软基自动化监测系统的应用与分析_陈荣彬.pdf

建 筑 监 督 检 测 与 造 价 第 15 卷 第 6 期 16 Supervision Test and Cost of Construction 2022 年 12 月 作者简介：作者简介：陈荣彬（1983），男，汉，山东临沂人，硕士，高工，主要从事地下工程的监测和检测研究工作。软基自动化监测系统的应用与分析软基自动化监测系统的应用与分析 陈荣彬（广州市市政工程设计研究总院有限公司，广东 广州 510650）摘要摘要：为解决传统软基处理监测中人工成本高、监测频率受气候影响等问题，依托横沥岛合兴路试验段软基监测项目开发设计了一套软基自动化监测系统，该监测系统主要由传感器组成的数据采集部分、数据无线传输部分、数据分析管理部分组成。工程应用表明，该系统能在项目施工周期内全天候对软基实时测得动态数据，各项数据精度均满足软基监测需求。该系统首次应用于软基监测，提高了监测效率、保证了监测数据的准确性，为下一步的岩土分析具有现实指导性意义，推广价值高。关键词关键词：软基处理；自动化监测系统；软基监测；地下水位 中图分类号：中图分类号：TU447 文献标识码：文献标识码：A 文章编号：文章编号：1674-2133（2022）06-16-05 Application and analysis of automated monitoring systems for soft foundations CHEN Rong-bin(Guangzhou Municipal Engineering Designand Research Institute Co.,Ltd.Guangzhou,Guangdong 510650,China)Abstract:In order to solve the problems of high labour cost and climate impact in the traditional soft foundation treatment monitoring,an automated soft foundation monitoring system was developed and designed based on the soft foundation monitoring project of the pilot section of Hexing Road in Hengli Island,which mainly consists of a data acquisition part composed of sensors,a data wireless transmission part and a data analysis and management part.The project application shows that the system can measure the dynamic data of soft foundation in real time during the construction cycle of the project,and the accuracy of the data can meet the demand of soft foundation monitoring.The system was first applied to soft foundation monitoring,improving the monitoring efficiency and ensuring the accuracy of the monitoring data,which is of practical guidance for the next step of geotechnical analysis and has high promotion value.Keyword:soft foundation treatment;automated monitoring systems;soft foundation monitoring;ground water 1 1 前前言言 我国沿海和内陆地区广泛分布着海相、湖相及河谷相沉积的软弱土层。这种软土天然孔隙比大于或等于 1.0，且天然含水量大于液限、具有高压缩性、低强度、高灵敏度、低透水性和高流变性1的工程特点，且不少地区厚度很大。当在这类地区建设城市道路、公路时，需对软基进行加固处理。此方面的施工技术及加固机理方面国内专业学者已做了大量的研究2，但在监测方面，却相对少一些。传统的人工监测，需大量的人力物力现场采集数据，恶劣天气难以保证数据稳定，数据繁琐复杂，分析困难，已无法满足软基监测信息化管理的要求。为解决以上问题，研发了一套软基自动化监测及预警系统。关于工程自动化监测，目前已在、2022 No.6 陈荣彬：软基自动化监测系统的应用与分析 17 作者简介：作者简介：陈荣彬（1983），男，汉，山东临沂人，硕士，高工，主要从事地下工程的监测和检测研究工作。隧道、桥梁、滑坡、高支模等专业领域应用中取得较好效果。以广州为例，全市范围内新施工的高支模工程必须进行自动化监测3-5；已运营隧道、车站轨行区应以自动化监测方式为主6；基坑工程自动化监测已有广东省标准颁布实施7。高支模、地铁、桥梁等周边环境相对简单，容易实现。但软基监测，因为是边堆载预压施工边监测，周边环境复杂，极其容易对监测点造成破坏，因此对这类工程的自动化监测研究比较分散，还处于应用探索阶段。2 2 工程概况工程概况 横沥岛尖为北起上横沥水道，南至下横沥水道，西抵灵新大道，东临蕉门水道，面积约 7.0 平方公里的区域，其中，建设的 8 条市政路，总长为14.072km。本文以采用一般堆载预压法进行软基处理的合兴路（K0+300K0+460 区间）为例，本段为红线宽度 60m 的城市主干路，道路软基处理的填筑堆载工期为 3 个月，整体工期 12 个月，软基处理工后沉降30cm。