CN105446276B - 一种基坑轴力监测补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基坑轴力监测补偿方法，它包括以下步骤：在基坑水平支撑系统中的轴力监测补偿装置上安装传感器，所述轴力监测补偿装置安装在支撑杆的顶端，所述传感器用于实时采集现场原始数据并将数据传送到控制系统；控制系统接收数据并进行处理，所述控制系统通过信号线与传感器连接；当支撑杆两端的墙体位移量或支撑杆的轴力超过设定值时，控制系统指示轴力监测补偿装置进行补偿，所述轴力监测补偿装置通过信号线与控制系统连接。本发明提供的基坑轴力监测补偿方法的数据采集点分布广、实时采集数据、准确率高，确保基坑施工的安全。

Description

一种基坑轴力监测补偿方法

技术领域

本发明涉及机械技术领域，尤其涉及一种基坑轴力监测补偿方法。

背景技术

随着社会文明程度的不断进步，人类的聚集效应作用，大型城市和特大型城市的不断涌现，从而加快了城市轨道交通以及超高层建筑的发展需要，深基坑工程越来越多，而建筑物之间的位置越来越近，工程施工带来的影响越来越大，达到“牵一发动全身”的境地。深基坑施工首先要考虑基坑的安全问题，深基坑施工伴随着极强的环境效应，如果不能有效的应对深基坑变形控制，极易影响其正常使用，严重时甚至引发灾难性事故，造成的经济损失和社会影响是非常大的。

因此，基坑施工时的状态监测与轴力补偿是必需考虑问题。目前，基坑轴力监测补偿方法在上海等软土地区城市深基坑的开挖支护常用钢支撑轴力补偿系统来支撑，在工作时按设计要求施加预应力，随着时间的推移，钢支撑上所加的预应力会降低，控制系统进行简单轴力补偿；同时基坑监测由专门的监测单位通过专门的测斜仪每天一次对预埋在支撑墙体里的测斜管进行数据采样，然后回去通过专用的软件进行数据分析，再出据测斜报表送施工单位和业主单位，施工单位根据报表的数据分析后再报送设计单位和地铁维保中心等重点监测单位。

由于监测和轴力补偿不能实时对比分析，造成一些基坑在安装了轴力补偿后依然存在很多的位移，造成附近的建筑物沉降和危害。现有的基坑轴力监测补偿方法存在如下问题：

1、监测点分布在重要的关注点上，由于成本和施工的原因不是全面分布，而地下土体压力变化莫测很难确保监测点就是最重要的点。

2、监测数据每一点是由一根测斜管进行测量，只能在垂直高度测量一个点，而整体墙体面较宽，墙体各点受力不同时则会产生不同的受力变型，容易产生误判结果。

3、仪器采用数据时使用同一个传感器，再加上测量时仪器本身的精确度，直接影响整个基坑的监测数准确性。

4、数据采样的置后性，由于数据采样、计算和传送存在一定的时间差，只有基坑变形后才能实施相应的补救措施，无法实时采集数据。

发明内容

鉴于目前基坑轴力监测补偿方法存在的上述不足，本发明提供一种实时采集数据、数据采集点分布广、准确率高的基坑轴力监测补偿方法。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种基坑轴力监测补偿方法，它包括以下步骤：

