CN102102358B - 无线传导式水压仪量测地基深层沉降变形的方法 - Google Patents

无线传导式水压仪量测地基深层沉降变形的方法 Download PDF

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本发明是一种无线传导式水压仪量测地基沉降变形的方法，该方法基于如下所述的测量***：位于地基（1）中的第一无线信号发射器（21）、第一无线信号接收器（31）、孔隙水压力传感器（4），位于地基（1）外的第二无线信号发射器（22）、第二无线信号接收器（32），第二无线信号接收器（32）的信号输出端接数据采集仪（5），数据采集仪（5）的信号输出端接数据处理器（6）；该方法安装简单，操作方便，精度高且稳定性好。从而使可以对地基深层变形有更加深入了解和掌握，能够更加有益于指导土木工程的动态施工。

Description

无线传导式水压仪量测地基深层沉降变形的方法
技术领域
本发明是一种测试地基沉降的方法，属于土木工程中地基测试的技术领域。
背景技术
土木工程建设中建筑物荷载作用下地基变形是其建设过程中关注的一个热点，也是施工控制的关键指标之一，尤其在软土地基上高速公路、高速铁路等交通工程施工过程中，沉降问题常常直接控制工程的施工进度和运营期道路的服务水平。因此,为控制好软土路基的沉降,指导软土路基上建筑物的施工,必须对建筑物施工过程的地基沉降实行动态监测，指导施工过程。
目前交通工程施工过程中主要采用磁环式分层沉降仪进行地基深层沉降变形观测。常用的分层沉降仪由磁铁环、保护管、探测头、指示器等组成。一般情况下，每层土体里应设置一个磁铁环，在土体发生变形的过程中，土层和磁铁环同步下沉或回弹；深层沉降量测时，当探测头达到磁环位置时，接收***的音响器便会发出连续不断的蜂鸣声，此时读写出钢尺电缆在管口处的深度尺寸，通过探测头和指示器量测磁环所在位置，进而得到磁铁环的位移值，最终得到地层的沉降、回弹情况。分层沉降仪安装时，需先在土里钻孔，再将磁铁环埋入孔中预先设置的位置，并在孔中注入由膨润土、细砂、水泥等按比例制成的砂浆将分层沉降测管与孔壁之间的空隙填实。采用磁环式分层沉降仪测量地基深层变形存在以下几个问题：
1）磁铁环和导管之间常常由于砂粒等的阻塞而不能自由滑动，无法真实的反映地基的深层变形，导致量测失败；
2）读数的准确性和测量的精度决定于如何判定发音或指示的起始位置，这与操作者的熟练程度有关；
3）交通工程中在后期的路面施工期和通车运营后进行无法进行深层沉降的量测；
4）不良天气条件时量测工作无法开展，测试工作受外界环境的影响较大。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种无线传导式水压仪量测地基深层沉降变形的方法，该仪器安装简单，操作方便，精度高且稳定性好。从而使可以对地基深层变形有更加深入了解和掌握，能够更加有益于指导土木工程的动态施工。
技术方案：本发明的无线传导式水压仪量测地基深层沉降变形的方法具体如下：
该方法基于如下所述的测量***：
位于地基中的第一无线信号发射器、第一无线信号接收器、孔隙水压力传感器，位于地基外的第二无线信号发射器、第二无线信号接收器，第二无线信号接收器的信号输出端接数据采集仪，数据采集仪的信号输出端接数据处理器；
测量方法包括如下步骤：
1）采用无线传导的方法测试孔隙水压力传感器埋设位置的孔隙水压力值大小，并将孔隙水压力值的信号通过第一无线信号发射器发送给第二无线信号接收器，由第二无线信号接收器传送给数据采集仪，数据采集仪将采集的信号传送给数据处理器；
2）第二无线信号发射器发送数据采集指令给第一无线信号接收器，由第一无线信号接收器指令孔隙水压力传感器完成数据采集；
3）数据处理器将孔隙水压力值换算成孔隙水压力传感器量测的位置，孔隙水压力变化情况反映孔隙水压力传感器的位置的变化，进而确定孔隙水压力传感器（4）所在位置的沉降量大小；
4）监测过程中如果地下水位发生变化，同时采用地下地下水位管监测地下水位的变化情况，对孔隙水压力传感器所在位置的沉降量进行修正。
将孔隙水压力传感器量测的孔隙水压力值换算成孔隙水压力传感器量测的位置的方法为：水压力值与量测点处土层深度两者有如下关系：
Figure 318034DEST_PATH_IMAGE002
式中：
Figure 2011100239926100002DEST_PATH_IMAGE003
—由无线传导式水压力传感器测得的水压力，单位：kPa；
Figure 579251DEST_PATH_IMAGE004
—测量地的大气压力，单位：kPa；
Figure 2011100239926100002DEST_PATH_IMAGE005
—水的密度，单位：g/cm3；
Figure 61179DEST_PATH_IMAGE006
—测量点的地下水位，单位：m；
H—地基土顶面到孔隙水压力传感器所在处的距离，单位：m。
有益效果：无线传导式水压仪具有操作简便灵活的特点，可以适用于各类复杂地基的沉降观测，可以大大减小现场施工人员的工作强度，在工程实践中有较大的应用价值。主要优点如下：
1）无线传导式水压仪可以监测复杂地基的深层变形，满足各种工程对于深层沉降量的不同要求。如用于需要较高精度的科研项目上，测试分层不明显、密实度分布很不均匀的复杂地基的分层变形等；
2）不影响地表以上的工程施工，不破坏上部结构的完整；同时该仪器不宜损坏，可连续测读计算深层沉降所需的数据，且受外界环境干扰较小，读数稳定。
3）可以进行路面通车后运营期的土层分层沉降观测，且不受交通车辆的影响；且测试工作不受外界天气条件的影响。
附图说明
图1 是本发明的总体结构示意图，其中有：地基1、第一无线信号发射器21、第二无线信号发射器22、第一无线信号接收器31、第二无线信号接收器32、孔隙水压力传感器4、数据采集仪5、数据处理器6、地下水位管7。
具体实施方式
该无线传导式水压仪包括第一无线信号发射器21、第二无线信号发射器22、第一无线信号接收器31、第二无线信号接收器32、孔隙水压力传感器4、数据采集仪5、数据处理器6和地下水位管7。第一无线信号发射器21、第一无线信号接收器31连接于孔隙水压力传感器4中。
在现场安装时，首先采用钻机钻孔到欲测试深层沉降位置以上0.5m，采用钻机钻杆将带有第一无线信号发射器和第一无线信号接收器的孔隙水压力传感器压入欲测试深层沉降位置处。采用膨润土回填钻孔至地表面。在无线传导式水压仪安装就位后，每个2小时测试孔隙水压力值，待该孔隙水压力值稳定，并作为初始孔隙水压力值。
为修正地下水位变化对测试结果的影响，在测试点附件埋设地下水位管，测试地下水位随时间的变化规律。
测量方法包括如下步骤：
1）采用无线传导的方法测试孔隙水压力传感器埋设位置的孔隙水压力值大小，并将孔隙水压力值的信号通过第一无线信号发射器发送给第二无线信号接收器，由第二无线信号接收器传送给数据采集仪，数据采集仪将采集的信号传送给数据处理器；
2）第二无线信号发射器发送数据采集指令给第一无线信号接收器，由第一无线信号接收器指令孔隙水压力传感器完成数据采集；
3）数据处理器将孔隙水压力值换算成孔隙水压力传感器量测的位置，孔隙水压力变化情况反映孔隙水压力传感器的位置的变化，进而确定孔隙水压力传感器所在位置的沉降量大小；
4）监测过程中如果地下水位发生变化，则同时采用地下地下水位管监测地下水位的变化情况，对孔隙水压力传感器所在位置的沉降量进行修正。
将孔隙水压力值换算成孔隙水压力传感器量测的位置的方为：水压力值的变化，对应量测点处土层深度的变化，两者有如下关系：
Figure 116860DEST_PATH_IMAGE008
式中：
Figure 182773DEST_PATH_IMAGE003
—由无线传导式水压力传感器测得的水压力，单位：kPa；
Figure 982102DEST_PATH_IMAGE004
—测量地的大气压力，单位：kPa；
Figure 505487DEST_PATH_IMAGE005
—水的密度，单位：g/cm3；
—测量点的地下水位，单位：m；
H—地基土顶面到孔隙水压力传感器所在处的距离，单位：m。
例：某高速公路采用无线传导式水压仪与常规的分层沉降仪同时测定高速公路同一断面的同一深度的深层沉降。常规的分层沉降仪每一天测试一次，无线传导式水压仪可以连续测试，本试验中设定测试频率为每2个小时一次。
试验结果表明常规的分层沉降仪量测过程中，测试频率较低，测试精度较低，且埋深较大的土层无法反映其深层沉降；无线传导式水压仪可以实现连续观测，测试精度高，且读数稳定。通过对比由无线传导式水压仪测量计算得出的深层沉降数据与由分层沉降仪测量得到的深层沉降数据，证实了无线传导式水压仪这一新的量测地基深层变形方法的可行性，并认为在一天中每隔2个小时量测一次水压力，再取其平均值后计算出的深层沉降量与实际情况较为相符。

