基坑周边房屋沉降监测解决方案

1、概述

　　随着城市建设的发展需要，高层建筑和地铁的修建进入了高峰期，施工过程中涉及到深基坑的越来越多并越深，同时国家标准和规范对其施工的质量的要求也越来越高，其中对基坑与周边建筑的安全有特别严格的要求。建筑工程开工后的首要任务是进行地基基础施工，对在施工过程中引发的土体性状、环境、邻近建筑物、地下设施变化的监测已成为工程建设必不可缺少的重要环节。

　　中华人民共和国国家标准GB50497-2009《建筑基坑工程监测技术规范》明确规定：

　　开挖深度大于等于5m或开挖深度小于5m但现场地质情况和周围环境较复杂的基坑工程以及其他需要监测的基坑工程应实施基坑工程监测。

　　1.1基坑危害

　　由于坑壁塌方造成基坑周围土体位移、沉陷，而使基坑邻近的建(构)筑物地基与基础脱空、失稳将导致上部设施和建筑物开裂、倾斜和不均匀下沉;导致邻近公路路面开裂、局部塌陷，从而影响行车安全;导致邻近管道与基础脱空、管沟断裂。

　　特别是造成人身伤亡和邻近建筑物倾斜、塌陷时，处理就旷费时日，不仅会造成巨大经济损失，而且拖延工期，甚至给已有建筑物的安全留下隐患。

　　基坑坍塌，可大致分为两类:

　　1)基坑周边土体承载力不足;基坑底土因卸载而隆起，造成基坑或周边土体滑动;地表及地下水渗流作用，造成的涌砂、涌泥、涌水等而导致周边基础失稳，基坑坍塌。

　　2)支护结构的强度、刚度或者稳定性不足，引起支护结构破坏，导致边坡失稳，基坑坍塌。

2、监测对象

　　本次监测对象为 建筑物监测，共有 座居民楼，居民楼主要分布在基坑 。将通过监测传感器采集数据，分析基坑安全状况，基坑出险及时预警,将基坑开挖施工引发的安全风险降到*，*限度的保证周边居民日常生活的安全，确保建筑工程安全顺利施工。

　　经现场踏勘，居民楼多 层多层建筑，居民楼为上个世纪的砖混木质结构，设计使用年限为30～50年，其中有几座已超过了使用年限超期服役。

　　2.1测点布置

　　该基坑监测项目为沉降，沉降测点分别布设在居民楼四个拐角及中间位置，沉降测量为每栋楼安装10套静力水准仪，基准点安装在临近楼房相对基坑较远位置上，每栋楼需要11套静力水准仪 ，10个沉降观测点和1个基准点。

3、沉降监测要求

　　为保证基坑施工过程中周边房屋的安全，根据中华人民共和国国家标准《J719-2016建筑变形测量规范》基坑工程监测项目应达到以下要求：

　　变形测量级别沉降观测主要适用范围

　　观测点测站高差中误差(mm)

　　特级±0.05特高精度要求的特种精密工程的变形测量。

　　一级±0.15地基基础设计为甲级的建筑的变形测量;重要的古建筑和特大型市政桥梁等变形测量。

　　二级±0.5地基基础设计为甲、乙级的建筑变形测量;场地滑坡测量;重要管线变形测量;地下工程施工及运营中变形测量;大型市政桥梁变形测量等。

　　三级±1.5地基基础设计为乙、丙级的建筑变形测量;地表、道路及一般管线的变形测量;中小型市政桥梁变形测量等。

　　3.1沉降监测

　　通过持续或周期性的对居民楼进行沉降监测，通过采集数据计算出沉降观测点的实时沉降量，随时掌控居民楼的沉降变形速率及最终沉降量，合理确定和调整基坑施工预防措施和方案，确保基坑施工期的安全。

　　3.1.1 YJL-X型静力水准仪

　　YJL-X 型静力水准仪是由磁致伸缩式传感器组成的高精密液位测量仪器,测量时将多台静力水准仪的容器用通液管连接，传感器的磁浮子位置随液位同步变化，每台容器的液位由磁致伸缩式传感器测出，通过计算可得出各测点的沉降量。

