無線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其在軟基處理中的應(yīng)用

龐學(xué)雷，唐海峰，王 曉，宋寶強(qiáng)，康景文

(1.上海浦發(fā)工程建設(shè)管理有限公司，上海201205;2.中國(guó)建筑西南勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都610081)

普通監(jiān)測(cè)系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是人工采集，其缺陷是采集的數(shù)據(jù)往往與工程狀況脫節(jié)，且受天氣和氣候等的影響較大，以及存在夜間難以監(jiān)測(cè)等問題。常規(guī)的監(jiān)測(cè)方法對(duì)于變形控制要求較低的工程可以適用，對(duì)于數(shù)據(jù)量較大或特殊的工程，例如須動(dòng)態(tài)控制施工的工程，常規(guī)的監(jiān)測(cè)方法將難以滿足工程實(shí)際的要求。

針對(duì)常規(guī)監(jiān)測(cè)方法的不足，以工程實(shí)用為依托，研發(fā)了一種新的采用基于Zigbee協(xié)議的無線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠及時(shí)、系統(tǒng)、動(dòng)態(tài)、連續(xù)的進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，可及時(shí)給工程項(xiàng)目管理提供有效的數(shù)據(jù)資料;同時(shí)可以系統(tǒng)和準(zhǔn)確地對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，具有較高的自動(dòng)化程度。本文結(jié)合工程，介紹無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在軟基地基處理過程中的監(jiān)測(cè)實(shí)踐，為無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)廣泛利用積累經(jīng)驗(yàn)。

1 監(jiān)測(cè)原理和流程

數(shù)據(jù)由傳感器測(cè)量，然后由數(shù)據(jù)采集發(fā)生器進(jìn)行接收和發(fā)送，最后由數(shù)據(jù)采集接受終端接收測(cè)量到的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到既有的數(shù)據(jù)處理中心?？梢蕴峁┩皆诰€查看數(shù)據(jù)，此過程可以多人同步進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)采集和電腦數(shù)據(jù)接收之間的無線連接。工作原理和流程見圖1。

圖1 工作原理及流程

2 系統(tǒng)構(gòu)成

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成:(1)傳感器;(2)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集箱;(3)室內(nèi)數(shù)據(jù)接收端及數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)采集箱的功能是接收傳感器信息并進(jìn)行無線發(fā)射;數(shù)據(jù)接收端的功能是接收數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理。數(shù)據(jù)采集箱和室內(nèi)接收端如圖2～圖4所示。

圖2 數(shù)據(jù)采集箱

圖3 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

圖4 數(shù)據(jù)接收端界面

3 系統(tǒng)特點(diǎn)

基于Zigbee無線協(xié)議監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以大大簡(jiǎn)化工程現(xiàn)場(chǎng)的傳感器線路網(wǎng)絡(luò)，使監(jiān)測(cè)工程更加的系統(tǒng)化，集成化和規(guī)范化。只需增加數(shù)據(jù)采集發(fā)生器的數(shù)量就可同時(shí)采集不同場(chǎng)地的多個(gè)參數(shù)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。工程技術(shù)人員可通過軟件進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)操作，大大降低了監(jiān)測(cè)管理的工作量，使工程管理工作更加的科學(xué)和高效。

與普通的監(jiān)測(cè)方法相比，基于Zigbee協(xié)議的無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有較大優(yōu)勢(shì)。具體見表1。

表1 遠(yuǎn)程無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)特性表

4 工程實(shí)例

4.1 工程概況

川沙A－1地塊項(xiàng)目位于浦東新區(qū)S1公路和S2高速交匯處的東南側(cè)，總規(guī)劃面積達(dá)7 km2。本工程范圍內(nèi)的地層均屬第四紀(jì)全新世和上更新世長(zhǎng)江三角洲濱海平原型松散沉積土層，主要由粘性土、粉性土及砂土組成。需要針對(duì)性處理的土層主要為第③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和第④層淤泥質(zhì)粘土，因?yàn)榇祟愅翆訅嚎s性高、強(qiáng)度低、靈敏度高，在荷載作用下的沉降量大，其中深度4.0～7.0 m處存在粉性土夾層，孔壓消散較快，對(duì)真空預(yù)壓有較大影響，需要采取密封措施。

軟基處理方法采用真空預(yù)壓進(jìn)行，處理面積約1.68 km2。無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用在真空預(yù)壓對(duì)周邊環(huán)境的影響監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)區(qū)域?yàn)榈貕K①～⑥附近環(huán)路，各地塊的沉降控制指標(biāo)從400～550 mm不等，如圖5所示。

4.2 應(yīng)用效果

真空預(yù)壓施工期間，預(yù)壓地塊①～⑥臨近周圍環(huán)路，最大目標(biāo)沉降量550 mm。如此大的沉降必然對(duì)周圍地層產(chǎn)生較大影響，對(duì)于道路和管線的施工極為不利。由于工期緊張，環(huán)路的施工將和真空預(yù)壓同時(shí)進(jìn)行。此時(shí)需對(duì)環(huán)線所在地層進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)，以保證下埋管線的安全性，同時(shí)為道路的施工提供數(shù)據(jù)支持。監(jiān)測(cè)的內(nèi)容包括土層的分層沉降和土體深層水平位移。

由于工程需要實(shí)時(shí)的跟蹤地表沉降和土體水平位移，常規(guī)的監(jiān)測(cè)方法顯然有些不足，因此，采用無線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。某點(diǎn)的監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖6、圖7所示。

圖5 監(jiān)測(cè)平面圖

從宏觀的角度出發(fā)，分析大面積荷載作用下其周邊受影響的土體分層沉降的規(guī)律，理論分析認(rèn)為，真空預(yù)壓前期土層沉降較大而且沉降速率快，隨著孔隙水壓力的逐漸消散，土層逐步固結(jié)，土層沉降速率減緩并趨于穩(wěn)定。圖6所示結(jié)果與理論分析趨勢(shì)基本一致，并且監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性良好。

圖6 土體分層沉降曲線

對(duì)于大面積荷載作用下其周邊受影響的土體水平位移的理論分析認(rèn)為，土體的水平位移主要集中在上層，隨著土層的埋深水平位移減小;并隨著真空預(yù)壓的開展，土體水平位移趨于穩(wěn)定。圖7對(duì)土體水平位移的監(jiān)測(cè)結(jié)果與理論分析結(jié)論相一致。

圖7 土體水平位移曲線

5 結(jié)束語(yǔ)

基于Zigbee協(xié)議無線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了及時(shí)、動(dòng)態(tài)、連續(xù)的監(jiān)測(cè)功能，降低了對(duì)氣候的依賴程度，減少了人為因素影響，使得監(jiān)測(cè)結(jié)果更加科學(xué)合理。通過理論分析和實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，土體沉降曲線和水平位移變化曲線的宏觀變化規(guī)律宏觀趨勢(shì)一致，驗(yàn)證了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的科學(xué)合理性。系統(tǒng)在應(yīng)用過程中并未產(chǎn)生大的波動(dòng)或者數(shù)據(jù)異?，F(xiàn)象，說明系統(tǒng)的穩(wěn)定性良好。工程實(shí)踐證明，無線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)土木工程中具有應(yīng)用和推廣前景的監(jiān)測(cè)方法。