CN101358455A - 土体中侧向土压力传感器埋设方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种建筑工程技术领域的土体中侧向土压力传感器埋设方法及装置。装置包括传感器安装管、延长管、土压力传感器、保护钢套、U形保护钢卡、松紧螺丝、接头管、数据传递导线和数据采集仪。土压力传感器的数据传递导线连接数据采集仪。在传感器安装管中点开凿槽口，将土压力传感器装入保护钢套后一起嵌入到槽口，再加U形保护钢卡并用松紧螺丝固定，利用接头管将传感器安装管和延长管接长至设计长度，放入土体钻孔内，临时固定导管后向钻孔内回填细砂，待细砂固结完成后进行侧向土压力测试。本发明安装操作简便，经济实用，传感器埋设成活率高，可以较准确地测量土体中侧向土压力，测试结果准确可靠。

Description

土体中侧向土压力传感器埋设方法及装置

技术领域

本发明涉及一种建筑工程技术领域的传感器埋设方法及装置，具体是一种土体中侧向土压力传感器的埋设方法及装置。

背景技术

地下工程施工中围护结构表面及土体内部的土压力监测通常采用在结构迎土面和土体中埋设土压力传感器，通过相应的读数仪器来读取所需的数据。围护结构迎土面与土体中土压力传感器的埋设方法不同。围护结构迎土面上常用的土压力传感器的埋设方法有：挂布法、顶出法和弹出法。这三种埋设技术均比较成熟，在工程中应用广泛。土体中土压力传感器埋设方法通常采用钻孔法，即在土体中先进行泥浆护壁钻孔，并将土压力传感器固定在定制的薄壁槽钢或钢筋笼上，然后将土压力传感器随薄壁槽钢或钢筋笼一道埋入钻孔中规定深度位置，再在钻孔中回填细砂，待细砂固结后进行土压力的测试。这种方法的缺点在于：(1)相对土体而言，薄壁槽钢或钢筋笼的刚度较大，埋入土体后存在与土体侧向变形不协调的问题，因而对土压力测试结果的精度有一定的影响；(2)薄壁槽钢或钢筋笼埋入后均不能再拔出回收利用，而钢材的价格较高，因此这种埋设方法的经济性不强；(3)因为土压力传感器需在施工现场焊接在薄壁槽钢或钢筋笼上，安装操作不能采用标准化装配，安装效率低下，影响了常规钻孔法在侧向土压力测试中的应用和推广。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利申请号88100625.4，发明名称：气动土压力传感器埋设装置及埋设方法，公开号：CN1035697，该专利自述为：气动土压力传感器埋设装置(简称埋设装置)及埋设方法属于一种土木工程地下混凝土连续墙施工中所用的埋设装置及埋设方法，该装置由万向接头结构及气动活塞推进系统组成，利用该装置埋设土压力传感器可将传感器固定在钢筋笼上，在连续墙施工中随钢筋笼入墙，并用气源通过调压阀向埋设装置中的气动活塞供气，使传感器的受压面紧贴于被测土体槽壁从而通过传感器准确测得土压力的变化。该发明是属于围护结构迎土面上土压力传感器埋设方法中的顶出法，即通过气动活塞将土压力传感器顶出后紧贴于土体从而测得土压力的变化。该方法装置复杂，埋设过程中软管极易损坏，且需将汽动活塞埋入钢筋笼中，加上气压驱动管道，装置成本过高，而且该发明仅局限于结构迎土面使用，在土体中的土压力测试无法使用。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的不足，提出了一种土体中侧向土压力传感器埋设方法及装置，克服了常规钻孔法由于薄壁槽钢或钢筋笼刚度过大、变形与土体不协调，引起土压力测试结果误差较大的缺点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明所涉及的土体中侧向土压力传感器埋设方法，包括以下步骤：

第一步，根据测试要求在土体内采用护壁泥浆进行钻孔，防止孔壁塌坍，钻孔直径大于土压力传感器的直径，保证土压力传感器能够埋设于钻孔中，钻孔深度根据测试要求确定。

第二步，取标准长度柔性PVC导管加工成传感器安装管，在传感器安装管中点开凿出长度大于土压力传感器直径、深度大于土压力传感器厚度的槽口，保证土压力传感器能够嵌入传感器安装管内；同时在已经凿出的槽口上端再凿出宽度大于土压力传感器数据传递导线直径的小槽口，保证数据传递导线能够引入到传感器安装管内。

第三步，在土压力传感器外侧安装保护钢套，将土压力传感器和保护钢套一起嵌入到传感器安装管槽口内，将土压力传感器的数据传递导线从小槽口内引至传感器安装管内，在传感器安装管外侧加U形保护钢卡，并采用松紧螺丝将土压力传感器、保护钢套、传感器安装管和U形保护钢卡四者固定。