在基坑水平支撑系统中的轴力监测补偿装置上安装传感器，所述轴力监测补偿装置安装在支撑杆的顶端，所述传感器用于实时采集现场原始数据并将数据传送到控制系统；

控制系统接收数据并进行处理，所述控制系统通过信号线与传感器连接；

当支撑杆两端的墙体位移量或支撑杆的轴力超过设定值时，控制系统指示轴力监测补偿装置进行补偿，所述轴力监测补偿装置通过信号线与控制系统连接。

依照本发明的一个方面，所述支撑杆的两端安装有轴力监测补偿装置，所述轴力监测补偿装置顶紧墙体。

依照本发明的一个方面，所述支撑杆的一端安装有轴力监测补偿装置，所述轴力监测补偿装置顶紧墙体，另一端通过固定板顶紧墙体上。

依照本发明的一个方面，所述传感器包括角度传感器、位移传感器和轴向力检测传感器，所述角度传感器、位移传感器和轴向力检测传感器固定在轴力监测补偿装置上。

依照本发明的一个方面，所述墙体位移量S＝a*h*π/180，式中S—墙体位移量；a—角度传感器检测出墙体位移的角度；h--轴力监测补偿装置的中心线到墙体上端固定点的距离；π—圆周率。

依照本发明的一个方面，所述轴力监测补偿装置顶紧墙体的位移量S₁＝a*h*π/180，固定板顶紧墙体的位移量S₂＝H-a*h*π/180，式中S₁、S₂—墙体位移量；H--位移传感器检测出轴力监测补偿装置总的位移量；a—角度传感器检测出墙体位移的角度；h--轴力监测补偿装置的中心线到墙体上端固定点的距离；π—圆周率。

依照本发明的一个方面，所述基坑水平支撑系统设有多道支撑杆，每道支撑杆的一端或两端设有轴力监测补偿装置。

依照本发明的一个方面，所述轴力监测补偿装置包括油缸、球形旋转件、球形连接件、中间件和机械锁定装置，所述油缸通过中间件与球形连接件连接，所述球形连接件与球形旋转件连接，所述机械锁定装置固定在球形连接件的侧面；所述角度传感器安装在球形旋转件的表面上，所述位移传感器安装在球形连接件的表面上，所述轴向力检测传感器安装在油缸的顶端。

本发明实施的优点：由于本发明的在基坑水平支撑系统中的轴力监测补偿装置上安装传感器，轴力监测补偿装置安装在支撑杆的一端或两端，传感器包括角度传感器、位移传感器和轴向力检测传感器，基坑水平支撑系统中设置多道支撑杆，因此传感器的布点多，数据采集点分布广；传感器负责实时采集现场原始数据并将数据传送到控制系统，控制系统接收数据并进行处理，当支撑杆两端的墙体位移量或支撑杆的轴力超过设定值时，控制系统指示轴力监测补偿装置进行补偿，由于采集到的数据为基坑现场实时的原始数据，再加上数据采集点分布广，因此基坑轴力监测补偿方法的准确率高，确保基坑施工的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为采用本发明所述基坑轴力监测补偿方法的基坑水平支撑系统示意图；

图2为本发明所述基坑轴力监测补偿方法的墙体位移量计算原理图；

图3为本发明所述控制系统与轴力监测补偿装置、液压系统相互连接的示意框图；

图4为本发明所述轴力监测补偿装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3、图4所示，一种基坑轴力监测补偿方法，它包括以下步骤：

在基坑水平支撑系统中的轴力监测补偿装置6上安装传感器，所述轴力监测补偿装置6安装在支撑杆5的顶端，所述传感器用于实时采集现场原始数据并将数据传送到控制系统1；

控制系统1接收数据并进行处理，所述控制系统1通过信号线2与传感器连接；

当支撑杆5两端的墙体位移量或支撑杆5的轴力超过设定值时，控制系统1指示轴力监测补偿装置6进行补偿，所述轴力监测补偿装置6通过信号线2与控制系统1连接。

下面通过实施例作进一步的说明：

实施例：一种基坑轴力监测补偿方法，该方法具体包含以下步骤：

步骤S1：在基坑水平支撑系统中的轴力监测补偿装置6上安装传感器，所述轴力监测补偿装置6安装在支撑杆5的顶端，所述传感器用于实时采集现场原始数据并将数据传送到控制系统1；

