现在可以从原来繁琐的收集、整理质量信息的工作中解脱出来,集中精力关注质量控制工作。解决了一直困扰质控人员的问题。

  二是帮助质量管理人员发现问题、确认问题、解决问题及对质量产生的问题进行追溯。系统能详细记录业务流程中各个环节的数据,对疑问数据能及时溯源。这样就提高了数据的真实性和公正性,实现对日常工作全过程的质量控制和监管,提升质量管理的水平。三维天地为水文队的质量管理开发了适合水质检测的专门的有特色的质控体系,例如添加了阴阳离子平衡偏差小于3%,游离二氧化碳、碳酸盐和pH的相关性,电导率和溶解性总固体的相关性等质控手段。这样能及时的发现质量问题,及时复测(图3)。

  (4)数据保密性

  水文队实验室配备了专门的局域网系统,确保信息安全。系统根据工作职责不同对管理权限进行划分,也就是一个用户只有一套操作权限。用户可以根据自身需求关联多个角色,且不同角色具备不同操作权限,从而对不同操作人员进行数据访问进行严格控制。每个操作人员都需要密码登录(杨晓雪,2019)。

  (5)系统采用架构与数据库

  系统采用B/S开发模式。客户端无需安装软件即可正常使用,减少系统维护的工作量。系统构架主要包括5个层次的功能:应用基础设施层、信息资源层、支撑层、应用层和信息展示层。数据库采用MySQL数据库,是一种开放源代码的关系型数据库管理系统,因此任何人可以根据个性化的需要对其进行修改。因为其速度、可靠性和适应性而被采用。

  易学、易用,只需有一定的WINDOWS的操作知识,即可学会LIMS的操作。LIMS对计算机的硬软件要求有限,因此,投入较低。系统采用B/S结构的设计,客户端零维护,支持质量体系的持续性改进,有利于投资保护。这种开发维护必须是长期性的,因为实验室工作不断发展变化,不断扩充新的检测项目、检测方法,增添仪器设备,仪器设备的软件升级等都要求LIMS系统做出不断的调整和改进,以保证实验室工作的顺利进行。

  (6)系统管理维护

  系统管理维护对保证LIMS系统的正常运行具有重要的意义。系统管理维护包括操作权限的设置、系统数据库和系统访问日志的管理维护等。其中数据库的管理维护尤为重要,因为系统每天运行都要产生大量数据,这些数据的有效存储、备份都是很重要的。为了保证数据安全,定期将数据库备份,从而实现数据的备份与恢复。另外化验室配备了专门的业务管理员维护监测模板和基础测试库。

  4 LIMS使用现状及发展趋势

  水文队LIMS实验室管理系统经过半年的上线运行,主要完成了与检测工作直接相关的数据采集、报告编制等核心功能的使用,并初步实现了质量管理的要求,初步显示了它的优越性。对水质检测结果的分析利用服务是系统未来发展的重点和趋势,系统自动完成大量数据的统计工作(林舒等,2018);可以通过系统中积累的检测数据,实现检测项目各种指标的统计与分析,如主要污染物分析、检测指标的检出率、超标率分析等;提供丰富的图表功能,增强数据的直观性和表现力,如曲线图、直方图和饼状图等。这样可以对每口井的历史数据进行分析比较,进一步掌握水质指标的动态变化,从而达到充分利用基础的数据资料的目的,并将环境监测业务中地理信息与GIS应用有效地结合起来(图4)。

  在野外工作中,可以考虑pH、电导率等现场测试数据即时上传;现在只涉及水质检测,将来土和废气检测会随着业务的持续开发而逐渐加入进来。总之,系统建设工作难以一蹴而就,实验室人员正在逐步了解、逐步掌握,并促进系统的逐步完善,以助力于實验室的业务发展。

  5 结论

  水文队LIMS实验室信息管理系统已经实现了实验室数据自动采集,自动完成检测记录中的各种计算,自动生成原始记录和检测报告,实现了工作流程的自动化。极大地提高了数据的及时性、有效性。将不断以现场检测和化验室分析化验为中心,将人、机、料、法、环等影响检测数据的各种因素有机结合起来,进行全面控制和管理。使整个质量管理体系的运行更趋科学和严谨。随着经济的飞速发展,地质实验室的业务也在快速的发展。通过现代计算机网络等技术的应用,实现未来地质实验室的高度专业化、智能化、系统化、自动化。因此现有的以信息管理为主题思想的LIMS将不断适用地质实验室发展的要求。我们正在努力打造一个适合水文队发展的有特色的地质实验室信息管理系统,更好的为地质事业服务。

  参考文献:

  北京三维天地科技有限公司,2018. 北京市水文地质工程地质大队综合检测业务信息管理系统建设方案[R].

