橋梁工程過渡段軟土路基沉降監(jiān)測淺議

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摘要：為解決目前軟土路基沉降監(jiān)測方法去除噪聲數(shù)據(jù)不完全、對沉降規(guī)律監(jiān)測造成干擾的問題，提出一種物聯(lián)網環(huán)境下橋梁工程過渡段軟土路基監(jiān)測方法，對物聯(lián)網監(jiān)測設備結構、監(jiān)測終端和監(jiān)控中心的結構組織、通信選擇GPRS進行設計，并對設計的監(jiān)測設備結構下的監(jiān)測過程進行研究。使用嵌入式小波神經網絡模型對獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)進行去噪，經過計算得到閾值，剔除監(jiān)測數(shù)據(jù)中的噪聲數(shù)據(jù)。在監(jiān)測方法的性能分析實驗中，分別使用傳統(tǒng)監(jiān)測方法和設計的沉降監(jiān)測方法在三個軟基路段進行測試，實驗結果表明，設計的監(jiān)測方法得到的觀測曲線經過數(shù)據(jù)降噪后趨近于平滑，更加符合實際情況。

關鍵詞：物聯(lián)網環(huán)境；橋梁工程；過渡軟基；路基沉降監(jiān)測

0引言

在橋梁施工中，部分地基會發(fā)生置換，因此利用噴粉樁對軟基進行加固成為了常用的軟土路基加固手段。但在橋梁建設過程中，軟土路基會發(fā)生一定的沉降，在橋梁建成后的運營期，由于承受路面荷載，也會出現(xiàn)沉降的情況。當過渡段的軟土路基發(fā)生沉降時，會導致橋梁形變，存在一定的安全隱患。為保證工程壽命和行車安全，對軟土路基進行沉降監(jiān)測是非常必要的。在研究路基沉降監(jiān)測的方法中，文獻1[1]方法主要應用了回彈模量指標代替壓實度，該指標能在監(jiān)測的過程中反映路基抗變形能力，設計實時在線監(jiān)測，實現(xiàn)軟土路基沉降的監(jiān)測。文獻2[2]中主要根據(jù)頂管施工的一般規(guī)律，利用高精度的TrimbleS9/S9HP全站儀和圧差式靜力水準儀進行沉降監(jiān)測的方案布設，并進行了性能分析。兩種監(jiān)測方法在應用中均取得了一定效果。傳統(tǒng)的軟土路基沉降監(jiān)測中，得到的沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)中會存在噪聲，對沉降規(guī)律的研究造成一定干擾。因此，本文設計一種物聯(lián)網環(huán)境下橋梁工程過渡段軟土路基監(jiān)測方法。

1物聯(lián)網環(huán)境下橋梁工程過渡段軟土路基沉降監(jiān)測研究

1.1設計物聯(lián)網監(jiān)測設備結構

對于物聯(lián)網環(huán)境下的橋梁工程過渡段軟土路基沉降監(jiān)測，圖像式的在線監(jiān)測可監(jiān)測復雜多變的軟土路基，獲得觀測數(shù)據(jù)，從而發(fā)現(xiàn)其沉降形變量[3-5]。沉降監(jiān)測的關鍵是路基斷面上所發(fā)生的沉降變形，但在橋梁工程中，路基軟基的施工監(jiān)測條件較差。因此在監(jiān)測過程中，需先對物聯(lián)網環(huán)境下的監(jiān)測設備（圖1）進行設計。圖1中主要包括橋梁工程過渡段路基軟基的沉降變形監(jiān)測終端及監(jiān)控中心。在監(jiān)測終端里，主要的輔助裝置有蓄電池、傾角傳感器等，數(shù)字信號處理器等嵌入式系統(tǒng)可完成數(shù)據(jù)存儲及光斑圖像采集等工作，對于光斑的中心定位有較好的監(jiān)測效果，該監(jiān)測裝置主要利用GPRS進行通信。監(jiān)控中心主要由報警裝置、圖像數(shù)據(jù)處理及控制中心構成，通過修正靶面的位置計算出沉降量，并剔除數(shù)據(jù)中的噪聲。在監(jiān)測過程中，將圖1中的激光器放置在軟土路基上，由激光器發(fā)射激光，照射到靶面上，形成光斑。當軟土路基發(fā)生形變或沉降，激光器的位置就會發(fā)生改變，光斑也會相應發(fā)生位移。監(jiān)測過程示意圖如圖2所示。在沿著橋梁方向的兩側放置沉降監(jiān)測終端，并在其正前方安裝投影靶面。至此完成物聯(lián)網監(jiān)測設備結構的設計。