Claims (2)

1.一种无线传导式水压仪量测地基沉降变形的方法，其特征在于该方法基于如下所述的测量***：
位于地基(1)中的第一无线信号发射器(21)、第一无线信号接收器(31)、孔隙水压力传感器(4)，位于地基(1)外的第二无线信号发射器(22)、第二无线信号接收器(32)，第二无线信号接收器(32)的信号输出端接数据采集仪(5)，数据采集仪(5)的信号输出端接数据处理器(6)；第一无线信号发射器(21)、第一无线信号接收器(31)连接于孔隙水压力传感器(4)中；
测量方法包括如下步骤：
1)采用无线传导的方法测试孔隙水压力传感器(4)埋设位置的孔隙水压力值大小，并将孔隙水压力值的信号通过第一无线信号发射器(21)发送给第二无线信号接收器(32)，由第二无线信号接收器(32)传送给数据采集仪(5)，数据采集仪(5)将采集的信号传送给数据处理器(6)；
2)第二无线信号发射器(22)发送数据采集指令给第一无线信号接收器(31)，由第一无线信号接收器(31)指令孔隙水压力传感器(4)完成数据采集；
3)数据处理器(6)将孔隙水压力值换算成孔隙水压力传感器(4)量测的位置，孔隙水压力变化情况反映孔隙水压力传感器(4)的位置的变化，进而确定孔隙水压力传感器(4)所在位置的沉降量大小；
4)监测过程中如果地下水位发生变化，则同时采用地下地下水位管(7)监测地下水位的变化情况，对孔隙水压力传感器(4)所在位置的沉降量进行修正。
2.根据权利要求1所述的无线传导式水压仪量测地基沉降变形的方法，其特征在于将孔隙水压力值换算成孔隙水压力传感器(4)量测的位置的方法为：水压力值的变化，对应量测点处土层深度的变化，两者有如下关系：
Figure FDA0000109065850000011
式中：Pr-由无线传导式水压力传感器测得的水压力，单位：kPa；
Pa-测量地的大气压力，单位：kPa；
ρw-水的密度，单位：g/cm3；
ht-测量点的地下水位，单位：m；
H-地基土顶面到孔隙水压力传感器所在处的距离，单位：m。 
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