基坑降水控制告警的系统的研制

刘帅

前言：

随着国家经济发展，高层建筑、地下工程增多，深基坑及降水工程不断产生，深基坑降水施工中大部分还采用传统的井点降水方法，最常用的是管井降水，降水的同时存在问题如下：

①水泵出水量小。为了基坑施工安全，必须确保在基础施工过程中进行不间断的井点降水，但当地下水补充不足时，水泵一般仍在低功效运行，一方面容易造成水泵烧坏，另一方面造成电能的浪费。

②安全问题。一般大基坑降水施工过程中，一般降水井点数量较多，水泵烧坏及停运行情况发生率较高，安排管理人员较多，且夜间管理缺失情况较为普遍，对基坑安全存在一定的隐患。

采用传统的井点降水方法，存在不节能、不环保，对管理困难等方面，这与国家现阶段提倡的建筑行业绿色施工发展方向相违背。

一、工程概况

我公司承建的中交理想时代芳华项目其中基坑围护结构采取SMW工法桩，围护结构进入5-1淤泥质粉质粘土层夹粉尘，形成深基坑封闭降水。根据勘察报告地下水位主要受大气降水及河流地表水的控制，设计要求基坑总共设置144口自流式管井，其中基坑外设置52口控制降水井，基坑内设置92口降水井，采用1.1KW潜水泵，根据主体结构设计要求，施工期间必须一直降水，在地下室底板覆土完成前，基坑的降水设施不得拆除，坑内保留18口降水井。

我们对的中交理想时代芳华项目基坑围护工程前期部分降水井和康城国际南区块存在的问题进行了统计。常规降水存在烧泵、故障停电、水泵出水量小等问题。管井常规降水一般根据试降水确定管内降水高度，一般水泵会比该水位深2米，且水泵功率较大，经过7天前期降水后，大部分井内水位降至水泵进水口，从而造成水泵出水量小，从而造成水泵电机上部分裸露在水面上，水泵长时间运行造成水泵烧坏，同时还浪费电。一般一个30000㎡的基坑，降水班组考虑经济效益，一般只设置4人，24小时分白班和夜班对降水井进行管理并进行正常维修和保养。实际情况夜间管理缺失较为严重，且不易发现问题，从而造成地下水位上升影响施工和围护结构安全。

二、降水告警控制系统研发

1、基本原理

在降水井内设置两个水位，h1水位为开始抽水水位，h2水位为停止抽水水位，当水位达到h1时，必须进行抽水，否则坑外井的地下水会造成围护结构侧压力过大，坑内井则会造成地下水从基坑底部渗出，从而造成基坑监测报警。当水位到达h2时，必须停止是抽水，否则造成浪费电能或增加水泵烧坏的概率。通过增加一些自动控制设备从而实现自动控制水泵的运行。

2、确定方案

确定方案后，对方案进行分解细化，并确定详细方案。

3、实施方案

3.1软件模块

Windows应用程序和Web应用程序开发成本接近，但Web应用程序开发完成后可大规模使用，且开发周期短，使用无需安装程序，不受系统限制使用浏览器即可。

开发流程软件界面效果

3.2数据终端单元（DTU）

对市场上各不同DTU进行调查，对DTU基于价格和兼容性来寻找适合的设备供应商。常规的是4GDTU和GPRSDTU，两者价格4GDTU高200-300元左右。水位传感器接发收一組数据只有18B（1Kb=1024B），10Kb/s能满足通讯要求，相同的兼容性及稳定性，GPRSDTU价格较低，最终选择了后者。

3.3传感器选择

常规的液位传感器有浮球式液位计、投入式渗压液位计、超声波液位计，从量程、精度、价格三方面进行对比。

经过综合对比分析浮球式液位计量程不足，不适合;超声波液位计价格相对偏高;投入式液位计精度根据水深精度不同，在埋深15m水位内精度在±20mm，能满足降水井内使用。使用2套设备2个1米量筒进行了72小时测试，满足±20mm的精度要求。

3.4安装位置选择

由于一般现场位置比较复杂，当控制箱及传感器出现问题时，需要先从降水井内把传感器拆除，该工程降水井离基坑边距离4m-50m不等，更换设备耗时较长;同时信号线暴露在现场，易损坏，损坏后不能简单的接线能处理。最终采用将控制设备放置

在降水井边，三级箱至控制箱之间只采用电源线连接。

3.5控制箱支架选择

安装在降水井边就存在了易被破坏的风险，且现场控制支架使用不是很方便，设计了一个钢管支架，根据相关用电规范要求，结合需求，设计绘制相关图纸，控制箱安装在挂之点后距离地面高度65cm。当钢管埋设于地下1m时对不同区域对接地情况进行接地电阻测试，均小于10Ω。

三、优缺点

1、优点

Web应用程序开发成本15000元，每套硬件成本408.5元，现场实际安装了20套设备进行循环使用，其中坑外使用了10套，坑内使用了10套，坑内由于工况复杂，变化较大，受天气及工程现场影响较大，降水节能效果不如坑外，根据系统统计报表5月至10月，20套设备节约了43533小时运行时间。直接经济效益=43533*1.1*1.3-408.5*20-15000=39082.19元。降水班组由原先4人降为3人，从6月份至10月份共节约人工工资26500元。该项目共产生经济效益65582.19元。

2、缺点

目前国家2g网络开始退网，考虑更换4g通信，每套设备价格将提高200-300元;其次现场管理人员及降水班组需要提高素质，出现通信设备或传感器故障仍需要专业技术人员解决。

四、结论

采用基坑降水控制告警的系统可以减少现场工作人员巡视的工作强度，提高人员工作效率，节能减排，绿色环保，积极响应绿色施工、智慧工地的号召。

目前普遍基坑降水都是粗放型管理，该系统可改变现状，节能效果明显，可在系统上直接看到节约的成本，设备一般使用年限为2-3年，可重复使用。

参考文献：

[1]李太玲，李务伦，郭培合.基坑降水自动控制系统的探讨[A].中国煤炭地质，2010，22（2）：46-48.

[2]葛主强，楼少敏.超大深地下空间结构基坑施工封闭降水技术[J].城市住宅，2014（8）：122-125.