CN102352620A - 测量和监测地下水压力方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明是对地下土层中孔隙水压力测量、实时监测方法及装置的改进，其特征是检测是向地下压力打入有坚硬壳体保护且透水的水压力传感器，水压力传感器设置在坚硬中空弹头壳体的中空腔内，弹头壳体空腔后端开放形成通气通道，弹头壳体上有贯通壳壁连通中空腔的透水孔，透水孔内和/或与水压力传感器间有透水阻泥层，弹头壳体后端有活动连接的续接式中空探杆。从而实现不需开挖、钻井，即可以实现对地层下孔隙水压力检测，而且方法简单，检测成本低，检测准确，并能实现最大深度以上多个不同高度层孔隙水压力检测，开创了地下孔隙水，特别是原状土中孔隙水压力检测新方法。

Description

测量和监测地下水压力方法及装置

技术领域

本发明是对地下土层中孔隙水压力测量、实时监测方法及装置的改进，尤其涉及一种方法简单，成本低，不需开挖、打井就能测量，且测量结果精准的测量和监测地下孔隙水压力方法及装置。

背景技术

随着建设领域向地下不断发展，桩基工程、深大基坑不断出现，需要对影响桩基工程、基坑开挖的地下孔隙水(以下简称地下水)压力，特别是原状土中的孔隙水压力有很好的掌握。例如在前期勘察设计阶段，需要了解土层中地下水压力，地下水压力差异直接影响设计方案的选择，而不同的设计方案对项目的安全和造价影响极大。在基坑开挖、施工阶段，也需要随时掌握地下水压力的变化情况，根据地下水压力的不同，采取不同的施工措施，或者需要降水施工、或者需要回灌地下水。在预制桩施工过程中，有时也需要监测地下水压力，若地下水压力过大，容易产生基桩的倾斜、折断，地面的***，土层结构的破坏，严重时还会影响周边的建构筑物和地下管线的安全。因此若对地下水压力考虑不周全，地下水压力有误，不仅可能造成极大的工程浪费，而且极易产生安全事故，了解、监测地下水压力，是各类地下工程所必须。

现有技术对地下水压力的测量主要是通过现场钻孔开井，通过水位观测井测量自由水头高度确定地下水压力。此方式的不足是：现场钻孔，成孔设备一般采用钻机，体积庞大，运输麻烦，而且钻机施工对现场平面场地条件、空中障碍条件也有较高要求，如难以在高压线下、树林、狭窄背街小巷内施工；其次，钻机成孔速度缓慢，并极易发生塌孔，隔水做的不好易产生漏水等事故，导致废孔；再就是，测量主要是通过现场钻机成孔后手工测量地下水压力，如果一旦隔水措施做的不好，上层的地下水渗漏，造成测量得到的地下水压力数据不准确；并且手工测量无法得到地下水压力连续变化情况，不能实时掌握下水压力变化情况，数据成果误差较大；还有，水位观测井都是设置在施工现场，井口不能封堵，观测孔容易受到施工破坏，现场保护难度较大，并且观测孔使用结束后，需用钻机灌入粘土或混凝土等其他材料封孔回填，不仅操作繁琐成本高，而且对地下水有一定的污染；还有，一口水位观测井只能测量一种深度位置水压力，不能做到一口井同时测量不同深度地下水压力，若需要测量几层土的地下水压力，就需要打几口观测井。由于上述原因，使得钻井观测方法成本较大。因此钻井观测方法，费时、费力，成本高，并且测量误差比较大，是其难以克服的缺点。

中国专利CN1560581动孔隙水压力测量方法，以市售压力传感器作为测量元件，加装一由硬质材料制成的封盖，将压力传感器感应探头罩扣在一空间中，封盖上设置若干个具有适当孔径通孔与外界连通，使用时将带有封盖的压力传感器放入待测土体中，土体中的孔隙水充满感应探头所在空间后，即可以开始测量读出压力值。此方法仅是简单用盖保护压力传感器感应探头，在测量前需将探测装置提前埋入待测土体中，因此此法只能用于探测后期回填土中水压力，而不能用于原状土中孔隙水压力监测，即不能用于打进地下贯入土层中测量。

中国专利CN1490602及CN2650098孔隙水压力测量传感器，将液压传感器包覆在密闭薄膜中，在密闭薄膜与液压传感器之间充满水或类似的低黏度、可压缩性低的液体。其解决的是防止液压传感器被堵塞或被硬物损坏，以及市售压力传感器带来的方向性问题(全方位检测)，主要用于砂石体和土石混合体孔隙水压力测量；同样此传感器只适用于事先放置，而不能用于原状土中孔隙水压力监测。

