CN103321201B - 密封式液体压差分层沉降计及其埋设、测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种密封式液体压差分层沉降计及其埋设、测量方法，该沉降计包括：沉降板；顶部液压传感器，通过法兰盘固定安装于沉降板下方，包括一管口密封的液体管；中间液压传感器组，包括至少一个液压传感器和固定在液压传感器上的锚爪；中间液压传感器组中的第一个液压传感器的液体管通过液体三通管与顶部液压传感器的液体管连通；底部液压传感器，固定安装于一孔底固定装置上；底部液压传感器的液体管通过液体三通管与中间液压传感器组中的最后一个液压传感器的液体管连通。本发明采用液体压差作为测试物理量，其传感器的液体管密封与外界隔绝，适应能力很强，是一种垂直方向是柔性连接的测试结构，避免了侧向弯曲引起的测试影响。

Description

密封式液体压差分层沉降计及其埋设、测量方法

技术领域

本发明属于检测土地沉降的技术领域，涉及一种沉降计，特别是涉及一种密封式液体压差分层沉降计及其埋设、测量方法。

背景技术

在筑堤工程、围海造地工程、筑路工程等涉及到抛石、填土、或者其它有大的附加应力的工程中，通常需要观测分层土体的压缩沉降量。最初的沉降观测方法是将一根圆形沉降管锚固到基岩，将磁环套在沉降管外围，埋设在观测层面位置。当地基土下沉时，磁环可随土体一起同步下沉，而沉降管不会下沉，磁环则沿沉降管轴向下滑移，通过测算磁环与沉降管之间相对滑移量，实现测量目的。但该方法存在以下缺点：1)沉降管埋设位置不能进行压实处理，而路基通常需要进行压实处理，如果测量部位没有与路面一起压实，则会导致测量值与实际值不一致，造成一定的测量误差，尤其是软土地基中，测试数据失真严重，同时也影响施工；2)检测时必须从沉降管的孔中放下磁性探头才能测量磁环的位置，故只能人工测量，且精度差，工作量大，效率低；3)不能进行实时测量，无法进行长期运行监测。

为克服上述问题，本领域的研发人员又提出一种根据多点位移计原理来测试土体压缩沉降的方法，该方法可以解决自动化测试问题，但是同样由于该种仪器垂直方向是一根细杆形式的，侧向刚度很低，在软土中效果不佳。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种密封式液体压差分层沉降计及其埋设、测量方法，用于解决现有技术中的沉降计因侧向变形导致测量误差大的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种密封式液体压差分层沉降计及其埋设、测量方法。

一种密封式液体压差分层沉降计，所述密封式液体压差分层沉降计包括：沉降板；顶部液压传感器，通过法兰盘固定安装于所述沉降板下方，包括一管口密封的液体管；中间液压传感器组，包括至少一个液压传感器和固定在所述液压传感器上的锚爪；所述中间液压传感器组中的第一个液压传感器的液体管通过液体三通管与所述顶部液压传感器的液体管连通；底部液压传感器，固定安装于一孔底固定装置上；所述底部液压传感器的液体管通过液体三通管与所述中间液压传感器组中的最后一个液压传感器的液体管连通。

优选地，所述中间液压传感器组中的液压传感器依次串连，相邻的两个液压传感器的液体管通过液体三通管连通。

优选地，所述锚爪通过固定装置固定在所述液压传感器上；所述固定装置为沿液压传感器轴线方向设置的突出翼板；所述突出翼板的突出部位设有安装定位孔。

优选地，所述突出翼板上固定3个锚爪。

优选地，每个所述液压传感器上均固定两个突出翼板，一个位于液压传感器上部称为上突出翼板，一个位于液压传感器下部称为下突出翼板。

优选地，所述密封式液体压差分层沉降计还包括一辅助埋设的辅助杆，所述辅助杆上设置有上突头和下突头，所述上突头和下突头上均开设有小孔；所述上突头和下突头之间的间距与所述上突出翼板和下突出翼板之间的间距相同。

优选地，所述密封式液体压差分层沉降计还包括一包围所述中间液压传感器组并辅助埋设的钻孔保护套管。

优选地，所述法兰盘上设有传感器穿线管；所述顶部液压传感器的信号电缆、所述中间液压传感器组的信号电缆和所述底部液压传感器的信号电缆均通过所述穿线管连接到外部设备。

一种密封式液体压差分层沉降计测量方法，所述密封式液体压差分层沉降计测量方法包括：

选定所述密封式液体压差分层沉降计中最底部或最顶部的液压传感器作为基准传感器；

测试获得所述基准传感器和测试传感器的压力差；其中，所述测试传感器为所述密封式液体压差分层沉降计中除基准传感器之外的全部液压传感器的统称，所述密封式液体压差分层沉降计中的全部传感器通过液体管连通；

