CN103953025B - 测量深厚软土或覆盖层分层沉降的设备及其设置方法 - Google Patents

Abstract

测量深厚软土或覆盖层分层沉降的设备及其设置方法，在钻孔中埋设有沉降观测管，该沉降观测管内设有导杆，其特征在于，所述导杆由若干根普通导杆与不锈钢导杆连接而成，其中，在要测量分层沉降的地方采用不锈钢导杆；所述导杆底部安装有锚固头，该锚固头和导杆密封连接，同时该锚固头的一段和沉降观测管紧密连接；所述导杆顶部安装有导杆密封盖，该密封盖上设有出线器；所述不锈钢导杆内部设有干簧管-电阻传感元件；所述干簧管-电阻传感元件的数据线在导杆顶部的出线器前汇集成一根数据电缆，并通过所述出线器引出与外部电信号接收读数仪连接；在沉降观测管外需要测量分层沉降的地方套装有磁环。本发明安装、测量简单，且可实现自动测量。

Description

测量深厚软土或覆盖层分层沉降的设备及其设置方法

技术领域

本发明属于岩土工程软土地基工程测量监测等领域，具体涉及一种测量深厚软土或覆盖层分层沉降的测量设备。本发明还涉及这种测量深厚软土或覆盖层分层沉降设备的设置方法。

背景技术

随着社会经济快速发展和改革开放不断深入，国家基础设置建设发展日新月异，高速公路、港口、码头等建筑物不断增多，而不经处理即可直接利用的天然优良地基越来越少，使得许多建筑物不得不建造在稳定性较差的深厚软土上。深厚软土地基因其含水率高、透水性差、压缩性大、强度低，在建筑物荷载作用下会产生较大沉降及沉降差异，地基承载力及稳定性无法满足工程需要，需要在加固处理时测量地基基础内部不同部位沉降，并对测量数据进行分析来采取应对措施。

近年来在国内修建在覆盖层上的大坝逐渐增多，修建大坝时覆盖层经过处理后要测量其沉降，并对测量数据进行分析处理以确保大坝下覆盖层的变形、稳定和渗流安全。

传统的深厚软土地基分层沉降的测量方法是安装埋设一根沉降管，在要测量分层沉降的地方在沉降管外套封闭的普通磁环,采用分层沉降读数仪放入沉降管内来监测土体分层沉降的大小。目前采用分层沉降读数仪测量土体分层沉降普遍采用的都是由分层沉降读数仪、沉降管、磁环（也称为磁性环）和定位环组成的，定位环的外径比磁环的内径要大，而磁环的内径要比沉降管的外径大，以保证磁环能够沿着沉降管自由的移动。分层沉降测量时需要人工从沉降管底部慢慢往上拉分层沉降读数仪的电缆，拉到安装磁环的地方分层沉降读数仪发出鸣叫声，能后查看分层沉降读数仪电缆上尺子刻度来计算土体分层沉降大小。这种分层沉降测量方法测量必须要一台分层沉降读数仪一直在沉降管中上下人工拉动，不仅费时费力，人工读数误差也大，而且不能够实现自动测量。

过去对坝基覆盖层沉降监测一般采用液压沉降计进行监测，但该仪器采用钻孔安装比较困难，采用液压沉降计监测坝基覆盖层沉降仅用于监测覆盖层的总沉降，且液压沉降计由于通过引至坝后的管路***传递液体压力，往往会由于管路问题导致液体压力传递不理想影响测量精度从而影响监测结果的可靠性。随着覆盖层上建坝技术发展，迫切需要对坝基覆盖层总沉降和分层沉降进行监测以保证覆盖层上大坝及其基础安全，大坝工程建设和科研人员尝试采用从坝基覆盖层钻孔安装沉降管并随大坝填筑逐段接长沉降管通过坝体引至大坝表面的分层沉降测量方法横梁式电测沉降仪对坝基覆盖层分层沉降进行监测，前者除存在与上述“传统的深厚软土地基分层沉降的测量方法”一样问题外，其沉降管随坝体填筑接长引至坝体表面不仅对大坝填筑施工干扰大，且保护困难，很容易导致沉降管破坏，从而使其采用的分层沉降的测量方法完全失败；而横梁式电测沉降仪监测覆盖层多个分层沉降需要多套仪器，仪器成本高，而且其安装保护难度高，容易导致安装的横梁式电测沉降仪不能正常工作。目前大坝深厚覆盖层基础分层沉降监测成果基本处于空白状态，根据实测资料对坝基覆盖层总沉降和分层沉降进行分析以评估大坝及其深厚覆盖层坝基安全以及研究深厚覆盖层坝基的工作特性也就无法实施，迫切需要开发可以用于大坝深厚覆盖层地基分层沉降监测的仪器设备。

