肖建寶

（福州合誠工程咨詢管理有限公司）

0 引言

軟基處理，是項目施工以前若地基不夠穩(wěn)固，為避免施工之后地基沉降導致建筑物不牢固等問題的產(chǎn)生，對軟地基采用恰當舉措加以處理，讓其牢固水平大幅提升，讓地基的穩(wěn)固性和固結(jié)度達到設(shè)計標準的過程。軟基處理時一般要進行地表沉降檢測，從而保證工程的安全性。傳統(tǒng)沉降監(jiān)測的方法主要包括幾何水準測量、GPS測量、靜力水準測量等。但是這些監(jiān)測方式存在一定的問題，例如自動化程度較低、成本高、精度低等等。本文主要在上述監(jiān)測方法的基礎(chǔ)上提出了沉降自動化采集系統(tǒng)，將其用在軟基處理中能夠大大提升監(jiān)測自動化程度，提升監(jiān)測精度的同時降低成本。

1 沉降自動化采集系統(tǒng)的構(gòu)建

1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計

沉降自動化采集系統(tǒng)主要是以靜力水準系統(tǒng)作為基礎(chǔ)建立起來的，主要包括傳感器子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)等內(nèi)容，其工作機理詳細而言：利用信息采集平臺對壓差型靜力水準儀導出的電流信號進行采集，然后運用GPRS-DTU 模塊進行傳播，依托服務器平臺接收信號且進行相應處理。

1.2 傳感器子系統(tǒng)

傳感器子系統(tǒng)主要包括安裝底座、不銹鋼外殼、有機玻璃腔體和壓力傳感器等等。有機玻璃腔體共有4 個開口，分別連接壓力傳感器、進水口、出水口以及排氣口。靜力水準儀利用通液管和水箱進行連接，水箱設(shè)置有兩個開口，分別連接通液管以及通氣管。

1.3 數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)

此系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集模塊、定時模塊、無線傳輸模塊等幾部分，其中數(shù)據(jù)采集模塊主要是將靜力水準儀傳感器所輸出的電流信號轉(zhuǎn)變成為電壓信號，之后通過AD 轉(zhuǎn)換器進一步轉(zhuǎn)變成為數(shù)字量，最終利用光電耦合器由CPU 讀出而實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集；無線傳輸部分依托MODBUS 協(xié)議與物聯(lián)網(wǎng)云平臺連在一起，經(jīng)過在平臺上構(gòu)建設(shè)備和設(shè)定有關(guān)的傳感器，然后把此模塊與計算機連在一起，對參數(shù)進行設(shè)定，把DTU 登錄包與服務器有關(guān)數(shù)據(jù)依照TLINK 云平臺上設(shè)備數(shù)據(jù)要求加以設(shè)定，之后就可以通過遠程數(shù)據(jù)監(jiān)控界面進行相應信息的監(jiān)測。

數(shù)據(jù)采集技術(shù)指標：

（1）數(shù)據(jù)采集頻率：表面位移監(jiān)測最高可達到每秒采集一次數(shù)據(jù)，但在實際應用中，我們每6 個小時給出一個變化量；層沉降、測斜、孔隙水及表層沉降監(jiān)測可以每天一次，也可增加頻率，根據(jù)實際需要設(shè)定；

（2）測點自動連續(xù)采集時間：太陽能供電系統(tǒng)在全陰雨天氣下有效工作時間大于兩個星期；

（3）數(shù)據(jù)傳輸：以手機網(wǎng)傳輸為主，通訊困難區(qū)域自動切換為北斗多卡傳輸方式，確保實現(xiàn)全天候不間斷的數(shù)據(jù)傳輸；

（4）自動化測量精度指標：采用固定安裝的高靈敏度傳感器，高程及位移的最小觀測量為毫米級；

（5）測點埋設(shè)深度：根據(jù)地質(zhì)資料情況，一般打到基巖為止，若基巖較深，通常30m 以上；

（6）自動化監(jiān)測系統(tǒng)平臺：基于B/S 結(jié)構(gòu)，在具有互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的終端上實時獲取各觀測目標的變形信息、報警信息等。

1.4 數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)

完成數(shù)據(jù)收集和傳輸后，可以通過云平臺將數(shù)據(jù)導出為Excel 文件實施相應分析，同時制定出相應沉降曲線。同時，在云平臺上設(shè)置有數(shù)據(jù)庫用于信息儲存，用戶能夠按照自身需要選擇性的查看歷史數(shù)據(jù)，并且能夠?qū)⑵鋵С鰝溆谩?/p>

2 沉降自動化采集系統(tǒng)的誤差

2.1 數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)的誤差

對于沉降智能化采集平臺而言，因為信息獲取模塊和無線傳輸模塊的量測精準度在從工廠運出時已完成設(shè)計，為此信息獲取和傳輸子系統(tǒng)的誤差大多是電能供給模式所造成的。為了能夠分析誤差所在，可以通過電源適配器以及蓄電池對于兩臺傳感器實施供電，間隔0.5 小時進行一次數(shù)據(jù)的采集，所得數(shù)據(jù)如圖1 所示。

