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計算機控制基坑降水技術的應用
計算機控制基坑降水技術的應用
【摘 要】高層建筑和地下工程的構筑物中，幾乎都需要在基坑工程中降低地下水水位，以保證工程施工的順利進行，而基坑降水工程除需需要一個好的降水設計以外，施工方法和施工手段就顯得十分重要了，傳統(tǒng)的降水電氣控制方法是通過在降水井內(nèi)設置一根兩芯控制線，檢測水位的高度，從而控制水泵的起停，本文探討了應用計算機控制建筑工程基坑降水技術。
【關鍵詞】基坑;降水;計算機控制;動力載波通訊
城市中深基坑工程常處于密集的既有建筑物.道路橋梁.地下管線.地鐵隧道或人防工程的近旁，雖屬臨時性工程，但其技術復雜性卻遠大于永久性的基礎結構或上部結構，稍有不慎，不僅將危及基坑本身安全，而且會殃及臨近的建(構)筑物.道路橋梁和各種地下設施，造成巨大損失。
因此，深基坑的設計，在設計時也應進行方案比較，設計出既安全可靠，又具有相對合理造價的深基坑。
一、基坑降水的作用
1.有效防止基坑坡面和基底的滲水，使基坑在開挖期間保持干燥狀態(tài)，從而有利于機械化施工;
2.增加基坑邊坡的穩(wěn)定性和基坑底板的穩(wěn)定性，防止邊坡上或基底土層的流失。這是因為基坑開挖至地下水以下時，周圍的地下水向坑內(nèi)滲流，從而產(chǎn)生滲透力，對邊坡和基底產(chǎn)生了不利影響。
降低基坑周圍地下水位至開挖面以下時，不僅保持了基底的干燥，而且消除了滲透力的影響，防止流沙的產(chǎn)生，從而增加了邊坡和基底的穩(wěn)定性;
3.減少土體含量，有效提高物理力學性能指標，減少支護體系的變形，提高土體固節(jié)強度，增加土中有效應力。對于放坡開挖而言可提高邊坡的穩(wěn)定性;對于支護開挖可增加被動區(qū)土抗力，減少主動區(qū)土體側(cè)壓力，從而提高支護體系的穩(wěn)定度和強度保證，減少支護體系的變形。
降低地下水位，減少土體含水量，提高土體固結程度，減少土中孔隙水壓力，增加土中有效應力。
4.保護降水基坑周圍環(huán)境，如保護周邊建筑物和地下管道等的安全。
二、傳統(tǒng)基坑降水的控制方法
傳統(tǒng)基坑降水系統(tǒng)的組成;系統(tǒng)由潛水泵，水位控制器、交流接觸器、空氣開關等設備組成，潛水泵一般采用1.5～2.2KW，三相380V，水位控制器采用強電控制方式，由中間繼電器和探測水位的導線組成，導線插入井中，遇到水導通，接通中間繼電器的控制回路，中間繼電器吸合，控制交流接觸器啟動潛水泵工作，水位下降后，中間繼電器斷開，使交流接觸器斷開，潛水泵停止工作。
傳統(tǒng)基坑降水的控制方法的弊病是顯而易見的，沒有事故報警系統(tǒng)，潛水泵故障、開關故障致使水泵停止工作不容易被發(fā)現(xiàn)，不能實時地監(jiān)測各個降水井的水位，檢查降水井工作狀態(tài)只能靠人工巡井，靠人來發(fā)現(xiàn)故障，而巡井人員每天只能巡井幾次(人的責任心)，夜間則無法巡井，這樣就給降水系統(tǒng)的可靠性帶來許多問題，有時還會出現(xiàn)工程事故。
三、計算機控制基坑降水的控制方法
計算機控制基坑降水系統(tǒng)的組成;計算機控制基坑降水系統(tǒng)由電子水位傳感器、現(xiàn)場控制器和管理計算機、打印機等組成。
電子水位傳感器：
電子水位傳感器是一種壓電器件，測量深度為0～10m，傳感器根據(jù)水中的壓力與空氣中的壓力差把液位高度變換成壓力差，再把壓力差轉(zhuǎn)換成微弱的電信號，該微弱的電信號經(jīng)放大器放大后送A/D變換器，單片機接收到數(shù)字信號后進行相應的處理。
本系統(tǒng)采用的傳感器對精度要求的不是很高，這主要是考慮系統(tǒng)成本的問題。
現(xiàn)場控制器：
