CN103148835B - 沉降观测预埋件、沉降观测装置及安装装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种沉降观测预埋件，两个L形支架的长臂段互相套接在对方的短臂段通孔内，使两个L形支架围成口字形框架；沉降观测预埋件通过插针与观测洞洞壁之间保持紧密接触；通过测量沉降观测预埋件随土体运动的距离，即可获知土体的沉降数据；同时本发明还提出了基于前述沉降观测预埋件的沉降观测装置及其安装装置；本发明的有益技术效果是：沉降观测预埋件结构简单、安装方便，可拆卸后重复使用，有赖于沉降观测预埋件，使测量过程全采用机械方式实现，测量过程简单、结果准确可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种土体分层沉降测量技术，尤其涉及一种沉降观测预埋件、沉降观测装置及安装装置。
背景技术
沉降观测是建筑工程变形观测中的一项基础性的工作，随着我国建筑业及交通建设的蓬勃发展，沉降观测这项工作越来越重要，特别是在地下工程和基础工程建设中，由于土体上覆荷载增加或因地下水位下降，会导致土体产生一定量的沉降，为了保证建构筑物及人员的安全，将工程建设对地质环境产生的影响降到最低，我们需要对某特定区域的土体进行分层沉降监测，同时也可以积累实际沉降数据入库以供后续工程建设及科学研究所参考。
迄今，有关土体分层沉降测量的仪器装置主要有分层标和基岩标以及部分现有的专利仪器，由电磁感应原理制作的磁环式分层沉降仪在岩土工程中普遍使用。其中，基岩标和分层标联合GPS测量被《上海市地面沉降监测及防治技术规范》所引用，虽然其适用于大面积区域长时间监测，且自动化及智能化程度较高，但它还同时存在价格昂贵、精度偏低的问题；磁环式沉降仪设备简单，操作方便，但在实施过程中通过人工下放磁探头，人为误差较大，若磁环间距较小，土体里磁性矿物质含量较高时会对探头磁感应产生影响，再加上钢尺精度为±1mm，整体情况误差较大，精度偏低。
发明内容
针对背景技术中的问题，本发明提出了一种沉降观测预埋件，所述沉降观测预埋件由两个L形支架、两个插针、两个弹簧和两条测线组成；L形支架的短臂段上设置有水平向的通孔；两个L形支架的长臂段互相套接在对方的通孔内，使两个L形支架围成口字形框架；长臂段外端面上设置有沿长臂段轴向延伸的弹簧槽，弹簧和插针都设置于弹簧槽内，弹簧设置于弹簧槽槽底和插针之间；长臂段内侧设置有条形齿，两个L形支架上的条形齿位置相对；短臂段上设置有垂向的过线孔，短臂段下侧设置有连接环，测线下端与连接环固定连接，测线中部穿过过线孔。
与现有的用于沉降观测的预埋件相比，本发明的沉降观测预埋件安装十分方便，无需为沉降观测预埋件专门打孔，沉降观测预埋件可实现自紧固，且不会因土体位移而失效，同时，基于该沉降观测预埋件的测量方法采用全机械方式测量，人为误差较小，测量精度可靠。
基于前述方案，本发明还提出了一种采用前述沉降观测预埋件的沉降观测装置，所述沉降观测装置由多个沉降观测预埋件组成，多个沉降观测预埋件分别设置于观测洞内不同深度位置处，且多个沉降观测预埋件摆放角度相同，使多个沉降观测预埋件上的过线孔互相对正；插针在弹簧的预紧力作用下与观测洞的洞壁紧密接触或插入洞壁的土体内；下侧的沉降观测预埋件上的测线依次穿过其正上方的所有过线孔；所有沉降观测预埋件上的测线都延伸至洞口，观测洞洞口处设置有读数装置。
采用该沉降观测装置进行沉降观测的基本步骤为：多个沉降观测预埋件安装好后，分别对连接在各个沉降观测预埋件上的多条测线进行单独编号（为了便于识别，可在测线端部设置标识环；标识环的作用有两个，一是便于将测线与读数装置连接，二是便于对测线进行临时固定，避免测线掉落至观测洞中）；沉降观测预埋件安装好后，分别对各条测线与读数装置的相对位置进行测量，获取初始数据，后期观测中，定期对各条测线与读数装置的相对位置进行测量，获取观测数据，根据观测数据和初始数据的差值，经过简单的计算即可获知土体的沉降数据；每个沉降观测预埋件上均设置了两根测线，在具体计算中，可通过沉降观测预埋件获得两组数据，求其平均，以减小误差。