第四步，将已安装测试仪器的传感器安装管与未安装测试仪器的延长管采用接头管按测试要求进行接长。

第五步，将采用接头管接好的传感器安装管和延长管缓慢向下放入已经成好孔的钻孔内，校核好土压力传感器的深度位置和方向，在地面临时固定好PVC导管，在钻孔内缓慢回填细砂至地面。

第六步，待回填的细砂固结完成后，根据施工工况在地面采用数据采集仪进行不同阶段侧向土压力的测试。

本发明所涉及的土体中侧向土压力传感器埋设装置，包括传感器安装管、延长管、土压力传感器、保护钢套、U形保护钢卡、松紧螺丝、接头管、数据传递导线和数据采集仪。土压力传感器安装在保护钢套内后一起嵌入在传感器安装管槽口内，土压力传感器、保护钢套、传感器安装管和U形保护钢卡通过松紧螺丝固定。传感器安装管和延长管通过接头管进行连接。土压力传感器的数据传递导线连接数据采集仪，通过数据采集仪进行测试数据的测读。

所述的传感器安装管，为标准长度的柔性PVC导管，导管外壁有一对一字形凹槽，与接头管内壁的一对一字形凸齿接合，保证传感器安装管与延长管上下位置对齐。

所述的延长管，为柔性PVC导管，其管壁尺寸与传感器安装管管壁尺寸一致，外壁的一字形槽口尺寸与传感器安装管的一字形槽口尺寸一致，保证延长管与传感器安装管上下位置对齐。

所述的接头管，其内径与传感器安装管和延长管的外径相配，内壁有一对一字形凸齿，凸齿形状与传感器安装管和延长管外壁凹槽形状吻合，保证传感器安装管和延长管插入时能够上下位置对齐。

所述的保护钢套，其内径略大于土压力传感器直径，保证压力传感器能顺利卡入保护钢套内，两侧有两个螺孔。

所述的U形保护钢卡，其形状与卡入传感器安装管后的保护钢套和传感器安装管外形一致，两端有两个螺孔，螺孔位置与保护钢套上螺孔位置相对应。

所述的松紧螺丝，可拧入U形保护钢卡和保护钢套的螺孔内，能够将土压力传感器、保护钢套、传感器安装管和U形保护卡四者固定。

所述的土压力传感器和数据采集仪，为根据实际需要确定的常用振弦式或压电式土压力传感器等，机器相配套的传感器读书仪。

所述的数据传递导线为与压力传感器相配套的双芯测量电缆等，数据传递导线从土压力传感器引伸至地面，保证测试人员能够进行数据测读。

本发明的优点在于：(1)用于定位土压力传感器的结构为柔性PVC管材，材料抗弯刚度小，与土体的变形协调，土压力测试精度较高；(2)相同长度的PVC管材价格明显低于薄壁槽钢或钢筋笼，经济性优势明显；(3)对导线和土压力传感器的保护较好，仪器成活率高；(4)测试仪器采用标准化方法装配，安装速度明显高于常规方法。本发明装置简单可靠，经济实用，安装方便，便于标准化生产与安装，测试结果可靠，克服了常规钻孔法的不足。

经工程实践验证，取得了显著的效果。本发明简单、安装高效、操作简单，在上海地区深基坑工程的土压力测试中得以应用，经工程实践验证，取得了显著的效果。

附图说明

图1为本发明装置正视图；

图2为本发明装置侧视图；

图3为本发明装置俯视图；

图4为本发明的实施例中实测侧向压力曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例：

工程实例为上海市某地区综合改造(一期)工程。该工程的施工场地东侧为黄浦江防汛墙，防汛墙为20世纪70年代建设，并于90年代初期经过加高加固。施工现场周围交通繁忙，且有地下管线分布，新建临时防汛墙已将施工区域和管线、道路有效隔离。

本工程陆域范围建筑物的基坑工程分为A、B、C和D共4个施工区，围护结构采用800mm厚、27m～28m深地下连续墙，坑内采用三道水平钢筋混凝土支撑，基坑开挖方式为常规顺作施工，基坑开挖深度13.5m，基坑总延长1200m，属一级基坑，基坑变形控制标准严格。

为分析地下连续墙成槽施工时槽段外土体的应力及变形响应，本工程在编号为D15的槽段外土体中，如图1～图3所示，侧向土压力传感器埋设示意，本实施例进行了地下连续墙成槽过程中槽段外土体中侧向土压力的测试，装置包括：传感器安装管1、土压力传感器2、保护钢套3、U形保护钢卡4、松紧螺丝5、接头管6、数据传递导线7、数据采集仪8和延长管9。土压力传感器2安装在保护钢套3内后一起嵌入在传感器安装管1槽口内，土压力传感器2、保护钢套3、传感器安装管1和U形保护钢卡4通过松紧螺丝5固定，传感器安装管1和延长管9通过接头管6进行连接，土压力传感器2的数据传递导线7连接数据采集仪8，通过数据采集仪8进行测试数据的测读。