将所述压力差换算成液体水头高差；

所述液体水头高差在每次测量时的变化就是各测试传感器相对于基准传感器的沉降量。

优选地，所述沉降量的获得方法为：[(p0i-pj0)-(pti-pjt)]/(ρg)+Δs，其中，p0i表示测试传感器i在埋设完成时测得的压力，pti表示测试传感器i在埋设完成后第t次测得的压力，i为大于0的正整数；pj0表示基准传感器在埋设完成时测得的压力，pjt表示基准传感器在埋设完成后第t时刻测得的压力；ρg表示液体管中的液体的重度；Δs表示基准传感器在0到t时刻的垂直位移，即埋设完成时刻为0时刻，当基准传感器埋设在系统底部且较深时，Δs＝0。

优选地，所述基准传感器的选择方式为：如果所述分层沉降计的最底部的液压传感器埋设较深，则最底部的液压传感器下的土体沉降可以忽略，选定最底部的液压传感器为基准传感器；如果所述分层沉降计的最底部液压传感器的埋设较浅，最底部的液压传感器下尚有沉降，则选定最顶部的液压传感器作为基准传感器。

一种密封式液体压差分层沉降计的埋设方法，所述埋设方法包括：

A)连接所述密封式液体压差分层沉降计的孔底固定装置和底部液压传感器；

B)连接辅助杆，直到所述沉降计底部第二个传感器处；用钢丝依次穿过所述沉降计的液压传感器的下锚爪固定绳的端头小环，液压传感器的下突出翼板的安装定位孔，辅助杆下突头的小孔，液压传感器的上突出翼板的安装定位孔，辅助杆上突头的小孔，液压传感器的上锚爪固定绳的端头小环；

C)重复步骤B)，直到到达法兰盘下的第二个传感器；

D)按住辅助杆，拔出钻孔保护套管；

E)拔出钢丝，使液压传感器的锚爪与土体结合，液压传感器和辅助杆脱离；

F)连接所述沉降计的顶部液压传感器和法兰盘，将顶部液压传感器的液体管顶部段垂直固定于法兰盘上，将所述沉降计中所有的信号电缆从法兰盘下捆成束后通过法兰盘的穿线管引出，或者直接连接到外部设备；

G)在法兰盘上安装沉降板，完成埋设工作。

如上所述，本发明所述的密封式液体压差分层沉降计及其埋设、测量方法，具有以下有益效果：

本发明所述的密封式液体压差分层沉降计采用液体压差作为测试物理量，其采用的传感器的液体管密封，与外界隔绝，不受潮汐，大气等环境影响，适应能力很强，是一种垂直方向是柔性连接的测试结构，避免了侧向变形引起的测试影响，适用于地基土体分层压缩沉降测试，特别适用于软土地基的土体分层压缩测试，为填方工程，筑堤工程，筑路工程等测试土体压缩沉降，评价加固效果提供了一种新的测试方式。

附图说明

图1为本发明所述的密封式液体压差分层沉降计的结构示意图。

图2a为本发明所述的法兰盘的结构示意图。

图2b为本发明所述的顶部液压传感器与沉降板的连接结构示意图。

图3为本发明所述的中间液压传感器组的结构示意图。

图4为本发明所述的突出翼板的结构示意图。

图5为本发明所述的辅助杆的结构示意图。

元件标号说明

100                    沉降板

110                    法兰盘

111                    穿线管

200                    顶部液压传感器

210                    液体管

211                    管口

220                    信号电缆

300                    中间液压传感器组

310                    液压传感器

311                    液体管

312                    液体三通管

320                    锚爪

330                    突出翼板

331                    安装定位孔

332                    固定螺丝

340                    信号电缆

400                    底部液压传感器

410                    液体管

420                    信号电缆

500                    辅助杆

510                    上突头

520                    下突头

530                    小孔

600                    钻孔保护套管

700                    孔底固定装置

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅附图。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。

实施例

本实施例提供一种密封式液体压差分层沉降计，如图1所示，所述密封式液体压差分层沉降计包括：沉降板100，顶部液压传感器200，中间液压传感器组300，底部液压传感器400，辅助杆500(参见图5)，钻孔保护套管600，孔底固定装置700。