現(xiàn)場控制器是以單片機系統(tǒng)為核心(見圖1)，由單片機外圍電路、與電子水位傳感器接口電路、A/D變換電路，與管理計算機通訊接口電路、與潛水泵連接的驅(qū)動電路和雙向可控硅開關電路組成。
現(xiàn)場控制器可以獨立工作，負責根據(jù)水位傳感器的信號控制潛水泵的起停，也可以接受管理計算機的指令，向管理計算機傳送潛水泵的工作狀態(tài)和水位高度等信息。
管理計算機：
管理計算機負責與現(xiàn)場控制器通訊，接收現(xiàn)場控制器發(fā)來的潛水泵的工作狀態(tài)，為現(xiàn)場控制器發(fā)送指令，設置控制參數(shù)，根據(jù)各井水位情況分析地下的水分布，統(tǒng)計各降水井故障情況、維修記錄、打印報表等工作，對降水井進行實時監(jiān)測和控制。
圖1 現(xiàn)場控制器原理圖
四、現(xiàn)場控制器的功能設置
現(xiàn)場控制器為每個降水井配置一個，既可以獨立控制潛水泵的起停，也可接受管理計算機的指令來控制潛水泵，現(xiàn)場控制器的主要功能為：
1、將水位傳感器的電訊號轉(zhuǎn)換為數(shù)字訊號，并計算出降水井的水位高度值。
2、根據(jù)水位高度控制潛水泵的起停。
3、根據(jù)潛水泵的工作電流及電壓，監(jiān)測潛水泵的工作狀態(tài)。
4、與管理計算機通訊，報送水位高度及各項工作狀態(tài)。
五、管理計算機軟件功能設置
管理計算機控制著所有現(xiàn)場控制器的運行，他的主要功能為：
1、為現(xiàn)場控制器發(fā)送初始參數(shù)設置，為降水井編號。
2、發(fā)送巡查指令，檢查各降水井的工作狀態(tài)，并保存到數(shù)據(jù)庫中。
3、報警功能，發(fā)現(xiàn)降水井工作狀態(tài)異常，可發(fā)出報警信號，并給出出現(xiàn)異常的降水井的編號或在屏幕上顯示出報警井的位置、作出故障分析。
4、根據(jù)各井水位高度情況繪制現(xiàn)場水位分布圖，供施工參考。
5、強制降水井啟動或停止工作。
6、對所有降水井巡回監(jiān)測檢查。
7、為每一個降水井建立運行檔案數(shù)據(jù)庫，記錄運行狀態(tài)，工作時間，故障時間，維修情況，故障原因等數(shù)據(jù)。
8、對上述情況打印報表，作為施工記錄。
六、管理計算機與現(xiàn)場控制器的通訊方式
目前作為控制總線可分為有線與無線兩種，有線通訊有485總線、CAN總線等，無線方式有GPS、ZigBee等方式，還有介于兩種通訊方式之間的動力載波通訊，本方案就是采用這種通訊方式。
動力載波通訊是利用現(xiàn)有的動力線做通訊信號的載體，不用再設通訊線路，這種通訊方式安全可靠，安裝方便，特別適合建筑工地的場合。管理計算機可以安裝在任何地方，只要現(xiàn)場控制器和管理計算機共用一個變壓器，就可實現(xiàn)它們之間的通訊，由于本文主要介紹計算機控制基坑降水技術的應用，對于動力載波的實現(xiàn)方法和原理在此就不過多的闡述了。
七、計算機控制基坑降水技術的優(yōu)勢
基坑降水工程的重要性前面已經(jīng)介紹了，因此，實時的檢測降水井的工作狀態(tài)就顯得十分重要了。
計算機控制基坑降水技術保證了基坑降水工程的順利進行，能夠?qū)崟r地報告降水井的工作狀況，這是人工巡井所做不到的，管理計算機如果聯(lián)網(wǎng)，網(wǎng)上的任意一臺計算機經(jīng)過授權后，都可以實時地看到所有降水井的工作狀態(tài)和運行情況報告。這對建設單位，政府監(jiān)管部門和監(jiān)理單位對基坑降水工程的監(jiān)管都提供了新的手段。
計算機控制基坑降水技術對傳統(tǒng)的將水方式是一個革命性的進步，隨著管理的科學化，計算機技術的進一步發(fā)展，計算機控制基坑降水技術將會不斷地發(fā)展完善，更加科學地管理基坑降水工程，從而對基坑工程建筑主體工程保駕護航。
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