CN106592563B - 一种监测地基沉降的装置及其测量方法 - Google Patents

一种监测地基沉降的装置及其测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种监测地基沉降的装置及其测量方法，包括沉降杆、第一超声波发射器、第二超声波发射器、超声波接收器、沉降读数仪、基准桩；将沉降杆置于地基上的观测点处，在沉降杆上同一竖直方向安置两个超声波发射器，超声波接收器安置在基准桩上，超声波接收器接收到两个超声波发射器的信号后传输至沉降读数仪，由沉降读数仪内置的计算芯片获取两个超声波发射器与超声波接收器的相应距离以及两个超声波发射器相对于超声波接收器的竖直方向的距离，通过记录不同时刻的竖向距离变化即可知该时刻地基表层的沉降量。采用超声波测距技术，数据采集读取方便易得，精准可靠，可对地基沉降实现实时在线连续监测，提高了工作效率。

Description

一种监测地基沉降的装置及其测量方法
技术领域
本发明涉及地基监测技术，具体涉及一种监测地基沉降的装置及其测量方法。
背景技术
在进行建筑物、公路、铁路等设施的修建过程中，需要对地基进行加固处理，以使其地基承载力达到工程标准。在此过程中对地基沉降量的实时监测至关重要。例如如果工程建在软土地基上，则要进行预压加固来消除地基沉降，加固过程中也必须进行沉降观测，以便及时分析地基的加固程度，确定是否达到设计要求再进行卸载。目前，监测地基沉降常用的方法为：在地基表层设置沉降板，通过三角架架设水准仪，人工扶尺来测量测得沉降板的高程，沉降板的高程变化就反映了地基的沉降量。该方法存在局限性：(1)需要人工扶尺，且人工扶尺不能保证标尺竖向垂直，容易造成误差；(2)人工读数易造成读数失误，观测精度差；(3)每次使用水准仪进行测量时，需要调整，耗时耗力，而且不能实时监测沉降。
中国专利(专利申请号201610273638.1)公开了“大面积超软弱地基沉降监测装置及监测方法”，其结构包括基准桩、沉降盘、水准尺，沉降盘放置于待测地基表层，水准尺固定于沉降盘上，该装置通过架设在基准桩上的观测仪器，测取水准尺的刻度变化，获得地基表层的沉降量。该方法避免了传统使用水准仪观测地基沉降时的架设三脚架和人工扶尺转站测量的缺点，但是该方法在使用时仍存在以下不足：(1)使用水准仪观测水准尺的刻度时，若水准尺倾斜，会造成读数误差；(2)此方法仍需人工记录并计算数据，不能实时读取地基沉降。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种监测地基沉降的装置及其测量方法，装置原理简单、数据采集读取方便、省时省力，不需要进行水准测量，避免了人工读数，精度较高，而且能实时监测地基沉降，可适用于多种工程领域。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种监测地基沉降的装置，其特征在于：包括沉降杆、第一超声波发射器、第二超声波发射器、超声波接收器、沉降读数仪、基准桩；
所述沉降杆竖直设置于待测地基表层的观测点处；所述第一超声波发射器和第二超声波发射器设置在沉降杆上且面向基准桩，第一超声波发射器和第二超声波发射器位于沉降杆的同一侧且相隔一定的距离；所述基准桩竖直设置且底部埋设于稳固土层中，所述沉降读数仪固定在基准桩上；所述超声波接收器与沉降读数仪相连。
作为优选方案，所述的监测地基沉降的装置，其特征在于：还包括支座，所述支座连接设置在基准桩顶端，沉降读数仪固定于支座形成的平台上，并用螺栓固定。
作为优选方案，所述第一超声波发射器和第二超声波发射器为压电式超声波发射器，规格分别为60KHz和40KHz。
作为优选方案，所述第一超声波发射器和第二超声波发射器相距50mm，两者的连线平行于沉降杆。
