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原文传递一种原位土体分层沉降监测装置及方法

专利名称：	一种原位土体分层沉降监测装置及方法
摘要：	本发明公开了一种原位土体分层沉降监测装置及方法，该装置包括设置在探井顶部的圆形基座和多个沉降监测装置，每个所述沉降监测装置均包括锚固机构、沉降传递机构和沉降测量机构，所述锚固机构包括圆形底座和多个钢钉，所述沉降传递机构包括测绳、伸缩管和护管，所述沉降测量机构包括立柱、滑轮机构、测量尺和配重砝码；该方法包括以下步骤：一、沉降监测装置的安装；二、回填夯实；三、沉降测量机构的固定和调节；四、分层沉降监测及数据处理。本发明设计合理且成本低，省时，省力，安装方便，实现原位土体不同深度的土体变形监测，实用性强。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	陕西;61
申请人：	机械工业勘察设计研究院有限公司
发明人：	刘争宏;乔建伟;周远强;于永堂;张龙;郑建国;王俊茂;陈冉升;曹杰;刘智;王云南
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-25T00:00:00+0800
发布日期：	2019-08-27T00:00:00+0800
申请号：	CN201910554695.0
公开号：	CN110172959A
代理机构：	西安创知专利事务所
代理人：	谭文琰
分类号：	E02D1/00(2006.01);E;E02;E02D;E02D1
申请人地址：	710043 陕西省西安市咸宁中路51号
主权项：	1.一种原位土体分层沉降监测装置，其特征在于:包括设置在探井(6)顶部的圆形基座(4)和多个沿圆形基座(4)圆周方向均匀布设且对原位土体不同深度沉降进行监测的沉降监测装置，所述探井(6)的顶部和原位土体地表齐平，多个所述沉降监测装置均相同，每个所述沉降监测装置均包括伸入探井(6)且插入原位土体内的锚固机构、与所述锚固机构连接的沉降传递机构和与所述沉降传递机构连接的沉降测量机构，所述锚固机构包括圆形底座(1-1)和多个设置在圆形底座(1-1)一侧且用于插入原位土体内的钢钉(1-2)，所述沉降传递机构包括一端与圆形底座(1-1)固定连接的测绳(2-1)、套设在测绳(2-1)外的伸缩管(2-2)和连接在伸缩管(2-2)上端且套装在测绳(2-1)外的护管(2-3)，所述护管(2-3)的顶端伸出圆形基座(4)顶部；所述沉降测量机构包括安装在圆形基座(4)上的立柱(3-2)、安装在立柱(3-2)顶端且供测绳(2-1)绕过的滑轮机构和安装在立柱(3-2)中部的测量尺(3-8)，以及与测绳(2-1)绕过所述滑轮机构的另一端固定连接的配重砝码(3-12)，所述测量尺(3-8)上套设有能沿测量尺(3-8)长度方向移动的滑移块(3-11)，所述滑移块(3-11)上设置有伸出臂(3-10)，所述伸出臂(3-10)与自然下垂的测绳(2-1)固定连接，所述圆形基座(4)上安装多个地表沉降标(5)。 2.按照权利要求1所述的一种原位土体分层沉降监测装置，其特征在于：多个所述沉降监测装置中的锚固机构分别锚固在不同深度的原位土体层中，相邻两个沉降监测装置中的圆形底座(1-1)的竖直间距大于0.5m；所述立柱(3-2)上设置有第一测尺固定杆(3-7)和与第一测尺固定杆(3-7)呈平行布设的第二测尺固定杆(3-9)，所述测量尺(3-8)的两端分别安装在第一测尺固定杆(3-7)和第二测尺固定杆(3-9)上，所述第一测尺固定杆(3-7)和第二测尺固定杆(3-9)均包括U形杆体(3-7-1)和设置在U形杆体(3-7-1)一端且能套装在立柱(3-2)上的管夹块(3-7-4)，所述U形杆体(3-7-1)上设置有腰形孔(3-7-2)，所述U形杆体(3-7-1)形成供第一测尺固定杆(3-7)和第二测尺固定杆(3-9)安装的U形凹槽(3-7-5)，所述管夹块(3-7-4)的开口部穿设有锁紧螺栓(3-7-3)；所述立柱(3-2)的底端设置有法兰盘底座(3-1)，所述圆形基座(4)上沿圆周方向均布多个供法兰盘底座(3-1)安装的预埋螺栓(7)。 3.按照权利要求1所述的一种原位土体分层沉降监测装置，其特征在于：所述滑轮机构包括设置在立柱(3-2)顶部的导向杆(3-6)、安装在导向杆(3-6)一端的第一滑轮(3-4)和安装在导向杆(3-6)另一端的第二滑轮(3-5)，所述立柱(3-2)顶部设置有供导向杆(3-6)安装的限位机构，所述限位机构包括上下呈对称布设的限位板(3-3)，所述限位板(3-3)包括夹板(3-3-1)和位于夹板(3-3-1)中部且供导向杆(3-6)夹装的弧形夹槽(3-3-2)，所述夹板(3-3-1)上设置有紧固螺栓安装孔，所述测绳(2-1)的另一端依次绕过第一滑轮(3-4)和第二滑轮(3-5)与配重砝码(3-12)连接。 