发明内容

本发明所需要解决的技术问题是克服现有的技术缺陷；提供一种测量深厚软土或覆盖层分层沉降的设备及其设置方法。需要解决的技术关键在于：改进和填补现有的分层沉降读数仪测量技术缺陷，提供一种新型的测量深厚软土或覆盖层分层沉降的设备及成套技术，沉降管不需要安装埋设到要测量的土体外，不需用人工拉分层沉降读数仪电缆，直接采用传感器信号接收读数仪测量引到土体外的数据电缆就可获得深厚软土或覆盖层分层沉降。

完成上述发明任务的技术方案是，

一种测量深厚软土或覆盖层分层沉降的设备，在钻孔中埋设有沉降观测管，该沉降观测管内设有导杆，其特征在于，所述导杆由若干根普通导杆与不锈钢导杆连接而成，其中，在要测量分层沉降的地方采用不锈钢导杆；所述导杆底部安装有锚固头，该锚固头和导杆密封连接，同时该锚固头的一段和沉降观测管紧密连接；所述导杆顶部安装有导杆密封盖，该密封盖上设有出线器；所述不锈钢导杆内部设有干簧管-电阻传感元件；所述干簧管-电阻传感元件的数据线在导杆顶部的出线器前汇集成一根数据电缆，并通过所述出线器引出与外部电信号接收读数仪连接；在沉降观测管外需要测量分层沉降的地方（一般是在测量分层沉降的沉降观测管外部顶端1/3处）套装有磁环。

以上设备的优化方案有：

1、该导杆每隔1m套一个对中橡胶环（或称为：导杆对中橡胶环），使导杆始终位于沉降观测管中部；

2、所述不锈钢导杆2m/根，可以测量大范围的沉降，其它地方用普通导杆连接，普通导杆1m/根；

3、所述不锈钢导杆和普通导杆用导杆密封连接头连接；导杆密封连接头和导杆之间有密封圈，防止水和泥沙进入导杆内部空腔；

4、在干簧管-电阻传感元件的两端有固定器固定密封安装干簧管-电阻传感元件，使干簧管-电阻传感元件不能移动；

5、所述沉降观测管的外管管口采用沉降管保护盖保护；

6、在锚固头上设有钢丝孔，该钢丝孔上穿有一根钢丝，钢丝的长度比孔深多3米左右，钢丝外头固定在一牢靠的东西上。

更具体和更优化地说，本发明的设备结构是：

沉降观测管采用常用的沉降管，其内径为70mm，外管管口采用沉降管保护盖保护；沉降管中间安装有普通导杆及不锈钢导杆的测量杆，导杆每隔1m套一导杆对中橡胶环使导杆始终位于沉降观测管中部，导杆最底部密封连接的锚固头进入非压缩土层或基岩内，导杆最顶端有导杆密封盖和出线器；不锈钢导杆内部空腔内设有干簧管-电阻传感元件，在干簧管-电阻传感元件的两端有固定器固定密封安装干簧管-电阻传感元件，使干簧管-电阻传感元件不能移动，每个干簧管-电阻传感元件顶端设有数据线，最后在导杆最顶部的出线器前汇集成一根数据电缆从出线器引出；不锈钢导杆和普通导杆用导杆密封连接头连接，导杆密封连接头和导杆之间有密封圈，防止水和泥沙进入导杆内部空腔。

所述的导杆最顶端有导杆密封盖和出线器，所述干簧管-电阻传感元件的数据线在导杆顶部的出线器前汇集成一根数据电缆通过出线器引出与外部电信号接收读数仪连接。

沉降观测管可以安装埋设在深厚软土或覆盖层土体里面，不用露出土体外，并可以实现自动测量。

测量分层沉降用不锈钢导杆内部空腔内设有干簧管-电阻传感元件的具体结构是：

1）干簧管-电阻传感元件由干簧管和电阻串联在绝缘板上组成，两条平行的电阻条平行固定于绝缘板两侧，干簧管5mm一段顺序逐段将平行的电阻串接；

2）不锈钢导杆的外径为32mm，空腔内径不小于25mm的外表面光滑的不锈钢管，分层沉降测量的干簧管和电阻串接结构密封于其内部空腔内，上下两端采用干簧管-电阻传感元件固定器固定密封，使干簧管-电阻传感元件在导杆内不能移动；导杆长度2m/根，干簧管-电阻传感元件长度1m/根，干簧管-电阻传感元件上端设有数据线；