场地主要出露第四系全新统人工填土层（Q4ml）、全新统海陆交互相沉积层（Q4mc）、上更新统河流相冲积层（Q3al）及残积层(Qel)，基岩为燕山晚期第三阶段（53-3）花岗岩，淤泥层顶埋深 0.507.40m，层厚 2.5035.10m，平均 16.96m。3 3 自动化监测系统自动化监测系统 该自动化监测系统基于现代化物联网技术，在不受天气条件与现场环境的制约下，连续对该路段软基进行全天候、连续性的监测8。该监测系统主要由感（传感器组成的数据采集部分）、传（数据无线传输部分）、管（数据分析管理部分）组成，它们之间独立运行、互不干扰。自动化监测系统构成及运行模式见图 1。图图 1 软基自动化监测系统框架软基自动化监测系统框架 Fig.1 Framework for an automated soft foundation monitoring system 数据采集部分，主要由测点传感器及辅助的连接装置采集终端组成，现场采用液压式静力水准仪、倾角固定式测斜仪、振弦式孔隙水压力传感器、振弦式渗压传感器。数据无线传输部分，是数据采集部分和云存储服务之间的连接桥梁，它负责监测点数据发送。为确保数据传输的稳定性，利用电缆导线将各类传感器信号连接至数据采集箱，再通过内置 4G 通信模块将监测数据实时传输至云存储服务终端。数据分析管理部分，实现数据的转换、处理、存储、分析等功能。根据实时采集到的监测数据，自动生成监测日报、周报等电子报表及形变曲线，并可在手机移动端、服务器/PC 端等多种终端设备上查阅、共享。4 4 自动化监测的实施自动化监测的实施 根据软基堆载预压施工过程荷载的变化特征，在试验段合兴路K0+300K0+460区间布设表层沉降、深层水平位移、孔隙水压力、地下水位等监测项目9，并采用自动化手段进行软基监测。具体监测点布置见图 2。18 建 筑 监 督 检 测 与 造 价 第 15 卷 第 6 期 图图 2 软基自动化测点实施布置图软基自动化测点实施布置图 Fig.2 Layout of automated soft foundation measurement points 4 4.1.1 表层沉降监测表层沉降监测 本项目采用基于连通器原理的液压式静力水准 仪进行表层沉降板的自动化监测。它主要有位移传感器、浮球、储液罐、安装支架组成，储液罐之间由连通管连通，基准点置于一个相对测点稳定的水平点，其他储液罐置于标高大致相同的不同位置，当其他储液罐相对于基准罐发生升降时，将引起该罐内液面的上升或下降。通过测量液位的变化，了解被测点相对水平基点的升降变形。由沉降公式计算出物体的实际沉降量。每个监测断面布设 3 个监测点，共计安装 6 个静力水准仪沉降监测点，编号为 CJ1CJ6。液压式静力水准仪安装示意见图 3，软基处理期间静力水准仪沉降成果数据见图 4图 5。由图 4图 5 分析可知，此路段在 2020 年 9 月对监测区域的静力水准仪测点安装完毕，进行数据采集系统的调试，各测点的沉降变化量随着分层填筑，软基处理区域逐步压缩下沉，填筑期间沉降较大，车辆填筑进场方向为右幅车道，填筑过程有多辆重型车辆及大型设备经过测点附近摊铺碾压，靠近路中及右幅路肩的测点，观测的累计沉降量比左幅测点沉降量偏大。至 2020 年 12 月 9日满载，静力水准仪观测的沉降数据逐渐收敛，通过双曲线法推算合兴路K0+300K0+460路段工后沉降及路段固结度，工后沉降为-59.6mm-62mm，剩余沉降推算分析小于规定的允许工后沉降值及满足连续 2 个月沉降小于 5mm/月，满足设计图纸的卸载要求；期间为了验证静力水准仪在监测沉降的有效性，开始监测时也在 CJ1-2 测点两米位置路中埋设一个常规沉降板，采用 TS50 全站仪进行高程数据采集，跟静力水准仪沉降数据进行比对，比对数据见图 6。图图 3 静力水准仪安装示意图静力水准仪安装示意图 Fig.3 Static level installation diagram 图图 4 自动化监测沉降累计变化曲线图自动化监测沉降累计变化曲线图 Fig.4 Automated monitoring of cumulative change in settlement graphs 图图 5 自动化监测沉降速率变化曲线图自动化监测沉降速率变化曲线图 Fig.5 Automated monitoring of sedimentation rate variation graphs 2022 No.6 陈荣彬：软基自动化监测系统的应用与分析 19 作者简介：作者简介：陈荣彬（1983），男，汉，山东临沂人，硕士，高工，主要从事地下工程的监测和检测研究工作。图图 6 静力水准仪与常规测点沉降比对曲线图静力水准仪与常规测点沉降比对曲线图 Fig.6 Settlement comparison graph between static level and conventional survey points 由图 6 分析可知，人工监测的 CJ1 测点的累计沉降量为-1632mm，静力水准仪 CJ1-2 测点的累计沉降量为-1568.3mm，人工监测数据和自动化累计沉降监测结果相差63mm左右，通过数据比对，验证了自动化监测结果的可靠性。图图 7 固定式测斜仪固定式测斜仪成果变化曲线图成果变化曲线图 Fig.7 Fixed inclinometer results variation graph 4 4.2.2 深层水平位移监测深层水平位移监测 本项目采用固定式测斜仪进行自动化监测，间隔 1 米采集一个数据，测定测斜仪与垂直线之间的倾角变化，即可得出不同深度部位的水平位移。区间内布设了一个测斜孔 CX1，成果数据见图 7。由图 7 可知，在填土初期采集的变形数据比较明显，深层测斜管受填土荷载影响，从地表到深度 12 米处，整体向外侧位移，表明软基堆载过程