在实际应用中，在基坑水平支撑系统施工之前，先施工好基坑周围的混凝土支撑系统，如图1所示，混凝土支撑系统包括混凝土水平支撑4、混凝土支护前墙3和混凝土支护后墙7，为了提高基坑水平支撑系统的安全性，基坑水平支撑系统设有多道支撑杆5，相邻支撑杆5之间的水平距离和垂直距离根据实际情况而定，当基坑周围的土体8的压力非常大或基坑与周围建筑物的距离近时，支撑杆5的水平距离和垂直距离应该偏小；反之，当基坑周围的土体8的压力非常小或基坑与周围建筑物的距离远时，支撑杆5的水平距离和垂直距离应该偏大。当基坑水平支撑系统周围地质条件非常差或周围建筑物非常多时，每道支撑杆5的两端安装有轴力监测补偿装置6，轴力监测补偿装置6顶紧墙体；当基坑水平支撑系统周围地质条件比较好或周围建筑物比较少时，支撑杆5的一端设有轴力监测补偿装置6时，支撑杆5的另一端通过固定板或垫木固定在墙体上，固定板1可为钢板、H型槽钢、[型槽钢。传感器包括角度传感器18、位移传感器17和轴向力检测传感器16，角度传感器18、位移传感器17和轴向力检测传感器16固定在轴力监测补偿装置6上，传感器负责实时采集现场原始数据并将数据传送到控制系统1，其中，角度传感器18负责实时采集现场墙体位移后的角度数据并将数据传送到控制系统1，位移传感器17负责实时采集现场墙体位移的数据并将数据传送到控制系统1，轴向力检测传感器16负责实时采集现场支撑杆5的轴向力大小数据并将数据传送到控制系统1。

步骤S2：控制系统1接收数据并进行处理，所述控制系统1通过信号线2与传感器连接；

如图3所示，控制系统1包括电源系统、中央控制设备、信息传输装置、输出装置和工控机，中央控制设备分别与电源系统、信息传输装置、输出装置连接，信息传输装置与工控机连接，输出装置与液压系统连接，所有的传感器通过信号线2将数据传送到中央控制设备，其中，电源系统包括电网电源、发电机进行发电的电源和UPS电源，正常情况下，整个电源系统由电网电源供电，当电网电源出现故障时，中央控制设备自动将电源切换到UPS电源，中央控制设备在UPS电源供电下继续正常工作，并发送报警信号，维持中央控制设备监测和信息传输，当中央控制设备监测到轴力监测补偿装置6需要进行位移或支撑杆5的轴力补偿时，中央控制设备发送控制信号，启动发电机进行发电，对轴力监测补偿装置6进行供电和对UPS电源进行充电，然后再启动轴力监测补偿装置6自动进行位移或支撑杆5的轴力补偿，当监测补偿装置6的位移或支撑杆5的轴力补偿达到要求时，中央控制设备停止发电机电源供电，确保了电源系统的用电安全。

信息传输装置采用基于以态网的有线/无线信息传输装置，中央控制设备通过总线实时监测轴力监测补偿装置6的状态，当墙体位移量或支撑杆5的轴力与设定值不符合时，中央控制设备立即向相应地信息传输装置发送指令，让轴力监测补偿装置6对应的液压系统启动，对墙体位移或支撑杆5的轴力进行相应的补偿，使其达到设定值；中央控制设备通过基于以态网的有线/无线信息传输装置将墙体位移量或支撑杆5的轴力发送给距离基坑水平支撑系统很远的工控机，这样实现了施工现场的中央控制设备与远处的工控机进行数据传输，让相关的管理人员通过工控机实时掌握施工现场的基坑水平支撑系统的运行状态，当墙体位移量或支撑杆5的轴力与设定值不符合时，管理人员可通过工控机向施工现场的中央控制设备发送指令，实现了远程操控各个轴力监测补偿装置6，另外，工控机可内设置短信平台，当基坑水平支撑系统出现问题时，工控机第一时间通过短信平台发送信息到相关人员的手机或PC电脑或平板电脑上。