1.2沉降數(shù)據(jù)處理

沉降監(jiān)測的環(huán)境惡劣，導致觀測數(shù)據(jù)中會存在很多的噪聲數(shù)據(jù)。這些噪聲數(shù)據(jù)雖在整體的監(jiān)測結果中影響不大，但會對工作人員造成一定的困擾。因此在本文的沉降監(jiān)測方法中，需對數(shù)據(jù)進行處理。本文引入小波神經網絡模型對沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)進行去噪，主要使用閾值去噪法，較適合沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)中心混入白噪聲的情況。該方法通過設置一個閾值作為門限，將低于該閾值的數(shù)據(jù)視為噪聲，從而達到去噪的目的，本文使用的小波神經網絡模型為嵌入式模型（見圖3）。此種嵌入式小波神經網絡是將小波變換與人工神經網絡進行嵌套的一種網絡模型。利用小波函數(shù)、尺度因子與平移因子代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工神經網絡中的激活函數(shù)、權值與閾值。假設在沉降監(jiān)測中的樣本形式為{x}(i),i=1,2,...,n，得到的樣本與預測值之間存在的非線性映射關系，進一步得到目標函數(shù)：E=min∑k=1m+1|x(n+1)-f[x](k+1),x(k+2)...2（1）式（1）中：f為樣本與預測值之間的映射函數(shù)；k為大于0的自然數(shù)。根據(jù)小波神經網絡的嵌入式結構，可以將連續(xù)小波函數(shù)進行分解。為提高去噪算法的收斂速度，需要將學習步長進行優(yōu)化，輸入訓練樣本，計算出輸入值的梯度，完成閾值的設定。至此完成物聯(lián)網環(huán)境下橋梁工程過渡段軟記錄及沉降監(jiān)測的研究。

2試驗與分析

2.1工程概況

為驗證本文設計的物聯(lián)網環(huán)境下橋梁工程過渡段軟土路基沉降監(jiān)測方法具有一定的有效性，選擇某橋梁施工段作為監(jiān)測對象。該工程為A市到B市鐵路站前5標，線路全長28.201km。橋梁17座，共計8094.3延米；隧道5座，共計14989m；區(qū)間路基22段，長度4120.6m；車站1座（除站房、雨棚）；框架橋2座；涵洞4座；梁場1座（大觀制（存）梁場）；南川北綜合工區(qū)（站前工程）；無砟道床56.15km。路基地段巖溶塌陷分區(qū)表如表1所示。本文的方法性能測試將在此工程路段下，分別使用本文設計的監(jiān)測方法和傳統(tǒng)監(jiān)測方法進行測試。

2.2沉降變形監(jiān)測點布置

在選擇的工程區(qū)段中，將混凝土預制樁作為實驗中工作基點的標識。在軟土路基的兩側，距離線路中心線50～200m范圍內埋設72個監(jiān)測基點，沉降監(jiān)測點的布置要求需要滿足規(guī)范的要求。觀測點的布置如圖4所示。在觀測過程中，根據(jù)工程的施工進度，將沉降的監(jiān)測周期設置為7d，分別得到兩種方法的觀測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)經過處理后，與該觀測點的實際沉降結果進行對比。

2.3試驗結果對比與分析

在以上工程環(huán)境下，選擇沉降觀測點的兩種監(jiān)測結果進行數(shù)據(jù)對比，如表2所示。將表2的觀測結果進行數(shù)據(jù)處理，圖5為本文監(jiān)測方法經過數(shù)據(jù)處理后的沉降監(jiān)測信號與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理信號的對比曲線。從圖5的數(shù)據(jù)可看出，本文設計的沉降監(jiān)測方法得到的沉降觀測數(shù)據(jù)經過去噪后，得到的觀測曲線趨近平滑，由于較好地去除了監(jiān)測數(shù)據(jù)中的噪聲，沉降數(shù)據(jù)更加符合實際情況，易于發(fā)現(xiàn)其中規(guī)律。

3結語

本文針對現(xiàn)有的橋梁工程過渡段軟土路基沉降監(jiān)測方法所存在的缺陷，在物聯(lián)網環(huán)境下對沉降監(jiān)測方法進行了改進。設計物聯(lián)網監(jiān)測設備結構與監(jiān)控中心結構組織，通信選擇GPRS，并對設計的監(jiān)測設備結構下的監(jiān)測過程進行研究；在得到監(jiān)測數(shù)據(jù)后使用嵌入式小波神經網絡模型對得到的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行去噪，經過計算得到閾值，剔除監(jiān)測數(shù)據(jù)中的噪聲數(shù)據(jù)。試驗結果表明，設計的監(jiān)測方法具有一定的有效性。本文方法仍存在一些缺陷，在今后的研究中需進一步探索。

參考文獻：

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作者:袁曉靜 單位:邢臺市交通運輸綜合行政執(zhí)法支隊