  帅闯,陶波,周丽萍,等,2019. 实验室信息管理系统(LIMS)在生态环境监测数据整合中的应用[C]. 中国环境科学学会.中国环境科学学会科学技术年会论文集(第三卷):4.

  林舒,徐玮,2018. 水环境监测实验室信息管理系统的开发[J]. 化学分析计量,27(4):111-114.

  林艳,陈红杰,滕晓焕,2019. 分析测试中心实验室管理系统构建与实现[J]. 山东化工,48(20):132-133+138.

  孟雳,2020. 基于信息管理系统(LIMS)对实验仪器数据自动采集的设计与开发[J]. 信息通信(1):172-173.

  聂真真,郝金义,王文静,等,2019. 实验室信息管理系统(LIMS)在水环境监测实验室中的应用[J]. 通信电源技术,36(3):245-247.

  宋生攀,2017. 化学分析实验室质量控制[J]. 化工管理(6):94.

  杨晓雪,2019. 水质监测实验室信息管理系统中数据仓库的运用[J]. 信息系统工程(7):65.

  周环宇,2019. 基于LIMS环境的实验室质量控制措施及实现质量控制的优势浅析[J]. 水利技术监督(6):59-61+186.

  张静波,郑国臣,李云鹏,等,2013. 构建松辽流域水质监测信息系统可行性分析[J]. 环境科学与管理,38(3):19-23.

  张聪,2019. 实验室信息化管理的有效实践方案:LIMS系统:访河北网星软件有限公司董事长董爱军[J]. 食品安全导刊(7):28-31.

  朱广福,单光庆,2019. 开放实验室管理系统的设计与实现[J]. 信息与电脑(理论版),31(24):46-48.

  达到了预期试验效果,可为今后类似工程提供参考。

  关键词:钻孔灌注桩;双套筒;桩检测;侧摩阻;高层建筑

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  Discussion on side friction elimination with double sleeve technology for

  pile foundation of high-rise buildings

  ZHANG Xunyu1,2, LI Bo1,2, LIU Jing1,2, LIU Jilong1,2

  (1.Beijing Institute of Geo-exploration Technology, Beijing 100011, China;

  2.Beijing Geo-engineering Company, Beijing 100143, China)

  Abstract: Cast-in-place pile and post-grouting technology are widely used in pile foundation engineering of high-rise buildings. Due to the restriction of site conditions and limited construction time, pile foundation engineering often starts in the excavation stage of the foundation pit, in order to provide parameters for the design of engineering piles as early as possible. Under the condition that the foundation pit has not been excavated to the base, the test pile will produce empty pile above the base, and the side friction of the empty pile will influence the test data. The double-sleeve construction test method can effectively eliminate the side friction caused by the empty pile, and facilitate the construction and detection of the test pile near the ground surface. The double-sleeve construction technology was adopted in a test pile project in Tongzhou District, Beijing, which effectively eliminated the side friction of the empty pile and achieved the expected test results.

  Keywords: cast-in-place pile; double sleeve; pile detection; side friction; high-rise building

  隨着我国地上、地下空间更加广泛的开发和利用,高层建筑不断涌现,且越建越高,随之对地基承载力的要求也不断提高(刘少武,2020)。钻孔灌注桩及后压浆技术广泛应用于桩基础工程中,能有效提高地基承载力(邝积善等,2015),工程桩正式施工前往往先进行试桩工程,为设计提供更为贴近实际的数据(陆建忠,2015)。在试桩工程中,因桩身混凝土达到一定强度后才能进行试桩检测工作,那么将试桩养护与基坑开挖阶段相融合便可大幅节约工期(郑祺恺,2016),但在此工况下施工的试验桩与以后的工程桩存在一定的差异,即基底以上空桩部分会对试验数据产生影响。双套筒施工及检测工艺能消除基底至打桩作业面之间的桩侧摩阻力,直接测得有效桩长部分的桩基承载力,从而消除空桩部分对桩基检测结果的影响(王志超等,2014)。本文以通州区运河核心区 Ⅷ-08-2地块试桩工程为例,探讨了双套筒施工工艺在桩基工程施工及检测中的应用与效果,可为类似工程提供借鉴。