圖1 不同傳感器供電監(jiān)測數(shù)據(jù)對比

從監(jiān)測結(jié)果可知，相對于電源適配器的供電方式來說，采用蓄電池進行供電的沉降自動化采集系統(tǒng)精度相對較高，并且奇異點數(shù)據(jù)相對較少。電源適配器供電出現(xiàn)誤差主要是因為：在電源適配器的交直流轉(zhuǎn)換期間，不可避免的留有交流電部分，該些交流電的頻率大多不高，難以高效濾波，而且該些交流電會傳輸至采集設(shè)備CPU 和AD 轉(zhuǎn)換器當中，這就會影響到數(shù)據(jù)的采集精度。所以數(shù)據(jù)采集與傳輸子系統(tǒng)需要選擇蓄電池的供電方式。

2.2 傳感器子系統(tǒng)的誤差

此系統(tǒng)方面的誤差更多來自于其中擴散硅壓力傳感器測量精度，另外，此種傳感器在具體應用過程中也會產(chǎn)生相應誤差。壓力傳感器測量精度主要受到硅晶體材料的影響，這些影響因素在出廠時都已經(jīng)設(shè)定完畢。為了能夠減小傳感器裝設(shè)過程中出現(xiàn)的誤差水平，在裝設(shè)靜力水準系統(tǒng)的時候必須要確保傳感器處于水平形態(tài)，另外應當保證傳感器水流入口的通暢。此外，靜力水準系統(tǒng)所包括的液體會對測量的準確水平產(chǎn)生一定影響，比如填充液體較易受細菌或者塵土的作用，乃至出現(xiàn)真菌問題而對填充液體的密度造成不良影響，嚴重情況下會造成通液管的堵塞。

2.3 外界條件引起的誤差

靜力水準系統(tǒng)是以伯努利方程作為基本原理來設(shè)置的，具體為：

其中P1、P2表示為大氣壓，ρ1、ρ2表示為液體密度，h1、h2表示為液面高度，C 表示為常數(shù)。從上述公式可知，大氣壓力、液體密度以及重力加速度等因素會影響到沉降自動化采集系統(tǒng)精度，但是液體密度會伴隨溫度的改變而改變，為此整個系統(tǒng)會遭受重力加速度、溫度、壓力差與其他要素的影響。

3 工程概況案例分析

3.1 工程概況

某機場造地工程，采用圍堰施工后吹填海砂形成陸域，然后打設(shè)塑料排水板后進行堆載預壓。在堆載過程中，要求對軟基沉降進行監(jiān)測，以判定是否滿足卸載要求。監(jiān)測單位共布設(shè)3 個沉降自動化采集系統(tǒng)監(jiān)測點，同時輔以人工監(jiān)測的方式來進行。

3.2 測點布置及安裝

① 將具有底座的壓差式靜力水準儀設(shè)置在待測點，并利用預埋件將其固定牢固，同時要對預埋底板面和混凝土墩面進行找平，要確保定位螺桿和墩面的垂直度。另外，要在加固區(qū)外設(shè)置水箱以及基準點靜力水準儀，確保其穩(wěn)定性。并且控制傳感器最低點和水箱液面高差≤傳感器量程。

② 要參照測點間管線路徑進行通液管鋪設(shè)，利用熱水將其泡漲之后按照順序接入靜力水準儀以及水箱的接口，并用卡箍將其卡緊，避免發(fā)生漏液問題。

③ 從通液管的一側(cè)進行加液，并且實時查看系統(tǒng)內(nèi)部液位高度情況，若是液位達到水箱標線處要停止加液；

④ 按照靜力水準儀間距確定好線纜長度，將傳感器的二芯電纜匯集成兩根總線，分別和電源、數(shù)據(jù)采集模塊輸入通道進行連接。同時為了避免線路受到破壞，要通過PVC 管對通信線纜進行保護。

3.3 人工與自動監(jiān)測結(jié)果對比分析

對該工程堆載預壓沉降情況進行了7 天的連續(xù)監(jiān)測（間隔6 小時進行一次數(shù)據(jù)采集），最終獲取了28 組數(shù)據(jù)，能夠得到圖2、圖3、圖4、圖5 所示的結(jié)果。

圖2 1#監(jiān)測點自動、人工監(jiān)測數(shù)據(jù)

圖3 2#監(jiān)測點自動、人工監(jiān)測數(shù)據(jù)

圖4 3#監(jiān)測點自動、人工監(jiān)測數(shù)據(jù)

圖5 自動、人工監(jiān)測數(shù)據(jù)平均值

對于地表沉降的自動、人工監(jiān)測數(shù)據(jù)誤差情況進行統(tǒng)計，如表1 所示。

表1 地表沉降的自動、人工監(jiān)測數(shù)據(jù)誤差統(tǒng)計

從上述各圖表中能夠得知，采取自動化采集系統(tǒng)和人工方式的測量結(jié)果大體相似，規(guī)律相同，這就說明沉降自動化采集系統(tǒng)所得到的結(jié)果可以符合軟基處理沉降監(jiān)測的要求。

4 結(jié)束語

本文主要闡述了沉降自動化采集系統(tǒng)的構(gòu)成以及誤差影響因素，并且利用案例分析證明了沉降自動化采集系統(tǒng)所得到的結(jié)果可以符合軟基處理沉降監(jiān)測的要求。這能夠進一步推廣沉降自動化采集系統(tǒng)的應用，為軟基處理提供更加有效的方式。