4.按照权利要求1所述的一种原位土体分层沉降监测装置，其特征在于：所述圆形底座(1-1)上设置有圆柱接头(1-3)，所述圆柱接头(1-3)上设置有吊环螺丝(1-4)，所述测绳(2-1)的一端通过卡扣(2-1-1)与所述吊环螺丝(1-4)固定连接；所述伸缩管(2-2)的一端和圆柱接头(1-3)通过第一喉箍(2-2-1)固定连接，所述伸缩管(2-2)的另一端和护管(2-3)通过第二喉箍(2-2-2)固定连接。 5.一种利用如权利要求1所述监测装置进行原位土体分层沉降监测的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、沉降监测装置的安装：步骤101、在待测的原位土体底层中开挖探井(6)；其中，探井(6)的顶面与地表齐平；步骤102、在沿探井(6)内壁竖直方向间隔设置多个沉降观测点；其中，相邻两个沉降观测点的竖直间距大于0.5m；步骤103、在沉降观测点处开挖圆形安装孔，并在圆形安装孔上方开挖圆弧形管槽；其中，所述圆弧形管槽沿探井(6)内壁竖直方向；步骤104、在圆弧形管槽填充防水材料，形成防水区域；其中，防水区域与圆形安装孔之间设置有伸缩管间隙；步骤105、将所述锚固机构与所述沉降传递机构固定连接；步骤106、将锚固机构吊放至探井(6)内沉降观测点，待锚固机构稳定不摆动时，将锚固机构安装在沉降观测点处，同时，将伸缩管(2-2)安装在伸缩管间隙内，将护管(2-3)压入已填充防水材料的圆弧形管槽中；并沿护管(2-3)长度方向间隔布设管卡插入原位土体内固定护管(2-3)；其中，所述锚固机构的钢钉(1-2)插入原位土体内，所述圆形底座(1-1)安装在圆形安装孔内，且所述圆形底座(1-1)的外表面不超过探井(6)内侧壁；步骤107、多次重复步骤103至步骤106，完成多个沉降监测装置的安装，并按照沉降观测点的深度从小到大分别记作第一个观测点、第二个观测点、...、第i个观测点、...、第n个观测点，同时，多个沉降监测装置分别记作第一个沉降监测装置、第二个沉降监测装置、...、第i个沉降监测装置、...、第n个沉降监测装置；n为沉降监测装置的数量，i和n均为正整数，1≤i≤n，n不小于3；步骤二、回填夯实：沿探井(6)深度方向由下至上分层回填夯实处理，直至与探井(6)顶面相齐平；其中，相邻两个回填层中摊铺防水材料干粉；步骤三、沉降测量机构的固定和调节：步骤301、将立柱(3-2)安装在圆形基座(4)上，使立柱(3-2)与圆形基座(4)呈垂直布设；步骤302、调节导向杆(3-6)使第一滑轮(3-4)靠近护管(2-3)的边缘的竖向切线与护管(2-3)的中心重合；步骤303、将测绳(2-1)的伸出端依次绕过第一滑轮(3-4)和第二滑轮(3-5)与配重砝码(3-12)连接；其中，护管(2-3)内测绳(2-1)与护管(2-3)的中心线重合；步骤304、调节测量尺(3-8)距离立柱(3-2)的间距，以使测量尺(3-8)上的伸出臂(3-10)与自然下垂的测绳(2-1)贴合；然后将与伸出臂(3-10)固定连接的滑移块(3-11)移动至测量尺(3-8)中部，并将伸出臂(3-10)与测绳(2-1)用卡扣固定；步骤四、分层沉降监测及数据处理：步骤401、在圆形基座(4)上安装多个地表沉降标(5)；步骤402、初始监测时，获取多个沉降监测装置中测量尺(3-8)的初始刻度值；并将第一个沉降监测装置中测量尺(3-8)的初始刻度值记作L1(0),第二个沉降监测装置中测量尺(3-8)的初始刻度值记作L2(0),第i个沉降监测装置中测量尺(3-8)的初始刻度值记作Li(0),第n个沉降监测装置中测量尺(3-8)的初始刻度值记作Ln(0)；步骤403、采用水准仪观测多个所述地表沉降标(5)的初始高程，并将第q个地表沉降标(5)的初始高程记作lq(0)；根据公式得到地表的初始高程平均值lc(0)；其中，p表示地表沉降标(5)的总数，q和p均为正整数，1≤q≤p，p不小于3；步骤404、第j个测量周期时，获取多个沉降监测装置中测量尺(3-8)的刻度值；并将第j个测量周期时第一个沉降监测装置中测量尺(3-8)的刻度值记作L1(j),第j个测量周期时第二个沉降监测装置中测量尺(3-8)的刻度值记作L2(j),第j个测量周期时第i个沉降监测装置中测量尺(3-8)的刻度值记作Li(j),第j个测量周期时第n个沉降监测装置中测量尺(3-8)