基坑降水控制告警的系統的研制

劉帥

前言：

隨著國家經濟發展，高層建筑、地下工程增多，深基坑及降水工程不斷產生，深基坑降水施工中大部分還采用傳統的井點降水方法，最常用的是管井降水，降水的同時存在問題如下：

①水泵出水量小。為了基坑施工安全，必須確保在基礎施工過程中進行不間斷的井點降水，但當地下水補充不足時，水泵一般仍在低功效運行，一方面容易造成水泵燒壞，另一方面造成電能的浪費。

②安全問題。一般大基坑降水施工過程中，一般降水井點數量較多，水泵燒壞及停運行情況發生率較高，安排管理人員較多，且夜間管理缺失情況較為普遍，對基坑安全存在一定的隱患。

采用傳統的井點降水方法，存在不節能、不環保，對管理困難等方面，這與國家現階段提倡的建筑行業綠色施工發展方向相違背。

一、工程概況

我公司承建的中交理想時代芳華項目其中基坑圍護結構采取SMW工法樁，圍護結構進入5-1淤泥質粉質粘土層夾粉塵，形成深基坑封閉降水。根據勘察報告地下水位主要受大氣降水及河流地表水的控制，設計要求基坑總共設置144口自流式管井，其中基坑外設置52口控制降水井，基坑內設置92口降水井，采用1.1KW潛水泵，根據主體結構設計要求，施工期間必須一直降水，在地下室底板覆土完成前，基坑的降水設施不得拆除，坑內保留18口降水井。

我們對的中交理想時代芳華項目基坑圍護工程前期部分降水井和康城國際南區塊存在的問題進行了統計。常規降水存在燒泵、故障停電、水泵出水量小等問題。管井常規降水一般根據試降水確定管內降水高度，一般水泵會比該水位深2米，且水泵功率較大，經過7天前期降水后，大部分井內水位降至水泵進水口，從而造成水泵出水量小，從而造成水泵電機上部分裸露在水面上，水泵長時間運行造成水泵燒壞，同時還浪費電。一般一個30000㎡的基坑，降水班組考慮經濟效益，一般只設置4人，24小時分白班和夜班對降水井進行管理并進行正常維修和保養。實際情況夜間管理缺失較為嚴重，且不易發現問題，從而造成地下水位上升影響施工和圍護結構安全。

二、降水告警控制系統研發

1、基本原理

在降水井內設置兩個水位，h1水位為開始抽水水位，h2水位為停止抽水水位，當水位達到h1時，必須進行抽水，否則坑外井的地下水會造成圍護結構側壓力過大，坑內井則會造成地下水從基坑底部滲出，從而造成基坑監測報警。當水位到達h2時，必須停止是抽水，否則造成浪費電能或增加水泵燒壞的概率。通過增加一些自動控制設備從而實現自動控制水泵的運行。

2、確定方案

確定方案后，對方案進行分解細化，并確定詳細方案。

3、實施方案

3.1軟件模塊

Windows應用程序和Web應用程序開發成本接近，但Web應用程序開發完成后可大規模使用，且開發周期短，使用無需安裝程序，不受系統限制使用瀏覽器即可。

開發流程軟件界面效果

3.2數據終端單元（DTU）

對市場上各不同DTU進行調查，對DTU基于價格和兼容性來尋找適合的設備供應商。常規的是4GDTU和GPRSDTU，兩者價格4GDTU高200-300元左右。水位傳感器接發收一組數據只有18B（1Kb=1024B），10Kb/s能滿足通訊要求，相同的兼容性及穩定性，GPRSDTU價格較低，最終選擇了后者。

3.3傳感器選擇

常規的液位傳感器有浮球式液位計、投入式滲壓液位計、超聲波液位計，從量程、精度、價格三方面進行對比。

經過綜合對比分析浮球式液位計量程不足，不適合;超聲波液位計價格相對偏高;投入式液位計精度根據水深精度不同，在埋深15m水位內精度在±20mm，能滿足降水井內使用。使用2套設備2個1米量筒進行了72小時測試，滿足±20mm的精度要求。

3.4安裝位置選擇

由于一般現場位置比較復雜，當控制箱及傳感器出現問題時，需要先從降水井內把傳感器拆除，該工程降水井離基坑邊距離4m-50m不等，更換設備耗時較長;同時信號線暴露在現場，易損壞，損壞后不能簡單的接線能處理。最終采用將控制設備放置

在降水井邊，三級箱至控制箱之間只采用電源線連接。

3.5控制箱支架選擇

安裝在降水井邊就存在了易被破壞的風險，且現場控制支架使用不是很方便，設計了一個鋼管支架，根據相關用電規范要求，結合需求，設計繪制相關圖紙，控制箱安裝在掛之點后距離地面高度65cm。當鋼管埋設于地下1m時對不同區域對接地情況進行接地電阻測試，均小于10Ω。

三、優缺點

1、優點

Web應用程序開發成本15000元，每套硬件成本408.5元，現場實際安裝了20套設備進行循環使用，其中坑外使用了10套，坑內使用了10套，坑內由于工況復雜，變化較大，受天氣及工程現場影響較大，降水節能效果不如坑外，根據系統統計報表5月至10月，20套設備節約了43533小時運行時間。直接經濟效益=43533*1.1*1.3-408.5*20-15000=39082.19元。降水班組由原先4人降為3人，從6月份至10月份共節約人工工資26500元。該項目共產生經濟效益65582.19元。

2、缺點

目前國家2g網絡開始退網，考慮更換4g通信，每套設備價格將提高200-300元;其次現場管理人員及降水班組需要提高素質，出現通信設備或傳感器故障仍需要專業技術人員解決。

四、結論

采用基坑降水控制告警的系統可以減少現場工作人員巡視的工作強度，提高人員工作效率，節能減排，綠色環保，積極響應綠色施工、智慧工地的號召。

目前普遍基坑降水都是粗放型管理，該系統可改變現狀，節能效果明顯，可在系統上直接看到節約的成本，設備一般使用年限為2-3年，可重復使用。

參考文獻：

[1]李太玲，李務倫，郭培合.基坑降水自動控制系統的探討[A].中國煤炭地質，2010，22（2）：46-48.

[2]葛主強，樓少敏.超大深地下空間結構基坑施工封閉降水技術[J].城市住宅，2014（8）：122-125.