中国专利CN1563923动载荷作用下长期孔隙水压力测量方法，a)将一根适当长的导管的一端埋放在待测孔隙水压力土层内；b)将该导管内充满液体；c)将该导管另一端连接上压力传感器。其解决的是可以大大衰减掉初期压力峰值，而采用小量程压力传感器就可以准确地测量出长期孔隙水压力的变化过程；同样只适用于事先放置，而不能用于打进地下贯入土层中测量。

中国专利CN1793917原位实时测量饱和细粒土水平应力探头，探头一端是螺纹头，另一端为圆锥形，其中部为带有压力保护槽的圆柱形；探头中心盲孔中充满传导液，压力传感器密封设置在中心盲孔内传导液中；探头圆柱体外壁上设置有凹陷处，与探头圆柱外缘尺寸一致的隔离传导薄片封闭该凹陷处，被隔离传导薄片封闭的凹陷处内有连通探头中心盲孔的传导液。此应力探头整体完全封闭，与土层及大气之间完全相互隔离，因此只能用于饱和细粒土水平应力测试，而不能用于原状土中的孔隙水压力测试。

因此，现有技术中对地下土层，特别是原状土中的孔隙水压力测试，仍然停留在开挖、钻井方式，并且一口井只能测量最大深度处(孔底位置)孔隙水压力；采用压力传感器商量的的需预先放置埋入待测土层中，多用于回填土中地下水压力测试，不能用于后进入地层(原状土)孔隙水压力测量，上述不足仍有值得改进的地方。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种简单方便，不需开挖或钻井，通过向地层压入压力传感器与水直接接触，就能直接获得地下水压力，而且测量精准，并能实现连续测量的测量和监测地下水压力方法。

本发明的另一目的在于提供一种结构简单，成本低，可直接压入地下土层测量的测量和监测地下水压力装置。

本发明的再一目的在于提供一种可以同时测量、监测不同地层深度地下水压力的测量和监测地下水压力装置。

本发明第一目的实现，主要改进是采用可以通过压力(例如探头贯入装置)向检测位置地下打入水压力传感装置，通过水压力传感器直接检测所在位置地下孔隙水压力，从而克服现有技术的不足，实现本发明目的。具体说，本发明测量和监测地下水压力方法，其特征在于向地下压力打入有坚硬壳体保护且透水的水压力传感器，直接将传感器所在位置土层中地下水引导进入探头，直接感应水压力。

本发明第二目的实现，主要是将水压力传感器设置在坚硬中空弹形壳体空腔内，并在壳体上开设可以透水进入空腔的透水孔，弹形壳体后端活动连接有续接式钢性杆。具体说，本发明测量和监测地下水压力装置，包括水压力传感器和数据接收或显示装置，其特征在于水压力传感器设置在坚硬中空弹头壳体的中空腔内，弹头壳体空腔后端开放形成通气通道，弹头壳体上有贯通壳壁连通中空腔的透水孔，透水孔内和/或与水压力传感器间有透水阻泥层，弹头壳体后端有活动连接的续接式中空探杆。

本发明第三目的实现，其特征在于续接式中空探杆前端和中间有二个及以上相间水压力传感装置，中间的水压力传感装置纵向有惯通穿杆孔，径向有一或若干定位孔，各水压力传感装置有数据接收或显示装置。

本发明中。

坚硬中空弹头壳体，其主要作用是在探头贯入土层时保护内置水压力传感器或芯片，例如可以是金属壳，当然其他可压入地层的硬质材料同样可以制作弹头壳体。壳体呈弹头形主要是从贯入土中阻力相对较小，容易贯入足够深度考虑，因此串联在中间的水压力传感装置可不用弹形，采用台形或柱形，当然也可以采用弹头形。

内置水压力传感器或芯片，主要用于直接与孔隙水接触检测水压力，可以采用现有技术中各种机械式或电子式水压力传感器，例如市售BP9345、JYB系列、UX—LY、PTH601-485等液位传感器，其中一种较好为采用电子式水压力传感器，有利于使探头做得更小。

弹头壳体空腔后端开放形成通气通道，并通过中空探杆与大气相通，主要是使传感器保持与大气连通，这样获得的数据更为准确，避免了同样水压力在不同的气压力条件下，表现水头压力不一致。

