CN102168969B - 一种船闸闸室墙变形监测装置及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种船闸闸室墙变形监测装置，属于土木工程建设技术领域。本发明的监测装置包括，预先设置的一个测量基准点；分别设置在船闸闸室墙前趾底板及闸室墙顶端的在垂直方向上一一对称分布的多个沉降观测点；垂直埋设于闸室墙后趾底板内的由多个相同的金属管构成多个金属管柱；垂直埋设于闸室墙混凝土内且上端外露于闸室墙顶端的多个测斜管，该测斜管由随闸墙施工高度增加而逐个连接的多个相同的柔性管构成；以及设置于闸室墙顶端的多个位移观测点。本发明还公开了使用上述装置监测船闸闸室墙变形的方法。本发明克服了传统的施工和运营期监测相互分离的弊端，实现了对船闸闸室墙进行长期、***、精确的监测，具有较高的工程使用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种土木建筑物变形的监测方法，尤其涉及一种船闸闸室墙变形监测装置及监测方法，属于土木工程建设技术领域。
背景技术
船闸闸室墙是船闸工程的重要组成部分,其施工质量的优劣直接关系到整个船闸工程的成败。闸室墙高度一般至少达十几米，墙身本身存在一定的挠度，施工不当会产生局部弯曲变形，其次墙身基础前后趾压力不均匀，造成地基土压缩量的不同对墙身沉降也产生一定影响，此外船闸闸室长度较长，各闸室墙施工段之间由于墙后土压力、基底土层、施工顺序等差异，将导致变形差异。为了掌握船闸实际施工质量，为施工提供理论预留沉降量，使建成后闸室墙体的变形在检验评定标准允许偏差范围内，保证各段闸室墙以及闸室墙与船闸其它结构之间平顺连接，需要对闸室墙进行大量的施工期与运营期监测工作。
闸室墙施工是一项复杂的工程，工作量大，墙体各部分需分阶段施工，施工期长，特别是闸室墙后的填土随着施工的进行会逐步增高，覆盖原先的观测点，因此必须不断提高观测点高度，才能使监测连续进行。其次船闸施工，使得周边有些区域不断被开挖和回填，使沉降和位移测量须不断改变监测路线。此外由于开挖形成边坡，高程产生突然变化，也增加了监测的难度。
当船闸施工运营后，闸室内由于注水对闸室墙施加水压力，此时墙后回填土逐渐固结对墙产生土压力，使得闸室墙产生变形，因此对闸室墙进行运营期监测，对于掌握运营期变形资料，为以后船闸设计，提供一定帮助有重要意义。
闸室墙各部分变形，船闸《水运工程质量检验标准》（JTS257-2008）中严格规定了船闸主体工程整体允许偏差以及闸墙允许偏差，船闸闸室墙测量是一项长期***的工作，难度大，精度要求高，至今尚未形成***长期监测闸室墙变形的方法，国内外对船闸闸室墙监测主要存在如下问题：
1、由于施工期开挖、回填以及闸室墙各部分分段施工等原因，迫使施工开始阶段设置的监测点使用一段时间后被废弃，监测点经常被迫重新设置或者监测路线该径，使得监测资料缺乏连贯性。
2、施工期的的监测点，到运营期后由于闸室内注水以及闸室墙后填土等原因，不能被继续使用，使得施工期和运营期的监测资料相对独立。
3、虽然目前对于闸室墙沉降采用水准测量的方法，但是各部位测点布置大都很随意，没有考虑相互之间的配合使用，不能全面监测闸室墙沉降。
4、对于闸室墙位移和局部变形监测，国内外还没有出现相对固定的装置及方法来***监测闸室墙变形。
根据设计要求和现行国家《工程测量规范》、《建筑物变形测量规程》及交通部《水运工程测量规范》中对变形观测的各项规定，急需一种能长期、***、精确的监测船闸闸室墙变形的装置及方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的上述缺点，提供一种能长期、***、精确监测船闸闸室墙施工期和运营期沉降、位移以及闸室墙局部变形的船闸闸室墙变形监测装置及监测方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种船闸闸室墙变形监测装置，该装置包括，离船闸一侧一定距离预先设置的测量基准点；分别设置在船闸闸室墙前趾底板及闸室墙顶端的多个沉降观测点，所述船闸闸室墙前趾底板表面的沉降观测点与闸室墙顶端的沉降观测点在垂直方向上一一对称分布；垂直埋设于闸室墙后趾底板内的多个金属管柱，该金属管柱由随墙后回填土的施工而逐个连接的多个相同的金属管构成，且金属管柱的上端始终保持露出回填土的表面；垂直埋设于闸室墙混凝土内且上端外露于闸室墙顶端的多个测斜管，该测斜管由随闸墙施工高度增加而逐个连接的多个相同的柔性管构成；以及设置于闸室墙顶端的多个位移观测点。
