CN112343026B - 一种堆载预压法加固公路软土地基沉降监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种堆载预压法加固公路软土地基沉降监测装置及其使用方法，具体包括混凝土底座、钢制底座、导向杆、法兰、拉片和变形读取装置，混凝土底座为圆柱形结构，与钢制底座通过螺栓连接，钢制底座法兰盘与导向杆连接。导向杆由Q235钢材制成，分为四节，导向杆之间通过法兰盘连接。法兰盘分为做法兰盘和右法兰盘，通过螺栓连接。拉片由Q235钢材制成，与软土层共同沉降。变形读取装置由激光测距仪、导向片、滑轨、滑片、弹簧、滑轮、底板、顶板、横梁片、紧线螺栓组成。

Description

一种堆载预压法加固公路软土地基沉降监测装置及方法

技术领域

本发明涉及软土层变形监测领域，具体涉及一种软土层变形监测装置及其使用方法。

背景技术

我国分布着大量的近代沉积软土地层，这种软土地层含水量高、强度低、压缩性大。当在该种地层上修建建筑物时，需采用堆载法对该地层进行预压，以增加该种地层的强度。堆载预压法主要是在软土地层上堆填重物，以达到软土地基快速加固的目的。但是，发明人发现堆载预压法处治软土地基中，软土地基的沉降作为主要的观测指标，目前仅能通过全站仪、水准仪等设备监测软土地基表面沉降，而软土层内部沉降目前还未有设备能进行监测，仅能通过表面沉降进行估计，易造成内部沉降的误判。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种堆载预压法加固公路软土地基沉降监测装置及其使用方法，本发明可用于监测土质结构物的沉降变形。

本发明的第一发明目的是提出一种堆载预压法加固公路软土地基沉降监测装置，可用于监测土质结构物的沉降变形。

本发明的第二发明目的是基于堆载预压法加固公路软土地基沉降监测装置提出一种监测方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提出了一种堆载预压法加固公路软土地基沉降监测装置，包括混凝土底座、钢制底座、导向杆、拉片、变形读取装置，其中：

所述的混凝土底座与钢制底座相连，所述的钢制底座与导向杆相连，所述的导向杆包括多节，每节导向杆的轴线方向上设有滑槽，在每节导向杆上对应的设置一个拉片，拉片可沿着对应导向杆上滑槽上下移动；一个拉片通过钢丝绳与一个变形读取装置相连；每个所述变形读取装置由激光测距仪、导向片、滑轨、滑片、弹簧、滑轮、横梁片、紧线螺栓组成；所述导向片上设置滑轨，用于保障滑片的竖向移动；所述滑片与钢丝绳刚性连接，所述滑片与横梁片之间设置弹簧；所述横梁片中间开有圆孔，用于保障钢丝绳通过。所述激光测距仪是用于测试滑片的位移，与底板刚性连接。

第二方面，本发明基于上述变形监测装置，还提出了一种使用方法，包括以下步骤：

(1)在地基中开挖出混凝土底座两倍大小的土坑，将土坑底部整平，将混凝土底座放于土坑中，将土坑用土填平；

(2)将混凝土底座与钢制底座连接，将第一节导向杆与钢制底座连接；

(3)将钢丝绳穿过拉片上的穿线孔，拉片底部采用档杆将拉片与钢丝绳固定；

(4)将拉片放置于第一节导向杆，钢丝绳的另一端从第一节导向杆顶部穿出；

(5)将钢丝绳穿过第二节导向杆，将第二节导向杆与第一节导向杆连接；

(6)将第一节钢丝绳穿过第二节拉片上对应位置的过线孔，将第二节钢丝绳穿过第二节拉片上的穿线孔，底部采用档杆将第二节拉片与第二节钢丝绳固定；

(7)重复操作(4)-(6)安装其余的导向杆；

(8)将多节钢丝绳上的挂钩与对应方位上的滑片连接的钢丝绳上的挂钩连接，将钢丝绳和挂钩塞入导向杆中；

(9)将变形读取装置与导向杆连接，转动滑片上的螺栓，调整钢丝绳的长度，使每个拉片处于对应监测点高度；

(10)将软土层回填，读取激光测距仪初始读数，将堆载土层填筑于软土层之上，根据施工需要按照堆载时间读取激光测距仪读数，即可获得软土层沉降。

本发明的测量原理是：

将拉片埋置于土层中，土层变形时带动拉片移动。拉片发生移动时将土层竖直方向的变形通过滑轮和钢丝转化为滑片上的竖直方向的变形。进一步通过激光测距仪实时监测滑片的变形，已达到监测土层变形的目的。