本实施例具体测试方法步骤如下：

第一步，根据测试要求在地下连续墙槽段外距槽段一定水平距离处采用护壁泥浆进行钻孔。

第二步，取标准长度柔性PVC导管加工成传感器安装管1，在传感器安装管1中点开凿出长度大于土压力传感器2直径、深度大于土压力传感器2厚度的槽口；同时在已经凿出的槽口上端再凿出宽度大于土压力传感器2的数据传递导线7直径的小槽口。

第三步，在土压力传感器外侧安装保护钢套3，将土压力传感器2和保护钢套3一起嵌入到已经开凿好的传感器安装管1槽口内，将土压力传感器2的数据传递导线7从小槽口内引至传感器安装管1内，在传感器安装管1外侧加U形保护钢卡4，并采用松紧螺丝5将土压力传感器2、保护钢套3、传感器安装管1和U形保护钢卡4四者固定。

第四步，将已安装测试仪器的传感器安装管1与未安装测试仪器的延长管9采用接头管6按测试要求进行接长。

第五步，将采用接头管6接好的传感器安装管1和延长管9缓慢向下放入已经钻好的钻孔内，校核好土压力传感器2的深度位置和方向，在地面临时固定好PVC导管，在钻孔内回填细砂至地面。

第六步，待回填的细砂固结完成后，根据地下连续墙施工工况在地面采用数据采集仪进行不同阶段侧向土压力的测试。

第一步中，钻孔直径16cm，钻孔深度25m，钻孔方法采用泥浆护壁回转钻进，护壁泥浆的液面高度高于地下水位0.5m以上。

第二步中，传感器安装管标准段长0.5m，外径70mm，传感器安装管外壁有一对一字形凹槽，传感器安装管中点开凿出的槽口长13cm，深2.5cm，保证土压力传感器能够嵌入传感器安装管内；槽口上方的小槽口长2cm，宽1cm，保证数据传递导线能够引入到传感器安装管内。

第三步中，土压力传感器为振弦式传感器，直径12cm，厚度2.5cm，量程为预估最大压力的1.5倍，上端连有数据传递导线；数据传递导线为双芯测量电缆，直径6mm，可采用数据采集仪进行测读；保护钢套内径12.2cm，整体厚度2.7cm，由镀锌铁皮加工而成，两侧有两个螺孔，可以保护和固定土压力传感器；U形保护钢卡形状与卡入传感器安装管后的保护钢套和传感器安装管外形一致，两端有两个螺孔，螺孔位置与保护钢套上螺孔位置相对应；松紧螺丝可拧入U形保护钢卡和保护钢套的螺孔内，能够将土压力传感器、保护钢套、传感器安装管和U形保护卡四者固定。

第四步中，延长管管壁尺寸与传感器安装管管壁尺寸一致，外壁的一字形槽口尺寸也一致；接头管内径70.1cm，内壁有一对一字形凸齿，凸齿形状与延长管和传感器安装管外壁凹槽形状吻合，保证传感器安装管和延长管插入时能够上下位置对齐。

第五步中，采用接头管接好的传感器安装管和延长管缓慢向下放入已经成好孔的钻孔内，下放过程中校核传感器的方向，并向PVC导管内注入清水防止PVC导管上浮。PVC导管下放到位后再次校核传感器深度位置和方向正确后，在地面临时固定好PVC导管，在钻孔内缓慢回填细砂至地面。

第六步中，土压力的测试需等待回填的细砂固结完成后才能进行，否则会影响土压力测试精度。

本实施例中，分别在槽段外土体钻孔中的-4m、-8m、-12m、-16m、-20m和-24m深度位置共埋设6个土压力传感器，6个传感器全部成活并发挥作用。地下连续墙施工中测得的土压力变化曲线如图4所示，可以看出土压力分布曲线较好地反映了地下连续墙成槽施工中土体的竖向土拱效应，说明本发明的实施例是成功的。

本实施例中工程所采用的柔性PVC导管价格是20元/m，而常规钻孔法所采用的薄壁槽钢和钢筋笼的价格分别是200元/m和150元/m，可见本发明经济性优势十分明显。经计算，PVC管材的弯曲变形刚度分别是薄壁槽钢和钢筋笼刚度的1/2000和1/3000，说明本发明所采用的PVC管材刚度明显小于壁槽钢和钢筋笼的刚度，能够较好地与土体协同变形，从而将材料刚度对测试结果的影响降到最低。本发明的土压力传感器安装埋设采用标准化装配方法，只需根据测试要求将传感器安装管、延长管和接长管三者连接后埋设即可，仪器安装埋设效率明显优于常规方法。