液压系统采用冗余设计，液压系统采用多组子液压系统，多组子液压系统相互独立运行，多组子液压系统相互之间顺序监控，本实施例的液压系统采用三组子液压系统，三组子液压系统相互独立运行，输出液压管路排线式布置，外型紧凑美观，集成度高，每组子液压系统可独立控制一个或多个轴力监测补偿装置6，输出推力可根据需要实时调节并进行监控；三组子液压系统相互之间顺序监控，当其中一组的子液压系统的压力源出现故障(如电机或是泵出现故障)，中央控制设备会自行识别，并在极短的时间内切换到旁边的另一组子液压系统进行供油，以保证液压系统安全运行。液压系统输出推力的控制：当轴向力检测传感器16实时检测到任何一个轴力监测补偿装置6的推力低于设定值时，与轴力监测补偿装置6相连子液压系统的电机自行启动，当泵压力上到预定值，开启开关阀，往该轴力监测补偿装置6中供油，使之压力达到设定值，到设定之后换向阀断电通过液压锁保压，电机停掉；当轴向力检测传感器16实时检测到轴力监测补偿装置6的推力高于所需的值，可将换向阀开启，卸掉一部分压力，使之压力达到设定值，然后断电通过液压锁保压。

步骤S3：当支撑杆5两端的墙体位移量或支撑杆5的轴力超过设定值时，控制系统1指示轴力监测补偿装置6进行补偿，所述轴力监测补偿装置6通过信号线2与控制系统1连接。

如图4所示，轴力监测补偿装置6包括油缸、球形旋转件9、球形连接件10、中间件12和机械锁定装置11、角度传感器18、位移传感器17和轴向力检测传感器16，油缸通过中间件12与球形连接件10连接,油缸包括主缸体19、主活塞杆13、辅助活塞杆14和堵塞头20，主活塞杆13位于主缸体19内，辅助活塞杆14位于主活塞杆13内，堵塞头20固定在主活塞杆13的顶端，油缸通过固定件15固定在支撑杆5的顶端，球形旋转件10通过球头连接与球形连接件9连接，球形连接件10设有与球头相对应的球形凹槽，实现两者相互之间任意角度和方向的旋转，机械锁定装置11固定在球形连接件10的侧面；角度传感器18安装在球形旋转件9的表面上，位移传感器17安装在球形连接件10的表面上，轴向力检测传感器16安装在主缸体19的顶端，角度传感器18负责实时采集现场墙体位移后的角度数据并将数据传送到控制系统1，位移传感器17负责实时采集现场墙体位移的数据并将数据传送到控制系统1，轴向力检测传感器16负责实时采集现场支撑杆5的轴向力大小数据并将数据传送到控制系统1。

本发明的基坑轴力监测补偿方法的墙体位移量计算原理图如图2所示，当支撑杆5的两端安装有轴力监测补偿装置6时，墙体位移量S＝a*h*π/180，式中S—墙体位移量，a—角度传感器检测出墙体位移的角度，h--轴力监测补偿装置的中心线到墙体上端固定点的距离，π—圆周率，当支撑杆5的一端设有轴力监测补偿装置6时，轴力监测补偿装置6顶紧墙体的位移量S₁＝a*h*π/180，固定板顶紧墙体的位移量S₂＝H-a*h*π/180，式中S₁、S₂—墙体位移量，H--位移传感器检测出轴力监测补偿装置总的位移量，a—角度传感器检测出墙体位移的角度，h--轴力监测补偿装置的中心线到墙体上端固定点的距离，π—圆周率。由于基坑的混凝土支护前墙3和混凝土支护后墙7受到外围土体8的压力作用向内产生一定的轴向作用力，如果轴向作用力大于支撑杆5的支护力，基坑就会产生失稳的风险，此时基坑水平支撑系统中的轴力监测补偿装置6上的轴向力检测传感器16和位移传感器17向控制系统1发送支撑杆5的轴力、墙体位移量的相关数据，随后控制系统1根据轴力、墙体位移量的数据与设定值进行对比后做出轴力或/和墙体位移量的相应补偿动作，同时打开轴力监测补偿装置6中的机械锁定装置11，当轴力或墙体位移量达到设定值时，补偿动作停止并将机械锁定装置11与球形连接件10锁紧；在补偿的同时，位移传感器17采集轴力监测补偿装置6的位移量，倾角传感器18采集墙体的位移后的角度，轴向力检测传感器16采集支撑杆5的轴力，并将数据发送给控制系统1。