的刻度值记作Ln(j)；其中，1≤j≤m，j和m均为正整数，m不小于3，m表示测量周期的数量；步骤405、第j个测量周期时，采用水准仪观测多个所述地表沉降标(5)的高程，并将第j个测量周期时第q个地表沉降标(5)的高程记作lq(j)；根据公式得到第j个测量周期时地表的平均高程lz(j)；根据公式hd(j)＝lz(j)-lc(0)，得到第j个测量周期时的地表沉降量平均值hd(j)；步骤406、根据公式hi(j)＝\|Li(j)-Li(0)\|，得到第j个测量周期时第i个观测点至地表土层之间的沉降量hi(j)；根据公式h′i(j)＝hd(j)-hi(j)，得到第j个测量周期时第i个观测点的绝对沉降量h′i(j)；步骤406、多次重复步骤405，得到第j个测量周期时n个观测点的绝对沉降量。 6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤四中分层沉降监测及数据处理，之后，获取分层沉降监测速率的具体过程如下：步骤501、将m个测量周期时获取的第i个观测点的绝对沉降量分别记作h′i(1)，h′i(2)，...，h′i(j)，...，h′i(m)，以测量周期为横坐标，以第i个观测点的绝对沉降量为纵坐标，拟合得到第i个观测点的沉降变化曲线，并获取第i个观测点的沉降变化速率；其中，所述测量周期大于7天；步骤502、多次重复步骤501，得到n个观测点的沉降变化速率，并按照从小到大排列获取最大沉降变化速率。 7.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤四中分层沉降监测及数据处理之后，根据公式h′i,i+1(j)＝h′i+1(j)-h′i(j)，得到第j个测量周期时第i个观测点和第i+1个观测点之间的沉降量。 8.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤二中回填夯实的具体过程如下：步骤201、回填开挖的土，形成一层下填土层，并进行夯实达到设定的第一夯实次数；其中，下填土层的厚度为1m～1.5m；步骤202、在下填土层的表面摊铺防水材料干粉，形成一层下干粉防水层；其中，下干粉防水层的厚度为0.05m～0.1m；步骤203、沿探井(6)深度方向由下至上多次重复步骤201和步骤202，形成下部填土层；其中，下部填土层的表面距离探井(6)顶面的间距为2m～2.5m；步骤204、在下部填土层表面上回填开挖的土，形成一层上填土层，并进行夯实达到第二夯实次数；其中，上填土层的厚度为0.3m～0.5m；步骤205、在上填土层的表面摊铺防水材料干粉，形成一层上干粉防水层；其中，上干粉防水层的厚度为0.05m～0.1m；步骤206、沿探井(6)深度方向由下至上多次重复步骤205和步骤206，形成上部填土层；其中，上部填土层的表面与探井(6)顶面相齐平。 9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于：步骤二中回填夯实的夯实次数的获取，具体过程如下：步骤A、采用烘干法对原位土体进行检测，得到原位土体的质量含水率w；步骤B、采用环刀法，根据公式得到原位土体的干密度ρy；其中，m1表示环刀质量，m2表示环刀和原位土体土样的总质量，V表示环刀的体积；步骤C、将开挖的土回填至第一实验填土层并夯实，直至达到夯实次数r(k)，形成第k个回填层；其中，第一实验填土层与下填土层的厚度相同，k为正整数，且k≥1；步骤D、并按照步骤A和步骤B所述的方法，对第k个回填层进行检测，得到第k个回填层的干密度，并记作ρt(k)；步骤E、判断ρy≤ρt(k)≤1.1ρy是否成立，当ρy≤ρt(k)≤1.1ρy成立，则夯实次数r(k)为设定的第一夯实次数；否则，执行步骤F；步骤F、将开挖的土回填至第一实验填土层并夯实，直至达到下一个夯实次数r(k+1)，形成第k+1个回填层，并重复步骤D和步骤E进行判断，直至获取设定的第一夯实次数；其中，r(k+1)＝r(k)+1，r(k+1)和r(k)均为正整数，r(k)≥1；步骤G、按照步骤C至步骤F所述的方法，开挖的土回填至第二实验填土层，获取设定的第二夯实次数；其中，第二实验填土层与上填土层的厚度相同。 10.按照权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤104中所述防水材料由膨润土、水泥和水组成，且膨润土、水泥和水的质量比为(6～7)：(2～3):(12～16)；步骤二中所述防水材料干粉由膨润土和水泥组成，且膨润土和水泥的质量比为(6～7)：(2～3)。
所属类别：	发明专利