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摘要：城市道路检查井与周边路面常常会存在不同程度的损坏，而目前发生这些不同程度损坏的原因仍不清楚，业内许多论文的阐述也局限定性分析。因此，本文基于自动化云监测技术对实验检查井的受力实现了远程在线监测和数据采集，并通过研制适用于检查井的自动化云监测系统，在交通荷载下通过检查井与周围土体相互作用，对检查井的垂直和侧向受力进行监测。
关键词：检查井；交通荷载；自动化云技术；在线监测
1概述
1.1检查井沉降的影响
检查井虽然属于市政设施附属构造物，但其对道路及排水工程有举足轻重的影响。在现实生活中，检查井影响到城市的市容、道路的平整度以及行车的安全性和舒适性等。
而检查井的沉降，虽说对检查井本身不一定会造成大的危害，但是会给检查井所在的行车道路以及连接检查井的管网带来严重的影响。通常检查井沉降会导致与检查井相连的管道受到很大的附加应力，造成管道开裂，造成漏气、漏水，影响人们群众的正常生活，而且维修管道以及相应的停水停气会给国家带来不必要的经济损失。同时，检查井沉降会直接影响道路的使用功能及城市的美观，降低路面的适用寿命，影响车辆的行驶安全，严重时可能会引起安全事故。但是，目前对于引起检查井不均匀沉降的具体原因和关键的控制因素并不明确，也没有基于理论考虑的检查井沉降原因分析，导致检查井下沉治而未愈。因此，就有必要对城市道路检查井沉降问题进行研究，试从检查井实际受力找出沉降问题的关键所在，从根本上解决检查井下沉导致的路面凹凸现象。
1.2试验检查井的工程简况
本课题选择杭州市秋涛南路改造提升工程II标段，东宝路～婺江路段上的Y62和Y63雨水检查井，作为研究检查井在交通荷载作用下与周围土体相互作用的实验对象。当管道和检查井进行施工时，通过在井壁侧向、基础底面埋设土压力计、混凝土垫层中埋设应变计组，并研制适用于检查井监测的自动化云监测系统。基于交通荷载作用下，实现对检查井受力及与周围土相互作用进行在线监测研究。
研究的Y62和Y63两只雨水检查井，分别采用内径f1000的砖砌圆形检查井和C25预制钢筋混凝土方形检查井，配用D700的铸铁井座及井盖板。其中Y62砖砌井埋深约4.58m，Y63混凝土预制井埋深约3.74m，两井相距46m，底板均采用钢筋混凝土，且位于城市道路主干道上。基础主要座落在砂质粉土上，管道管顶覆土约为3.2m。检查井结构图见图1。
图1 Y62和Y63检查井结构
2自动化云监测系统
2.1系统设计
利用Y62、Y63试验检查井所埋设的监测仪器，采用无线物联网技术建立自动化远程监控和数据采集系统，实时监测、记录在交通荷载作用下的Y62、Y63试验检查井的基底土压力、侧向土压力及混凝土垫层应变数据，以研究交通荷载对检查井及周围土体的传力机理。
自动化监测系统主要由传感器、数据采集系统、远程无线传输系统、系统终端服务器以及数据监测管理系统等部分构成。数据监测管理系统是一套基于物联网工作模式的自动化信息监控管理系统，该系统利用数据采集、网络、数据库等信息技术，以行业规范资料为基础，集数据采集、汇总分析于一体。检查井自动化云监测管理系统组成如图2所示。
图2 自动化云监控系统组成图
2.2管理系统模块功能
检查井自动化监测系统软件包括首页、项目信息、动态数据、监测数据、文档管理、项目设计等部分。
（1）项目信息模块主要分为左侧的导航栏和右侧的功能显示区。导航栏中的数据只显示到“工点”级别。右侧显示区又分为3个部分，分别为“项目介绍”、“工点介绍”和“图纸”。
（2）动态数据模块采用直接连接到解调仪设备来获取动态数据的方式，来动态显示测点的时程曲线图。拖动一个测点节点到某个示波器控件上，该控件就显示此测点的动态数据。
（3）监测数据模块分为左侧的导航栏和右侧的功能显示区。导航栏中的数据显示到“测点”级别。右侧显示区又分为5个部分，分别为“实时数据”、“施工状况”、“数据查询”、“报告编制”和“人工数据提交”。监测数据模块主截面如图3所示。
图3 监测数据模块主界面
（4）项目设计模块主要包括项目信息的输入、管理、查看等功能，由“项目信息”、“仪器参数”、“滤波配置”、“平滑配置”、“平差配置”、“计算公式”、“预警规则”、“系统设置”、“系统调试”、“操作日志”和“客户端配置”共11个部分组成。仪器调连接如图4所示。
图4 仪器连接图
3监测方法及测点布置
3.1监测方法
