CN103487022B - 一种高速公路软土路基沉降观测索装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高速公路软土路基沉降观测索装置，主要部件包括沉降板、柔性观测索、沉降尺，并配以水准仪和水准尺进行观测。沉降板通过柔性观测索与沉降尺连接。水准仪放置在沉降尺与水准尺之间，用于测量读取沉降尺的刻度并计算沉降板位置的地基沉降量。本装置结构简单，使用方便，观测索特有的柔性特征可允许碾压机械在路堤填筑时直接从其上方碾压过去，有效解决了传统刚性测杆观测装置在施工中容易被损坏的问题；同时，减少了测杆附近路面的反复填挖工作。柔性观测索在首次安装时直接截取足够长度，高出路面部分可以直接盘置在原地，不需要焊接，降低了施工难度和工作量。本装置制作成本低，可显著节约监测费用。

Description

一种高速公路软土路基沉降观测索装置

技术领域

本发明涉及一种测量装置，尤其涉及一种高速公路软土路基沉降观测索装置。

背景技术

在软土地基上修筑高速公路，由于受路堤填土重量的作用，地基会发生压缩变形，严重时可能导致地基隆起、失稳。因此，在软土地基上修筑高速公路，最突出的问题就是路基的稳定和沉降，它影响着施工进度和施工质量，必须在施工过程中进行沉降动态观测。目前地基的沉降观测主要有三种方法：剖面沉降管法、基于液位差（静水压力差）原理的观测方法，以及沉降板法。

剖面沉降管法由倾角仪、水平放置的测斜管以及数显仪组成，通过倾角仪测出所在位置的倾角变化即可换算出该位置的沉降量，该方法的不足之处在于沉降较大时测斜管易断裂，而且测斜管内固定倾角方向的导向槽在路基变形时容易发生偏转，倾角仪所测方向就会随之发生变化而产生明显误差，同时，该方法观测工作量大、观测成本较高。

基于液位差（确切地说，是观测点与基准点相对高差引起的静水压力差）原理的观测方法，是在观测点安装埋入式沉降盒，并在地基内通过输水管与路堤外地表的基准水箱相连，沉降盒内有压力传感器，可以测得沉降盒内的水压，并通过电缆传递信号到地表，根据测得的压力变化即可换算出观测点与基准点的高差。该方法的优点是观测工作量低，而且避免了沉降观测与路堤施工的互相干扰。但是，从现有的使用经验来看，由于很多时候地基沉降量较小，传递到埋入式压力传感器上的水压力也特别小，常规仪器很难精确测得水压力的大小，观测误差较大；若采用高灵敏度仪器观测，不但成本高，而且受各种偶然因素影响，得到的数据容易发生漂移，这些问题限制了液位差法在实际工程中的使用。

沉降板法目前在实际工程中应用最多，其观测装置总体上是一种刚性结构，主要包括沉降板、金属测杆，以及金属或硬质塑料保护套管组成。其最大的优点是观测数据可靠，不足之处在于：测杆和套管均为硬质管，易受压路机等碾压机械损坏，因此，施工期间沉降板附近路面要单独施工，在碾压前需事先挖出部分土体后拆除部分测杆和套管，使其顶面远低于碾压机械的影响范围，观测过程与路堤施工互相干扰，影响施工进度；而且，稍有不慎就可能造成沉降测点的永久损坏；另外，测管和套管用量大，采用螺纹接口加工成本高。

发明内容

本发明提供的高速公路软土地基沉降观测索，是对现有沉降板法的重大改进。观测索本身具备柔性特征，有效解决了现有技术中金属测杆容易损坏以及测杆附近路堤施工与观测相互干扰大等问题。

本发明采用如下技术方案：

本发明所述的一种高速公路软土路基沉降观测索装置，包括沉降板，沉降尺，水准仪，水准尺；沉降板通过观测索与沉降尺连接，水准仪放置在沉降尺与水准尺之间，水准仪用于测量读取沉降尺和水准尺的刻度并据此计算沉降量；柔性观测索外侧包裹润滑保护套。

本发明所述的高速公路软土路基沉降观测索装置；所述的沉降尺包括支架、微型卷扬机、弹簧测力计，滑轮，挂钩，钢绞线，限位板；所述的支架的内、外侧面均标设刻度；微型卷扬机与挂钩均固定在支架上，柔性观测索的一端与沉降板连接、另一端穿过滑轮连接在挂钩上；弹簧测力计的一端与滑轮连接、另一端通过钢绞线与微型卷扬机连接，限位板布置在微型卷扬机的下方。