作为优选方案，所述沉降读数仪包括超声波信号输出端口和计算芯片，沉降读数仪通过超声波信号输出端口与超声波接收器连接。更优选，所述沉降读数仪为便携式读数仪。能够通过超声波信号输出端口，由计算芯片直接显示出各时刻地基表层的沉降量。
基准桩埋设于稳固土层中，可根据地质条件选择混凝土桩或钢管桩。基准桩标高应高于地基表层1000-1500mm。
本发明还提供上述的监测地基沉降的装置的测量方法，首先测得初始时刻t＝T0的竖直距离H0，经过一段时间地基沉降时，在沉降读数仪上读出t＝Ti时刻的竖直距离Hi，在这段时间内的垂直距离差即为地基沉降量ΔH＝Hi-H0。具体包括如下步骤：
(1)选取基准点，将基准桩打入预设稳固土层中，将支座固定在基准桩顶端；
(2)选取观测点，将沉降杆埋置于观测点处的地基表层中，并将第一超声波发射器与第二超声波发射器固定于沉降杆上，面向基准桩；
(3)将超声波接收器与沉降读数仪中的超声波信号输出端口连接，并将沉降读数仪固定于支座上，面向沉降杆；
(4)第一超声波发射器与第二超声波发射器之间的距离为L，在初始时刻t＝T0时，超声波接收器接收第一超声波发射器的声波后通过超声波信号输出端口传入沉降读数仪，可获得两者之间的初始斜距SA0；超声波接收器接收第二超声波发射器的声波后通过超声波信号输出端口将数据传入沉降读数仪，可获得两者之间的初始斜距SB0；利用三角形余弦定理可求得边长L与斜边SA0夹角的余弦进而可求得第一超声波发射器到超声波接收器之间的初始竖直距离
(5)经过一段时间后，即t＝Ti，地基发生沉降，此时重复步骤(4)的测量得出该时刻Ti第一超声波发射器与超声波接收器之间的竖直距离 其中，SAi表示在t＝Ti时刻第一超声波发射器到超声波接收器之间的斜距，SBi表示在t＝Ti时刻第二超声波发射器到超声波接收器之间的斜距，cosθi表示边长L与斜边SAi夹角的余弦；
(6)最后通过沉降读数仪上计算芯片直接显示这段时间的总沉降量
有益效果：本发明提供的基于超声波监测地基沉降的装置及其测量方法，基于超声波技术，避免了水准测量技术的复杂性，具有以下优点：1.超声波测距技术成熟，测量精度高，得出结果精确可靠；2.本装置能够实时监测地基沉降。测量装置结构简单，易于操作，避免了间接测量带来的误差和繁琐，可用于大范围推广。
附图说明
图1是本发明装置结构示意图；
图2为本发明沉降读数仪结构示意图；
图3为本发明监测地基沉降过程示意图；
图中：沉降杆1、第一超声波发射器2、第二超声波发射器3、超声波接收器4、沉降读数仪5、支座6、基准桩7；超声波信号输出端口51、计算芯片52。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，一种基于超声波监测地基沉降的装置，包括沉降杆1、第一超声波发射器2、第二超声波发射器3、超声波接收器4、沉降读数仪5、支座6、基准桩7；
如图2所示，沉降读数仪5包括超声波信号输出端口51和计算芯片52。沉降读数仪5放置于支座6上，并用螺栓固定。沉降读数仪5为便携式读数仪。
将基准桩7埋设于稳固土层中，其标高高于地基表层1000-1500mm，使支座6与基准桩7顶部稳固连接。把沉降杆1放置于待测地基表层的观测点处，沉降杆1的标高应高于基准桩7的标高400mm左右。第一超声波发射器2与第二超声波发射器3为压电式超声波发射器(规格分别为60KHz和40KHz)，设置在沉降杆1上，并面向基准桩7上的超声波接收器。第一超声波发射器2和第二超声波发射器3相距50mm(L＝50mm)，两者的连线平行于沉降杆1，且垂直于地面。超声波接收器与沉降读数仪5中的超声波信号输出端口相连。沉降读数仪5固定于支座6形成的平台上。
