◎ 高小勇 中交第三航務(wù)工程局有限公司廈門分公司

1.前言

在軟弱地基上進行港口建設(shè)過程中，為保證施工期陸域軟基加固質(zhì)量、堆載預壓整體穩(wěn)定安全以及施工期的安全與穩(wěn)定，需進行地基處理施工中沉降觀測，隨時掌握地基的變形，以利于指導和調(diào)整施工速率，保證工程質(zhì)量。自動化監(jiān)測技術(shù)工藝作為新型監(jiān)測技術(shù)手段相對人工監(jiān)測而言可以全天候自動采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，遠程處理，實現(xiàn)軟基施工過程大量程沉降監(jiān)測的智能化和信息化。

2.工程應(yīng)用

2.1 工程概況

某工程為港口碼頭建設(shè)，其中陸域形成面積42.36萬m，采用吹填基槽、港池、回旋水域疏浚料形成，地基處理為打塑料排水板，堆載預壓，卸載后強夯密實、振沖處理。工程所在范圍內(nèi)自上而下地質(zhì)情況主要分布有①灰黃色粉細砂、②b灰色淤泥混砂、②c灰色淤泥質(zhì)土、②d灰色粉細砂、③a灰～灰黃色粉質(zhì)黏土、③b灰～灰黃色細砂、④a 灰色淤泥質(zhì)土、④b灰色細砂、⑤a灰黃～青灰色粉質(zhì)黏土、⑤b灰～灰黃色中砂、⑦雜色殘積砂質(zhì)黏性土、⑧a雜色全風化花崗巖。

2.2 監(jiān)測方法

2.2.1 自動化監(jiān)測（沉降計）

2.2.1.1 沉降計原理

（1）沉降計由沉降板，儲液灌，聯(lián)絡(luò)管道和液壓傳感器組成，其中儲液罐上部安裝法蘭盤，用以連接沉降板。聯(lián)絡(luò)管道中設(shè)置有液體和氣體兩管，傳感器電纜也從聯(lián)絡(luò)管道中軟管內(nèi)通過，其原理采用類似靜力式水準儀原理，其量程值經(jīng)過改裝調(diào)試使其量程范圍可達到0-10m的沉降范圍，并在實驗室中得到充分論證。

（2）整個系統(tǒng)為密封式系統(tǒng)，儲液灌通過連接管道與液壓傳感器連接，儲液灌頂部通過通氣管與液壓傳感器通氣端連接。

（3）用液體壓力變化表征沉降板沉降。將液壓傳感器安裝在沉降穩(wěn)定的地層內(nèi)或者沉降穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)上，當沉降板相對液壓傳感器的高度發(fā)生變化時，液體傳感器上的液體壓力發(fā)生變化，通過液體壓力變化量測得到沉降量。

（4）通過液、氣循環(huán)，自動平衡密封空間的氣體壓力變化。

2.2.1.2 沉降計安裝

沉降計傳感器于插設(shè)排水板后埋設(shè)。根據(jù)該區(qū)域的地質(zhì)情況確定傳感器的安裝位置，預先加工好傳感器聯(lián)絡(luò)通道的長度，在鉆機就位時采用水平尺進行鉆機的調(diào)平工作以保證鉆機成孔后的垂直度，先放入一定長度的測桿，然后連接沉降計黑色保護小管繼續(xù)放入孔內(nèi)，接著將鋼制沉降板用螺栓連接到法蘭盤，放置到地表上，并引出電纜。將每個沉降點引出的電纜線沿砂面挖溝敷設(shè)直至接入現(xiàn)場設(shè)置的相應(yīng)采集模塊，采集箱設(shè)置保護裝置并作明顯標記進行保護。

2.2.1.3 數(shù)據(jù)采集

圖1 采集模塊及傳輸模塊圖

圖2 實時數(shù)據(jù)曲線圖

自動化監(jiān)測系統(tǒng)由監(jiān)測傳感器、CWM系列自動化采集設(shè)備、GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)、CWM數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件等組成。由CWM網(wǎng)絡(luò)化自動采集各類傳感器的獲取數(shù)據(jù)，通過CWM數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、存儲、分析、云服務(wù)于一體的自動化監(jiān)測。自動化采集軟件是集數(shù)據(jù)采集、存儲、分析、云服務(wù)于一體的多功能執(zhí)行驅(qū)動軟件，為保證傳感器電纜在施工過程中不受破壞，現(xiàn)場采用將傳感器的所有電纜線挖溝深埋敷設(shè)直至進入數(shù)據(jù)采集箱，增加系統(tǒng)模塊，通過采用GPRS/CDMA 網(wǎng)絡(luò)傳輸至CWM分析系統(tǒng)上，可利用電腦、手機、ipad等隨時隨地地查看并管理采集系統(tǒng)，可以全天候自動采集監(jiān)測數(shù)據(jù)，遠程處理，實現(xiàn)軟基施工過程的智能化和信息化，并根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果及時進行分析，進行現(xiàn)場施工方案調(diào)整，為確保監(jiān)測數(shù)據(jù)通過GPRS/CDMA 網(wǎng)絡(luò)傳播的穩(wěn)定性，根據(jù)現(xiàn)場信號情況選用信號較好的電信信號并在系統(tǒng)模塊上增加有線連接接口，在突遇無信號或者信號受干擾的情況下可通過連接電腦進行數(shù)據(jù)的采集，保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性及完整性。

