建筑施工中自动化沉降监测技术的应用

刘燕兵

自动化监测技术主要借助传感器及计算机等技术构建自动监测系统，通过现场测量设备开展监测，将监测获取的数据利用通信系统发送给计算机终端并进行全面处理，充分体现监测对象的实际情况。该项技术在多个生产及工程领域都有一定的运用，不但可以全面减少监测工作中的人员数量，还能增强监测结果的可靠性，促进监测工作的智能化发展。沉降监测在铁路、桥梁和民用建筑中都有着普遍的运用，有利于全面保障施工安全。在进行高层建筑施工时，沉降量对基础及安全作业具有较大的影响。随着建筑物荷载的增加，施工过程中极易出现沉降及变形问题，进一步造成局部不均匀沉降及裂缝现象，从而影响建筑物的寿命。基于此，对建筑物开展沉降具有重要的现实意义。

1 沉降监测概述

1.1 基点与监测点布设

在沉降监测过程中，应结合工程沉降施测方案及有关要求布设基点，沉降施测方案的制订，通常是结合工程布局特征及施工环境来完成。按照以往的工程经验，在高层建筑物附近通常要构建3个基点，并与建筑物保持50～100 m的距离。在进行基点布设时，可借助已有的埋石点，或基于该区域中建设时间比较长、具有良好稳定性的建筑物构建墙角水准点。如果区域内不具备以上条件，应根据相关标准，在具备良好隐蔽性及通视性的区域构建基点。对于布设的基点，应测定各基点之间的高差，以保证稳定性良好，在未明确其稳定性之前避免应用。

基点应定期同与建筑物有一定距离的水准点实施联测，以检验其自身的稳定性。沉降监测点应结合建筑物形状及地质环境等因素开展分析，将其布置在可以充分体现建筑物沉降变化情况的区域。通常情况下，可以将其构建在建筑物四角位置，或差异沉降量比较大的部位，或地质条件存在差异的区段等。在埋设过程中，需重视监测点与建筑物之间的连接，保证足够牢靠，通过监测点的变化切实体现建筑物的实际状况。

1.2 沉降监测适用范围

建筑工程在出现下述情况时需结合施工及科研标准开展沉降监测：关键的建筑物；超过20层的建筑物；造型复杂且楼层数达到14层的建筑物；对地基变形要求较高的建筑物；单桩承受荷载超过400 kN的建筑物[1]。

1.3 监测要点

第一，在设置基点的过程中，应确保其足够稳定，建议在基岩上进行。建设区域应与监测对象保持较近的距离，并确保设置在对建筑物影响不大的区域内。第二，设置监测点时，需确保能够充分体现建筑的变形情况，明确地质状况，数量建议在6个左右。第三，在测量过程中，应借助精密水平仪来完成，对于第一监测对象，最好固定测量工具，并在开展监测工作之前校验相关仪器。从测量精度，建议借助二等水准测量，要求视线长度与宽度分别为20～30 m以及0.3 m以上。第四，在监测过程中，需登记气象资料，要求结合实际建筑情况设置监测次数及时间。若基坑深度比较深，则需重视开挖完成的回弹监测。

1.4 资料整理

针对监测的相关资料，应第一时间开展整理工作，并构建工程技术档案。第一，结合水准点测量掌握各监测点的沉降量。第二，结合平面图，对各监测点方位进行确定，并利用监测结果建立有关要素间的关系曲线图。第三，对平均沉降量等数值进行计算。第四，对平面图等进行整理，其中应涉及所有的原始资料。第五，结合以上信息制作沉降监测分析报告，其中应包含工程地质及设计说明。

1.5 监测内容

第一，沉降监测的仪器和方法。沉降监测主要借助精密水准仪完成，若缺少仪器，也可借助高精度水准尺。监测过程中，应采用环形闭合法开展检查，相同监测点的监测差值应小于1 mm。第二，监测次数及时间。通常第一次监测需在监测点稳定后开展。对于民用建筑，建筑物每建设1层，就要实施一次监测。对于工业建筑来说，在所有荷载阶段都要开展监测。在实际施工中，至少应开展4次沉降监测。建议竣工后第一年开展4次监测，之后每隔一年开展2次监测，持续至下沉变化逐渐稳定。若突然出现大量沉降及裂缝问题，应第一时间开展监测，要连续多天实施监测，直至裂缝稳定。在这一过程中，应构建有效的监测标志，监测结束后将裂缝部位及尺寸等绘制出来，同时标记日期及编号。若情况允许，需对裂缝进行拍摄，可借助刻度放大镜进行监测。