透水孔内和/或与水压力传感器间透水阻泥层，主要起隔泥渗水作用，将泥土阻隔在探头及传感器外面，有利于保持检测腔渗水通畅，被水压探头感知，同时泥土不能进入到水压感应腔，有利于确保检测精度。其透水阻泥材料，可以采用各种具有透水、隔泥的任何多孔材料，或组成多孔的材料，例如但不限于透水管，细石，透水石，水处理用过滤材料等。其中一种更好为采用透水石，直接放入透水孔内，可以将泥完全阻挡在探头外面。

活动连接的续接式中空探杆，类似钻井多节组合钻杆，主要用于将水压探头打入或退出土层，多节续接组合，不仅打入深度有保证，而且打入、退出方便。探杆中空结构，主要用于将探头内传感器数据线导出地面。

此外，为减少及避免探头上层地下水渗漏进入下方的水压探头，影响对探测层水压检测的准确性，一种较好是探头壳体直径与中空探杆直径保持基本一致或略小于探杆直径，这样可以利用探杆对孔壁的接触支撑起到隔水作用。

本发明探头由贯入装置打入土层至某一深度，在探头贯入预定深度后可撤除，检测完成需要退出时再移进。

传至地面数据，可以通过无线发射－接收装置，进行远程接收、显示，也可以直接在孔口地面读取。

本发明测量和监测地下水压力方法及装置，相对于现有技术，由于采用直接向所测地层打入硬壳包裹的水压传感器探头，直接将土层中地下水引导进入探头，直接感应水压力，因而较现有技术具有以下优点：

1、探头直接打入检测土层，地下水压力检测方便，成本低，检测装置及压力贯入装置(最大组成部分，可使用静探设备)体积小，运输简便，施工便利，能在狭小空间内展开工作。不需打井，大大减少了检测成本。

2、探头直径小，采用电子式压力传感器可以控制在50mm以内，贯入土层方便，贯入速度快，并由于探头壳体直径与中空探杆直径保持基本一致或略小于探杆直径，探杆对孔壁的接触支撑起到自动隔水作用，对上层无特殊隔水要求，不易废孔。

3、压力传感器直接接触水检测数据精确可靠，细微的水压变化都能被感应。

4、观测点保护容易，成果记录、处理自动化，并可以获得连续压力数据。一次观测地下水压力完成后，只需将探头和贯入装置脱开，将无线发射装置保护后埋入土中，下次观测时只需在探头附近通过人工干预发射装置发射数据，50米范围内均可通过计算机直接采集数据(视发射装置功率而改变)。即使观测孔位置被其他杂物所覆盖也不影响数据采集。

5、多个压力传感装置相间串联，可以同时检测最大贯入深度以上不同高度层的多点孔隙水压力，实现一次贯入压力检测探头，实现对不同高度多点检测，即同时测量几层土的地下水压力，更是大大降低了地下水压检测成本。

6、现场恢复操作简单。观测地下水压力完成后，由于观测孔孔径很小，只需将水压探头拔出即可，且水压探头可反复使用，成本低廉。

本发明方法及装置，可适用于岩土工程勘察中地下土层中水压力测量，岩土施工中土层内地下水位监测，防洪堤坝内部孔隙水压力监测等。不仅可以探测人工填土，还可以探测地面以下50米或者更深范围内任意位置原状土中孔隙水压力。开创了地下孔隙水，特别是原状土中孔隙水压力检测新方法。

以下结合二个示例性实施例，示例性说明及帮助进一步理解本发明实质，但实施例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部技术方案，因此不应理解为对本发明总的技术方案限定，一些在技术人员看来，不偏离本发明构思的非实质性增加和/或改动，例如以具有相同或相似技术效果的技术特征简单改变或替换，均属本发明保护范围。

附图说明

图1为本发明测量和监测地下水压力方法简图示意。

图2为本发明一种测量和监测地下水压力装置剖视结构示意图。

图3为图2转动90度侧剖面示意图。

具体实施方式

实施例1：参见附图，本发明测量和监测地下孔隙水压力方法，包括向检待位置，通过压力贯入装置3向土层打入有承压壳保护、且透水的水压力传感探头5，贯入时根据需要监测深度要求，逐节加入中空探杆4，直至传感探头至所需检测深度，根据需要可保留或移除压力贯入装置，设置孔口保护设施。将通过中空探杆引出的传感探头数据线与地面无线数据发射装置2连接(无线发射)，由计算机数据采集装置1无线接收显示或存储数据。土体中孔隙水通过探头上透水孔渗入至传感器，泥土则由传感探头装置上滤层被阻挡在外，渗水充满感应探头所在空间后，探头中水压力与土层中水压力平衡，即可以开始测量读出压力值，水压连续变化均可以由计算机记录，进行实时、连续监测。如果需要，可保留探头在土层中若干时间，随时保持监测。检测数据发射，可以设定定时发射或根据需要人工干预发射。

