CN113532388A - 深厚淤泥地层中u型成槽监测装置 - Google Patents

深厚淤泥地层中u型成槽监测装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种深厚淤泥地层中U型成槽监测装置，包括倾斜监测装置和强度监测装置，倾斜监测装置用于测量U型成槽的倾斜角度，强度监测装置用于监测U型成槽外土体的强度。通过成槽的倾斜带动U形管(内部装置)的倾斜，致使U形管内左右管口出水量不等，通过两端管口的倾斜水收集装置收集的一端的出水量，再通过计算得出成槽的具体倾斜角度，克服了对深厚淤泥土层的成槽测斜难题。另外电磁弹射应变仪头部的应变片接触土体，通过应变片测量的数据实现对成槽强度的监测。本发明装置具有简便、易操作的优点，同时成本低、效率高、性能可靠。

Description

深厚淤泥地层中U型成槽监测装置
技术领域
本申请属于城市地铁车站深基坑施工领域，涉及一种成槽监测装置，具体涉及一种用于深厚淤泥土层的U型成槽监测装置。
背景技术
随着城市用地愈趋紧张，为了充分利用地下空间，提高地下空间的利用率，缓解城市用地紧张的现状，城市中心区深基坑开挖项目越来越多，地下连续墙支护方式在基坑支护中的应用也越来越广泛，对成槽的倾斜和强度监测工作也应运而生。以往的成槽倾斜监测方法主要是将超声波探测仪缓缓深入成槽底部，通过读取超声波探测仪数据得知成槽发生的倾斜变化。但是这种方法功效低，无法做到随时测量，测量的数据也仅限于成槽的倾斜，测量过程容错率低，一旦失误就要重新开始测量，且难以实现对深厚淤泥地层成槽倾斜的监测。
深厚淤泥地层具有孔隙比大、天然含水量高、压缩性高、渗透性低且强度低等特性，严重限制了道路、桥梁、房屋等基础设施的建设，深厚淤泥土层中成槽的倾斜与强度监测显得尤为重要。
发明内容
本申请的目的是，为了克服上述现有技术的不足，提供一种用于深厚淤泥土层的成槽监测装置，并具可实时监测，功效高，检测内容多元化的特点。
为了实现上述目标，本申请提供了如下技术方案：
一种深厚淤泥地层中U型成槽监测装置，包括倾斜监测装置7和强度监测装置，倾斜监测装置7用于测量U型成槽的倾斜角度，强度监测装置用于监测U型成槽外土体的强度。
所述倾斜监测装置7包括倾斜水收集装置71、U型管排水口72、U型管73、液体74；所述U型管73中装满液体74；所述两个倾斜水收集装置71分别安装在两个U型管排水口72的下侧，用于收集U型管73排出的液体。所述两个U型管排水口72分别设置在U型管73管口的上部，开口朝向成槽内侧；所述倾斜水收集装置71包括玻璃刻度管711、活塞712、刻度管底部固定器713、容量瓶714。所述玻璃刻度管711为带有刻度的细长玻璃管，下部与刻度管底部固定器713连接；所述刻度管底部固定器713与容量瓶714底部连接；所述容量瓶714为承装U型管73排出的液体74的容器；所述活塞712为轻质材质，呈“工”字型，密度小于液体74的密度，内部呈空心，可使玻璃刻度管711穿过。
通过活塞712顶部与玻璃刻度管711上刻度线重合处可读取倾斜水收集装置71收集的液体74的体积。通过计算，得到U型管73中液体74下降的高度h，设定U型管排水口72与成槽中心点的距离为S，则h/S的值即为倾斜角的正切值，从而得到倾斜角。
所述强度监测装置包括信号传输线1、控制箱2、电磁弹射应变仪4；控制箱2与电磁弹射应变仪4通过信号传输线1连接，控制箱2为电磁弹射应变仪4提供电源。
所述控制箱2包括导线21、信号装置22、电源23、电流控制器24。所述信号装置22与电源23通过导线21连接，并与信号传输线1连接，用于存储电磁弹射应变仪4监测数据；所述电流控制器24与电源23连接，用于控制电源23输出电流方向。
所述电磁弹射应变仪4安装在地连墙混凝土中，包括应变片41、传导线42、小滚轮43、磁铁44、电磁铁45、连接杆46。所述应变片41成板状结构，固接在连接杆46的外侧，与土体面接触；所述连接杆46为中空管，传导线42一端与应变片41连接，另一端穿过连接杆46、磁铁44、电磁铁45后与信号传输线1连接；所述磁铁44一侧与连接杆46尾部固接；电磁铁45设置在磁铁44的另一侧，且两构件间设置一定间距。
