摘要：因为路基沉降极易诱发高速公路产生病害，所以高速公路必须高度重视路基沉降。传统的监测路基沉降的方法早已无法长期、有效地监测路基情况，且目前也缺乏完整地分析路基沉降过程的研究。但长期、有效、实时监测路基沉降，在避免路基沉降灾害出现、控制高速公路实际使用寿命方面发挥着至关重要的作用。基于此，本文就路基沉降，研制了远程监测系统，仅供参考。
关键词：远程监测系统；路基沉降；研制
路基沉降控制问题是高速公路等工程必须面临的一个重要问题。路基沉降监测必须贯穿设计、施工、投入使用、维护线路的整个过程，主要监测路基表面、路基内部深层、断面等的沉降。目前传统的监测方法都只是测量了特定路基沉降，无法全面获取路基沉降的诸多反映参数，且多为人工监测，无法自动、远程监测，同时有些方法的测量还会受环境所限制。所以，针对这些监测方法的不足，基于GPRS研制了的一种监测路基沉降的系统，能远程反映出路基准确的沉降情况及其趋势。
一、分析路基沉降机理
如果高速公路路基出现沉降，则会破坏路面结构，提高维护成本，导致沉降出现的原因主要包括填土压实度、土体内应力、地下水、侧向路基位移等。
填土压实度影响路基沉降的过程，多出现在工程施工中。在路基施工中，若填土压实度与设计要求不符，前期固结应力便会比自重与外荷载之合力要小。这样路基便极易发生沉降，甚至出现道路两边裂缝。
一般情况下，土体内的固结压力一定，在外部载荷力比固结压力大时，才能压密土体，这样土体内变化的剪应力便会严重影响土体。在未固结土体时，前期应力远小于自重。在还未凝固完土体，在应力增大至自重以上时，才会凝固完土体。就超常特殊固结土体，初凝应力便比自重应力要大，即便与外部负载相加，也定会比凝结应力要小，这样便会较小影响土体，同时变形也小。
倘若施工场地有地下水，那该土体的容重与含水量便会不同于其他土体。而且有地下水存在的施工路段，地下水位的改变会致使土体结构变化。下降的水位会增大自重，倘若水位上升，浮力便会增大，并会进一步软化土体，使土体中分布的应力变化。
侧向位移会致使路基出现侧向变形，这时倘若外部负载具有较大的作用力，路基变形便会加快。与此同时倘若施工过快，路基侧向位移也定会加快。所以，合理控制施工进度能有效降低路基侧向沉降。
T.w.Lambc提出了应力路径法，基本原理：凝结土体后，随载荷的变化，土体应力也会变化，同时产生的应力路径也会不一样。通过此方法来计算时，先要确定计算路基沉降的点，再算出自重初始应力和施以荷载后的附加应力，然后试验3周，以得出竖向在固结前后的应变，并算出土体形变及其沉降程度。
二、远程监测路基沉降硬件系统研制
1、传感器模块
一般按系统要求来选择传感器的类型，在本系统，选用的沉降监测传感器为WSN－1800型。这种传感器的工作原理为硅压微差压，内部有集成温度传感器，确保气候不会影响传感器，故能全天候自动持续测量。
要提高测量精度，在进行测量前，便应选择一个基准参考点，这个点应在稳定地基上，且附以防护器。在安装传感器时，要在埋设点位置，预留出空槽以放置传感器，再沿边缘将导线槽开挖好，且控制为10×10cm的规格。导管横过路基，且位置应比传感器略高。要提高精准度，有必要时还应添加干燥管，实际安装图见图1。就各断面要分三层来铺设传感器，各断面层安置的沉降传感器应为3个或以上。
图1 总安装图
2、采集数据模块
通过微处理器，数据采集模块连接了所有的沉降监测传感器，并读取采集数据，再以串口通信形式，向GPRS无线网络传输数据，然后经由数据库服务器，再向数据处理中心传输数据。具体模块结构图见图2。
图2 采集数据单元
①微处理器。设计的微处理器为MSP430信号混合处理器，属于功耗超低的指令集精简单片机。作为该这个模块的一种核心部件，微处理器主要用于转换电路接口、采集数据、数字化处理数据、串口通信等。②电源。以12V的蓄电池供电。因为微处理器要求较高的电压质量，所以在给微处理器进行供电前，需添加TPS76133芯片来稳压，以确保MSP430微处理器正常作业。③系统传感器引入单总线技术，直接将数字信号输出，无需A/D转换，所以接口相对简单。连接SPD接口和3个传感器接口，连接线3根分别具有信号线、GND、VCC的功能。信号交换通过传感器单片机与单总线TRH完成。④以单片机和上位机通信方式来串口通信，RS－232为单片机串口通信，连接数据采集系统和GPRS，利用串口通信上位机能实时监控路基。
3、数据传输模块
通过GPRS技术来传输数据，它是介于2G~3G的一种通信技术，不仅覆盖面广，而且技术成熟，还能在GSM网络上传输数据。系统GPRS模块常需要连接单片机。此外，还应和计算机一起传输数据，所以GPRS模块应在TCP/IP协议下运行。想要实现此功能，选GPRSDTU模块，来在GPRS无线网上，采集数据并和上位机数据库传输数据。自身接口选用RS－232，以便和单片机实现串口通信。
三、远程监测路基沉降软件系统研制
在该系统中，有数据采集系统与监控中心管理数据这两种软件设计。
在数据采集模块，基于IAR旗下的开发集成环境来设计软件，且编写语言为C语言。在数据采集系统，程序主功能为上电后，初始化子程序，状态再改为低功耗。在置位软件延时标志时，将外部启动并中断INT0，各路均采集数据10组，由外部中断INT0来采集，10次后中断，再处理数据，并在缓冲区存入处理后数据，并等待发送；由INT1定时中断来控制发送，每小时采集数据发送一次。先对发送缓冲区域采样值变换ASC码，然后将其向七位GSM码转换，并由发送程序发送。
开发数据库软件管理平台使用的是上位机软件，开发工具为Visual Basic 6.0，作为高级结构化程序设计语言，Visual Basic 6.0面向对象、可视化、能驱动事件。在监控中心，管理数据库软件包括管理远程通信、数据入库、显示数据、查询数据、打印等功能。
四、结语
综上所述，以GPRS为基础研制的远程监测路基沉降系统，能很好地用于路基沉降基础数据的采集等。不仅可以自动、定时控制采集并记录具体的路基沉降参数，并将其远程传输至路基监控中心的电脑上，而且还可以按运程命令来采集并传输特定数据，以实时、在线、远程、定时、自动测量路基状态，并为高速公路解决路基沉降提供科学的指导依据。
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论文作者:李维峰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第11期
论文发表时间:2019/7/5
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