如图2a和图2b所示，所述顶部液压传感器200通过法兰盘110固定安装于所述沉降板100下方。所述顶部液压传感器200包括一管口密封的液体管210。所述管口密封的液体管210的顶部存在一定长度的气体段。所述液体管210的管口211垂直固定于所述法兰盘110上。所述法兰盘110上设有穿线管111；所述顶部液压传感器200的信号电缆220、所述中间液压传感器组300的信号电缆340和所述底部液压传感器400的信号电缆420均通过所述穿线管111连接到外部设备。

如图3所示，所述中间液压传感器组300包括至少一个液压传感器310和固定在所述液压传感器上的锚爪320；所述锚爪320是用于将液压传感器310于土体结合的结构。所述中间液压传感器组300中的液压传感器310依次串连，相邻的两个液压传感器310的液体管311通过液体三通管312连通。所述中间液压传感器组中的第一个液压传感器的液体管311通过液体三通管312与所述顶部液压传感器的液体管210连通。

如图4所示，所述锚爪320通过固定装置固定在所述液压传感器310上；所述固定装置为沿液压传感器轴线方向设置的突出翼板330；所述突出翼板330的突出部位设有安装定位孔331。所述突出翼板330上可固定3个锚爪，3个锚爪的间距相同，每个锚爪通过固定螺丝332固定在所述突出翼板330上。每个所述液压传感器310上均可优选固定两个突出翼板330，一个位于液压传感器上部称为上突出翼板，一个位于液压传感器下部称为下突出翼板。

所述底部液压传感器400固定安装于一孔底固定装置700上；所述孔底固定装置是一段普通的镀锌管，用来和孔底灌浆结合，并且连接底部传感器用的。所述底部液压传感器400的液体管410通过液体三通管312与所述中间液压传感器组中的最后一个液压传感器的液体管311连通。

如图5所示，所述辅助埋设的辅助杆500上设置有上突头510和下突头520，所述上突头510和下突头520上均开设有小孔530；所述上突头和下突头之间的间距与所述上突出翼板和下突出翼板之间的间距相同。

本发明所述的密封式液体压差沉降计中，各个传感器的液体管连通，且第一个传感器(即顶部液压传感器)的液体管的管口端密封，这样所有传感器的液体管就处于一个密封的状态，与外界隔绝。液体管内的液体连通所述密封式液体压差沉降计中的所有传感器，利用所述密封式液体压差沉降计中的基准传感器(本发明中的底部液压传感器或顶部液压传感器均可以作为基准传感器)和其它测试传感器(本发明所述的密封式液体压差沉降计中，除了基准传感器外，其余传感器均统称为测试传感器)的压力差值来测读测试传感器和基准传感器的位置变化，得到土体压缩沉降。其中，基准传感器的选择视具体使用情况而定，如测试系统底部传感器埋设较深，底部传感器下土体不再发生沉降，则以底部传感器为基准零点，上部所有传感器所发生的相对于底部传感器的沉降就是要求的压缩；如测试系统底部较浅，底部传感器下尚有沉降，此时选用顶部传感器作为基准，顶部沉降板的沉降通过其他方式(如水准测量)测试得到。所述管口密封的液体管210的顶部的空气压力的变化可以由基准传感器来消除。因为空气压力作用到所有的传感器上都是相等的，将测试传感器压力减去基准传感器压力时，空气压力被抵消。

本实施例还提供一种密封式液体压差分层沉降计测量方法，该沉降计采用液体压差原理测量沉降量的过程为：

1)选定基准零点：如果所述分层沉降计的底部液压传感器400埋设足够深，则底部液压传感器下的土体沉降可以忽略，以底部液压传感器为基准零点，位于底部液压传感器上部的所有传感器(也称测试传感器)所发生的相对于底部液压传感器的沉降就是要求的压缩沉降；如果所述分层沉降计的底部液压传感器400的底部较浅，底部液压传感器400下尚有沉降，此时则选用顶部液压传感器200作为基准零点，顶部沉降板100的沉降通过其他方式(如水准测量法)测试得到。

