建筑施工中自動化沉降監(jiān)測技術的應用

劉燕兵

自動化監(jiān)測技術主要借助傳感器及計算機等技術構建自動監(jiān)測系統(tǒng)，通過現(xiàn)場測量設備開展監(jiān)測，將監(jiān)測獲取的數(shù)據(jù)利用通信系統(tǒng)發(fā)送給計算機終端并進行全面處理，充分體現(xiàn)監(jiān)測對象的實際情況。該項技術在多個生產(chǎn)及工程領域都有一定的運用，不但可以全面減少監(jiān)測工作中的人員數(shù)量，還能增強監(jiān)測結果的可靠性，促進監(jiān)測工作的智能化發(fā)展。沉降監(jiān)測在鐵路、橋梁和民用建筑中都有著普遍的運用，有利于全面保障施工安全。在進行高層建筑施工時，沉降量對基礎及安全作業(yè)具有較大的影響。隨著建筑物荷載的增加，施工過程中極易出現(xiàn)沉降及變形問題，進一步造成局部不均勻沉降及裂縫現(xiàn)象，從而影響建筑物的壽命。基于此，對建筑物開展沉降具有重要的現(xiàn)實意義。

1 沉降監(jiān)測概述

1.1 基點與監(jiān)測點布設

在沉降監(jiān)測過程中，應結合工程沉降施測方案及有關要求布設基點，沉降施測方案的制訂，通常是結合工程布局特征及施工環(huán)境來完成。按照以往的工程經(jīng)驗，在高層建筑物附近通常要構建3個基點，并與建筑物保持50～100 m的距離。在進行基點布設時，可借助已有的埋石點，或基于該區(qū)域中建設時間比較長、具有良好穩(wěn)定性的建筑物構建墻角水準點。如果區(qū)域內(nèi)不具備以上條件，應根據(jù)相關標準，在具備良好隱蔽性及通視性的區(qū)域構建基點。對于布設的基點，應測定各基點之間的高差，以保證穩(wěn)定性良好，在未明確其穩(wěn)定性之前避免應用。

基點應定期同與建筑物有一定距離的水準點實施聯(lián)測，以檢驗其自身的穩(wěn)定性。沉降監(jiān)測點應結合建筑物形狀及地質(zhì)環(huán)境等因素開展分析，將其布置在可以充分體現(xiàn)建筑物沉降變化情況的區(qū)域。通常情況下，可以將其構建在建筑物四角位置，或差異沉降量比較大的部位，或地質(zhì)條件存在差異的區(qū)段等。在埋設過程中，需重視監(jiān)測點與建筑物之間的連接，保證足夠牢靠，通過監(jiān)測點的變化切實體現(xiàn)建筑物的實際狀況。

1.2 沉降監(jiān)測適用范圍

建筑工程在出現(xiàn)下述情況時需結合施工及科研標準開展沉降監(jiān)測：關鍵的建筑物；超過20層的建筑物；造型復雜且樓層數(shù)達到14層的建筑物；對地基變形要求較高的建筑物；單樁承受荷載超過400 kN的建筑物[1]。

1.3 監(jiān)測要點

第一，在設置基點的過程中，應確保其足夠穩(wěn)定，建議在基巖上進行。建設區(qū)域應與監(jiān)測對象保持較近的距離，并確保設置在對建筑物影響不大的區(qū)域內(nèi)。第二，設置監(jiān)測點時，需確保能夠充分體現(xiàn)建筑的變形情況，明確地質(zhì)狀況，數(shù)量建議在6個左右。第三，在測量過程中，應借助精密水平儀來完成，對于第一監(jiān)測對象，最好固定測量工具，并在開展監(jiān)測工作之前校驗相關儀器。從測量精度，建議借助二等水準測量，要求視線長度與寬度分別為20～30 m以及0.3 m以上。第四，在監(jiān)測過程中，需登記氣象資料，要求結合實際建筑情況設置監(jiān)測次數(shù)及時間。若基坑深度比較深，則需重視開挖完成的回彈監(jiān)測。

