一种软土路基变形远程综合监测系统及安装方法与流程

本发明涉及软土路基变形监测技术领域，具体为一种软土路基变形远程综合监测系统及安装方法。

背景技术：

21世纪的到来，随着我国社会经济的不断发展，基础建设的不断推进，越来越多的车辆奔驰在祖国大地的每一条道路上。随之而来的，道路安全的保障变得尤为重要，我国幅员辽阔，地势多变，在修建公路的过程中往往无法避免的遇到多山、多地层地形，在这些地基上进行道路建设带有极大的危险性，一旦遭遇较大的雨水冲刷，道路地基的渗水量极有达到一个危险的数值，导致路基的承载力直线下滑，无法继续提供原定应有的承载力，进而导致了道路的坍落及滑坡的事故，在损害人民生命安全及财产的同时，故障的道路的维修清障碍也对我国建设产生了较大的不良影响。而传统的检测方式即由检测人员驱车前往范围较大的危险区域进行众多危险点的逐个排查。此种检测方式效率低下的同时，检测期间道路极有可能进行封闭的处理，更会对检测人员的生命安全产生威胁。

技术实现要素：

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明是一种软土路基变形远程综合监测系统及安装方法，软土路基沉降远程综合监测系统，由传感器系统、数据采集系统、无线传输系统、服务器、PC端应用程序和移动端APP构成，对于地质条件较差的路段的多种信息能够通过传感器系统和数据采集系统采集、存储数据，经过无线传输系统将数据信号传递到服务器的数据管理分析系统。

传感器系统包括单点沉降计、土壤湿度计和测斜仪，分别监测软土地基总沉降和分层沉降量、土壤含水率、侧向位移，下面为传感器系统的安装步骤：

(1)埋设线槽：

在软土地基等复杂地质条件下的公路两侧5米范围内找到合适的用于安装单点沉降计、土壤湿度计和测斜仪等传感器的点，找到之后分别在各个点做上不同的标签，两个点之间的间距不小于1米，将各点连线做上标记，做好标记后开始沿着各点的连线开挖线槽沟，线槽沟深300mm、宽100mm的，开挖好线槽沟之后沿着沟铺好线槽；

(2)安装单点沉降计：

①钻孔：在所找好的安设点钻孔，孔径大小以90mm-110mm为宜，并测量钻孔是否垂直；钻孔深度穿过软土层、大于地基压缩层，直至基岩且应入岩500mm，钻孔采用直径为110mm的PVC套管10进行护壁；PVC套管埋入深度应大于缩孔或塌孔部位深度；

②探孔：首先用等径接头连接好锚头与测杆，将接好锚头的测杆缓慢放入已钻好的钻孔内(锚头朝下，测杆朝上)；待测杆顶部离孔口高约200mm时停住，且用等径接头加长测杆，再往下放置，直至锚头下放到孔底；根据下放至孔内测杆长度确定孔的实际深度；在进行探孔时要保证孔底无沉碴、淤泥等，保证单点沉降计的锚头与基岩直接接触；

③安装：为了更好的保护单点沉降计主体，要求法兰沉降盘应安装与地基基础面以下10-20cm，因此在探孔、确定好孔深后，所需测杆总长应采用不同长度的测杆来配置；其所需测杆总长＝实际孔深－1.4m(沉降计主体拉伸总长)－(0.1-0.2)m；在确定好所需测杆后，将锚头、测杆与沉降主体连接好、安装至孔内且锚头至基岩；

④注浆：为了将锚头与基岩更好的锚固成为整体，必须用注浆方式将锚头固定；首先，将注浆管直插到孔底，把注浆管的另一端与地质钻水镑出水管相连接，用地质钻水镑进行注浆；

⑤灌沙：单点沉降计安装好，待水泥浆沉淀2小时后，往孔内灌沙回填，以防止安装孔塌孔而影响测试数据；灌沙时应缓慢灌注，以防孔被堵塞，在灌沙的同时用2m长的竹竿或钢管将沙稍微夯实，使灌沙至法兰沉降盘以下10cm处，再用混凝土填实至法兰沉降盘(防止施工后期雨水渗入孔内而影响路基结构)，法兰沉降盘上部可用中粗沙回填至地基面；