3）磁环采用爪式固定结构与沉降观测管外土体连接为同步位移的整体，土体压缩变形时，磁环沿沉降管发生位移变化，磁环位移到位置的不锈钢导杆内干簧管簧片受磁环的磁性吸合后连接，电路通路，由传感器信号接收读数仪可以测得此时通路的电阻值；由于不锈钢导杆内干簧管-电阻式的干簧管和电阻串接结构中干簧管以5mm间距均布，其沉降测量精度为5mm；

4）沉降信号接受读数仪为专用读数仪表，输出电压0～5V。

换言之，本发明的方案是：测量深厚软土或覆盖层分层沉降的设备主体为埋设于观测孔中某深度位置的不锈钢导杆内的干簧管-电阻传感元件和沉降观测管外的磁环，磁环和土体紧密结合，当外部土体发生沉降时带动磁环发生位移变化，磁环的磁性吸合不锈钢导杆内的干簧管-电阻传感元件的干簧管，通过测量电阻值变化感应磁环的位移变化；分层沉降的测量数据线在导杆最顶部的出线器前汇集成一根数据电缆通过出线器引出导杆管口，通过在沉降观测管保护盖侧面孔引出后而置于观测孔土体外部；测量时通过传感器信号接收读数仪直接读数得到磁环高程，从而测得磁环位置的位移变化。该测量深厚软土或覆盖层分层沉降的设备装置主要包含沉降观测管、磁环、普通导杆、不锈钢导杆、导杆对中橡胶环、密封于不锈钢导杆内部的干簧管-电阻传感元件、传感器信号接收读数仪、导杆顶端密封盖和出线器。

通过预先钻孔埋设连接锚固头的普通和不锈钢导杆，导杆每隔1m套一导杆对中橡胶环使导杆始终位于沉降观测管中部，不锈钢导杆内密封安装有干簧管-电阻传感元件，置于要测量分层沉降的位置，两端用干簧管-电阻传感元件固定器固定密封，数据线在导杆顶部的出线器前汇集成一根数据电缆从出线器引出；磁环套于沉降观测管外部，随着土***移变化沿沉降管滑动。本发明的新型测量技术在安装埋设时只需安装埋设到深厚软土或覆盖层顶端，而不需要沉降观测管一直安装埋设到回填土外，以实现用传感器信号接收读数仪自动测得深厚软土或覆盖层分层沉降的目的。

完成本申请第2个发明任务的技术方案是：上述测量深厚软土或覆盖层分层沉降的设备及其设置方法，其特征在于，步骤如下：

1）在需要进行深厚软土或覆盖层分层沉降变形量测的位置钻孔；深厚软土建议钻孔的深度达软土下部不受上部荷载影响的非压缩土层下3米，坝基覆盖层建议钻孔的深度要比基岩深3米，使锚固头很好锚固到软土地基的非压缩土层和坝基覆盖层下部基岩内部，并在进行安装之前要将钻孔清洗干净；

2）在导杆外部安装沉降观测管，导杆每隔1m套一导杆对中橡胶环使导杆始终位于沉降观测管中部，沉降观测管和锚固头有一段紧密连接，在要测量分层沉降的地方安装不锈钢导杆，并在离测量分层沉降的沉降观测管外部顶端1/3处安装磁环，把安装好的导杆和沉降管放入已钻好的孔内；

3）在导杆管口距离孔口约50cm左右时，在孔外将导杆采用临时夹具固定好，使导杆不能在孔中自由上下移动；

4）安装导杆密封连接头；

5）再把下一节导杆安装固定到密封连接头接头上，拧紧；

6）拉紧钢丝，松开夹具，安装下一节沉降观测管，沉降观测管比安装好的导杆短50cm；

7）松开钢丝，慢慢的把导杆和沉降观测管放入孔内；

8）重复步骤2）-步骤7），直至导杆和沉降观测管达到预定埋设位置；

9）导杆安装埋设完成后顶端采用导杆密封盖密封，测量数据电缆从出线器引出；

10）安装沉降观测管保护盖，在沉降观测管和孔壁之间回填密实，使磁环和土体紧密结合，磁环牢牢的嵌入土体内。

以上方法的优化方案是，在步骤2）的前面增加有步骤2）-1：在导杆底部安装锚固头，锚固头和普通导杆是采用密封连接，在锚固头钢丝孔上穿一根钢丝，钢丝的长度比孔深多3米左右，钢丝外头固定在一牢靠的东西上。