1.4 資料整理

針對監(jiān)測的相關資料，應第一時間開展整理工作，并構建工程技術檔案。第一，結合水準點測量掌握各監(jiān)測點的沉降量。第二，結合平面圖，對各監(jiān)測點方位進行確定，并利用監(jiān)測結果建立有關要素間的關系曲線圖。第三，對平均沉降量等數(shù)值進行計算。第四，對平面圖等進行整理，其中應涉及所有的原始資料。第五，結合以上信息制作沉降監(jiān)測分析報告，其中應包含工程地質(zhì)及設計說明。

1.5 監(jiān)測內(nèi)容

第一，沉降監(jiān)測的儀器和方法。沉降監(jiān)測主要借助精密水準儀完成，若缺少儀器，也可借助高精度水準尺。監(jiān)測過程中，應采用環(huán)形閉合法開展檢查，相同監(jiān)測點的監(jiān)測差值應小于1 mm。第二，監(jiān)測次數(shù)及時間。通常第一次監(jiān)測需在監(jiān)測點穩(wěn)定后開展。對于民用建筑，建筑物每建設1層，就要實施一次監(jiān)測。對于工業(yè)建筑來說，在所有荷載階段都要開展監(jiān)測。在實際施工中，至少應開展4次沉降監(jiān)測。建議竣工后第一年開展4次監(jiān)測，之后每隔一年開展2次監(jiān)測，持續(xù)至下沉變化逐漸穩(wěn)定。若突然出現(xiàn)大量沉降及裂縫問題，應第一時間開展監(jiān)測，要連續(xù)多天實施監(jiān)測，直至裂縫穩(wěn)定。在這一過程中，應構建有效的監(jiān)測標志，監(jiān)測結束后將裂縫部位及尺寸等繪制出來，同時標記日期及編號。若情況允許，需對裂縫進行拍攝，可借助刻度放大鏡進行監(jiān)測。

2 自動化沉降監(jiān)測技術的運用

隨著科技的日益成熟，自動化監(jiān)測技術開始普遍運用于工程領域，并發(fā)揮著關鍵性的作用，能夠極大增強自動化監(jiān)測效果。將該項技術全面運用于建筑工程沉降監(jiān)測中，可以達到遠程動態(tài)監(jiān)測的目的，從而提高對建筑沉降問題的監(jiān)測質(zhì)量及效率。基于系統(tǒng)的整體化建設，需進行長期的沉降監(jiān)測，借助傳感器技術可以收集不同監(jiān)測對象的沉降數(shù)據(jù)，借助網(wǎng)絡通信技術可以對不同監(jiān)測部位開展高頻次監(jiān)測，利用自動化數(shù)據(jù)可以為建筑工程提供有效的監(jiān)測數(shù)據(jù)，從而提升建筑工程的施工質(zhì)量。

2.1 自動化系統(tǒng)的運用

建筑工程中，一般要對各個施工環(huán)節(jié)的開展實時監(jiān)測，由此會產(chǎn)生大量的工作。采用自動化監(jiān)測系統(tǒng)可以對整個建筑工程的沉降穩(wěn)定性開展自動化監(jiān)測，降低施工人員的現(xiàn)場作業(yè)量；同時，自動化監(jiān)測系統(tǒng)還能夠動態(tài)查詢有關監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以確保沉降監(jiān)測的時效性，提高數(shù)據(jù)的采集效率[2]。

2.2 傳感器技術的運用

傳感器技術的運用對建筑工程的沉降監(jiān)測起到了積極作用，有助于其獲取更加準確的數(shù)據(jù)信息。以新型傳感器作為重要的監(jiān)測元件，在建筑工程所有施工環(huán)節(jié)中建立全面的監(jiān)測網(wǎng)，借助數(shù)據(jù)傳輸模塊將傳感器獲取的數(shù)據(jù)發(fā)送出去，充分體現(xiàn)各個監(jiān)測部位的沉降情況。

利用監(jiān)測點的有效布置，可以極大降低外部因素對傳感器造成的影響，促進沉降監(jiān)測過程中相關數(shù)據(jù)采集工作的有效進行。由此可見，根據(jù)監(jiān)測需求，借助滿足技術標準的傳感器，能夠全面收集沉降變形數(shù)據(jù)，確保采集數(shù)據(jù)的精準度，同時利用自動化數(shù)據(jù)驗證確保數(shù)據(jù)的有效性。