Claims (10)

1、一种土体中侧向土压力传感器埋设方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，在土体内采用护壁泥浆进行钻孔，钻孔直径大于土压力传感器的直径，使土压力传感器能够埋设于钻孔中；

第二步，取PVC导管加工成传感器安装管，在传感器安装管中点开凿出长度大于土压力传感器直径、深度大于土压力传感器厚度的槽口，使土压力传感器能够嵌入传感器安装管内，同时在已经凿出的槽口上端再凿出宽度大于土压力传感器数据传递导线直径的小槽口，使数据传递导线能引入到传感器安装管内；

第三步，在土压力传感器外侧安装保护钢套，将土压力传感器和保护钢套一起嵌入到传感器安装管槽口内，将土压力传感器的数据传递导线从小槽口内引至传感器安装管内，在传感器安装管外侧加U形保护钢卡，并采用松紧螺丝将土压力传感器、保护钢套、传感器安装管和U形保护钢卡四者固定；

第四步，将已安装测试仪器的传感器安装管与未安装测试仪器的延长管采用接头管按测试要求进行接长；

第五步，将采用接头管接好的传感器安装管和延长管缓慢向下放入已经成好孔的钻孔内，校核好土压力传感器的深度位置和方向，在地面临时固定好PVC导管，在钻孔内缓慢回填细砂至地面；

第六步，待回填的细砂固结完成后，根据施工工况在地面采用数据采集仪进行各阶段侧向土压力的测试。

2、根据权利要求1所述的土体中侧向土压力传感器埋设方法，其特征是，所述的传感器安装管为标准长度的PVC导管，导管外壁有一对一字形凹槽，与接头管内壁的一对一字形凸齿接合，保证传感器安装管与延长管上下位置对齐。

3、根据权利要求1所述的土体中侧向土压力传感器埋设方法，其特征是，所述的延长管为PVC导管，其管壁尺寸与传感器安装管管壁尺寸一致，外壁的一字形槽口尺寸与传感器安装管的一字形槽口尺寸一致，保证延长管与传感器安装管上下位置对齐。

4、根据权利要求1所述的土体中侧向土压力传感器埋设方法，其特征是，所述的接头管，其内径与传感器安装管和延长管的外径相配，内壁有一对一字形凸齿，凸齿形状与传感器安装管和延长管外壁凹槽形状吻合，保证传感器安装管和延长管插入时能够上下位置对齐。

5、一种土体中侧向土压力传感器埋设装置，其特征在于，包括传感器安装管、延长管、土压力传感器、保护钢套、U形保护钢卡、松紧螺丝、接头管、数据传递导线和数据采集仪，土压力传感器安装在保护钢套内后一起嵌入在传感器安装管槽口内，土压力传感器、保护钢套、传感器安装管和U形保护钢卡通过松紧螺丝固定，传感器安装管和延长管通过接头管进行连接，土压力传感器的数据传递导线连接数据采集仪，通过数据采集仪进行测试数据的测读。

6、根据权利要求5所述的土体中侧向土压力传感器埋设装置，其特征是，所述的传感器安装管，为标准长度的PVC导管，导管外壁有一对一字形凹槽，与接头管内壁的一对一字形凸齿接合，保证传感器安装管与延长管上下位置对齐。

7、根据权利要求5所述的土体中侧向土压力传感器埋设装置，其特征是，所述的延长管，为PVC导管，其管壁尺寸与传感器安装管管壁尺寸一致，外壁的一字形槽口尺寸与传感器安装管的一字形槽口尺寸一致，保证延长管与传感器安装管上下位置对齐。

8、根据权利要求5所述的土体中侧向土压力传感器埋设装置，其特征是，所述的接头管，其内径与传感器安装管和延长管的外径相配，内壁有一对一字形凸齿，凸齿形状与传感器安装管和延长管外壁凹槽形状吻合，保证传感器安装管和延长管插入时能够上下位置对齐。

9、根据权利要求5所述的土体中侧向土压力传感器埋设装置，其特征是，所述保护钢套，其内径大于土压力传感器直径，两侧有两个螺孔。

10、根据权利要求5所述的土体中侧向土压力传感器埋设装置，其特征是，所述的U形保护钢卡，其形状与卡入传感器安装管后的保护钢套和传感器安装管外形一致，两端有两个螺孔，螺孔位置与保护钢套上螺孔位置相对应。

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