在连接杆46中部设置有上下两组小滚轮43，用于连接杆46横向移动。所述小滚轮43包括粘结部431、轴承部件432、滚轮433；所述粘结部431通过支架安装在滚轮433上方，用于与外部混凝土粘结。所述轴承部件432安装在滚轮433中间，滚轮433围绕轴承部件432转动。
通过电流控制器24控制电源23输出电流方向，改变电磁铁45的磁场方向，因磁场作用力，使得磁铁44远离电磁铁45，进而连接杆46横向移动，使得应变片41紧贴土层，测量土层的形变，进而得到土层剪切强度。
引入电磁弹射应变仪外部清理***8用于清洗电磁弹射应变仪4；
所述电磁弹射应变仪外部清理***，包括混凝土外壳(外部装置)5、进水管A 81、出水管A 82、进水管B 83、排水管89、外部水槽88、进水管C、出水管C 87、水箱86、潜水泵85、出水管B 84。所述潜水泵85放置于水箱86底部。
每个电磁弹射应变仪4外侧布设一组进水管和排水管，通过进水管输入清水，清水清洗电磁弹射应变仪4中应变片41前面的淤泥，之后通过排水管排至水箱86，之后再通过潜水泵85抽取水箱86中的泥浆混合液排至外部水槽88，达到清洗电磁弹射应变仪的目的。
本申请与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
1.本申请装置具有快速精准测量成槽倾斜的优点。本申请装置通过成槽的倾斜带动U形管(内部装置)的倾斜，致使U形管内左右管口出水量不等，通过两端管口的倾斜水收集装置收集的一端的出水量，再通过计算得出成槽的具体倾斜角度，克服了对深厚淤泥土层的成槽测斜难题。
2.本申请装置具有兼备监测成槽强度的优点。本申请通过改变电流方向改变电磁铁的正负极，使得电磁弹射应变仪接触土体，致使电磁弹射应变仪头部的应变片接触土体，通过应变片测量的数据实现对成槽强度的监测。
3.本申请装置具有简便、易操作的优点，同时成本低、效率高、性能可靠。
附图说明
图1为U型成槽监测装置的结构示意图。
图2为控制箱示意图。
图3为电磁弹射式应变监测装置主视图；
图4为小滚轮示意图；
图5为倾斜水收集装置示意图；
图6为装置倾斜图。
数字标记注解：
信号传输线1、控制箱2、导线21、信号装置22、电源23、电流控制器24、混凝土外壳3；
电磁弹射应变仪4、应变片41、传导线42、小滚轮43、粘结部431、轴承部件432、滚轮433、磁铁44、电磁铁45、连接杆46；
土层5、成槽6；
倾斜监测装置7、倾斜水收集装置71、U型管排水口72、U型管73、液体74；
电磁弹射应变仪外部清理***8、进水管A 81、出水管A 82、进水管B 83、出水管B84、潜水泵85、水箱86、出水管C 87、外部水槽88、排水管89；
成槽中心点9。
具体实施方式
以下结合附图所示对本申请作进一步的说明。
如图1所示，所述一种深厚淤泥地层中U型成槽监测装置，包括倾斜监测装置7和强度监测装置。
所述倾斜监测装置7包括倾斜水收集装置71、U型管排水口72、U型管73、液体74；所述U型管73中装满液体74；所述两个倾斜水收集装置71分别安装在两个U型管排水口72的下侧，用于收集U型管73排出的液体。72所述两个U型管排水口72分别设置在U型管73管口的上部，开口朝向成槽内侧；所述倾斜水收集装置71包括玻璃刻度管711、活塞712、刻度管底部固定器713、容量瓶714。所述玻璃刻度管711为带有刻度的细长玻璃管，下部与刻度管底部固定器713连接；所述刻度管底部固定器713与容量瓶714底部连接；所述容量瓶714为承装U型管73排出的液体74的容器；所述活塞712为轻质材质，呈“工”字型，密度小于液体74的密度，内部呈空心，可使玻璃刻度管711穿过。
如图5所示，通过活塞712顶部与玻璃刻度管711上刻度线重合处可读取倾斜水收集装置71收集的液体74的体积。通过计算，得到U型管73中液体74下降的高度h，设定U型管排水口72与成槽中心点的距离为S，则h/S的值即为倾斜角的正切值，从而得到倾斜角。