根据研究目的及内容，选用Y62和Y63检查井的井壁外侧、基础底面埋设土压力计，以及混凝土垫层中埋设应变计组，作为土压力和应变传感器进行数据采集。现场数据采集和远程联网监控采用网络一体机光纤光栅解调仪（JPFBG-1100型），主要监测项目和采用的仪器及数量如表1所示：
表1 检查井监测项目及仪器
3.2测点布置
侧向土压力计布置考虑分层填土和土压力随高程的变化影响；基底土压力计尽量布置于井壁下部，能直接监测到上部荷载通过井盖®基座®井筒®井室传递过来的荷载。应变计组沿行车方向布置，埋设于井壁下垫层中。
（1）井壁周围土压力和基础底板下地基反力监测
沿行车方向，在检查井底板底面的井壁附近埋设了4支土压力计，监测基底土压力；又在检查井井壁不同高程（按照管道底部和顶部分两层设置）共埋设4支土压力计，监测侧向土压力，测点布置示意如图5。
图5 土压力计监测布置示意图
（2）混凝土垫层应力监测
沿行车方向，在选定的混凝土垫层处布置2组3向应变计组，并在对应井壁下垫层位置布置，测点布置示意如图6、图7。
图6三向应变计组布置示意图 图7混凝土垫层应变计布置平面示意图
4获得主要监测成果
4.1基底土压力变化趋势
Y62试验检查井的基底土压力过程线见图8；Y63试验检查井的基底土压力过程线见图9。对比Y62、Y63检查井的基底土压力变化曲线发现，在检查井四周土回填过程中，随着沟槽中土回填高度的增加，基底土压力均呈现增长趋势，且回填高度越大，增长速率越快。当回填至近井口附近时，基底土压力增长速率明显减小。在道路通车以后，受路面基层、面层施工影响和循环车辆荷载作用，基底土压力呈现缓慢增长的趋势。
另一方面，通过Y62与Y63检查井基底土压力变化曲线对比可知，两只检查井的基底土压力分布存在不均匀现象，即检查井埋置越深，基底土压力越大。
图8 Y62井基底土压力过程线
图9 Y63井基底土压力过程线
4.2侧向土压力曲线的变化
Y62试验检查井的井周侧向土压力过程线见图10；Y63试验检查井的井周侧向土压力过程线见图11。对比Y62、Y63检查井的井周侧向土压力变化曲线发现，土压力计埋设初期，由于沟槽未回填，井壁侧向未受到土压力作用，测得部分侧向土压力为负值；沟槽回填后，随着井四周土回填高度增加，井周侧向土压力明显增长。另至道路通车阶段，由土压力变化曲线分析，并通过两只检查井埋置深度比较可知，Y63最大为15.53kPa、Y62最大为33.22kPa，即检查井埋置越深，侧向土压力数值也越大；侧向土压力越大，井身遭受压损或容易产生倾斜。
图10 Y62井侧向土压力过程线
图11 Y63井侧向土压力过程线
4.3混凝土垫层的应变增长趋势
Y62与Y63检查井垫层应变变化曲线如图12、图13所示。从实测过程线可见，仪器埋设初期由于水泥水化热影响，应变明显增加。水化热释放后，随着井砌筑或回填，垫层应变呈现增长趋势。通车4个月中垫层应变持续增长，但增长速率已趋于缓慢，应变计组中个别方向拉应变数值在102.95me，而其它两项拉应变较小或为压应变，对第一主应力影响不大，不会导致垫层破损。
图12 Y62井垫层应变变化曲线
图13 Y63井垫层应变变化曲线
5结论
（1）建立检查井自动化云监测系统，该系统可进行长期跟踪监测，并通过监测能获得检查井井周土压力、垫层应变等参数曲线。
（2）从监测成果可见，检查井基底土压力分布不均匀，其中埋设较深的Y62基底土压力超出设计值。
（3）检查井埋置越深，基底土压力、侧向土压力也越大。
（4）应变计组沿行车方向布置，埋设于井壁下垫层中，埋设初期由于水泥水化热影响，应变明显增加。水化热释放后，随着井砌筑或回填，垫层应变呈现增长趋势。通车4个月中垫层应变持续增长，但增长速率已趋于缓慢，应变计组中个别方向拉应变数值在102.95me，但不会导致垫层破损。
参考文献
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[2].李清富，张保雷，郭蔚虹，田启超.市政窨井病害研究[M].郑州：黄河水利出版设，2014
[3].中华人民共和国建设部.排水检查井图集02S515[S]，中国计划出版社，2002.
论文作者:余建民1,关淑萍2,周松国3,陈小亮3
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第11期
论文发表时间:2017/12/1
标签：压力论文; 基底论文; 应变论文; 井壁论文; 荷载论文; 压力计论文; 数据论文; 《建筑科技》2017年第11期论文;