2 自动化沉降监测技术的运用

随着科技的日益成熟，自动化监测技术开始普遍运用于工程领域，并发挥着关键性的作用，能够极大增强自动化监测效果。将该项技术全面运用于建筑工程沉降监测中，可以达到远程动态监测的目的，从而提高对建筑沉降问题的监测质量及效率。基于系统的整体化建设，需进行长期的沉降监测，借助传感器技术可以收集不同监测对象的沉降数据，借助网络通信技术可以对不同监测部位开展高频次监测，利用自动化数据可以为建筑工程提供有效的监测数据，从而提升建筑工程的施工质量。

2.1 自动化系统的运用

建筑工程中，一般要对各个施工环节的开展实时监测，由此会产生大量的工作。采用自动化监测系统可以对整个建筑工程的沉降稳定性开展自动化监测，降低施工人员的现场作业量；同时，自动化监测系统还能够动态查询有关监测数据，可以确保沉降监测的时效性，提高数据的采集效率[2]。

2.2 传感器技术的运用

传感器技术的运用对建筑工程的沉降监测起到了积极作用，有助于其获取更加准确的数据信息。以新型传感器作为重要的监测元件，在建筑工程所有施工环节中建立全面的监测网，借助数据传输模块将传感器获取的数据发送出去，充分体现各个监测部位的沉降情况。

利用监测点的有效布置，可以极大降低外部因素对传感器造成的影响，促进沉降监测过程中相关数据采集工作的有效进行。由此可见，根据监测需求，借助满足技术标准的传感器，能够全面收集沉降变形数据，确保采集数据的精准度，同时利用自动化数据验证确保数据的有效性。

2.3 网络通信技术的运用

在自动化监测系统中，引入网络通信技术可以促进自动化系统的顺利运转，为其提供良好的保障。借助网络通信功能，能够快速传输建筑工程的沉降数据，利用现场多个传感器的传输模块以及网络连接，将采集的原始数据发送至计算机终端，并对其实施数据分析及评估。

在进行建筑工程沉降监测时，构建并完善网络通信系统，可以确保监测数据更好地传输；同时还能远程收集监测数据，全面降低施工场地监测的工作量，进一步提高沉降监测数据采集的工作效率。另外，在不同传感器之间，可通过数据连接建立监测网络，对其实施自动化验证，降低传感器问题导致的影响，全面增强监测数据的有效性[3]。

2.4 数据分析以及评估功能的运用

针对自动化监测技术，监测数据的分析和评估非常关键。在对有关监测数据开展动态收集的过程中，可借助设置完成的分析程序对其实施图形化分析，动态监测建筑工程的沉降变形。对于自动化监测系统，有关人员可以借助系统的分析及评估功能，客观分析沉降的变化情况。在这一过程中，借助计算机模型有助于充分掌握沉降情况，利用自动评估第一时间发出警告，以增强对沉降问题的有效控制。

3 测量原理和系统构成

3.1 自动化沉降测量原理

自动化沉降监测通常基于测量原理，利用数据采集器及静力水准仪进行采集工作，然后将获取的数据发送至服务器，从而开展动态监测。这一过程主要借助液体连通器来完成，通过沉降变化使被测液面高度达到基准点液面高度以上，在进行科学计算后，将求出被测部位的相对沉降值。具体工程运用中，监测系统的各个静力水准仪间均借助连通管开展连接。首先，在沉降非影响区域设置静力水准仪；其次，以此为测量基准点，将其他静力水准仪看作监测点，基于被测部位进行布置，使其和基准点一起开展沉降测量工作。