本发明还提出了一种用于安装前述沉降观测预埋件的安装装置，所述安装装置由顶盘、底盘、限位结构、中空齿轮轴组成；所述顶盘设置于观测洞的洞口处，底盘设置于观测洞的洞底处；顶盘上设置有中孔和过孔，所有测线都从过孔内穿过，中空齿轮轴套接在中孔内；中空齿轮轴套接在沉降观测预埋件所形成的口字形框架内的中空位置处，且中空齿轮轴表面的齿轮与沉降观测预埋件上的条形齿啮合；限位结构设置于顶盘和底盘之间，限位结构与沉降观测预埋件的侧壁互相接触，防止沉降观测预埋件在中空齿轮轴的驱动下发生自转。
前述安装装置的工作过程为：1）设置观测洞，2）将底盘吊放至观测洞洞底，3）设置限位结构，4）将沉降观测预埋件穿套在中空齿轮轴上，并将测线理顺、绷紧，操作时注意使多个沉降观测预埋件的摆放角度一致，5）将中空齿轮轴伸至观测洞内，6）中空齿轮轴安装到位后，在中空齿轮轴上套接顶盘，7）转动中空齿轮轴，驱动沉降观测预埋件上的条形齿运动，使插针与洞壁紧密接触或插入洞壁内，安装过程完成（装置安装好后，还可在地面设置保护罩，将装置的裸露部分遮盖）。在转动中空齿轮轴时，中空齿轮轴有可能出现摆动，还可在底盘顶部设置凸起，将凸起套接在中空齿轮轴的内孔中，以避免中空齿轮轴在转动过程中摆动。
从前述的安装过程可以看出，本发明的观测装置安装简便，且沉降观测预埋件可拆卸、重复使用；实际工程中，当将本发明的沉降观测预埋件作永久埋设用时，还可在沉降观测预埋件短臂段的通孔内壁上设置弹性卡块，同时在长臂段上的相应位置设置卡槽，当长臂段运动至一定位置时，弹性卡块嵌入卡槽内，使长臂段无法逆向运动，保证长期使用过程中，沉降观测预埋件不会因土体位移而失效。当沉降观测预埋件作永久埋设用时，沉降观测预埋件安装好后，即可将中空齿轮轴取出。
基于前述方案，本发明还针对限位结构提出了如下优选方案：所述限位结构采用钢丝，钢丝两端分别与顶盘下侧面和底盘上侧面固定连接，钢丝处于张紧状态。当沉降观测预埋件上的L形支架在中空齿轮轴驱动下发生运动时，张紧后的钢丝与沉降观测预埋件的自转运动轨迹发生干涉，避免沉降观测预埋件在安装过程中发生自转。为了提高防止自转的效果，可同时采用两根钢丝，两根钢丝的连接点以沉降观测预埋件的中心为对称中心，形成中心对称分布。
限位结构还可采用如下优选方案：所述限位结构采用套筒，套筒内孔形状与沉降观测预埋件的外轮廓匹配。其防止沉降观测预埋件发生自转的基本原理与钢丝相似。
另外，限位结构还可采用如下优选方案：所述限位结构采用挡板，两块挡板将多个沉降观测预埋件夹住。其防止沉降观测预埋件发生自转的基本原理与钢丝相似。
钢丝、套筒和挡板均可在沉降观测预埋件安装好后拆除备用。
实际工程中，由于土体材质和土体位移原因，观测洞可能发生坍塌，为了避免因观测洞坍塌而造成沉降观测预埋件失效，本发明还作了如下改进：所述观测洞内壁上设置有防护壳，防护壳上的对应位置处设置有供插针通过的通孔。
为了便于测量，可就近在顶盘上端面、靠近过孔的位置处设置标尺，方便对测线长度进行测量，减小人为误差。
针对前述标尺，本发明还作了如下改进：所述标尺由主尺、副尺、伸缩弹簧和挂钩组成；主尺与顶盘上端面固定连接；副尺与主尺互相接触且通过伸缩弹簧滑动连接；挂钩与副尺固定连接，挂钩用于钩挂测线。其工作模式类似游标卡尺，测线连接在挂钩上后，通过伸缩弹簧将测线张紧，从而获取准确的测线长度数值。
本发明的有益技术效果是：沉降观测预埋件结构简单、安装方便，可拆卸后重复使用，有赖于沉降观测预埋件，使测量过程全采用机械方式实现，测量过程简单、结果准确可靠。
附图说明