如图3所示，第一超声波发射器2与第二超声波发射器3之间的距离为L，在初始时刻t＝T0时，超声波接收器4接收第一超声波发射器2的声波后通过超声波信号输出端口51传入沉降读数仪5，可获得两者之间的初始斜距SA0；超声波接收器4接收第二超声波发射器3的声波后通过超声波信号输出端口51将数据传入沉降读数仪5，可获得两者之间的初始斜距SB0；利用三角形余弦定理可求得边长L与斜边SA0夹角的余弦进而可求得第一超声波发射器2到超声波接收器4之间的初始竖直距离 经过一段时间后，即t＝Ti，地基发生沉降，此时测量得出该时刻Ti第一超声波发射器与超声波接收器之间的竖直距离Hi 其中，SAi表示在t＝Ti时刻第一超声波发射器到超声波接收器之间的斜距，SBi表示在t＝Ti时刻第二超声波发射器到超声波接收器之间的斜距，cosθi表示边长L与斜边SAi夹角的余弦；最后通过沉降读数仪5上计算芯片52直接显示这段时间的总沉降量
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种监测地基沉降的装置，其特征在于：包括沉降杆、第一超声波发射器、第二超声波发射器、超声波接收器、沉降读数仪、基准桩；
所述沉降杆竖直设置于待测地基表层的观测点处；所述第一超声波发射器和第二超声波发射器设置在沉降杆上且面向基准桩，第一超声波发射器和第二超声波发射器位于沉降杆的同一侧且相隔一定的距离；所述基准桩竖直设置且底部埋设于稳固土层中，所述沉降读数仪固定在基准桩上；所述超声波接收器与沉降读数仪相连。
2.根据权利要求1所述的监测地基沉降的装置，其特征在于：还包括支座，所述支座连接设置在基准桩顶端，沉降读数仪固定于支座形成的平台上。
3.根据权利要求1所述的监测地基沉降的装置，其特征在于：所述第一超声波发射器和第二超声波发射器为压电式超声波发射器，规格分别为60KHz和40KHz。
4.根据权利要求1所述的监测地基沉降的装置，其特征在于：所述第一超声波发射器和第二超声波发射器相距50mm，两者的连线平行于沉降杆。
5.根据权利要求1所述的监测地基沉降的装置，其特征在于：所述沉降读数仪包括超声波信号输出端口和计算芯片，沉降读数仪通过超声波信号输出端口与超声波接收器连接。
6.根据权利要求1所述的监测地基沉降的装置，其特征在于：所述沉降读数仪为便携式读数仪。
7.根据权利要求1所述的监测地基沉降的装置，其特征在于：所述基准桩为混凝土桩或钢管桩。
8.根据权利要求1-7任一项所述的监测地基沉降的装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)选取基准点，将基准桩打入预设稳固土层中，将支座固定在基准桩顶端；
(2)选取观测点，将沉降杆埋置于观测点处的地基表层中，并将第一超声波发射器与第二超声波发射器固定于沉降杆上，面向基准桩；
(3)将超声波接收器与沉降读数仪中的超声波信号输出端口连接，并将沉降读数仪固定于支座上，面向沉降杆；
(4)第一超声波发射器与第二超声波发射器之间的距离为L，在初始时刻t＝T0时，超声波接收器接收第一超声波发射器的声波后通过超声波信号输出端口传入沉降读数仪，可获得两者之间的初始斜距SA0；超声波接收器接收第二超声波发射器的声波后通过超声波信号输出端口将数据传入沉降读数仪，可获得两者之间的初始斜距SB0；利用三角形余弦定理可求得边长L与斜边SA0夹角的余弦进而可求得第一超声波发射器到超声波接收器之间的初始竖直距离
(5)经过一段时间后，即t＝Ti，地基发生沉降，此时重复步骤(4)的测量得出该时刻Ti第一超声波发射器与超声波接收器之间的竖直距离 其中，SAi表示在t＝Ti时刻第一超声波发射器到超声波接收器之间的斜距，SBi表示在t＝Ti时刻第二超声波发射器到超声波接收器之间的斜距，cosθi表示边长L与斜边SAi夹角的余弦；
(6)最后通过沉降读数仪上计算芯片直接显示这段时间的总沉降量
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