2)测试求出基准传感器和测试传感器的压力差：测试传感器测试得到的压力减去基准传感器测试得到的压力获得的差值即为所述压力差。

3)将所述压力差换算成液体水头高差：换算的过程是：将测试得到的所述压力差除以液体管内液体的重度，然后再除以重力加速度即为所述液体水头高差。

4)所述液体水头高差在每次测量时的变化就是各测试传感器相对于基准传感器的沉降量。

设埋设完成时，测试传感器(1,2,3···)测试得到的压力分别为p01，p02，p03···，基准传感器的压力为pj0；

某次测量时，测试传感器测试到的压力分别为pt1，pt2，pt3···，基准传感器压力pjt，则从埋设完成到此次测量的过程中，各测试传感器的沉降为：

测试传感器1从埋设完成到此次测试时间的沉降＝[(p01-pj0)-(pt1-pjt)]/(ρg)，其中ρg为液体的重度；

测试传感器2从埋设完成到此次测试时间的沉降＝[(p02-pj0)-(pt2-pjt)]/(ρg)，其中ρg为液体的重度；

上述过程中若基准传感器发生的沉降量为Δs，则测试传感器1发生的沉降量为[(p01-pj0)-(pt1-pjt)]/(ρg)+Δs，测试传感器2发生的沉降量为[(p02-pj0)-(pt2-pjt)]/(ρg)+Δs，依次类推。

本实施例还提供一种密封式液体压差分层沉降计的埋设方法，包括以下步骤：

A)连接所述密封式液体压差分层沉降计的孔底固定装置700和底部液压传感器400。(对于以顶部传感器为基准的，不需要该步骤)。

B)连接辅助杆，直到所述沉降计底部第二个传感器处；其中，辅助杆是由一段段可以接长的结构组成的，一般辅助杆的长度约为500mm或者1米，而液压传感器的长度一般为200mm；用钢丝依次穿过所述沉降计的液压传感器的下锚爪固定绳的端头小环，液压传感器的下突出翼板的安装定位孔，辅助杆下突头的小孔，液压传感器的上突出翼板的安装定位孔，辅助杆上突头的小孔，液压传感器的上锚爪固定绳的端头小环；然后用一根细绳拴住传感器，将辅助杆连同传感器往下放时，拉紧该细绳，使传感器的突出翼板和辅助杆的突头形成压力，保证埋设时不会脱离。

C)重复步骤B)，直到到达法兰盘下的第二个传感器。

D)当液压传感器到达设计好的位置时压住辅助杆，拔出所述沉降计的钻孔保护套管。

E)抽出钢丝，并放开细绳，此时液压传感器和辅助杆就脱开了；而且锚爪固定绳也散开，锚爪弹出切入土中，使液压传感器与土体结合，固定到周围土体中。锚爪固定绳的作用就是用来束缚锚爪的，锚爪固定绳的两端带小环，钢丝穿过两个小环时，锚爪固定绳就会束缚住上、下锚爪，抽出钢丝时，上、下锚爪即弹出。

F)连接所述沉降计的顶部液压传感器200和法兰盘110，将顶部液压传感器200的液体管210顶部段垂直固定于法兰盘110上，将所有的信号电缆从法兰盘110下捆成束后通过穿线管111引出，或者直接连接到自动化测试设备。

G)在法兰盘上安装沉降板100，完成埋设工作。

本发明所述的密封式液体压差分层沉降计采用液体压差作为测试物理量，其采用的传感器的液体管密封，与外界隔绝，不受潮汐，大气等环境影响，适应能力很强，是一种垂直方向是柔性连接的测试结构，测试成果不受系统侧斜变形的影响，适用于地基土体分层压缩沉降测试，特别适用于软土地基的土体分层压缩测试，为填方工程，筑堤工程，筑路工程等测试土体压缩沉降，评价加固效果提供了一种新的测试方式。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (12)

1.一种密封式液体压差分层沉降计，其特征在于，所述密封式液体压差分层沉降计包括：

沉降板；

顶部液压传感器，通过法兰盘固定安装于所述沉降板下方，包括一管口密封的液体管；

中间液压传感器组，包括至少一个液压传感器和固定在所述液压传感器上的锚爪；所述中间液压传感器组中的第一个液压传感器的液体管通过液体三通管与所述顶部液压传感器的液体管连通；

底部液压传感器，固定安装于一孔底固定装置上；所述底部液压传感器的液体管通过液体三通管与所述中间液压传感器组中的最后一个液压传感器的液体管连通；所述液体管内的液体连通所述密封式液体压差沉降计中的所有传感器，利用所述密封式液体压差沉降计中的基准传感器和测试传感器的压力差值来测读测试传感器和基准传感器的位置变化，得到土体压缩沉降；所述底部液压传感器或顶部液压传感器均可以作为基准传感器；所述密封式液体压差沉降计中，除了基准传感器外，其余传感器均统称为测试传感器。