图1、沉降观测预埋件结构示意图（图中标记A所示结构体即为作为限位结构的钢丝，标记B所示结构体即为由弹簧和卡块组成的弹性卡块，标记C所示结构体即为与弹性卡块匹配的卡槽）；
图2、沉降观测预埋件安装装置结构示意图（图中标记D所示结构体即为保护罩，标记E所示结构体即为沉降观测预埋件；图中的中空齿轮轴上部为T形结构体，此为为了便于转动中空齿轮轴而设置的手柄）；
图3、标尺结构示意图；
图4、顶盘结构示意图（图中标记F所示结构为一连接有弹簧的挂钩，用于对测线进行临时系挂；顶盘边沿的两个凸起为用于定位的标记结构）；
图5、防护壳结构示意图（图中标记G所示结构即为供插针通过的通孔；防护壳上端的两个缺口为用于确定通孔位置的标记结构）。
具体实施方式
一种沉降观测预埋件，所述沉降观测预埋件由两个L形支架1、两个插针2、两个弹簧3和两条测线4组成；L形支架1的短臂段1-1上设置有水平向的通孔1-2；两个L形支架1的长臂段1-3互相套接在对方的通孔1-2内，使两个L形支架1围成口字形框架；长臂段1-3外端面上设置有沿长臂段1-3轴向延伸的弹簧槽，弹簧3和插针2都设置于弹簧槽内，弹簧3设置于弹簧槽槽底和插针2之间；长臂段1-3内侧设置有条形齿1-4，两个L形支架1上的条形齿1-4位置相对；短臂段1-1上设置有垂向的过线孔1-5，短臂段1-1下侧设置有连接环1-6，测线4下端与连接环1-6固定连接，测线4中部穿过过线孔1-5。
一种采用前述沉降观测预埋件的沉降观测装置，所述沉降观测装置由多个沉降观测预埋件组成，多个沉降观测预埋件分别设置于观测洞内不同深度位置处，且多个沉降观测预埋件摆放角度相同，使多个沉降观测预埋件上的过线孔1-5互相对正；插针2在弹簧3的预紧力作用下与观测洞的洞壁紧密接触或插入洞壁的土体内；下侧的沉降观测预埋件上的测线4依次穿过其正上方的所有过线孔1-5；所有沉降观测预埋件上的测线4都延伸至洞口，观测洞洞口处设置有读数装置。
一种安装前述沉降观测预埋件的安装装置，所述安装装置由顶盘5、底盘6、限位结构7、中空齿轮轴8组成；所述顶盘5设置于观测洞的洞口处，底盘6设置于观测洞的洞底处；顶盘5上设置有中孔5-1和过孔5-2，所有测线4都从过孔5-2内穿过，中空齿轮轴8套接在中孔5-1内；中空齿轮轴8套接在沉降观测预埋件所形成的口字形框架内的中空位置处，且中空齿轮轴8表面的齿轮与沉降观测预埋件上的条形齿1-4啮合；限位结构7设置于顶盘5和底盘6之间，限位结构7与沉降观测预埋件的侧壁互相接触，防止沉降观测预埋件在中空齿轮轴8的驱动下发生自转。
所述限位结构7采用钢丝，钢丝两端分别与顶盘5下侧面和底盘6上侧面固定连接，钢丝处于张紧状态。
所述限位结构7采用套筒，套筒内孔形状与沉降观测预埋件的外轮廓匹配。
所述限位结构7采用挡板，两块挡板将多个沉降观测预埋件夹住。
所述观测洞内壁上设置有防护壳10，防护壳10上的对应位置处设置有供插针2通过的通孔。
顶盘5上端面、靠近过孔5-2的位置处设置有标尺9。
所述标尺9由主尺9-1、副尺9-2、伸缩弹簧9-3和挂钩9-4组成；主尺9-1与顶盘5上端面固定连接；副尺9-2与主尺9-1互相接触且通过伸缩弹簧9-3滑动连接；挂钩9-4与副尺9-2固定连接，挂钩9-4用于钩挂测线4。
为了便于本领域技术人员实施，本发明还公开了如下的配合本发明装置采用的沉降测量方法：设沉降观测预埋件有n个，每个沉降观测预埋件上各有两条，将其分为左、右两侧，则左侧的测线4总数和右侧的测线4总数均为n条；
1）获取初始数据：左侧的所有测线4读数形成如下数列：
S1左、S2左……Sn左
右侧的所有测线4读数形成如下数列：
S1右、S2右……Sn右；
2）经过一段时间后，再分别对所有测线4的位置进行测量：左侧的所有测线4读数形成如下数列：
S′1左、S′2左……S′n左
右侧的所有测线4读数形成如下数列：
S′1右、S′2右……S′n右
3）则可按下式计算出第n层的沉降值ΔSn：
