壓差沉降監(jiān)測系統(tǒng)在建筑物沉降監(jiān)測中的應(yīng)用

汪俊彥　潘文杰　馬二兵　李永軍（武漢理工大學(xué)，湖北武漢　430070）

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壓差沉降監(jiān)測系統(tǒng)在建筑物沉降監(jiān)測中的應(yīng)用

汪俊彥潘文杰馬二兵李永軍
（武漢理工大學(xué)，湖北武漢430070）

摘要：介紹了壓差沉降在線監(jiān)測系統(tǒng)，結(jié)合某地鐵基坑施工期間周邊建筑物沉降監(jiān)測項(xiàng)目，驗(yàn)證了該監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性，結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠滿足建筑物的實(shí)時(shí)沉降監(jiān)測精度要求，且能達(dá)到遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)測并預(yù)警的效果，具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：建筑物，壓差沉降，監(jiān)測系統(tǒng)

0　引言

壓差沉降監(jiān)測系統(tǒng)是一種新型沉降測量工具，它是由靜力水準(zhǔn)儀優(yōu)化而來，二者均基于連通管原理開發(fā)，但在每個(gè)監(jiān)測點(diǎn)上，壓差沉降監(jiān)測系統(tǒng)用體積更小的壓差傳感器代替靜力水準(zhǔn)儀較大體積的儲(chǔ)液裝置，在保證了測量精度的同時(shí)，使整個(gè)系統(tǒng)裝置所占空間更小，更利于在較為復(fù)雜的工程環(huán)境應(yīng)用。

1　壓差沉降監(jiān)測系統(tǒng)介紹

1.1系統(tǒng)組成

壓差沉降監(jiān)測系統(tǒng)主要組成部件包含壓差式變形測量傳感器、綜合采集儀、無線傳輸模塊（Data Transfer Unit）、PU管、儲(chǔ)液容器等。

1.2系統(tǒng)監(jiān)測原理

壓差沉降監(jiān)測系統(tǒng)是基于連通管的基本原理，利用水、基準(zhǔn)容器、水管及壓差式變形測量傳感器組成的一套裝置（見圖1）。讓水箱中的液體通過水管自由流動(dòng)，當(dāng)管中的水趨于穩(wěn)定時(shí)，各個(gè)測點(diǎn)的傳感器會(huì)采集到一組初始壓強(qiáng)值。基準(zhǔn)容器和基點(diǎn)需遠(yuǎn)離沉降變形區(qū)，且位于一個(gè)穩(wěn)定的環(huán)境。當(dāng)測點(diǎn)與基點(diǎn)之間的高程發(fā)生變化時(shí)，將導(dǎo)致測點(diǎn)和基點(diǎn)傳感器內(nèi)的液位變化并采集到一組變化后的壓強(qiáng)值，再通過RS485接口（這種接口可以實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)的點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式）將各傳感器采集到的數(shù)據(jù)傳輸至云端上的云平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理計(jì)算與分析，最終得出測點(diǎn)的沉降數(shù)據(jù)。

圖1　壓差沉降監(jiān)測系統(tǒng)連接示意圖

壓差式變形測量傳感器的沉降變化量計(jì)算式為：

其中，ΔH為沉降變化量，mm；PR為基準(zhǔn)點(diǎn)實(shí)際測得的值，kPa；PR0為基準(zhǔn)點(diǎn)測得的初始值，kPa；Pi為測點(diǎn)實(shí)際測得的值，kPa；Pi0為測點(diǎn)測得的初始值，kPa；ρ為液體介質(zhì)密度，通常取水的密度1×103kg/m3；g為重力加速度，粗略計(jì)算時(shí)取10 m/s2。