⑥保护：单点沉降计及传输电缆的保护是安装后其成活率的关键所在，因此装好单点沉降计后，将传输电缆套上直径为20mm的PVC钢丝波纹管进行保护，PVC钢丝波纹管接入线槽，通过线槽将传输电缆引入数据采集系统；

(3)土壤湿度计的安装步骤：

①布点：清理好公路旁的场地后，选择晴朗天气根据设计方案进行测量，确定土壤温湿度计安装孔位；

②成孔：在所找好的安设点钻孔，孔径大小以大于80mm为宜，钻孔偏差应小于1.5％。并无塌孔、缩孔现象存在，软土层应以PVC套管护壁，钻孔至拟埋底部土壤温湿度计拟埋标高以上0.2-0.3m的深度；

③安装：先把将要装入钻孔底部的土壤温湿度计进行调零；并作好记录，存档；A：将土壤温湿度计连接好测试仪进行测量；B：调零，手工记录好土壤温湿度计编号、零点时温度；C：用测试仪对整个安装过程进行监测；在整个安装过程中，土壤温湿度计埋设深度由安装杆长度准确控制；首先将土壤温湿度计装上安装套筒，装好定位销、连接安装杆，将土壤温湿度计下放到钻孔中，待安装杆杆顶离孔口高约200mm时停住，用等径接头加长安装杆，再继续下放，直至土壤温湿度计安装到孔底，用人工或钻机缓慢加压安装杆顶部，将土壤温湿度计压至埋设深度，此时定位销脱落，再将安装杆退出钻孔；退出安装杆后，观察测试仪数据显示，确定土壤温湿度计安装后工作是否正常；记录好土壤温湿度计埋设深度、断面里程、测点编号、现场埋设安装人员、日期、天气；回填钻孔；直至该土壤温湿度计埋设完备；

④保护：埋设安装好土壤温湿度计后，将土壤温湿度计传输电缆集中套上PVC钢丝波纹管进行保护，PVC钢丝波纹管接入线槽，通过线槽将传输电缆引入数据采集系统；

(4)测斜仪安装方法及步骤

①在所找好的安设点钻孔，孔径以大于测斜导管最大外径40mm为宜，钻孔的铅直度偏差不应大于正负1°；孔深达无水平位移处，即应埋入硬土层中不少于1m；

②接长管道时，应使导向槽严格对正，不得偏扭；

③将有底盖的测斜导管放入钻孔内，用管接头将测斜导管连接，然后逐根边铆接、边封闭边下入孔内，注意应使测斜导管内的一对导槽向预计位移的主方向靠近；安装测斜管时应必须保证管内清洁；

④导向槽与欲测方位应用经纬仪严格对正；

⑤测斜导管与孔壁之间的空隙用粗砂回填；

⑥埋设完成后，应及时记录测斜孔编号、孔深、孔口高程、孔底高程、埋设位置、导槽方向等有关资料；

⑦将测斜仪传输电缆集中套上PVC钢丝波纹管进行保护，PVC钢丝波纹管接入线槽，通过线槽将传输电缆引入数据采集系统；

(5)安装好线槽

所有传感器埋设在土壤中之后，传感器的传输电缆引入线槽，传输电缆接头处注意防水，安装好线槽后，用粗砂填埋线槽沟直至与地面齐平，回填好后在填埋位置上立上标签，便于后期检查线路和防止他人不经意间因为开挖破坏传输电缆。