  1 工程概况

  1.1 项目概况

  建设项目位于北京市通州区运河核心区新华东街,地上设有3座塔楼及部分零星商业,地块中心有地铁线路自西南向东北穿过。3座塔楼分别为8-1#楼(简称北塔)、8-2#楼东区(简称南小塔)及8-2#楼西区(简称南塔),其中北塔地上20层、地下3层,建筑高度95.5 m;南小塔地上11层、地下4层,建筑高度50 m;南塔地上21层、地下4层,建筑高度100 m。塔楼采用桩基础,设计等级为甲级,桩基安全等级为一级。裙房及地下车库采用天然地基,根据抗浮要求设置抗拔桩。地块总用地规模2.56万m2,总建筑面积约为16.09万m2。

  工程设计采用钻孔灌注桩及后压浆施工工艺,桩端桩侧复合注浆。项目基坑支护包含地下连续墙、支护桩、锚杆、桩间等分项工程,项目内又交叉地铁M6号线、塔楼工程桩等,由于对试桩工期要求紧,决定在基坑开挖至-6.0 m时进行试桩工程,而试桩施工地面与设计桩顶标高之间存在高差,如果不采取措施,该高差部分引起的侧摩阻力将对试验结果产生影响,造成试验数据偏大。如按照该数据调减设计桩长,则可能造成施工后的桩基础无法提供足够的承载力,造成设计缺陷甚至引发事故。故采用双套筒法消除实际试桩标高至桩顶设计标高间(无效桩段)的桩侧摩阻力。设计与施工桩长对比见表1。

  1.2 地质背景

  (1)地层

  设计要求桩基施工进入持力层不少于1 m,从上至下揭露地层如下,工程地质剖面图见图1,有部分地层图中钻孔未见。

  ① 人工堆积层(Q4ml)

  杂填土①层:杂色,稍湿—湿,松散—稍密,粉土为主,含砖块、灰渣,层厚0.70~5.60 m。

  黏质粉土素填土—粉质黏土素填土①1层:褐黄—灰色,稍湿—湿,松散—稍密,黏质粉土、粉质黏土为主,含砖渣、灰渣,层厚0.50~8.80 m。

  ② 新近系冲洪积层(Q42al+pl)

  粉质黏土—重粉质黏土②层:褐黄—灰黄色,很湿,可塑—软塑,含云母、氧化铁,少量姜石,层厚0.20~6.60 m。

  黏质粉土—砂质粉土②1层:褐黄色,稍湿—湿,密实—中密,含云母、氧化铁,土质不均,层厚0.50~8.20 m。

  黏质粉土—砂质粉土②2层:褐黄—灰黄色,稍湿—湿,密实—中密,含云母、氧化铁,土质不均。层厚0.40~4.10 m。

  ③ 第四系冲洪积层(Q4al+pl)

  粉质黏土—重粉质黏土③层:褐黄—灰黄色,很湿,可塑-软塑,含云母、氧化铁,少量姜石。层厚1.10~5.10 m。普遍分布。

  黏质粉土—砂质粉土③1层:褐黄—灰黄色,稍湿—湿,密实,含氧化铁、云母。层厚0.40~3.00 m。普遍分布。

  粉砂—细砂③2层 :褐黄色,湿,中密,含云母、石英、长石,砂质粉土夹层。层厚0.50~2.60 m。局部分布。

  黏土③3层:黄褐色,很湿,可塑—软塑,含氧化铁。层厚1.40~4.10 m。局部分布。(图1中钻孔未见)

  细砂—中砂④层:褐黄色,湿—饱和,密实,含云母,偶含圆砾,层厚1.70~11.80 m。

  粉质黏土⑤层:灰—灰黄色,很湿,可塑—软塑,含云母、有机质。层厚0.50~8.50 m。普遍分布。

  黏质粉土—砂质粉土⑤1层:灰—灰黄色,稍湿—湿,密实,含云母、氧化铁。层厚0.70~8.10 m。普遍分布。

  粉砂—细砂⑤2层:褐黄色,饱和,密实,含云母,以石英、长石为主。层厚1.50~3.2 m。局部分布。

  黏土⑤3层:灰—灰黄色,很湿,可塑,含云母、氧化铁、有机质。层厚2.50~3.40 m。局部分布。

  细砂—中砂⑥层:灰—黄灰色,饱和,密实,含云母、有机质,偶含圆砾,层厚1.10~14.80 m。

  粉质黏土—重粉质黏土⑥1层:褐黄色,很湿,可塑,含云母、氧化铁。层厚0.50~2.1m。局部分布。(图1中钻孔未见)