　　静力水准仪磁致伸缩式传感器主要由测杆、电子仓和套在测杆上的非接触磁浮球等组成，测杆内装有磁致伸缩线(波导丝)，测杆为不导磁的不锈钢管。 测量时电路发出起始脉冲，起始脉冲在波导丝中传输，产生沿波导丝方向的旋转磁场，当这个磁场与浮球中的*磁场相遇时，产生磁致伸缩效应，使波导丝发生扭动，这一扭动被电子拾能机构所感知并转换成相应的电流脉冲，测量电路计算出两个脉冲之间的时间差，即可精确地测出被测液位值。

　　3.1.2规格及主要技术参数

　　规格型号：YJL-X

　　测量范围：0mm～200mm(量程自选)

　　灵敏度：≤0.001mm

　　测量精度：±0.1%F.S

　　输出信号：RS485

　　报文方式：自报/召测

　　调试方式：地址码和波特率自设定

　　仪器外径：90mm

　　仪器高度:300mm

　　耐水压：≥1MPa

　　3.2响应标准

　　本方案选用的测量倾斜和沉降参量的传感器指标均都符合中华人民共和国国家标准《J719-2016建筑变形测量规范》规定的建筑物变形监测级别分级，为二级的要求。

　　3.3数据采集设备

　　CWM80x系列数据采集模块，是由南京峟思智能科技自主开发的一款分布式网络自动化数据采集系统,与自主研发的CWM数据采集系统软件配套使用.设计用于对各类岩土工程与结构(大坝/桥梁/隧道/边坡/危房/矿山/核电站及民用建筑物等)安全监测项目中的传感器信号进行实时自动数据采集/存储/传输/计算/报告与预警,为工程施工及运行管理者提供与工程现状和安全相关的数据支持和判断依据。

　　3.3.1可靠性

　　CWM80x多功能系列数据采集模块性能稳定,采用高性能高可靠性电子元器件,使用寿命长.具有隔离功能,抗干扰能力强.

　　3.3.2通用性

　　所有通道万用,兼容性良好,允许不同品牌/不同信号输出类型的仪器同时混合接入同一个模块,如差阻式/振弦式/电压式/电流式等模拟信号传感器,以及数字式智能型与开关量计数式传感器均可同时接入.

　　3.3.3冗余性

　　模块采用多核32位微处理器,24位工业级A/D转换器和冗余的继电器多路复用技术,自带超过4000条数据存储功能,保证了数据安全和完整.

　　3.3.4多选择

　　CWM80x系列数据采集模块有4/8/16/32通道多种类型可供选择,搭建灵活,各个模块各自独立互不影响.

　　3.3.5可维护性

　　CWM80x多功能系列数据采集模块具有远程自检/诊断及人工比测等维护功能,支持远程升级和维护.

　　3.3.6模块参数

　　产品尺寸——长x宽x高=120x80x55mm(1通道);180x140x60mm(4/8通道);252*157*52mm(16/32通道)

　　微功耗设计——采用定时开机，完成数据采集及传输后，4-10分钟内无操作CPU进入休眠状态。模块进入休眠状态后，一是当采集周期到来时模块自动启动采集数据并存储，传输数据(自报开关打开);二是如果模块采用RS485通讯时，可以向模块发送任意字节指令唤醒，等待时间超过2s后可对模块进行操作。

　　休眠——小于100uA, 485可唤醒

　　工作——小于50mA(GPRS)，小于10mA(RS485)

　　传输采集——小于500mA

　　存储容量——可存储超过4000条数据。

　　通讯接口——1路标准R485串口通讯。可选配无线GPRS、电台等。

　　实时时钟——内部自带时钟，每条数据记录都会记录数据采集的时间。

　　供电电压监测——可以实时监测电源电压。

　　电源供电——3.7V大容量聚合物锂电池，6-24V输入给内置锂电池充电。亦可以采用高容量不可充电电池(一次性电池)，工作时间大于1年。

　　工作环境——工作温度：-40℃-+80℃ 。

　　工作湿度——5%　-　95%。

　　平均无故障工作时间——MTBF>30000小时。

　　3.4.2通信

　　CWM80x系列数据采集模块无线通信方式，GPRS 数据传输有以下优点：

　　高速传输：由于GPRS 网络采取了先进的分组交换技术，数据传输*理论值可达171.2kb/s。实际使用中一般能达到20～40 kb/s。

　　组网灵活：GPRS 网络覆盖面广，可全国漫游而不增加额外费用。

　　防雷击：GPRS 采用小功率短天线，不需要室外架设大天线，克服了有线传输设备和无线电台容易被雷击而损坏和中断通信的情况。

　　信道保障：GPRS 通信链路由专业运营商维护，在出现通信链路中断的情况下能得到及时抢修，免除通信链路维护的后顾之忧。

　　快速登录：上线时间很快，GPRS(4G)无线终端一开机，就已经与网络建立了连接，每次登录网络，只需要一次激活过程。

　　GPRS数据采集结构图

4、采集软件

　　CWM数据采集系统V2.0，采集方式多样化，包括可指;