数据采集系统安装在公路旁，为保护数据采集系统不受外界破坏和增加其使用寿命，在公路两侧5m范围内建立用于安装数据采集系统的小型混凝土构筑物，数据采集系统有A型数据采集模块和I型数据采集模块，数据采集系统由太阳能电池板供电；由于单点沉降计为智能弦式传感器，每个监测站的所有单点沉降计与A型数据采集模块通过传输电缆相连；由于测斜仪输出的是电压信号，每个监测站的所有测斜仪与I型数据采集模块通过传输电缆相连；选用电压型土壤湿度计，由于输出的是电流信号，每个监测站的所有土壤湿度计与I型数据采集模块通过传输电缆相连；数据采集系统的各采集模块用传输电缆串联；

无线传输系统将数据采集系统所采集的数据传送至服务器主要采用的是无线通信技术，将各数据采集模块用传输电缆串联后与GPRS模块相连，GPRS数据采集模块将现场所收集到的各项数据通过GPRS无线网络、Internet或综合性以太网远传至服务器。

服务器主要由数据存储库、数据分析子系统和数据发送子系统构成，数据存储库用来存储各个监测点所收集到的数据以便需要时用来查看；在监测点所有设备布设完毕后，数据分析子系统对各个监测点传来的数据取六次数据的平均值作为初始检测值，确定好初始检测值之后再根据各个监测点的实际情况，设定各个监测点的危险临界值和安全值；数据发送子系统主要将数据分析子系统计算得到的数据通过无线传输系统传至PC端应用程序和移动端APP，以供当地监管单位查询或个人查询。

PC端应用程序和移动端APP是专为本软土路基变形远程综合监测系统所设计的，用户可登陆PC端应用程序或移动端APP对各个公路不同的监测点查看路段是否发生软土地基的变形，查看是否具有行车危险。

与现有的一些技术进行比较，本发明具备以下的有益效果：

本发明提供了一种软土路基变形远程综合监测系统及安装方法，较之传统的由检测人员驾车前往危险区域进行逐个危险点的排查而言，本系统能够对软土路基变形情况进行实时检测，消除传统检测的空白期，且检测速度快，对交通影响小，不会造成较大的交通困难，能够保障工作人员的生命安全；此外本综合监测系统可将实时监测得到的数据传送至PC端程序和移动端APP，用户可登陆本综合系统提供的PC端程序或移动端APP查询即将行驶的路段的安全性，体现了智慧交通的精神。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步具体说明。

图1为本发明整体示意图；

图2为传感器系统局部示意图；

图3为数据采集系统和无线传输系统示意图；

图4为本监测系统监测装置安装在公路上的位置示意图。

图中标记：1-传感器系统，2-数据采集系统，3-无线传输系统，4-服务器，5-PC端程序，6-移动端APP，7-单点沉降计，8-土壤温度计，9-测斜仪，10-PVC套管，11-传输电缆，12-混凝土构筑物，13-A型数据采集模块，14-I型数据采集模块，15-软土层，16-硬土层，17-PVC钢丝波纹管，18线槽。

具体实施方式

以下将结合附图1-4和具体实例对本发明特征作更进一步的描述。

如图1所示，本发明是一种软土路基变形远程综合监测系统及安装方法，软土路基沉降远程综合系统，由传感器系统1、数据采集系统2、无线传输系统3、服务器4、PC端应用程序5和移动端APP6构成，对于地质条件较差的路段的多种信息能够通过传感器系统1和数据采集系统2采集、存储数据，经过无线传输系统3将数据信号传递到服务器4的数据管理分析系统。

如图1、2、3、4所示，传感器系统1包括单点沉降计7、土壤湿度计8和测斜仪9，分别监测软土路基总沉降和分层沉降量、土壤含水率、侧向位移，下面为传感器系统1的安装步骤：