2　南昌地鐵二號線7標(biāo)辛家庵站基坑周邊建筑物沉降監(jiān)測工程實(shí)例

2.1工程概況

辛家庵站位于老城區(qū)上海路南段，車站所在上海路路寬約26 m，車站和圍護(hù)結(jié)構(gòu)占據(jù)大部分路寬，車站兩側(cè)分布眾多建筑物及管線。車站西側(cè)建筑物大多為建于20世紀(jì)80年代的多層混合結(jié)構(gòu)住宅，多為淺基礎(chǔ)，距主體基坑距離約3. 5 m～7. 5 m。辛家庵站為地下二層島式車站，標(biāo)準(zhǔn)段基坑深度15. 95 m～17. 81 m，端頭井基坑深度為17. 20 m～20. 11 m。車站長度為465. 0 m（內(nèi)凈），標(biāo)準(zhǔn)段主體結(jié)構(gòu)寬度為17. 8 m，端頭井處主體結(jié)構(gòu)寬度為21. 5 m。

本次監(jiān)測項(xiàng)目的目標(biāo)建筑物為南昌針織廠宿舍2號樓，該樓為一棟5層磚混結(jié)構(gòu)淺基礎(chǔ)居民樓，基礎(chǔ)埋深2. 5 m，距主體基坑最近處僅7. 3 m。

2.2建筑物沉降在線監(jiān)測方案

1）在線監(jiān)測點(diǎn)的埋設(shè)與系統(tǒng)的搭建。

南昌針織廠宿舍2號樓在線監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)見圖2，其中03號、04號測點(diǎn)距離基坑主體最近處約7 m。

2）監(jiān)測方法及技術(shù)要求。

此監(jiān)測項(xiàng)目采用壓差式變形測量傳感器，設(shè)置系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集時(shí)間為每30 min采集一次，也可根據(jù)人工設(shè)置時(shí)間間隔進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，傳感器技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1　壓差式傳感器技術(shù)指標(biāo)

2.3沉降監(jiān)測系統(tǒng)的搭建

2.3.1系統(tǒng)部件選型

為確保監(jiān)測系統(tǒng)的精確、穩(wěn)定，對監(jiān)測系統(tǒng)中各個(gè)主要部件的選型原則如下：

1）壓差傳感器的量程選擇。

按照J(rèn)GJ 8—2007建筑變形測量規(guī)范以及考慮到該建筑的建筑年限，限定該建筑物沉降不大于3 mm/d，累積沉降量不大于30 mm。辛家庵項(xiàng)目要求的變形監(jiān)測等級為二級，其監(jiān)測容許誤差不大于0. 5 mm，為滿足監(jiān)測要求，選擇量程500 mm的FS-LTGY500型壓差式傳感器進(jìn)行監(jiān)測。

2）綜合采集儀的選擇。

考慮現(xiàn)場實(shí)際情況，選擇一個(gè)16位通道的采集儀。3）無線傳輸裝置（DTU）的選擇。

選擇信號穩(wěn)定且傳輸容量大的無線傳輸裝置。

4）儲(chǔ)液容器的選擇。

為了保持系統(tǒng)水壓的長期穩(wěn)定，選用厚度為1 mm的薄鋼片制作30 cm×30 cm×30 cm帶液位計(jì)的水箱作為儲(chǔ)液容器。

5）液體介質(zhì)的選擇。

為了盡量減少液體介質(zhì)中的氣泡，選擇燒開后的水或蒸餾水，并加入一定比例的防凍液，最后在儲(chǔ)液罐中加入一定量的硅油液封，避免液體介質(zhì)蒸發(fā)附著在儲(chǔ)液罐上壁。

6）連接水路的選擇。

綜合安裝便利性、耐用性以及功能使用性等多方面考慮，選擇12 mm×8 mm的PU（聚氨酯）軟管。

2.3.2系統(tǒng)搭建

壓差沉降系統(tǒng)的搭建主要遵循以下幾個(gè)步驟：

1）測點(diǎn)抄平。

現(xiàn)場安裝傳感器的測點(diǎn)應(yīng)該用水準(zhǔn)儀進(jìn)行抄平，盡可能使所有測點(diǎn)傳感器都安裝在同一水平線上。

2）傳感器固定支架的安裝。

將傳感器固定支架用膨脹螺栓固定在預(yù)先規(guī)劃好的測點(diǎn)。3）傳感器的安裝。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求或者結(jié)構(gòu)物特點(diǎn)選擇好安裝點(diǎn)，結(jié)合被測物實(shí)際情況，將傳感器安裝到指定位置。