　　定时采集：定采集时间、采集间隔、采集次数的定时采集，可被动接收设备自动上报的数据，可选点测量或多点巡测等。

　　实时采集：用户可随时指定MCU进行数据采集、采集次数、保存至数据库。

　　离线采集：定离线采集时间间隔、开始采集时间、采集次数，而后采集软件读取MCU存储的数据。

　　数据显示直观化，对各种传感器采集到的数据按各自原理公式算出物理量，按测点、时间排序显示采集到的数据，将采集到的数据及时绘制成便于观察的数据图线。越限数据报警，当采集到的数据计算出的物理量超过设置的报警值时会采用多种报警方法提示观测员，包括文字闪烁、播放报警音等。

　　能管理众多的串口、协议和路由，胜任复杂的分布式测量通信系统的数据采集、传输和管理，并具有充分的可拓展性。可将若干个工程的安全监测信息集中在一起，这些工程既可具有一定程度的地域性，也可相隔在全不同的区域。

　　可定制的表格包括监测结果的年、季、月、旬、周、日等各种周期报表，表格风格随意多样，能适应任意复杂的格式，表格中数据的定义丰富齐全，包括普通测值、条件测值和各种特征值在内的几乎所有的报表需要的数据都能轻松获得。庞杂繁多的系统资源构成信息和监测数据可以方便地备份和恢复，既能保障系统的可靠与安全，又使系统的建立、维护和扩充更加方便。

　　6.1 易用性

　　系统设计功能实用，风格统一，界面简洁友好，提示丰富易懂，操作简单方便，支持全程在线帮助、多窗口操作。

　　6.2高智能化、高自动化

　　用户可根据日常工作程序自由定制各种任务，交由系统自动完成，大幅度减轻日常工作的负担。系统设有定时机制，为每个任务定义一个时间表，可使任务的执行彻底脱离人工干预，按时自动完成。

　　6.3参数化控制

　　系统采用模块化、参数化的设计思路，系统可设置性强，用户在运行过程中通过改变参数而实现对系统的调整。

　　6.4多通讯方式

　　系统同时支持多种通讯方式，如：串口、GPRS/CDMA数据模块、TCP Client模式串口服务器等，对于布线困难、环境复杂的项目，可以从容选择多种通讯方式结合的布网方式。

　　6.5多用户权限管理

　　通过权限组定义不同用户管理、操作及查看权限。配合用户自定义设置满足不同层次用户需求。

　　6.6强大的数据备份、还原功能

　　系统资源构成的信息和监测数据可以方便地备份和还原，免除用户后顾之忧。

　　6.7实用的系统管理

　　系统提供实用的管理功能，如强大的日志管理、多种数据管理、通用数据导入、系统数据导入导出、数据删除还原、数据过滤、数据自动报警(自动报警的程度以及具体要求)以及外挂应用程序等功能。

　　6.8越限报警

　　数据采集过程中，可以及时进行数据检验，并对越限数据进行报警，发生报警情况时，可以按用户定制的报警方案进行报警。

　　6.9数据管理功能

　　对自动化观测数据提供实时显示、测值查询、测值维护及测值换算等功能;

　　*查询：按年、月、周、日及自定义方式选择时间段;按数据列排序(正序倒序、*排序第二排序);按数值范围查询;按数据来源查询(自动采集、人工录入等)。

　　分页查询：用数据库存储过程设计分页，可选分页大小;

　　数据导出：支持数据导出格式xls。

　　可对人工观测数据和导入的第三方数据进行处理;支持带工程值导入或自动计算工程值;

　　提供数据检验、误差处理及数据整编等功能，可按需提取和过滤数据;

　　可对数据库进行管理，如备份、恢复、压缩整理、格式转换等。