ΔSn左＝（S′n左-S′n-1左）-（Sn左-Sn-1左）
ΔSn右＝（S′n右-S′n-1右）-（Sn右-Sn-1右）
ΔSn＝（ΔSn左+ΔSn右）/2。
Claims (9)
1.一种沉降观测预埋件，包括：插针（2）、弹簧（3）和测线（4），其特征在于：所述沉降观测预埋件由两个L形支架（1）、两个插针（2）、两个弹簧（3）和两条测线（4）组成；L形支架（1）的短臂段（1-1）上设置有水平向的通孔（1-2）；两个L形支架（1）的长臂段（1-3）互相套接在对方的通孔（1-2）内，使两个L形支架（1）围成口字形框架；长臂段（1-3）外端面上设置有沿长臂段（1-3）轴向延伸的弹簧槽，弹簧（3）和插针（2）都设置于弹簧槽内，弹簧（3）设置于弹簧槽槽底和插针（2）之间；长臂段（1-3）内侧设置有条形齿（1-4），两个L形支架（1）上的条形齿（1-4）位置相对；短臂段（1-1）上设置有垂向的过线孔（1-5），短臂段（1-1）下侧设置有连接环（1-6），测线（4）下端与连接环（1-6）固定连接，测线（4）中部穿过过线孔（1-5）。
2.一种采用如权利要求1所述沉降观测预埋件的沉降观测装置，其特征在于：所述沉降观测装置由多个沉降观测预埋件组成，多个沉降观测预埋件分别设置于观测洞内不同深度位置处，且多个沉降观测预埋件摆放角度相同，使多个沉降观测预埋件上的过线孔（1-5）互相对正；插针（2）在弹簧（3）的预紧力作用下与观测洞的洞壁紧密接触或插入洞壁的土体内；下侧的沉降观测预埋件上的测线（4）依次穿过其正上方的所有过线孔（1-5）；所有沉降观测预埋件上的测线（4）都延伸至洞口，观测洞洞口处设置有读数装置。
3.一种安装权利要求1所述沉降观测预埋件的安装装置，其特征在于：所述安装装置由顶盘（5）、底盘（6）、限位结构（7）、中空齿轮轴（8）组成；所述顶盘（5）设置于观测洞的洞口处，底盘（6）设置于观测洞的洞底处；顶盘（5）上设置有中孔（5-1）和过孔（5-2），所有测线（4）都从过孔（5-2）内穿过，中空齿轮轴（8）套接在中孔（5-1）内；中空齿轮轴（8）套接在沉降观测预埋件所形成的口字形框架内的中空位置处，且中空齿轮轴（8）表面的齿轮与沉降观测预埋件上的条形齿（1-4）啮合；限位结构（7）设置于顶盘（5）和底盘（6）之间，限位结构（7）与沉降观测预埋件的侧壁互相接触，防止沉降观测预埋件在中空齿轮轴（8）的驱动下发生自转。
4.根据权利要求3所述的用于安装沉降观测预埋件的安装装置，其特征在于：所述限位结构（7）采用钢丝，钢丝两端分别与顶盘（5）下侧面和底盘（6）上侧面固定连接，钢丝处于张紧状态。
5.根据权利要求3所述的用于安装沉降观测预埋件的安装装置，其特征在于：所述限位结构（7）采用套筒，套筒内孔形状与沉降观测预埋件的外轮廓匹配。
6.根据权利要求3所述的用于安装沉降观测预埋件的安装装置，其特征在于：所述限位结构（7）采用挡板，两块挡板将多个沉降观测预埋件夹住。
7.根据权利要求3所述的用于安装沉降观测预埋件的安装装置，其特征在于：所述观测洞内壁上设置有防护壳（10），防护壳（10）上的对应位置处设置有供插针（2）通过的通孔。
8.根据权利要求3所述的用于安装沉降观测预埋件的安装装置，其特征在于：顶盘（5）上端面、靠近过孔（5-2）的位置处设置有标尺（9）。
9.根据权利要求8所述的用于安装沉降观测预埋件的安装装置，其特征在于：所述标尺（9）由主尺（9-1）、副尺（9-2）、伸缩弹簧（9-3）和挂钩（9-4）组成；主尺（9-1）与顶盘（5）上端面固定连接；副尺（9-2）与主尺（9-1）互相接触且通过伸缩弹簧（9-3）滑动连接；挂钩（9-4）与副尺（9-2）固定连接，挂钩（9-4）用于钩挂测线（4）。
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