本发明所述的高速公路软土路基沉降观测索装置，所述的滑轮通过滑轮定向装置布置在沉降尺上。

本发明所述的高速公路软土路基沉降观测索装置，步骤如下：

1）、将柔性测索绕过专用沉降尺内的滑轮后，将其端部与沉降尺内的挂钩连接；通过旋转微型卷扬机的摇臂将柔性观测索拉直，并根据测力计的读数将拉力控制在设计拉力附近；

2）、根据滑轮定向装置上的刻度指针读取滑轮相对于沉降尺支架的高度；

3）读取挂钩所对处的位置；

4）根据水准仪，读取沉降尺的刻度；

5）根据水准仪，读取基准点处水准尺的刻度；

6）通过如下计算公式计算：

△H=H–H_首次

得到本次观测时，路堤的累计沉降量。其中，H为当柔性测索完全拉直为一条铅直线（不再绕过滑轮）时其顶部相对于基准点的高度。

有益效果

本发明提供的高速公路软土路基沉降观测索装置，结构简单，使用方便，观测索特有的柔性特征可允许碾压机械在路堤填筑时直接从其上方碾压过去，有效解决了传统刚性测杆观测装置在施工中容易被损坏的问题；同时，减少了测杆附近路面的反复填挖工作，柔性观测索在首次安装时直接截取足够长度，高出路面部分可以直接盘置在原地，不需要焊接，降低了施工难度和工作量；而且本装置制作成本低，可显著节约监测费用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的水准尺的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步详细说明：

如附图1和附图2所示：高速公路软土地基柔性沉降观测装置，包括：1沉降板、2柔性观测索、3润滑保护套、4沉降尺；通过水准仪5进行观测。所述的柔性观测索2下端连接沉降板1；润滑保护套3将柔性观测索2包裹并保护起来；沉降尺4由支架4-1、微型卷扬机4-2、弹簧测力计4-3、滑轮4-4，滑轮定向装置4-5、挂钩4-6、钢绞线4-7及限位板4-8等部件组成。其中，支架4-1的内、外侧面均标有刻度，以方便观测；微型卷扬机4-2和挂钩4-6均固定在支架4-1上。观测时，所述的柔性观测索2的另一端穿过滑轮4-4后连接在挂钩4-6上，微型卷扬机4-2用于提升滑轮4-4，从而将柔性观测索2拉直。滑轮定向装置4-5可保证滑轮只沿着竖直方向上下移动，而不会发生沿水平面内的转动，滑轮定向装置上的水平构件兼起刻度指针作用，用于观测滑轮4-4相对于支架4-1底面以上的高度。弹簧测力计可给出钢绞线4-7对滑轮的拉力，为观测人员提供参考，避免施加过大拉力而导致柔性观测索2断裂。

本发明提供的高速公路软土地基沉降观测索装置主要部件设计如下：沉降板1采用40cm×40cm×4mm的钢板；润滑保护套2采用直径约6mm的空心塑料管，要有足够柔韧性并具有一定强度；柔性观测索2采用直径为1.5mm的不锈钢丝；水准尺支架采用厚度约3mm的高强度轻型铝合金制作，为“┏┓”字型构件，截面尺寸采用15cm×10cm矩形，其开敞面局部使用加强筋加固，以提高支架刚度；微型卷扬机和测力计设计拉力30kg。

本发明提供的高速公路软土地基沉降观测索装置使用步骤如下：

1）在沉降观测点附近挖50cm×50cm×20cm左右的坑，然后在沉降板1的下面铺5cm左右的砂层，校正沉降板1水平；

2）将柔性观测索2一端绑定在沉降板1的中心圆环上，并套上润滑保护套3；然后坑内回填土压平整实。柔性观测索2另一端绑在一个直径约2cm的空心圆环上，以方便以后与沉降尺4内的挂钩套接。

3）每次观测完成后，将露在外面的观测索及润滑保护套缠绕在一个圆筒上，以尽量减少被破坏的几率，下次观测时再将其打开。路堤填筑前，不需要进行任何开挖与拆除工作，只需将柔性观测索与标记物连接，以方便碾压后寻找测点。这样，碾压时能大规模作业，节约时间（即使施工期未采取任何措施，最多只会造成柔性观测索被埋，而不存在传统刚性测杆那样被碾压破坏的问题）。

4）路堤填筑碾压完成后，挖开至新填筑前的深度，将柔性观测索拉成铅直状态后再一层一层回填路堤土并轻轻夯实，确保柔性观测索始终处于铅直状态，从而提高沉降观测精度。

柔性观测索可采用高强度柔性不锈钢丝或满足高强、柔性、在潮湿环境下不会锈蚀老化的其它材料，保证不被路堤施工碾压设备压坏并具有一定的耐久性。

在所述柔性观测索外面包裹润滑保护套，所述的润滑保护套的材质为具有足够柔韧性并具有一定强度的材料，内有润滑剂，以有效减小钢丝与土体之间的摩擦，并起到保护钢丝的作用。沉降尺4内设有微型卷扬机、滑轮和测力计等部件，可保证将柔性观测索拉直，且将拉力控制在一定的范围内，不至于将柔性观测索拉断。

