無線遠程監測系統及其在軟基處理中的應用

龐學雷，唐海峰，王 曉，宋寶強，康景文

(1.上海浦發工程建設管理有限公司，上海201205;2.中國建筑西南勘察設計研究院有限公司，四川成都610081)

普通監測系統最大的特點是人工采集，其缺陷是采集的數據往往與工程狀況脫節，且受天氣和氣候等的影響較大，以及存在夜間難以監測等問題。常規的監測方法對于變形控制要求較低的工程可以適用，對于數據量較大或特殊的工程，例如須動態控制施工的工程，常規的監測方法將難以滿足工程實際的要求。

針對常規監測方法的不足，以工程實用為依托，研發了一種新的采用基于Zigbee協議的無線遠程監測系統能夠及時、系統、動態、連續的進行數據采集，可及時給工程項目管理提供有效的數據資料;同時可以系統和準確地對監測數據進行管理，具有較高的自動化程度。本文結合工程，介紹無線監測系統在軟基地基處理過程中的監測實踐，為無線監測系統廣泛利用積累經驗。

1 監測原理和流程

數據由傳感器測量，然后由數據采集發生器進行接收和發送，最后由數據采集接受終端接收測量到的數據，并將數據存儲到既有的數據處理中心。可以提供同步在線查看數據，此過程可以多人同步進行，實現傳感器數據采集和電腦數據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 系統構成

監測系統主要由三部分構成:(1)傳感器;(2)現場數據采集箱;(3)室內數據接收端及數據處理。數據采集箱的功能是接收傳感器信息并進行無線發射;數據接收端的功能是接收數據進行存儲和處理。數據采集箱和室內接收端如圖2～圖4所示。

圖2 數據采集箱

圖3 現場數據采集系統

圖4 數據接收端界面

3 系統特點

基于Zigbee無線協議監測系統可以大大簡化工程現場的傳感器線路網絡，使監測工程更加的系統化，集成化和規范化。只需增加數據采集發生器的數量就可同時采集不同場地的多個參數的監測數據。工程技術人員可通過軟件進行遠程監測操作，大大降低了監測管理的工作量，使工程管理工作更加的科學和高效。

與普通的監測方法相比，基于Zigbee協議的無線監測系統具有較大優勢。具體見表1。

表1 遠程無線監測系統特性表

4 工程實例

4.1 工程概況

川沙A－1地塊項目位于浦東新區S1公路和S2高速交匯處的東南側，總規劃面積達7 km2。本工程范圍內的地層均屬第四紀全新世和上更新世長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。需要針對性處理的土層主要為第③層淤泥質粉質粘土和第④層淤泥質粘土，因為此類土層壓縮性高、強度低、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，對真空預壓有較大影響，需要采取密封措施。

軟基處理方法采用真空預壓進行，處理面積約1.68 km2。無線監測系統的應用在真空預壓對周邊環境的影響監測。監測區域為地塊①～⑥附近環路，各地塊的沉降控制指標從400～550 mm不等，如圖5所示。

4.2 應用效果

真空預壓施工期間，預壓地塊①～⑥臨近周圍環路，最大目標沉降量550 mm。如此大的沉降必然對周圍地層產生較大影響，對于道路和管線的施工極為不利。由于工期緊張，環路的施工將和真空預壓同時進行。此時需對環線所在地層進行實時跟蹤監測，以保證下埋管線的安全性，同時為道路的施工提供數據支持。監測的內容包括土層的分層沉降和土體深層水平位移。

由于工程需要實時的跟蹤地表沉降和土體水平位移，常規的監測方法顯然有些不足，因此，采用無線遠程監測系統。某點的監測結果如圖6、圖7所示。

圖5 監測平面圖

從宏觀的角度出發，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律，理論分析認為，真空預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，土層沉降速率減緩并趨于穩定。圖6所示結果與理論分析趨勢基本一致，并且監測的數據穩定性良好。

圖6 土體分層沉降曲線

對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;并隨著真空預壓的開展，土體水平位移趨于穩定。圖7對土體水平位移的監測結果與理論分析結論相一致。

圖7 土體水平位移曲線

5 結束語

基于Zigbee協議無線遠程監測系統，實現了及時、動態、連續的監測功能，降低了對氣候的依賴程度，減少了人為因素影響，使得監測結果更加科學合理。通過理論分析和實際監測結果進行對比，土體沉降曲線和水平位移變化曲線的宏觀變化規律宏觀趨勢一致，驗證了監測系統的科學合理性。系統在應用過程中并未產生大的波動或者數據異常現象，說明系統的穩定性良好。工程實踐證明，無線遠程監測系統土木工程中具有應用和推廣前景的監測方法。