  黏质粉土—砂质粉土⑥2层:褐黄色,湿,密实,含云母、氧化铁。层厚0.50~2.50 m。局部分布。(图1中钻孔未见)

  黏质粉土—砂质粉土⑥3层:褐黄色,湿,密实,含云母、氧化铁。层厚0.20~2.10 m。局部分布。

  粉质黏土—重粉质黏土⑦层:灰—黄灰色,很湿,可塑—硬塑,含云母、有机质,少量姜石。层厚1.10~9.00 m。普遍分布。(图1中钻孔未见)

  黏质粉土⑦1层:灰—黄灰色,稍湿—湿,密实,含云母、有机质。层厚1.20~7.30 m。普遍分布。(图1中钻孔未见)

  细砂—中砂⑧层:灰—黄灰色,饱和,密实,含云母、有机质,偶含圆砾,层厚0.60~11.10 m。(图1中钻孔未见)

  黏质粉土⑧1层 :黄灰色,湿,密实,含云母、氧化铁。层厚1.30~3.10 m。局部分布。(图1中钻孔未见)

  粉质黏土—重粉质黏土⑨层:黄灰色,很湿,可塑,含粉土夹层、有机质。层厚4.00~11.20 m。普遍分布。(图1中钻孔未见)

  (2)水文地质条件

  根据勘查资料,判断场区内地下水类型为上层滞水、潜水和承压水,2018年7月—8月,上层滞水水位埋深为9.4 ~13.1 m,潜水水位埋深为15.80~17.80 m,承压水水位埋深为21.00~23.10 m。区内上层滞水的补给来源为大气降水入渗,以蒸发为主要排泄方式;潜水的主要补给方式为大气降水入渗和地下水侧向流入,以人工开采、地下水侧向流出、相邻含水层越流为主要排泄方式;承压水主要接受地下水侧向径流、相邻含水层越流补给,排泄方式为人工开采和地下水侧向流出。地下水水位年变幅为1~2 m。

  2 双套筒工艺钻孔灌注桩施工

  2.1 钻孔灌注桩施工

  根据工程的地质情况,试桩施工采用旋挖钻机成孔、水下灌注混凝土施工工艺。工程±0.00对应绝对高程22.30 m,施工作业面标高为打桩工作面(标高-6.0 m),SZ1试桩桩顶设计标高为-15.70 m,施工桩长55.7 m;SZ3试桩桩顶设计标高为-14.70 m,施工桩长23.7 m;SZ4试桩桩顶设计标高为-19.50 m,施工桩长33.5 m。试桩设计参数见表2及表3:

  2.2 双套筒施工工艺

  (1)双套筒消除侧摩阻原理

  双套筒由内筒和外筒通过焊接而形成一个整体,接口处可打入止水胶进行密封止水,内外筒间隙一般在50~100 mm。试桩施工后將焊接部位切割开,静载试验加荷载时外筒与周边土体接触,内筒与桩身接触,间隙可自由位移,套筒范围内的土层无法与桩身接触,从而起到了消除桩侧摩阻力的作用。

  (2)双套筒设计制作

  SZ1、SZ3、SZ4桩型分别有空桩9.7 m、8.7 m及13.5 m,双套筒的设计制作即考虑消除该部分空桩引起的侧摩阻力。由于施工现场开槽后制作场地有限,双套筒一般在加工厂制作完成后运到施工现场。内外筒主体部分分别采用10 mm、8 mm的钢板制作。

  1)套筒尺寸

  内套筒内直径分别为SZ1、SZ3、SZ4桩型的外直径900 mm、600 mm、600 mm,外套筒内直径分别为1020 mm、720 mm、720 mm,SZ1设计加工尺寸如图2,其他原理相同。

  2)双套筒的制作

  双套筒之间在顶部进行帮条焊,在底部采用密封胶进行止水处理,防止混凝土绕流进入双套筒内。套筒顶部设置吊环,与筒身焊接牢固,以便将护筒吊装入孔。

  3)灌注桩成孔施工与双套筒安装

  钻机就位后底座应平稳,基底牢固,钻头中心采用定位器对准桩位,利用钻机定位系统将位置锁定,误差不大于10 mm。施工中可利用全站仪在钻机准确定位后在钻杆上确定两三个控制点,间隔一定时间观测钻头位置。成孔后下放双钢套管时,可采用重锤、井径仪、超声波测试仪分别检测成孔的孔深、孔径及垂直度。安装时采用1台50 T履带吊将双套筒安放就位,吊装筒顶吊环时应保持对称平衡,起吊前应核算受力情况,试吊平衡点,在保证安全的前提下,将双套筒吊装安放入孔。