一种船闸闸室墙变形监测的方法，包括前趾沉降监测、后趾沉降监测、船闸闸室墙局部弯曲变形监测以及船闸轴线方向的相对位移的监测，其中，
前趾沉降监测按照以下方法：在施工期闸室未放水时，以所述测量基准点为基准，通过二等水准测量，监测前趾底板表面所设沉降观测点的高程变化；在运营期闸室放水，前趾底板表面所设沉降观测点淹没时，使用闸室墙顶端的沉降观测点代替前趾底板测点继续监测闸室墙前趾沉降；
后趾沉降监测按照以下方法：随墙后回填土的施工而在所述金属管柱上连接新的金属管，每次连接新的金属管后，以所述测量基准点为基准，通过二等水准测量，测出此时金属管柱顶端高程，当墙后回填完一层土时再次测量金属管柱顶端高程,则前后两次测得高程之差，即为后趾沉降量；
船闸闸室墙局部弯曲变形监测按照以下方法：利用测斜仪测出闸室墙内部测斜管每段管轴线与铅直线方向所成的倾角,从而计算出测斜管轴线的空间位置，此时闸室墙内部测斜管轴线的空间位置变化即为船闸闸室墙的局部弯曲变形，将不同时期测量的测斜管数据进行比较，即得到船闸闸室墙在整个施工和运营过程中局部弯曲变形量；
船闸轴线方向的相对位移的监测按照以下方法：设定一不动点，使得该不动点与测量基准点的连线平行于船闸纵向轴线，并以该连线作为绝对坐标系x轴；将全站仪置于测量基准点处，通过全站仪测出闸室墙顶端各位移观测点和测量基准点之间连线的长度，以及x轴与其连线之间的角度；通过前后测出的角度变化以及连线的长度，计算出船闸纵向轴线和垂直于纵向轴线方向的位移。
本发明具有以下优点：
1、本发明的监测装置及监测方法，能够***地监测闸室墙沉降、位移、以及闸室墙局部位移，全面的掌控闸室墙变形。
2、本发明通过预设监测点，既能监测施工期也能监测运营期的变形，使得施工期和运营期监测资料相互连贯。
3、本发明闸室墙前趾沉降监测，当船闸建成运营后，闸室放水前趾监测点被淹没，可采用闸室墙顶端对应的监测点继续监测前趾沉降。
4、本发明闸室墙后趾沉降监测，监测点可以随着墙后回填土的施工而升高，不必由于每次回填土后，重新设置监测点。
5、本发明所采用的通过测量角度变化来监测闸室墙位移的方法，简便、精确，避免了通过测量各监测点的坐标来监测位移。
6、本发明通过闸室墙内埋设测斜管的方法，能随时精确监测施工期和运营期的局部弯曲变形。
附图说明
图1为船闸闸室墙横剖面示意图；
图2为船闸闸室墙纵剖面示意图；
图3为本发明所使用金属管柱的结构示意图；
图4为本发明船闸闸室墙位移监测的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
如图1、图2所示，本发明的船闸闸室墙变形监测装置包括，
离船闸一侧一定距离预先设置的测量基准点11；分别设置在船闸闸室墙前趾底板及闸室墙顶端的多个沉降观测点4和6，数量均为6个，所述船闸闸室墙前趾底板表面的6个沉降观测点4与闸室墙顶端的6个沉降观测点6在垂直方向上一一对称分布；垂直埋设于闸室墙后趾底板两段扶壁8之间混凝土内的4个金属管柱7，该金属管柱7由随墙后回填土9的施工而逐个连接的多个相同的金属管构成，且金属管柱7的上端始终保持露出回填土9，最终回填土9回填完毕时金属管柱7露出地表面10；垂直埋设于闸室墙混凝土内且上端外露于闸室墙顶端的7个测斜管5，该测斜管5由随闸墙施工高度增加而逐个连接的多个相同的柔性管构成；设置于闸室墙顶端的多个位移观测点，本实施方式中，为方便起见，未单独设置，而是与闸室墙顶端的6个沉降观测点6相互共用。
本具体实施方式中，所述测量基准点11按照以下方法设置：根据船闸附近任一已知坐标的高程点，通过二等水准测量以及全站仪坐标测量引到船闸一侧，在船闸一侧确定一不受施工影响的测量点11，作为绝对参考坐标系原点以及测量的基准点，绝对参考坐标系坐标轴方向平行于船闸轴线方向。
本具体实施方式中，所述分别设置在船闸闸室墙前趾底板及闸室墙顶端的多个沉降观测点4和6，按照以下方法设置：在施工船闸前趾底板及闸室墙顶端时，趁混凝土没有完全硬化，在闸室墙前趾底板与顶端打入测量钉，作为沉降观测点。