4）儲(chǔ)液罐的安裝。

儲(chǔ)液罐應(yīng)安放在遠(yuǎn)離建筑物變形的區(qū)域，且應(yīng)保證測點(diǎn)傳感器最高點(diǎn)與儲(chǔ)液罐中液面的高度差不能超過傳感器的量程范圍，最后將水管與儲(chǔ)液罐連接，完成水路的連通。

5）線路的焊接。

根據(jù)布點(diǎn)及量測的管線長度裁剪通訊和電源線路線纜的長度。然后根據(jù)傳感器的電源及通訊線焊接到總線，最后將總線引入采集箱。

6）連通水路。

傳感器與儲(chǔ)液罐之間水路的連通，并用PVC管保護(hù)水管并連通至儲(chǔ)液罐。在水路的連通過程中應(yīng)把整個(gè)水路里面的氣泡排凈，傳感器應(yīng)輕輕振搗，直至不冒出氣泡為止。

2.4壓差沉降監(jiān)測系統(tǒng)與人工監(jiān)測對比

為了驗(yàn)證壓差沉降監(jiān)測系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，于2016年在南昌針織廠宿舍2號樓，選擇與測點(diǎn)傳感器距離最近的5個(gè)靠近地面的位置，進(jìn)行標(biāo)高的人工觀測，在線監(jiān)測布點(diǎn)圖如圖2所示。圖3是測點(diǎn)01～05的壓差沉降監(jiān)測系統(tǒng)沉降值與人工監(jiān)測沉降值的對比。

圖2　南昌針織廠宿舍2號樓在線監(jiān)測布點(diǎn)圖

圖3　在線監(jiān)測與人工觀測的沉降值對比

由圖3可以看出，在長達(dá)13 d的對比觀測中，在線監(jiān)測系統(tǒng)和人工測量的結(jié)果基本吻合，規(guī)律性一致，多數(shù)點(diǎn)的偏差在1 mm以內(nèi)。這說明壓差沉降監(jiān)測系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)能滿足建筑物沉降監(jiān)測的要求。

3　結(jié)語

1）該壓差沉降監(jiān)測系統(tǒng)能夠滿足建筑物的實(shí)時(shí)沉降監(jiān)測精度要求，且能達(dá)到遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)測并預(yù)警的效果，具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值。但在部件選型、安裝與驗(yàn)收方面有嚴(yán)格的要求。

2）結(jié)合南昌地鐵二號線辛家庵站監(jiān)測項(xiàng)目，對壓差沉降監(jiān)測系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備的選擇與安裝工藝進(jìn)行嚴(yán)格的實(shí)施。壓差沉降監(jiān)測系統(tǒng)與現(xiàn)場人工監(jiān)測的結(jié)果對比驗(yàn)證了在線監(jiān)測系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的可靠性與準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)：

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［3］張建坤，徐俊峰，徐國雙.靜力水準(zhǔn)監(jiān)測系統(tǒng)在地鐵8號線第三方監(jiān)測中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代城市軌道交通，2011（sup）：136-139.

The application of the pressure difference subsidence monitoring system in building subsidence monitoring

Wang Junyan Pan Wenjie Ma Erbing Li Yongjun
（Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430070，China）

Abstract：This paper introduced to the pressure difference subsidence monitoring system，and combine with the building subsidence monitoring projects on surrounding of a metro foundation pit during the construction period to verify the reliability of this system. The results show that the system can satisfy the real-time settlement monitoring accuracy requirement of the building，also it can achieve the result of remote automatic monitoring and early warning，and it has a certain value in engineering application.

Key words：building，pressure difference subsidence，monitoring system

中圖分類號：TU433

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號：1009-6825（2016）09-0228-02

收稿日期：2016-01-12

作者簡介：汪俊彥（1991-），男，在讀碩士；潘文杰（1992-），男，在讀碩士；馬二兵（1990-），男，在讀碩士；李永軍（1990-），男，在讀碩士