2.根据权利要求1所述的密封式液体压差分层沉降计，其特征在于：所述中间液压传感器组中的液压传感器依次串连，相邻的两个液压传感器的液体管通过液体三通管连通。

3.根据权利要求1或2所述的密封式液体压差分层沉降计，其特征在于：所述锚爪通过固定装置固定在所述液压传感器上；所述固定装置为沿液压传感器轴线方向设置的突出翼板；所述突出翼板的突出部位设有安装定位孔。

4.根据权利要求3所述的密封式液体压差分层沉降计，其特征在于：所述突出翼板上固定3个锚爪。

5.根据权利要求4所述的密封式液体压差分层沉降计，其特征在于：每个所述液压传感器上均固定两个突出翼板，一个位于液压传感器上部称为上突出翼板，一个位于液压传感器下部称为下突出翼板。

6.根据权利要求5所述的密封式液体压差分层沉降计，其特征在于：所述密封式液体压差分层沉降计还包括一辅助埋设的辅助杆，所述辅助杆上设置有上突头和下突头，所述上突头和下突头上均开设有小孔；所述上突头和下突头之间的间距与所述上突出翼板和下突出翼板之间的间距相同。

7.根据权利要求6所述的密封式液体压差分层沉降计，其特征在于：所述密封式液体压差分层沉降计还包括一包围所述中间液压传感器组并辅助埋设的钻孔保护套管。

8.根据权利要求1所述的密封式液体压差分层沉降计，其特征在于：所述法兰盘上设有传感器穿线管；所述顶部液压传感器的信号电缆、所述中间液压传感器组的信号电缆和所述底部液压传感器的信号电缆均通过所述穿线管连接到外部设备。

9.一种密封式液体压差分层沉降计测量方法，其特征在于，所述密封式液体压差分层沉降计测量方法包括：

选定所述密封式液体压差分层沉降计中最底部或最顶部的液压传感器作为基准传感器；

测试获得所述基准传感器和测试传感器的压力差；其中，所述测试传感器为所述密封式液体压差分层沉降计中除基准传感器之外的全部液压传感器的统称，所述密封式液体压差分层沉降计中的全部传感器通过液体管连通；

将所述压力差换算成液体水头高差；

所述液体水头高差在每次测量时的变化就是各测试传感器相对于基准传感器的沉降量。

10.根据权利要求9所述的密封式液体压差分层沉降计测量方法，其特征在于：所述沉降量的获得方法为：

[(p0i-pj0)-(pti-pjt)]/(ρg)+Δs

其中，p0i表示测试传感器i在埋设完成时测得的压力，pti表示测试传感器i在埋设完成后第t次测得的压力，i为大于0的正整数；pj0表示基准传感器在埋设完成时测得的压力，pjt表示基准传感器在埋设完成后第t时刻测得的压力；ρg表示液体管中的液体的重度；Δs表示基准传感器在0到t时刻的垂直位移，当基准传感器埋设在系统底部且较深时，Δs＝0。

11.根据权利要求9所述的密封式液体压差分层沉降计测量方法，其特征在于，所述基准传感器的选择方式为：

如果所述分层沉降计的最底部的液压传感器埋设较深，则最底部的液压传感器下的土体沉降可以忽略，选定最底部的液压传感器为基准传感器；

如果所述分层沉降计的最底部液压传感器的埋设较浅，最底部的液压传感器下尚有沉降，则选定最顶部的液压传感器作为基准传感器。

12.一种密封式液体压差分层沉降计的埋设方法，其特征在于，所述埋设方法包括：

A)连接所述密封式液体压差分层沉降计的孔底固定装置和底部液压传感器；

B)连接辅助杆，直到所述沉降计底部第二个传感器处；用钢丝依次穿过所述沉降计的液压传感器的下锚爪固定绳的端头小环，液压传感器的下突出翼板的安装定位孔，辅助杆下突头的小孔，液压传感器的上突出翼板的安装定位孔，辅助杆上突头的小孔，液压传感器的上锚爪固定绳的端头小环；

C)重复步骤B)，直到到达法兰盘下的第二个传感器；

D)按住辅助杆，拔出钻孔保护套管；

E)拔出钢丝，使液压传感器的锚爪与土体结合，液压传感器和辅助杆脱离；

F)连接所述沉降计的顶部液压传感器和法兰盘，将顶部液压传感器的液体管顶部段垂直固定于法兰盘上，将所述沉降计中所有的信号电缆从法兰盘下捆成束后通过法兰盘的穿线管引出，或者直接连接到外部设备；

G)在法兰盘上安装沉降板，完成埋设工作。