2.3 網(wǎng)絡通信技術的運用

在自動化監(jiān)測系統(tǒng)中，引入網(wǎng)絡通信技術可以促進自動化系統(tǒng)的順利運轉，為其提供良好的保障。借助網(wǎng)絡通信功能，能夠快速傳輸建筑工程的沉降數(shù)據(jù)，利用現(xiàn)場多個傳感器的傳輸模塊以及網(wǎng)絡連接，將采集的原始數(shù)據(jù)發(fā)送至計算機終端，并對其實施數(shù)據(jù)分析及評估。

在進行建筑工程沉降監(jiān)測時，構建并完善網(wǎng)絡通信系統(tǒng)，可以確保監(jiān)測數(shù)據(jù)更好地傳輸；同時還能遠程收集監(jiān)測數(shù)據(jù)，全面降低施工場地監(jiān)測的工作量，進一步提高沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)采集的工作效率。另外，在不同傳感器之間，可通過數(shù)據(jù)連接建立監(jiān)測網(wǎng)絡，對其實施自動化驗證，降低傳感器問題導致的影響，全面增強監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效性[3]。

2.4 數(shù)據(jù)分析以及評估功能的運用

針對自動化監(jiān)測技術，監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析和評估非常關鍵。在對有關監(jiān)測數(shù)據(jù)開展動態(tài)收集的過程中，可借助設置完成的分析程序對其實施圖形化分析，動態(tài)監(jiān)測建筑工程的沉降變形。對于自動化監(jiān)測系統(tǒng)，有關人員可以借助系統(tǒng)的分析及評估功能，客觀分析沉降的變化情況。在這一過程中，借助計算機模型有助于充分掌握沉降情況，利用自動評估第一時間發(fā)出警告，以增強對沉降問題的有效控制。

3 測量原理和系統(tǒng)構成

3.1 自動化沉降測量原理

自動化沉降監(jiān)測通常基于測量原理，利用數(shù)據(jù)采集器及靜力水準儀進行采集工作，然后將獲取的數(shù)據(jù)發(fā)送至服務器，從而開展動態(tài)監(jiān)測。這一過程主要借助液體連通器來完成，通過沉降變化使被測液面高度達到基準點液面高度以上，在進行科學計算后，將求出被測部位的相對沉降值。具體工程運用中，監(jiān)測系統(tǒng)的各個靜力水準儀間均借助連通管開展連接。首先，在沉降非影響區(qū)域設置靜力水準儀；其次，以此為測量基準點，將其他靜力水準儀看作監(jiān)測點，基于被測部位進行布置，使其和基準點一起開展沉降測量工作。

3.2 自動化沉降監(jiān)測系統(tǒng)構成

自動化沉降監(jiān)測系統(tǒng)由沉降感應、采集傳輸以及遠程監(jiān)測3個部分構成。沉降感應涉及靜力水準儀及浮筒等；采集傳輸涉及數(shù)據(jù)采集器及傳輸器等；遠程監(jiān)測則主要涉及寬帶網(wǎng)及計算機等。在這一過程中，數(shù)據(jù)采集傳輸能夠按時完成，然后基于服務器開展傳輸與存儲，因此可在施工干擾性較弱的部位，構建通用分組無線服務技術（General Packet Radio Service，GPRS）傳輸設備及采集器等。配套附屬部分應涉及供電與防護監(jiān)測系統(tǒng)等，實現(xiàn)防護自動化監(jiān)測的目標，充分利用電力資源[4]。另外，有關監(jiān)測者還能直接進入自動化監(jiān)測客戶端，通過網(wǎng)絡服務器更好地接收監(jiān)測數(shù)據(jù)，并對這些數(shù)據(jù)進行全面處理，使沉降曲線變得非常直觀。對系統(tǒng)應用模塊開展設計，將有效延長沉降監(jiān)測系統(tǒng)的壽命，若該系統(tǒng)被破壞，應及時替換，否則將對自動化監(jiān)測系統(tǒng)的整體功能造成負面影響。