本具体实施方式中，所述垂直埋设于闸室墙后趾底板混凝土内且一端露出的4个金属管柱7，如附图3所示，由多个相同的金属管1构成，金属管1的长度为1.5m，直径为75mm，第一个金属管1埋设在闸室墙后趾混凝土底板内的长度为1m，当闸室墙后回填土增高金属管过短时，用新的金属管1不断接长金属管柱7，金属管柱7的上端始终保持露出回填土9的表面，最终回填土9回填完毕时金属管柱7露出地表面10；金属管1的两端有螺丝口，通过管箍3相互连接，最上面的一个金属管1的上端用闷头2封闭，作为沉降监测点。
本实施方式中，所述构成垂直埋设于闸室墙混凝土内的多个测斜管5的柔性管为PVC管，该PVC管的两端带有可相互连接的接头，该PVC管的直径为80mm，随着闸墙施工高度增加，通过接头接长测斜管5至闸墙顶端；侧斜管在绑扎闸室墙钢筋，还未浇筑时预先固定在闸室墙的钢筋上，为了防止浇筑混凝土时水泥浆通过接头进入测斜管5的内部，所述PVC管相互连接时，在接头内部通过万能胶固定，并在接头外部缠绕一层胶带。
使用上述装置进行船闸闸室墙变形监测，包括前趾沉降监测、后趾沉降监测、船闸闸室墙局部弯曲变形监测以及船闸轴线方向的相对位移的监测，其中，
前趾沉降监测按照以下方法：在施工期闸室未放水时，以所述测量基准点11为基准，通过二等水准测量，监测前趾底板所设沉降观测点4的高程变化，高程变化量即为前趾沉降量；在运营期闸室放水，前趾底板表面所设沉降观测点4淹没时，使用闸室墙顶端的沉降观测点6代替前趾底板测点6继续监测闸室墙前趾沉降；
后趾沉降监测按照以下方法：随墙后回填土的施工而在所述金属管柱7上连接新的金属管1，每次连接新的金属管1后，以所述测量基准点11为基准，通过二等水准测量，测出此时金属管柱7顶端高程，当墙后回填完一层土时，由于闸室墙后趾由于回填土压力发生沉降，金属管柱随后趾底板上一起发生沉降，此时再次测量金属管柱7顶端高程,则前后两次测得高程之差，即为后趾沉降量；
船闸闸室墙局部弯曲变形监测按照以下方法：利用测斜仪测出闸室墙内部测斜管5每段管轴线与铅直线方向所成的倾角,从而计算出测斜管轴线的空间位置，此时闸室墙内部测斜管5轴线的空间位置变化即为船闸闸室墙的局部弯曲变形，将不同时期测量的测斜管数据进行比较，即得到船闸闸室墙在整个施工和运营过程中局部弯曲变形量；
船闸轴线方向的相对位移的监测按照以下方法：如附图4所示，设定一不动点12，不动点12距测量基准点11的距离约为50～100m，使得该不动点12与测量基准点11的连线平行于船闸纵向轴线17，并以该连线作为绝对坐标系x轴13， 则y轴14平行于船闸横向轴线18。监测位移时，将全站仪置于测量基准点11处，通过全站仪测出闸室墙顶端各位移观测点（在本具体实施方式中即为6个设在闸室墙顶端的沉降观测点6）和测量基准点11之间连线的长度16，以及x轴与其连线之间的角度15；通过前后测出的角度变化以及连线的长度，计算出船闸纵向轴线17和横向轴线18方向上的位移，具体为：测量基准点11为坐标原点，不动点12在x轴上，两点之间角度为零。并设基准点11的X、Y坐标为X11=0，Y11=0，则不动点12的X、Y坐标为X12= S，Y12=0，S为点11与点12之间的距离。用全站仪测出基准点11与各位移监测点6的水平角15，即基准点11与各位移监测点6连线与X轴夹角（设为 
）。然后再用全站仪测出即基准点11与各位移监测点6之间的水平距离16（设为
）。则可用坐标正算公式算出闸室墙顶端各位移监测点6的X、Y方向上坐标
、：
当闸室墙顶端各位移监测点6在施工和运营过程中发生变动，可按上述位移监测方法再次测出基准点11与各位移监测点6连线与X轴夹角（
）以及它们之间的水平距离16（
），此时闸室墙顶端各位移监测点6的X、Y方向上坐标变为
、
：
其中前后X、Y坐标变化量就是闸室墙测点位移值，
闸室墙纵向位移：
闸室墙横向位移： 
。
本发明通过在闸室墙前趾底板、后趾底板、顶端以及内部安装一系列测量装置，并结合预先设定的测量基准点，***全面监测船闸闸室墙的变形。相比现有技术，本发明可以对船闸闸室在施工和运营过程中的变形进行监测，克服了传统的施工和运营期监测相互分离的弊端，实现了对船闸闸室墙进行长期、***、精确的监测，具有较高的工程使用价值。