如图1所示，所述强度监测装置包括信号传输线1、控制箱2、电磁弹射应变仪4；控制箱2与电磁弹射应变仪4通过信号传输线1连接，控制箱2为电磁弹射应变仪4提供电源。
如图2所示，所述控制箱2包括导线21、信号装置22、电源23、电流控制器24。所述信号装置22与电源23通过导线21连接，并与信号传输线1连接，用于存储电磁弹射应变仪4监测数据；所述电流控制器24与电源23连接，用于控制电源23输出电流方向。
如图3所示，所述电磁弹射应变仪4安装在地连墙混凝土中，包括应变片41、传导线42、小滚轮43、磁铁44、电磁铁45、连接杆46。所述应变片41成板状结构，固接在连接杆46的外侧，与土体面接触；所述连接杆46为中空管，传导线42一端与应变片41连接，另一端穿过连接杆46、磁铁44、电磁铁45后与信号传输线1连接；所述磁铁44一侧与连接杆46尾部固接；电磁铁45设置在磁铁44的另一侧，且两构件间设置一定间距。
如图4所示，在连接杆46中部设置有上下两组小滚轮43，用于连接杆46横向移动。所述小滚轮43包括粘结部431、轴承部件432、滚轮433；所述粘结部431通过支架安装在滚轮433上方，用于与外部混凝土粘结。所述轴承部件432安装在滚轮433中间，滚轮433围绕轴承部件432转动。
通过电流控制器24控制电源23输出电流方向，改变电磁铁45的磁场方向，因磁场作用力，使得磁铁44远离电磁铁45，进而连接杆46横向移动，使得应变片41紧贴土层，测量土层的形变，进而得到土层剪切强度。
进一步的实际使用中为了更好的发挥强度监测装置的效果，引入电磁弹射应变仪外部清理***8用于清洗电磁弹射应变仪4。如图1外部所示，所述电磁弹射应变仪外部清理***，包括混凝土外壳(外部装置)5、进水管A 81、出水管A 82、进水管B 83、排水管89、外部水槽88、进水管C、出水管C 87、水箱86、潜水泵85、出水管B 84。所述潜水泵85放置于水箱86底部。
每个电磁弹射应变仪4外侧布设一组进水管和排水管，通过进水管输入清水，清水清洗电磁弹射应变仪4中应变片41前面的淤泥，之后通过排水管排至水箱86，之后再通过潜水泵85抽取水箱86中的泥浆混合液排至外部水槽88，达到清洗电磁弹射应变仪的目的。
实施例1：
S1：
初步清理成槽内壁，将本发明的U型成槽监测装置放入成槽内(磁铁44外部为N极)，开挖外部水槽88。
S2：
打开控制箱2内部电源23，通过电流控制器24通入正向电流，此时电磁铁(通带内螺线管)45的外部为N极，使磁铁44与电磁铁(通电螺线管)45相吸，由于吸引力，连接杆46的头部装置(应变片41)与混凝土外壳(外部装置)3的外壁贴合。
S3：
在进水管A 81、进水管B 83、进水管C(图中未示意)中通入水流，以进出水管81为例，水流通过进水管A 81到达电磁弹射应变仪4，带着附着在应变片41前端的淤泥流入出水管A 82，最后水流与淤泥汇入水箱86。打开潜水泵85，将水箱86中的水和淤泥抽出，排入外部水槽88，实现电磁弹射应变仪外部清理。
S4：
通过电流控制器24通入反向电流，此时电磁铁(通带内螺线管)45的外部为S极，使磁铁44与电磁铁(通电螺线管)45相斥，由于排斥力，连接杆46的头部装置(应变片41)保持与淤泥土层贴合。
实施例二：算例
如图6所示，倾斜发生时，U形管(内部装置)73如图5所示，由倾斜水收集装置71收集的水的体积V，以及U形管的截面积A，算得下沉端液面下沉量Δh，再由成槽中心点9与U型管排水口72间距离S，算得倾斜角tanα＝Δh/S。
算例如下：如倾斜水收集装置收集的水的体积为90毫升，U形管的截面积为15平方厘米，算得下沉端液面下沉量Δh＝90/15＝6厘米，设成槽中心点9与U型管排水口间距离S为1米，则倾斜角tanα＝Δh/S＝6/100＝0.06，算得倾斜角α＝3.434°。

Claims (4)

1.一种深厚淤泥地层中U型成槽监测装置，其特征在于，包括倾斜监测装置(7)和强度监测装置，倾斜监测装置(7)用于测量U型成槽的倾斜角度，强度监测装置用于监测U型成槽外土体的强度。