沉降尺4内设有滑轮定向装置以及限制微型卷扬机钢绞线不发生偏移的限位板，可保证观测时柔性观测索处于铅直状态，保证观测精度。

沉降尺4内、外侧均标有刻度，滑轮定向装置上的水平构件兼有刻度标尺的作用，可联合水准仪读数来计算路堤沉降量。

沉降观测与计算方法如下：

1）将柔性测索2绕过沉降尺4内的滑轮4-4后，将其端部与沉降尺4内的挂钩4-6连接；然后，通过旋转微型卷扬机4-2的摇臂将柔性观测索2拉直，并根据测力计4-3的读数将拉力控制在设计拉力附近；

2）根据滑轮定向装置4-5上的刻度指针读取滑轮相对于沉降尺4支架4-1的高度，假设其读数为h₁（其0刻度线位于沉降尺4底部）。

3）读取挂钩4-6所对处的位置，假设其读数为h₂（其0刻度线位于沉降尺4底部）。

4）根据水准仪5，读取沉降尺4的刻度，假设其读数为H₁（其0刻度线位于沉降尺4底部）。

5）根据水准仪5，读取基准点处水准尺6的刻度，假设其读数为H₂（其0刻度线位于基准点7顶部）。

6）基于以上读数，可以计算出当柔性测索完全拉直为一条铅直线（不再绕过滑轮）时其顶部相对于基准点7的高度H，计算公式为：

H=H₂-H₁+2h₁-h₂+πR

式中，π为圆周率，取3.1416；R为滑轮4-4的半径。

7）通过与首次观测得到的高程相比，可得到本次观测时，路堤的累计沉降量，即

△H=H–H_首次

式中，H_首次为沉降板埋设后首次观测时的柔性观测索顶端的高程。

Claims (3)

1.一种高速公路软土路基沉降观测索装置，包括沉降板（1）、柔性观测索（2）、沉降尺（4）、水准仪（5）、水准尺（6）；水准仪（5）放置在沉降尺（4）与水准尺（6）之间，水准仪（5）用于测量读取沉降尺（4）和水准尺（6）的沉降度数；其特征在于：所述的沉降板（1）通过柔性观测索（2）与沉降尺（4）连接，柔性观测索（2）外侧包裹润滑保护套（3）；所述的沉降尺（4）包括支架（4-1）、微型卷扬机（4-2）、弹簧测力计（4-3），滑轮（4-4）、挂钩（4-6）、钢绞线（4-7）、限位板（4-8）；所述的支架（4-1）的内、外侧面均标设置刻度；微型卷扬机（4-2）与挂钩（4-6）均固定在支架（4-1）上，柔性观测索（2）的一端与沉降板（1）连接、另一端穿过滑轮（4-4）连接在挂钩（4-6）上；弹簧测力计（4-3）的一端与滑轮（4-4）连接、另一端通过钢绞线（4-7）与微型卷扬机（4-2）连接，限位板（4-8）布置在微型卷扬机（4-2）的下方。

2.根据权利要求1所述的高速公路软土路基沉降观测索装置，其特征在于：所述的滑轮（4-4）通过滑轮定向装置（4-5）布置在沉降尺（4）上。

3.利用上述权利要求1至2中任意一项所述的高速公路软土路基沉降观测索装置的观测方法，其特征在于：观测步骤如下：

1）、将柔性观测索（2）绕过专用沉降尺（4）内的滑轮（4-4）后，将其端部与沉降尺（4）内的挂钩（4-6）连接；通过旋转微型卷扬机（4-2）的摇臂将柔性观测索（2）拉直，并根据弹簧测力计（4-3）的读数将拉力控制在设计拉力附近；

2）根据滑轮定向装置(4-5)上的刻度指针读取滑轮相对于沉降尺(4)支架(4-1)的高度，假设其读数为h₁；

3）读取柔性观测索(2)所挂挂钩(4-6)所对处的位置，假设其读数为h₂；

4）根据水准仪(5)，读取沉降尺(4)的刻度，假设其读数为H₁；

5）根据水准仪(5)，读取基准点处水准尺(6)的刻度，假设其读数为H₂；

6）基于以上读数，可以计算出当柔性测索(2)完全拉直为一条铅直线时其顶部相对于基准点(7)的高度H，计算公式为：

H=H₂-H₁+2h₁-h₂+πR

式中，π为圆周率，取3.1416；R为滑轮(4-4)的半径；

7）通过与首次观测得到的高程相比，可得到本次观测时，路堤的累计沉降量，即

△H=H–H_首次

式中，H_首次为沉降板埋设后首次观测时的柔性观测索顶端的高程。