(1)埋设线槽18：

在软土地基等复杂地质条件下的公路两侧5米范围内找到合适的用于安装单点沉降计7、土壤湿度计8和测斜仪9等传感器的点，找到之后分别在各个点做上不同的标签，两个点之间的间距不小于1米，将各点连线做上标记，做好标记后开始沿着各点的连线开挖线槽沟，线槽沟深300mm、宽100mm的，开挖好线槽沟之后沿着沟铺好线槽18；

(2)安装单点沉降计7：

①钻孔：在所找好的安设点钻孔，孔径大小以90mm-110mm为宜，并测量钻孔是否垂直；钻孔深度穿过软土层、大于地基压缩层，直至基岩且应入岩500mm，钻孔采用直径为110mm的PVC套管10进行护壁；PVC套管10埋入深度应大于缩孔或塌孔部位深度；

②探孔：首先用等径接头连接好锚头与测杆，将接好锚头的测杆缓慢放入已钻好的钻孔内(锚头朝下，测杆朝上)；待测杆顶部离孔口高约200mm时停住，且用等径接头加长测杆，再往下放置，直至锚头下放到孔底；根据下放至孔内测杆长度确定孔的实际深度；在进行探孔时要保证孔底无沉碴、淤泥等，保证单点沉降计的锚头与基岩直接接触；

③安装：为了更好的保护单点沉降计7主体，要求法兰沉降盘应安装与地基基础面以下10-20cm，因此在探孔、确定好孔深后，所需测杆总长应采用不同长度的测杆来配置；其所需测杆总长＝实际孔深－1.4m(沉降计主体拉伸总长)－(0.1-0.2)m；在确定好所需测杆后，将锚头、测杆与沉降主体连接好、安装至孔内且锚头至基岩；

④注浆：为了将锚头与基岩更好的锚固成为整体，必须用注浆方式将锚头固定；首先，将注浆管直插到孔底，把注浆管的另一端与地质钻水镑出水管相连接，用地质钻水镑进行注浆；

⑤灌沙：单点沉降计7安装好，待水泥浆沉淀2小时后，往孔内灌沙回填，以防止安装孔塌孔而影响测试数据；灌沙时应缓慢灌注，以防孔被堵塞，在灌沙的同时用2m长的竹竿或钢管将沙稍微夯实，使灌沙至法兰沉降盘以下10cm处，再用混凝土填实至法兰沉降盘(防止施工后期雨水渗入孔内而影响路基结构)，法兰沉降盘上部可用中粗沙回填至地基面；

⑥保护：单点沉降计7及传输电缆11的保护是安装后其成活率的关键所在，因此装好单点沉降计7后，将传输电缆11套上直径为20mm的PVC钢丝波纹管17进行保护，PVC钢丝波纹管17接入线槽18，通过线槽18将传输电缆11引入数据采集系统2；

(3)土壤湿度计8的安装步骤：

①布点：清理好公路旁的场地后，选择晴朗天气根据设计方案进行测量，确定土壤温湿度计安装孔位；

②成孔：在所找好的安设点钻孔，孔径大小以大于80mm为宜，钻孔偏差应小于1.5％；并无塌孔、缩孔现象存在，软土层应以PVC套管10护壁，钻孔至拟埋底部土壤温湿度计8拟埋标高以上0.2-0.3m的深度；

③安装：先把将要装入钻孔底部的土壤温湿度计8进行调零；并作好记录，存档；A：将土壤温湿度计8连接好测试仪进行测量；B：调零，手工记录好土壤温湿度计8编号、零点时温度；C：用测试仪对整个安装过程进行监测；在整个安装过程中，土壤温湿度计8埋设深度由安装杆长度准确控制；首先将土壤温湿度计8装上安装套筒，装好定位销、连接安装杆，将土壤温湿度计8下放到钻孔中，待安装杆杆顶离孔口高约200mm时停住，用等径接头加长安装杆，再继续下放，直至土壤温湿度计8安装到孔底，用人工或钻机缓慢加压安装杆顶部，将土壤温湿度计8压至埋设深度，此时定位销脱落，再将安装杆退出钻孔；退出安装杆后，观察测试仪数据显示，确定土壤温湿度计8安装后工作是否正常；记录好土壤温湿度计8埋设深度、断面里程、测点编号、现场埋设安装人员、日期、天气；回填钻孔；直至该土壤温湿度计8埋设完备；