2.如权利要求1所述的一种深厚淤泥地层中U型成槽监测装置，其特征在于：
所述倾斜监测装置(7)包括倾斜水收集装置(71)、U型管排水口(72)、U型管(73)、液体(74)；所述U型管(73)中装满液体(74)；所述两个倾斜水收集装置(71)分别安装在两个U型管排水口(72)的下侧，用于收集U型管(73)排出的液体；所述两个U型管排水口(72)分别设置在U型管(73)管口的上部，开口朝向成槽内侧；所述倾斜水收集装置(71)包括玻璃刻度管(711)、活塞(712)、刻度管底部固定器(713)、容量瓶(714)；所述玻璃刻度管(711)为带有刻度的细长玻璃管，下部与刻度管底部固定器(713)连接；所述刻度管底部固定器(713)与容量瓶(714)底部连接；所述容量瓶(714)为承装U型管(73)排出的液体(74)的容器；所述活塞(712)为轻质材质，呈“工”字型，密度小于液体(74)的密度，内部呈空心，可使玻璃刻度管(711)穿过；
通过活塞(712)顶部与玻璃刻度管(711)上刻度线重合处可读取倾斜水收集装置(71)收集的液体(74)的体积；通过计算，得到U型管(73)中液体(74)下降的高度h，设定U型管排水口(72)与成槽中心点的距离为S，则h/S的值即为倾斜角的正切值，从而得到倾斜角。
3.如权利要求1所述的一种深厚淤泥地层中U型成槽监测装置，其特征在于：
所述强度监测装置包括信号传输线(1)、控制箱(2)、电磁弹射应变仪(4)；控制箱(2)与电磁弹射应变仪(4)通过信号传输线(1)连接，控制箱(2)为电磁弹射应变仪(4)提供电源；
所述控制箱(2)包括导线(21)、信号装置(22)、电源(23)、电流控制器(24)；所述信号装置(22)与电源(23)通过导线(21)连接，并与信号传输线(1)连接，用于存储电磁弹射应变仪(4)监测数据；所述电流控制器(24)与电源(23)连接，用于控制电源(23)输出电流方向；
所述电磁弹射应变仪(4)安装在地连墙混凝土中，包括应变片(41)、传导线(42)、小滚轮(43)、磁铁(44)、电磁铁(45)、连接杆(46)；所述应变片(41)成板状结构，固接在连接杆(46)的外侧，与土体面接触；所述连接杆(46)为中空管，传导线(42)一端与应变片(41)连接，另一端穿过连接杆(46)、磁铁(44)、电磁铁(45)后与信号传输线(1)连接；所述磁铁(44)一侧与连接杆(46)尾部固接；电磁铁(45)设置在磁铁(44)的另一侧，且两构件间设置一定间距；
在连接杆(46)中部设置有上下两组小滚轮(43)，用于连接杆(46)横向移动；所述小滚轮(43)包括粘结部(431)、轴承部件(432)、滚轮(433)；所述粘结部(431)通过支架安装在滚轮(433)上方，用于与外部混凝土粘结；所述轴承部件(432)安装在滚轮(433)中间，滚轮(433)围绕轴承部件(432)转动；
通过电流控制器(24)控制电源(23)输出电流方向，改变电磁铁(45)的磁场方向，因磁场作用力，使得磁铁(44)远离电磁铁(45)，进而连接杆(46)横向移动，使得应变片(41)紧贴土层(5)，测量土层(5)的形变，进而得到土层(5)强度。
4.如权利要求1或者2所述的一种深厚淤泥地层中U型成槽监测装置，其特征在于：
引入电磁弹射应变仪外部清理***(8)用于清洗电磁弹射应变仪(4)；
所述电磁弹射应变仪外部清理***(8)包括混凝土外壳(5)、进水管A(81)、出水管A(82)、进水管B(83)、排水管(89)、外部水槽(88)、进水管C、出水管C(87)、水箱(86)、潜水泵(85)、出水管B(84)；所述潜水泵(85)放置于水箱(86)底部；
所述电磁弹射应变仪(4)外侧布设一组进水管和排水管，通过进水管输入清水，清水清洗电磁弹射应变仪(4)中应变片(41)前面的淤泥，通过排水管排至水箱(86)，再通过潜水泵(85)抽取水箱(86)中的泥浆混合液排至外部水槽(88)。
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