多拉片联动工作主要是利用拉片上面设置的过线孔，位于下方的拉片上连接的钢丝穿过上方拉片的过线孔，与相应的滑片连接，保证各拉片之间不会相互影响。

本发明的有益效果为：

1.本发明提出了一种堆载预压法加固公路软土地基沉降监测装置，可用于软土地基采用堆载预压法加固时监测内部沉降，以判断软土地基的加固效果。

2.本发明可通过增加导向杆，用于监测不同厚度的软土地基。

3.本发明本身由钢材加工而成，不会对地基整体强度产生负面影响，反而会因为复合地基作用增加路基的承载力。

4.本发明在堆载预压法施工后，通过简单数据读取即可获知地基沉降情况。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为堆载预压法加固公路软土地基沉降监测装置整体图；

图2为混凝土底座和钢制底座；

图3为第一节至第三节导向杆和法兰盘；

图4为第四节导向杆和法兰盘；

图5为法兰盘；

图6为拉片与钢丝绳；

图7为位移读取装置；

图中：1.混凝土底座，2.钢制底座，3.导向杆，4.法兰盘，5.拉片，6.变形读取装置，7.软土地层，8.持力层，9.第一节导向杆，10.十字形滑槽，11.十字形挡板，12.圆形挡板，13.第四节导向杆，14.左法兰盘，15.右法兰盘，16.螺栓，17.钢丝绳，18.穿线孔，19.过线孔，20.过杆孔，21.挂钩，22.激光测距仪，23.导向片，24.滑轨，25.滑片，26.弹簧，27.滑轮，28.底板，29.顶板，30紧线螺栓，31.横梁片。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语解释部分:本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种堆载预压法加固公路软土地基沉降监测装置及方法。

本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，一种堆载预压法加固公路软土地基沉降监测装置，主要包括混凝土底座1、钢制底座2、导向杆3、法兰4、拉片5和变形读取装置6；混凝土底座1与钢制底座2采用螺栓连接，用于保障装置的整体稳定性。混凝土底座1埋设于持力层8中。钢制底座2与第一节导向杆9的底部采用法兰盘4连接，第一节导向杆9的顶部与下一节导向杆的底部也采用法兰盘相连，按照此方法，多节导向杆3依次采用相应的法兰盘相连。当路基高度过高时，可采用增加导向杆3的方式增加变形监测装置的高度以达到变形监测的目的。导向杆3和第一节导向杆9由Q235钢材制成，导向杆上从下到上划有刻度，用于确定拉片的位置。

在本实施例中，总共设置四节导向杆，从下向上，在第一节导向杆至第三节导向杆的上部均开有十字形滑槽10，用于保障拉片5仅在竖直方向移动，每节导向杆的十字形滑槽10顶部设置稍大于导向杆的十字形挡板11，第一节导向杆9下部设置稍大于导向杆的圆形挡板12；在第四节导向杆13下部开有十字形滑槽10，用于保障拉片5仅在竖直方向移动。

如图5所示，法兰盘4分为左法兰盘15和右法兰盘14，左法兰盘15和右法兰盘14通过螺栓16连接。其中左法兰盘15为半圆柱状，在其上设有螺栓孔，右法兰盘14为半圆柱盘加挡块构成，以保证法兰盘的禁锢力。

如图6所示，拉片5上设有四个滑槽20，所述的滑槽20为圆弧形，滑槽20与导向杆的四块侧壁配合，使得其可以沿着导向杆侧壁上下滑动；

进一步的，在拉片5上设有1个穿线孔18和三个过线孔19，其中穿线孔18用于固定与本拉片连接的钢丝绳17，过线孔19用于穿过与其他拉片连接的钢丝绳17。拉片整体由Q235钢浇筑而成。需要说明的是，过线孔19的个数由其他拉片的个数决定，即过线孔19的个数等于其他拉片的数量。