④保护：埋设安装好土壤温湿度计8后，将土壤温湿度计8传输电缆11集中套上PVC钢丝波纹管17进行保护，PVC钢丝波纹管17接入线槽18，通过线槽18将传输电缆11引入数据采集系统2；

(4)测斜仪9安装步骤：

①在所找好的安设点钻孔，孔径以大于测斜导管最大外径40mm为宜，钻孔的铅直度偏差不应大于正负1°；孔深达无水平位移处，即应埋入硬土层16中不少于1m；

②接长管道时，应使导向槽严格对正，不得偏扭；

③将有底盖的测斜导管放入钻孔内，用管接头将测斜导管连接，然后逐根边铆接、边封闭边下入孔内，注意应使测斜导管内的一对导槽向预计位移的主方向靠近；安装测斜管时应必须保证管内清洁；

④导向槽与欲测方位应用经纬仪严格对正；

⑤测斜导管与孔壁之间的空隙用粗砂回填；

⑥埋设完成后，应及时记录测斜孔编号、孔深、孔口高程、孔底高程、埋设位置、导槽方向等有关资料，；

⑦将测斜仪8传输电缆11集中套上PVC钢丝波纹管17进行保护，PVC钢丝波纹管17接入线槽18，通过线槽18将传输电缆11引入数据采集系统2；

(5)安装好线槽18

所有传感器埋设在土壤中之后，传感器的传输电缆11引入线槽18，传输电缆11接头处注意防水，安装好线槽18后，用粗砂填埋线槽沟直至与地面齐平，回填好后在填埋位置上立上标签，便于后期检查线路和防止他人不经意间因为开挖破坏传输电缆11。

数据采集系统2安装在公路旁，为保护数据采集系统2不受外界破坏和增加其使用寿命，在公路两侧5m范围内建立用于安装数据采集系统2的小型混凝土构筑物12，数据采集系统2有A型数据采集模块13和I型数据采集模块14，数据采集系统2由太阳能电池板供电；由于单点沉降计7为智能弦式传感器，每个监测站的所有单点沉降计7与A型数据采集模块13通过传输电缆11相连；由于测斜仪9输出的是电压信号，每个监测站的所有测斜仪9与I型数据采集模块14通过传输电缆11相连；选用电压型土壤湿度计8，由于输出的是电流信号，每个监测站的所有土壤湿度计8与I型数据采集模块14通过传输电缆11相连；数据采集系统2的各采集模块用传输电缆11串联。

无线传输系统3将数据采集系统2所采集的数据传送至服务器4主要采用的是无线通信技术，将各数据采集模块用传输电缆11串联后与GPRS模块相连，GPRS数据采集模块将现场所收集到的各项数据通过GPRS无线网络、Internet或综合性以太网远传至服务器4。

服务器4主要由数据存储库、数据分析子系统和数据发送子系统构成，数据存储库用来存储各个监测点所收集到的数据以便需要时用来查看；在监测点所有设备布设完毕后，数据分析子系统对各个监测点传来的数据取六次数据的平均值作为初始检测值，确定好初始检测值之后再根据各个监测点的实际情况，设定各个监测点的危险临界值和安全值；数据发送子系统主要将数据分析子系统计算得到的数据通过无线传输系统传至PC端应用程序5和移动端APP6，以供当地监管单位查询或个人查询。

PC端应用程序5和移动端APP6是专为本软土路基变形远程综合监测系统所设计的，用户可登陆PC端应用程序5或移动端APP6对各个公路不同的监测点查看路段是否发生软土地基的变形，查看是否具有行车危险。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。