本发明改进了常规分层沉降测量沉降管必须安装埋设到测量土体外和只能人工拉分层沉降读数仪电缆测量的技术缺陷，可以通过磁环的磁性吸合不锈钢导杆内的干簧管-电阻传感元件的干簧管，通过测量电阻值感应磁环的位移变化来测量深厚软土或覆盖层的分层沉降，达到无需沉降观测管引出土体外的测量方式，并且可以实现自动测量。

本发明所提出的测量深厚软土或覆盖层分层沉降的设备方便安装、测量简单，且可实现自动测量。

附图说明

图1为本发明测量深厚软土或覆盖层分层沉降的设备构造图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施案例，对本发明方法作进一步详细说明。此处所描述的具体实施案例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，测量深厚软土或覆盖层分层沉降的设备及其设置方法。

参照图1：在需要进行深厚软土或覆盖层分层沉降变形量测的位置钻孔；软土地基中建议钻孔的深度达软土下部不受上部荷载影响的非压缩土层下3米，坝基覆盖层中建议钻孔深度要比基岩深3米，使锚固头7很好锚固到软土的非压缩土层或坝基基岩内部，并在进行安装之前要将钻孔清洗干净；根据现场地质和设计情况确定磁环4和密封于不锈钢导杆2内的干簧管-电阻传感元件5埋深位置。

在普通导杆3底部安装锚固头7，锚固头7和普通导杆3是密封连接，在锚固头钢丝孔13上穿一根钢丝，钢丝的长度比孔深多3米左右，钢丝外头固定在一牢靠的东西上；并在导杆外部安装沉降观测管1，导杆每隔1m套1个导杆对中橡胶环14，锚固头3有一段和沉降观测管1紧密连接；在要测量分层沉降的地方安装不锈钢导杆2，同时导杆每隔1m套1个导杆对中橡胶环14，并在离测量分层沉降的沉降观测管1外部顶端1/3处安装磁环4，把安装好的导杆放入已钻好的孔内；在导杆管口距离孔口约50cm左右时，在孔外将导杆采用临时夹具固定好，使导杆不能在孔中自由上下移动；安装导杆密封连接头6；再把下一节导杆安装固定到密封连接头接头6上，拧紧；拉紧钢丝，松开夹具，安装下一节沉降观测管1，沉降观测管1比安装好的导杆短50cm；松开钢丝，慢慢的把导杆和沉降观测管1放入孔内；

重复安装普通导杆3和不锈钢导杆2及沉降观测管1，直至导杆和沉降观测管1达到预定埋设位置。

导杆和沉降观测管1安装埋设完成后导杆顶端采用导杆密封盖9密封，传感器数据线11在导杆最顶部的出线器前汇集成一根数据电缆从出线器12引出；在沉降观测管1顶部用沉降管保护盖10保护沉降观测管1，传感器数据电缆从沉降观测管保护盖10侧面孔引出土体，接入传感器信号接收读数仪可以直接读取沉降读数。

在安装埋设完成的沉降观测管1和孔壁之间回填密实，使磁环4和土体紧密结合，磁环4牢牢的嵌入土体内。

本发明测量深厚软土或覆盖层分层沉降的设备埋设安装前干簧管-电阻传感元件5通过干簧管-电阻传感元件固定器8固定密封安装于不锈钢导杆2内部，传感器数据线11从干簧管-电阻传感元件5上端引出，最后在导杆最顶部的出线器12前汇集成一根数据电缆。

本发明测量深厚软土或覆盖层分层沉降的设备主要在沉降观测管1内部增加了锚固头7和一根从基岩到覆盖层顶部的导杆，在测量分层沉降的地方采用不锈钢导杆2，不锈钢导杆2内部安装了干簧管-电阻传感元件5，通过磁环4的磁性吸合不锈钢导杆2内的干簧管-电阻传感元件5的干簧管，通过测量电阻值感应磁环的位移变化从而实现自动测量沉降。

Claims (9)

1. 一种测量深厚软土或覆盖层分层沉降的设备，在钻孔中埋设有沉降观测管，该沉降观测管内设有导杆，其特征在于，所述导杆由若干根普通导杆与不锈钢导杆连接而成，其中，在要测量分层沉降的地方采用不锈钢导杆；所述导杆底部安装有锚固头，该锚固头和导杆密封连接，同时该锚固头的一段和沉降观测管紧密连接；所述导杆顶部安装有导杆密封盖，该密封盖上设有出线器；所述不锈钢导杆内部设有干簧管-电阻传感元件；所述干簧管-电阻传感元件的数据线在导杆顶部的出线器前汇集成一根数据电缆，并通过所述出线器与外部电信号接收读数仪连接；在沉降观测管外需要测量分层沉降的地方套装有磁环；