4 系統(tǒng)監(jiān)測形式

自動化監(jiān)測系統(tǒng)在建筑沉降監(jiān)測中發(fā)揮著關鍵的作用，通常依據(jù)設計規(guī)范及有關技術標準執(zhí)行。自動監(jiān)測形式一般是利用自動監(jiān)測系統(tǒng)對重要監(jiān)測點開展監(jiān)測；人工監(jiān)測形式包含全面監(jiān)測和重點校驗兩種，二者均能呈現(xiàn)監(jiān)測范圍中建筑物的實際狀況，并能夠校驗監(jiān)測效果。從大部分建筑工程實踐來看，都可以利用自動化監(jiān)測系統(tǒng)開展監(jiān)測工作，其測量準確性可以達到0.01 m，能夠全面滿足沉降測量的標準要求。在實際開展監(jiān)測工作時，可借助JMDL-62XX靜力水準儀進行測量；在開展人工監(jiān)測過程中，應根據(jù)一等測量要求，借助Trimble DiNi03水準儀來完成。對于沉降測量結果，還應進行存檔保存[5]。

5 自動化沉降監(jiān)測技術在實際工程中的應用

5.1 工程概況

本文以某市高層建筑為例，其占地面積為750.96 m2，高度為72.6 m，結構形式為剪力墻結構，基礎采用鉆孔灌注樁。該工程建設場地比較平整，地表土層基本為黏土，下伏地層基本為紅黏土及粉砂層。

5.2 監(jiān)測方案

為有效了解建筑物的沉降變化，應通過自動監(jiān)測與人工監(jiān)測有機融合的方式進行。借助自動監(jiān)測對關鍵觀測點開展動態(tài)監(jiān)測，借助人工監(jiān)測對整個監(jiān)測區(qū)域中建筑物的變形狀況開展監(jiān)測，并對監(jiān)測結果進行驗證和保存。

5.3 現(xiàn)場實施情況

根據(jù)建筑物沉降變化，在相應的非影響區(qū)域構建自動監(jiān)測基準點以及所需的設備箱，實際開展自動及人工監(jiān)測點設計過程中，需對建筑物結構以及具體荷載開展全面分析。基于測點位置挖出合適的溝槽，其長度、寬度及深度建議為20 cm、10 cm和20 cm。同時，固定傳感器，借助保護罩對傳感器進行保護，并在施工非影響區(qū)域增設儀器箱。可借助混凝土澆筑方式等對傳感器中的有關導線實施保護，有效避免因荷載影響造成導線出現(xiàn)破損的情況。

結合具體設計要求，對該建筑沉降情況開展監(jiān)測。一般來說，基礎施工完成后便可開始實施監(jiān)測，每加蓋1層就需要測量一次。當建筑物施工結束后，還要每月測量一次，通過測量獲取穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，并進行科學調(diào)整。在施工過程中，若遭遇惡劣天氣狀況，可能出現(xiàn)結構異常問題，應適當提高監(jiān)測次數(shù)，建議每24 h開展一次監(jiān)測。由于自動化監(jiān)測精準度比較高，可借助該方式開展動態(tài)監(jiān)測，進一步增強監(jiān)測頻率，然后再將自動監(jiān)測結果同人工監(jiān)測方式進行比較，形成相應的沉降時間曲線圖。

6 自動化沉降系統(tǒng)可行性驗證

由上述工程案例可知，借助自動化監(jiān)測系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)真實可靠，可以充分體現(xiàn)系統(tǒng)的適用性及精準度。由于人工監(jiān)測方式僅起到一定的輔助作用，因此應與自動監(jiān)測進行對比，借助自動化監(jiān)測系統(tǒng)得到更加龐大的數(shù)據(jù)，從而全面了解監(jiān)測部位沉降動態(tài)的變化情況。一般來講，如果科學利用這兩種監(jiān)測方式，誤差將控制在0.5 mm左右，通常累計沉降值都在0.2 mm以下，可以充分反映出沉降監(jiān)測系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)信息。另外，結合監(jiān)測部位的沉降情況可知，該系統(tǒng)所得數(shù)據(jù)可靠，充分體現(xiàn)了自動化沉降監(jiān)測對于建筑工程的重要作用，證明其具有較強的可行性。

7 結語

通過自動化沉降監(jiān)測系統(tǒng)可以得到更可靠的數(shù)據(jù)，能夠充分體現(xiàn)監(jiān)測部位的沉降變化，應在建筑施工中推廣使用。另外，自動監(jiān)測與人工監(jiān)測方式之間的累計沉降值的差值應小于0.5 mm，確保數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性及可靠性。通過本文分析可知，沉降變化具有顯著的階段性特點，沉降速率在施工過程中會逐漸變大，在主體結構施工時達到最大，在施工完成后將逐漸穩(wěn)定。