  3 施工检测

  试验桩及锚桩施工完成后先进行桩身完整性检测,再进行试验桩的单桩竖向抗压(抗拔)静载试验。采用低应变法及声波透析法进行桩身完整性检测。

  3.1 低应变法检测

  由放置在桩顶的拾振器接收锤击初始信号及桩身反射信号,利用电子检测仪将波形记录并存储下来,再通过计算机处理并输出结果。其工作示意图如图3。

  检测前将桩头浮浆凿平,露出新鲜桩身混凝土面。在桩顶面牢固布置传感器,并在桩头中心部位敲击,直至记录到有效波形曲线(李伏龙,2016)。桩身完整性评价结果可分为4类:I类桩:桩身完整;II类桩:桩身有轻微缺陷,不会影响桩身结构承载力的正常发挥;Ⅲ类桩:桩身有明显缺陷,对桩身结构承载力有影响;Ⅳ类桩:桩身存在严重缺陷。

  3.2 单桩竖向抗压(拔)静载试验

  试验通过锚桩提供反力,加载采用4台630 t(320 t)液压千斤顶并联加载,采用位移传感器测量试桩及锚桩桩顶沉降(上拔)量。油压使用传感器测量,加载控制及测量数据采集均使用静载测试仪自动进行,设备工作示意如图4、图5。

  3.3 检测结果

  SZ1型单桩竖向抗压静载试验完成3根,所测试桩在试验标高处单桩竖向抗压最大试验荷载均达到21 600 kN,在最大试验荷载下,位移稳定收敛,试桩未破坏,综合分析应力测试数据,所测SZ1型试桩单桩竖向抗压承载力特征值不小于10 466 kN。

  SZ3型单桩竖向抗拔静载试验完成3根,所测试桩在试验标高处单桩竖向抗拔最大试验荷载均达到1800 kN,在最大试验荷载下,位移稳定收敛,基桩未破坏,综合分析应力测试数据,所测SZ3型试桩单桩竖向抗压承载力特征值不小于806 kN。

  SZ4型单桩竖向抗拔静载试验完成3根,所测试桩在试验标高处单桩竖向抗拔最大试验荷载均达到2280 kN,在最大试验荷载下,位移稳定收敛,基桩未破坏,综合分析应力测试数据,所测SZ4型试桩单桩竖向抗压承载力特征值不小于1033 kN。

  低应变法检测桩身完整性共45根,其中I类桩41根,II类桩4根。

  4 结论

  通过以上设计及实践,双套筒施工工艺成熟可靠,能够在桩检测过程中消除空桩部分的影响,直接获得有效桩长部分的试验数据,成功将试桩阶段融入基坑开挖阶段,大大缩短了工期,提高了经济效益和社会效益,可为类似工程提供借鉴。但在施工过程中应注意如下问题:1)成孔确保定位准确及桩孔垂直度,保证钢护筒安装位置及标高准确、焊接牢固;2)双护筒在孔内可能不稳定,可采用黏土、泥浆或水泥浆固定外套筒外侧;3)双护筒内外筒连接缝应密封可靠,筒顶、筒底除焊接外尚可注入密封胶加强隔水效果;4)控制好混凝土灌注量,过大及不足可能造成浪费或桩头强度不足等质量问题。

  参考文献:

  邝积善,赵跃亭,2015. 双套筒钻进技术在混凝土灌注桩中的应用[J]. 山西建筑,41(3):53-55.

  李伏龙,2016. 双套筒工艺在太原地区某工程试桩检测中的应用[J]. 山西建筑,42(36):90-91.

  刘少武,2020. 某高层建筑灌注桩优化设计[J]. 廣东土木与建筑,27(12):32-35.

  陆建忠,2015. 混凝土灌注桩双套筒试桩施工工艺[J]. 上海建设科技(2):48-50.

  王志超,李中元,安源,等,2014. 中空式双套筒灌注桩地面试验技术[J]. 施工技术,43(S2):59-62.

  郑祺恺,2016. 拉萨体育场基础桩施工技术研究及应用[D]. 吉林大学.

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文章名称:LIMS实验室信息管理系统在水质检测实验室中的应用

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