所述干簧管-电阻传感元件的具体结构是：干簧管-电阻传感元件由干簧管和电阻串联在绝缘板上组成，两条平行的电阻条平行固定于绝缘板两侧，干簧管5mm一段顺序逐段将平行的电阻串接；磁环采用爪式固定结构与沉降观测管外土体连接为同步位移的整体，土体压缩变形时，沉降环沿沉降管发生位移变化，磁环位移到位置的不锈钢导杆内干簧管簧片受磁环的磁性吸合后连接，电路通路，由传感器信号接收读数仪可以测得此时通路的电阻值；由于不锈钢导杆内干簧管-电阻式的干簧管和电阻串接结构中干簧管以5mm间距均布，其沉降测量精度为5mm；沉降信号接受读数仪为专用读数仪表，输出电压0～5V。

2. 根据权利要求1所述的测量深厚软土或覆盖层分层沉降的设备，其特征在于，在所述锚固头上设有钢丝孔，该钢丝孔上穿有一根钢丝，钢丝长度比孔深多3米，钢丝外头固定。

3. 根据权利要求1所述的测量深厚软土或覆盖层分层沉降的设备，其特征在于，所述导杆每隔1m套一个对中橡胶环。

4. 根据权利要求1所述的测量深厚软土或覆盖层分层沉降的设备，其特征在于，所述不锈钢导杆2m/根，普通导杆1m/根；所述不锈钢导杆和普通导杆用导杆密封连接头连接；导杆密封连接头和导杆之间有密封圈。

5. 根据权利要求1所述的测量深厚软土或覆盖层分层沉降的设备，其特征在于，在所述干簧管-电阻传感元件的两端有固定器固定密封安装干簧管-电阻传感元件，使干簧管-电阻传感元件不能移动。

6. 根据权利要求1所述的测量深厚软土或覆盖层分层沉降的设备，其特征在于，所述沉降观测管的外管管口采用沉降管保护盖保护；

在沉降观测管外套装有磁环的位置，是在测量分层沉降的沉降观测管外部顶端1/3处。

7. 根据权利要求1所述的测量深厚软土或覆盖层分层沉降的设备，其特征在于，所述的导杆最顶端有导杆密封盖和出线器，所述干簧管-电阻传感元件的数据线在导杆顶部的出线器前汇集成一根数据电缆通过出线器引出与外部电信号接收读数仪连接。

8. 根据权利要求1所述的测量深厚软土或覆盖层分层沉降的设备，其特征在于，步骤如下，

1）在需要进行深厚软土或覆盖层分层沉降变形量测的位置钻孔；深厚软土钻孔的深度达软土下部不受上部荷载影响的非压缩土层下3米，坝基覆盖层钻孔的深度要比基岩深3米，使锚固头很好锚固到软土地基的非压缩土层和坝基覆盖层下部基岩内部，并在进行安装之前要将钻孔清洗干净；

2）在导杆外部安装沉降观测管，导杆每隔1m套一导杆对中橡胶环使导杆始终位于沉降观测管中部，沉降观测管和锚固头有一段紧密连接，在要测量分层沉降的地方安装不锈钢导杆，并在离测量分层沉降的沉降观测管外部顶端1/3处安装磁环，把安装好的导杆和观测沉降管放入已钻好的孔内；

3）在导杆管口距离孔口50cm时，在孔外将导杆采用临时夹具固定好，使导杆不能在孔中自由上下移动；

4）安装导杆密封连接头；

5）再把下一节导杆安装固定到密封连接头接头上，拧紧；

6）拉紧钢丝，松开夹具，安装下一节沉降观测管，沉降观测管比安装好的导杆短50cm；

7）松开钢丝，慢慢的把导杆和沉降观测管放入孔内；

8）重复步骤2）-步骤7），直至导杆和沉降观测管达到预定埋设位置；

9）导杆安装埋设完成后顶端采用导杆密封盖密封，测量数据电缆从出线器引出；

10）安装沉降观测管保护盖，在沉降观测管和孔壁之间回填密实，使磁环和土体紧密结合，磁环牢牢的嵌入土体内。

9. 根据权利要求8所述的测量深厚软土或覆盖层分层沉降的设备的设置方法，其特征在于，在步骤2）的前面增加有步骤2）-1：在导杆底部安装锚固头，锚固头和普通导杆是采用密封连接，在锚固头钢丝孔上穿一根钢丝，钢丝的长度比孔深多3米，钢丝外头固定在一牢靠的东西上。