2.2.2 人工監(jiān)測（沉降板）

2.2.2.1 沉降板埋設(shè)

埋設(shè)前根據(jù)設(shè)計要求尺寸加工好沉降標，堆載預壓沉降標安裝在砂墊層之下，安裝位置緊鄰自動化監(jiān)測點，沉降桿每節(jié)長度1.0～1.5m，可以接長。沉降標的豎管垂直偏差不大于2%，設(shè)置保護裝置，施工期間做好對沉降標的保護。

2.2.2.2 觀測方法

在沉降盤埋設(shè)完成后，立即量測其原始高程，作為初讀數(shù)。在之后測量沉降觀測點的高程，即可得到前后兩次測量間隔的變化值，計算出累計沉降值。根據(jù)工程進展的情況，在堆載預壓過程中沉降板內(nèi)部觀測管同步加高。每次觀測同時測量出沉降標附近區(qū)域地表的標高。

2.3 監(jiān)測項目總體布置情況

地基處理區(qū)按每約10000m布置一個觀測點，按100×100m方格網(wǎng)布置。本工程陸域Ⅱ-1區(qū)采用施打塑料排水板+堆載預壓地基處理方法，故在陸域Ⅱ-1區(qū)布置4個斷面，編號為BC1～BC4。

2.4 監(jiān)測項目流程

2.4.1 人工監(jiān)測流程

沉降板埋設(shè) → 根據(jù)設(shè)計要求利用水準儀進行水準測量 → 數(shù)據(jù)平差處理及報告出具

2.4.2 自動化監(jiān)測流程

2.5 監(jiān)測頻率

由于自動化監(jiān)測與人工監(jiān)測其監(jiān)測方法的差異性，其采用如下頻率監(jiān)測：自動化監(jiān)測每6個小時觀測1次；人工監(jiān)測每天觀測1次。

圖3 自動化監(jiān)測流程圖

3.監(jiān)測成果及其分析應(yīng)用

3.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)成果分析

通過自動化監(jiān)測系統(tǒng)及人工監(jiān)測相結(jié)合的方式進行一個月的數(shù)據(jù)采集，其數(shù)據(jù)匯總見表1。

表1 自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)

綜合表1可知BC1～BC3在整個自動化監(jiān)測系統(tǒng)及人工監(jiān)測相結(jié)合觀測期間，在扣除誤差影響的情況下，其數(shù)據(jù)基本吻合，監(jiān)測數(shù)據(jù)滿足現(xiàn)場施工條件的變化規(guī)律，BC4自動化監(jiān)測與人工監(jiān)測存在26mm偏差，分析其原因是由于BC4自動化監(jiān)測埋設(shè)過程中其底部進入穩(wěn)定土層的深度為2m，相對其它3個沉降觀測點進入穩(wěn)定土層的深度3m較淺，其底部在堆載施工過程中發(fā)生的沉降影響產(chǎn)生，透過后續(xù)其他區(qū)域的大量數(shù)據(jù)分析，人工監(jiān)測數(shù)據(jù)與自動化監(jiān)測數(shù)據(jù)誤差較小，由此可知大量程沉降自動化監(jiān)測系統(tǒng)在軟土地基監(jiān)測中可以滿足使用要求。

3.2 大量程沉降自動化監(jiān)測應(yīng)用

綜合分析可知在港口建設(shè)施工期沉降采用自動化監(jiān)測，可隨時掌握地基的變形情況，指導和調(diào)整施工速率，保證工程質(zhì)量。自動化監(jiān)測對比人工監(jiān)測主要體現(xiàn)有：適應(yīng)性強、可連續(xù)監(jiān)測、監(jiān)測數(shù)據(jù)準確、數(shù)據(jù)自動量化生產(chǎn)曲線、安全可靠等特點；能有效指導施工，監(jiān)測過程便利，提高施工效率，同時，在惡劣作業(yè)的特種環(huán)境下，降低了危險系數(shù)，保證了安全，隨著我國無線通訊發(fā)展的進程迅速，無線傳輸網(wǎng)絡(luò)因其安裝快捷，維護簡便，無需布線的優(yōu)點已經(jīng)逐漸取代了目前現(xiàn)有的有線傳輸模式，尤其是GPRS無線傳輸運營建設(shè)費用低，傳輸速度快，采用協(xié)議帶寬，是目前最為常用的無線通訊方式，可以較好服務(wù)于自動化監(jiān)測，整個監(jiān)測過程不受作業(yè)空間和時間的影響，另外由于自動化監(jiān)測采集的數(shù)據(jù)具有連續(xù)不間斷的特點，數(shù)據(jù)采集貫穿整個施工過程，龐大的數(shù)據(jù)量可以充分用來分析軟土地基的變化趨勢，從而做到早預防，早干預，有效減小安全事故的發(fā)生，所采集的數(shù)據(jù)和施工工藝同步，也可以用來與設(shè)計對比，為以后此類項目的設(shè)計提供借鑒。隨著儀器元件生產(chǎn)的普遍性，其元件的價格及穩(wěn)定性將更進一步提高，今后沉降自動化優(yōu)勢及普及性將更一步凸顯。

4.結(jié)語

港口建設(shè)中，地質(zhì)情況多種多樣，監(jiān)測作為施工過程安全及質(zhì)量監(jiān)控的重要手段之一，在伴隨智能化信息時代的到來，自動化監(jiān)測將逐步走深走遠。