如图7所示，变形读取装置6包括一个顶板29、一个底板28和四个变形读取机构，在底板29和底板28之间设置四个结构相同的变形读取机构，四个变形读取机构分别位于顶板和底板的前、后、左、右四个位置，一个变形读取机构对应一个拉片5，四个变形读取机构对应四个拉片5，需要说明的是，变形读取机构的数量根据拉片5的数量进行设置。

每个变形读取机构由激光测距仪22、导向片23、滑轨24、滑片25、弹簧26、滑轮27、紧线螺栓30、横梁片31组成。

其中导向片23顶部设置横梁片21，导向片23内壁竖直的设有滑轨24，滑片25；两端设置在滑轨24上，在外力作用下，可沿着所述的滑轨24上下移动，滑轨24用于保障滑片25的竖向移动；

滑片25与和其对应的钢丝绳17的另一端刚性连接，钢丝绳17从导向杆3顶端穿出，绕过滑轮27连接到滑片25上，整个装置将拉片5的竖向位移转化为滑片25的竖向位移。滑片25与横梁片31之间设置弹簧26，防止装置安装过程中拉片5在重力作用下从导向杆3中掉出。拉片5的重量稍大于滑片25重量。滑片25上设置紧线螺栓30，用于调整钢丝绳17的长度，进一步调整拉片5的位置。

激光测距仪22与底板28刚性连接，安装于滑片25的正下方。

顶板29位于位移读取装置6的顶端，防止阳光直射，进一步防止阳光对激光测距仪的影响。

具体的使用方法：

(1)在地基中开挖出混凝土底座两倍大小的土坑，将土坑底部整平，将混凝土底座放于土坑中，将土坑用土填平。

(2)将混凝土底座与钢制底座采用螺栓连接，将第一节导向杆与钢制底座用法兰盘连接。

(3)将钢丝绳穿过拉片上的拉孔，底部采用档杆将拉片与钢丝绳固定。

(4)将拉片穿过导向杆，放置于第一节导向杆，钢丝绳从第一节导向杆顶部穿出。

(5)将钢丝绳穿过第二节导向杆，将第二节导向杆与第一节导向杆通过法兰盘连接。

(6)将第一节钢丝绳穿过第二节拉片上对应位置的过孔，将第二节钢丝绳穿过第二节拉片上的拉孔，底部采用档杆将第二节拉片与第二节钢丝绳固定。

(7)重复操作(4)-(6)安装第三节导向杆和第四节导向杆。

(8)将第一节、第二节、第三节和第四节钢丝绳上的挂钩与对应方位上的滑片连接的钢丝绳上的挂钩连接，将钢丝绳和挂钩塞入导向杆中。

(9)将变形读取装置上的第五节导向杆与第四节导向杆采用法兰盘连接，转动滑片上的螺栓，调整钢丝绳的长度，使四个拉片处于相应的监测点高度。

(10)将软土层回填，读取激光测距仪初始读数，将堆载土层填筑于软土层之上，根据施工需要按照堆载时间读取激光测距仪读数，即可获得软土层沉降。

具体实施例1：堆载预压法加固公路软土地基沉降监测

(1)在地基中开挖出混凝土底座两倍大小的土坑，土坑底部深度要深于软土地层深度，将土坑底部整平，将混凝土底座放于土坑中，将土坑用土填平。

(2)按照本发明使用方法安装本设备，将软土地层回填于土坑。

(3)按照堆填时间读取激光测距仪读数，即可获取公路软土地基沉降。

具体实施例2：运行期高速公路路基变形监测

运行期高速公路的路基变形是反应公路运行状态的主要指标之一，采用该设备可以监测高速公路路基不同深度的变形，以进一步评价高速公路运行状态。主要通过以下几步：

(1)在高速公路建设初期将该设备的混凝土基础安装于公路中间部位的隔离带的地基上，并在高速公路路基建设过程中组装该设备的导向杆、拉片和钢丝绳。

(2)高速公路建成后将变形读取装置安装于导向杆上。

(3)读取变形读取装置上激光测距仪的初始读数。

(4)在高速公路运行过程中，根据公路养护需求，定期读取激光测距仪上的读数，即可获取高速公路路基的沉降变形。

具体实施例3：河道冲填土固结沉降监测

河道疏浚主要采取的措施时采用机械将河道中的冲填土抽取到河堤背侧。冲填土在自重作用下发生固结沉降，强度逐渐增加，以起到加固河堤的目的，但是冲填土内部变形现在无法监测，其内部固结程度也无法估计，采用本发明设备可对冲填土内部沉降进行监测，主要步骤如下：