本发明的在基坑水平支撑系统中的轴力监测补偿装置6上安装传感器，轴力监测补偿装置6安装在支撑杆5的一端或两端，传感器包括角度传感器18、位移传感器17和轴向力检测传感器16，由于基坑水平支撑系统中设置多道支撑杆5，相邻支撑杆5之间的水平距离和垂直距离根据实际情况而定，因此传感器的布点多，数据采集点分布广；所有的传感器负责实时采集现场原始数据并将数据传送到控制系统1，控制系统1接收数据并进行处理，当支撑杆5两端的墙体位移量超过设定值时，中央控制设备发送报警信号，同时中央控制设备指示轴力监测补偿装置6进行位移补偿，由于采集到的数据为基坑现场实时的原始数据，再加上数据采集点分布广，因此本发明的基坑轴力监测补偿方法的准确率高，确保基坑施工的安全。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种基坑轴力监测补偿方法，它包括以下步骤：

在基坑水平支撑系统中的轴力监测补偿装置上安装传感器，所述轴力监测补偿装置安装在支撑杆的一端或者两端，所述传感器用于实时采集现场原始数据并将数据传送到控制系统；

控制系统接收数据并进行处理，所述控制系统通过信号线与传感器连接；

当支撑杆两端的墙体位移量或支撑杆的轴力超过设定值时，控制系统指示轴力监测补偿装置进行补偿，所述轴力监测补偿装置通过信号线与控制系统连接；

所述支撑杆的一端安装有轴力监测补偿装置时，所述轴力监测补偿装置顶紧墙体，另一端通过固定板顶紧墙体上，所述轴力监测补偿装置顶紧墙体的位移量S₁＝a*h*π/180，固定板顶紧墙体的位移量S₂＝H-a*h*π/180，式中S₁、S₂—墙体位移量；H--传感器检测出轴力监测补偿装置总的位移量；a—传感器检测出墙体位移的角度；h--轴力监测补偿装置的中心线到墙体上端固定点的距离；π—圆周率；

所述支撑杆的两端安装有轴力监测补偿装置时，所述轴力监测补偿装置顶紧墙体，所述墙体位移量S＝a*h*π/180，式中S—墙体位移量；a—传感器检测出墙体位移的角度；h--轴力监测补偿装置的中心线到墙体上端固定点的距离；π—圆周率。

2.按照权利要求1所述的基坑轴力监测补偿方法，其特征在于：所述传感器包括角度传感器、位移传感器和轴向力检测传感器，所述角度传感器、位移传感器和轴向力检测传感器固定在轴力监测补偿装置上。

3.按照权利要求1所述的基坑轴力监测补偿方法，其特征在于：所述基坑水平支撑系统设有多道支撑杆，每道支撑杆的一端或两端设有轴力监测补偿装置。

4.按照权利要求2所述的基坑轴力监测补偿方法，其特征在于：所述基坑水平支撑系统设有多道支撑杆，每道支撑杆的一端或两端设有轴力监测补偿装置。

5.按照权利要求4所述的基坑轴力监测补偿方法，其特征在于：所述轴力监测补偿装置包括油缸、球形旋转件、球形连接件、中间件和机械锁定装置轴，所述油缸通过中间件与球形连接件连接，所述球形连接件与球形旋转件连接，所述机械锁定装置固定在球形连接件的侧面；所述角度传感器安装在球形旋转件的表面上，所述位移传感器安装在球形连接件的表面上，所述轴向力检测传感器安装在油缸的顶端。