3.2 自动化沉降监测系统构成

自动化沉降监测系统由沉降感应、采集传输以及远程监测3个部分构成。沉降感应涉及静力水准仪及浮筒等；采集传输涉及数据采集器及传输器等；远程监测则主要涉及宽带网及计算机等。在这一过程中，数据采集传输能够按时完成，然后基于服务器开展传输与存储，因此可在施工干扰性较弱的部位，构建通用分组无线服务技术（General Packet Radio Service，GPRS）传输设备及采集器等。配套附属部分应涉及供电与防护监测系统等，实现防护自动化监测的目标，充分利用电力资源[4]。另外，有关监测者还能直接进入自动化监测客户端，通过网络服务器更好地接收监测数据，并对这些数据进行全面处理，使沉降曲线变得非常直观。对系统应用模块开展设计，将有效延长沉降监测系统的寿命，若该系统被破坏，应及时替换，否则将对自动化监测系统的整体功能造成负面影响。

4 系统监测形式

自动化监测系统在建筑沉降监测中发挥着关键的作用，通常依据设计规范及有关技术标准执行。自动监测形式一般是利用自动监测系统对重要监测点开展监测；人工监测形式包含全面监测和重点校验两种，二者均能呈现监测范围中建筑物的实际状况，并能够校验监测效果。从大部分建筑工程实践来看，都可以利用自动化监测系统开展监测工作，其测量准确性可以达到0.01 m，能够全面满足沉降测量的标准要求。在实际开展监测工作时，可借助JMDL-62XX静力水准仪进行测量；在开展人工监测过程中，应根据一等测量要求，借助Trimble DiNi03水准仪来完成。对于沉降测量结果，还应进行存档保存[5]。

5 自动化沉降监测技术在实际工程中的应用

5.1 工程概况

本文以某市高层建筑为例，其占地面积为750.96 m2，高度为72.6 m，结构形式为剪力墙结构，基础采用钻孔灌注桩。该工程建设场地比较平整，地表土层基本为黏土，下伏地层基本为红黏土及粉砂层。

5.2 监测方案

为有效了解建筑物的沉降变化，应通过自动监测与人工监测有机融合的方式进行。借助自动监测对关键观测点开展动态监测，借助人工监测对整个监测区域中建筑物的变形状况开展监测，并对监测结果进行验证和保存。

5.3 现场实施情况

根据建筑物沉降变化，在相应的非影响区域构建自动监测基准点以及所需的设备箱，实际开展自动及人工监测点设计过程中，需对建筑物结构以及具体荷载开展全面分析。基于测点位置挖出合适的沟槽，其长度、宽度及深度建议为20 cm、10 cm和20 cm。同时，固定传感器，借助保护罩对传感器进行保护，并在施工非影响区域增设仪器箱。可借助混凝土浇筑方式等对传感器中的有关导线实施保护，有效避免因荷载影响造成导线出现破损的情况。

结合具体设计要求，对该建筑沉降情况开展监测。一般来说，基础施工完成后便可开始实施监测，每加盖1层就需要测量一次。当建筑物施工结束后，还要每月测量一次，通过测量获取稳定的数据，并进行科学调整。在施工过程中，若遭遇恶劣天气状况，可能出现结构异常问题，应适当提高监测次数，建议每24 h开展一次监测。由于自动化监测精准度比较高，可借助该方式开展动态监测，进一步增强监测频率，然后再将自动监测结果同人工监测方式进行比较，形成相应的沉降时间曲线图。

6 自动化沉降系统可行性验证

由上述工程案例可知，借助自动化监测系统得到的数据真实可靠，可以充分体现系统的适用性及精准度。由于人工监测方式仅起到一定的辅助作用，因此应与自动监测进行对比，借助自动化监测系统得到更加庞大的数据，从而全面了解监测部位沉降动态的变化情况。一般来讲，如果科学利用这两种监测方式，误差将控制在0.5 mm左右，通常累计沉降值都在0.2 mm以下，可以充分反映出沉降监测系统获取的数据信息。另外，结合监测部位的沉降情况可知，该系统所得数据可靠，充分体现了自动化沉降监测对于建筑工程的重要作用，证明其具有较强的可行性。

7 结语

通过自动化沉降监测系统可以得到更可靠的数据，能够充分体现监测部位的沉降变化，应在建筑施工中推广使用。另外，自动监测与人工监测方式之间的累计沉降值的差值应小于0.5 mm，确保数据的稳定性及可靠性。通过本文分析可知，沉降变化具有显著的阶段性特点，沉降速率在施工过程中会逐渐变大，在主体结构施工时达到最大，在施工完成后将逐渐稳定。