Claims (10)
1.一种船闸闸室墙变形监测装置，其特征在于，该装置包括，离船闸一侧一定距离预先设置的测量基准点；分别设置在船闸闸室墙前趾底板及闸室墙顶端的多个沉降观测点，所述船闸闸室墙前趾底板表面的沉降观测点与闸室墙顶端的沉降观测点在垂直方向上一一对称分布；垂直埋设于闸室墙后趾底板内的多个金属管柱，该金属管柱由随墙后回填土的施工而逐个连接的多个相同的金属管构成，且金属管柱的上端始终保持露出回填土的表面；垂直埋设于闸室墙混凝土内且上端外露于闸室墙顶端的多个测斜管，该测斜管由随闸墙施工高度增加而逐个连接的多个相同的柔性管构成；以及设置于闸室墙顶端的多个位移观测点。
2.如权利要求1所述船闸闸室墙变形监测装置，其特征在于，所述测量基准点按照以下方法设置：根据船闸附近任一已知坐标的高程点，通过二等水准测量以及全站仪坐标测量引到船闸一侧，在船闸一侧确定一不受施工影响的测量点，作为绝对参考坐标系原点以及测量的基准点，绝对参考坐标系坐标轴方向平行于船闸轴线方向。
3.如权利要求1所述船闸闸室墙变形监测装置，其特征在于，所述分别设置在船闸闸室墙前趾底板及闸室墙顶端的多个沉降观测点按照以下方法设置：在施工船闸前趾底板及闸室墙顶端时，趁混凝土没有完全硬化，在闸室墙前趾底板与顶端打入测量钉，作为沉降观测点。
4.如权利要求1所述船闸闸室墙变形监测装置，其特征在于，所述构成多个金属管柱的金属管的长度为1.5m，直径为75mm。
5.如权利要求1所述船闸闸室墙变形监测装置，其特征在于，所述构成垂直埋设于闸室墙混凝土内的多个测斜管的柔性管为PVC管，该PVC管的两端带有可相互连接的接头。
6.如权利要求5所述船闸闸室墙变形监测装置，其特征在于，所述PVC管的直径为80mm。
7.如权利要求5所述船闸闸室墙变形监测装置，其特征在于，所述PVC管相互连接时，在接头内部通过万能胶固定，并在接头外部缠绕一层胶带。
8.如权利要求1所述船闸闸室墙变形监测装置，其特征在于，所述设置在船闸闸室墙顶端的多个沉降观测点与多个位移观测点相互共用。
9.如权利要求1所述船闸闸室墙变形监测装置，其特征在于，所述构成金属管柱的金属管的两端有螺丝口，通过管箍相互连接，最上面的一个金属管的上端用闷头封闭，作为沉降监测点。
10.使用权利要求1所述装置进行船闸闸室墙变形监测的方法，其特征在于，包括前趾沉降监测、后趾沉降监测、船闸闸室墙局部弯曲变形监测以及船闸轴线方向的相对位移的监测，其中，
前趾沉降监测按照以下方法：在施工期闸室未放水时，以所述测量基准点为基准，通过二等水准测量，监测前趾底板表面所设沉降观测点的高程变化；在运营期闸室放水，前趾底板表面所设沉降观测点淹没时，使用闸室墙顶端的沉降观测点代替被淹没的前趾底板表面所设沉降观测点继续监测闸室墙前趾沉降；
后趾沉降监测按照以下方法：随墙后回填土的施工而在所述金属管柱上连接新的金属管，每次连接新的金属管后，以所述测量基准点为基准，通过二等水准测量，测出此时金属管柱顶端高程，当墙后回填完一层土时再次测量金属管柱顶端高程,则前后两次测得高程之差，即为后趾沉降量；
船闸闸室墙局部弯曲变形监测按照以下方法：利用测斜仪测出闸室墙内部测斜管每段管轴线与铅直线方向所成的倾角,从而计算出测斜管轴线的空间位置，此时闸室墙内部测斜管轴线的空间位置变化即为船闸闸室墙的局部弯曲变形，将不同时期测量的测斜管数据进行比较，即得到船闸闸室墙在整个施工和运营过程中局部弯曲变形量；
船闸轴线方向的相对位移的监测按照以下方法：设定一不动点，使得该不动点与测量基准点的连线平行于船闸纵向轴线，并以该连线作为绝对坐标系x轴；将全站仪置于测量基准点处，通过全站仪测出闸室墙顶端各位移观测点和测量基准点之间连线的长度，以及x轴与其连线之间的角度；通过前后测出的角度变化以及连线的长度，计算出船闸纵向轴线和垂直于纵向轴线方向的位移。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120627 Termination date: 20150118 |
|
| EXPY | Termination of patent right or utility model |