此外，还可通过贯入装置将探头进一步贯入下部土层，监测下部土层中的孔隙水压力，实现一次贯入分时检测不同地层水压力。

传感探头装置，由钢制的尖锥部6，后端开口的中空管状壳体7螺接组成中空弹头形壳体，后端通过外螺纹12与可续接的中空探杆4螺接。中空管状壳体(壳体身)呈前小后大5-15度锥形，前部周面有三个径向惯通内外的透水孔8，孔内放置透水石9形成透水阻泥层，其后的中空台阶锥形(防止传感器脱出)中空感应腔10内放置市售BP9345电子式液位传感器11，其上的多芯传输线13通过贯通壳体及中空探杆传至地面，与地面上无线发射装置2连接(也可直接连接数据读取显示装置)，中空感应腔后端通过通气道14联通中空探杆与大气连通。本实施例探头长210mm，直径最宽处45mm，顶部尖角55度，弹头壳体直径与中空探杆直径基本一致或略小于探杆直径。

实施例2：将二个及以上实施例1所述有承压壳保护、且透水的水压力传感探头，通过中空压入探杆4相间串联，其中一个设置在探杆前部，另一个或几个根据探测土层深度，相间串联套设固定的中空探杆上，用于一次打入，同时测量多个不同地层深度的地下孔隙水压力。二个及以上水压力传感探头，底部最前端一个采用弹头形结构，中间的也可以采用台形或柱形，并中间的水压力传感装置纵向有惯通穿杆孔(用于套设在探杆上)，径向有一或若干定位孔，通过横向销钉定位实现探头定位固定，各水压力传感装置有数据接收或显示装置。

对于本领域技术人员来说，在本专利构思及具体实施例启示下，能够从本专利公开内容及常识直接导出或联想到的一些变形，本领域普通技术人员将意识到也可采用其他方法，或现有技术中常用公知技术的替代，以及特征的等效变化或修饰，特征间的相互不同组合，例如渗水阻泥还可以采用滤水形式，如在中空体内设置透水滤层，水压传感器还可以采用其他机械形式的，以及透水孔形式的改变，压力壳材质的改变，读取数据省略无线传输，直接采用有线连接，等等的非实质性改动，同样可以被应用，都能实现本专利描述功能和效果，不再一一举例展开细说，均属于本专利保护范围。

Claims (10)

1.测量和监测地下水压力方法，其特征在于向地下压力打入有坚硬壳体保护且透水的水压力传感器，直接将传感器所在位置土层中地下水引导进入探头，直接感应水压力。

2.一种测量和监测地下水压力装置，包括水压力传感器和数据接收或显示装置，其特征在于水压力传感器设置在坚硬中空弹头壳体的中空腔内，弹头壳体空腔后端开放形成通气通道，弹头壳体上有贯通壳壁连通中空腔的透水孔，透水孔内和/或与水压力传感器间有透水阻泥层，弹头壳体后端有活动连接的续接式中空探杆。

3.根据权利要求2所述测量和监测地下水压力装置，其特征在于续接式中空探杆前端和中间有二个及以上相间水压力传感装置，中间的水压力传感装置纵向有惯通穿杆孔，径向有一或若干定位孔，各水压力传感装置有数据接收或显示装置。

4.根据权利要求2或3所述测量和监测地下水压力装置，其特征在于壳体由头部与中空管身螺接组合。

5.根据权利要求2或3所述测量和监测地下水压力装置，其特征在于壳体身呈前小后大5-15度锥形。

6.根据权利要求2或3所述测量和监测地下水压力装置，其特征在于水压力传感器为电子式水压力传感器。

7.根据权利要求2或3所述测量和监测地下水压力装置，其特征在于透水阻泥层为透水石，设置在透水孔内。

8.根据权利要求2或3所述测量和监测地下水压力装置，其特征在于壳体直径与中空探杆直径基本一致或略小于探杆直径。

9.根据权利要求2或3所述测量和监测地下水压力装置，其特征在于数据接收装置为无线发射、接收装置。

10.根据权利要求9所述测量和监测地下水压力装置，其特征在于数据发射，可以定时发射或根据需要人工干预发射。

Images