(1)在冲填土堆填地基上挖出混凝土底座两倍大小的土坑，将土坑底部整平，将混凝土底座放于土坑中，将土坑用土填平。

(2)按照本设备使用方法对设备进行组装。

(3)组装完本设备后，读取设备初始读数。

(4)将河道中的冲填土抽取到堆填地基上，冲填土固结沉降过程中带动设备的拉片进行移动。

(5)根据固结时间读取设备读数，即可获取冲填土不同深度位置的沉降变形，进一步通过固结理论可以判断相应深度冲填土的固结程度。

Claims (5)

1.一种堆载预压法加固公路软土地基沉降监测装置，其特征是：包括混凝土底座、钢制底座、导向杆、拉片和变形读取装置，其中：

所述的混凝土底座与钢制底座相连，所述的钢制底座与导向杆相连，所述的导向杆包括多节，多节导向杆依次采用相应的法兰盘相连，法兰盘分为左法兰盘和右法兰盘，左法兰盘和右法兰盘通过螺栓连接，每节导向杆上设有十字形滑槽,导向杆上从下到上划有刻度，在每节导向杆上对应的设置一个拉片，拉片可沿着对应导向杆上十字形滑槽上下移动；一个拉片通过钢丝绳与一个变形读取装置相连，所述拉片上设有四个过杆孔、穿线孔和过线孔，所述过杆孔为圆弧形，所述穿线孔和过线孔为圆孔，所述过杆孔与导向杆的四块侧壁配合，拉片沿着导向杆可上下滑动，每个变形读取装置包括滑片、滑轨和激光测距仪，滑片与滑轨配合，滑片与对应的钢丝绳相连，激光测距仪设置在滑片的正下方，用于测量滑片的高度，滑片上设置紧线螺栓，进一步调整拉片的位置；

所述钢丝绳绕过滑轮将软土层的竖向沉降变形转化为拉片的竖向变形，在所述的滑轨顶部设有横梁片，横梁片与滑片之间连接有弹簧，在滑片的底部设有紧线螺栓，所述紧线螺栓通过旋紧或旋松来控制钢丝长度。

2.如权利要求1所述的堆载预压法加固公路软土地基沉降监测装置，其特征是：所述拉片由Q235钢材制成，与软土层共同沉降。

3.如权利要求1所述的一种堆载预压法加固公路软土地基沉降监测装置，其特征是：多个变形读取装置通过顶板和底部连接在一起。

4.如权利要求1所述的一种堆载预压法加固公路软土地基沉降监测装置，其特征是：多个变形读取装置位于导向杆的顶部。

5.如权利要求1-4任一所述的堆载预压法加固公路软土地基沉降监测装置的使用方法，其特征在于：

（1）在地基中开挖出混凝土底座两倍大小的土坑，将土坑底部整平，将混凝土底座放于土坑中，将土坑用土填平；

（2）将混凝土底座与钢制底座连接，将第一节导向杆与钢制底座连接；

（3）将钢丝绳穿过拉片上的穿线孔，拉片底部采用档杆将拉片与钢丝绳固定；

（4）将拉片放置于第一节导向杆，钢丝绳的另一端从第一节导向杆顶部穿出；

（5）将钢丝绳穿过第二节导向杆，将第二节导向杆与第一节导向杆连接；

（6）将第一节钢丝绳穿过第二节拉片上对应位置的过线孔，将第二节钢丝绳穿过第二节拉片上的穿线孔，底部采用档杆将第二节拉片与第二节钢丝绳固定；

（7）重复操作（4）-（6）安装其余的导向杆；

（8）将多节钢丝绳上的挂钩与对应方位上的滑片连接的钢丝绳上的挂钩连接，将钢丝绳和挂钩塞入导向杆中；

（9）将变形读取装置与导向杆连接，转动滑片上的螺栓，调整钢丝绳的长度，使所有拉片处于监测点高度；

（10）将软土层回填，读取激光测距仪初始读数，将堆载土层填筑于软土层之上，根据施工需要按照堆载时间读取激光测距仪读数，即可获得软土层沉降。

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