CN103644892A - 一种深基坑土体分层沉降测量装置及测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基坑沉降测量领域，具体为一种深基坑土体分层沉降测量装置及测量方法。本发明通过埋设沉降管，当土体发生沉降后，通过焊接在每节沉降管上的沉降标将不同深度土体的沉降传递到孔口，然后用拉绳式位移传感器采集数据，从而实现土体单孔多点的沉降测量。本发明具有以下优点：（1）利用拉绳式位移传感器采集数据，测量精度和自动化程度高；（2）通过在每节沉降管上焊接一个沉降标，通过沉降标将不同深度土体的沉降传递到孔口，实现了单孔多点的测量要求；（3）采用石英粉浆液与水泥浆液间隔回填孔周，保证了沉降管与周围土体沉降一致，实现精确测量。

Description

一种深基坑土体分层沉降测量装置及测量方法
技术领域
本发明涉及基坑沉降测量领域，具体为一种深基坑土体分层沉降测量装置及测量方法。
背景技术
深基坑工程施工不仅要保证本身的安全与稳定，而且要有效控制土体变形以保护周围环境。尽管出现了自动化、远程监控技术，但在监测项目上，目前多集中在易测项目（如：支护结构变形、地表沉降、建筑物沉降等），然而对于有些项目（如：土体沉降、相邻地下建筑物沉降、地下水渗流特性等）仍缺乏经济有效的手段，因此还需要发展新的量测手段，建立和完善监测技术标准，以满足深基坑施工过程中对周边环境的保护要求。目前常用土体沉降测量方法主要有：（1）通过埋设磁环式分层沉降标，采用分层沉降仪进行测量，但该方法读数精度受钢环设置情况与沉降管的埋设和安装影响较大；（2）通过埋设深层沉降标，采用水准测量方法进行测量，但无法实现单孔多点的测量要求。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种深基坑土体分层沉降测量装置及测量方法的技术方案。
所述的一种深基坑土体分层沉降测量装置，其特征在于：主要包括若干沉降管、拉绳式位移传感器和PC机，所述的沉降管两端均设置法兰盘，相邻的沉降管之间通过法兰盘相连，在沉降管一端的法兰盘内缘上焊接设置沉降标，每一沉降管上的沉降标设为十个且均匀分布在法兰盘内缘上；所述的沉降标的悬空端连接高柔韧性复合钢丝绳一端，高柔韧性复合钢丝绳另一端与拉绳式位移传感器相连，拉绳式位移传感器与PC机相连。
所述的一种深基坑土体分层沉降测量装置，其特征在于所述沉降管每十根为一组，每组沉降管上的沉降标长度相同；自上而下设置多组沉降管，自上而下的每组沉降管上的沉降标长度递增。
所述的一种深基坑土体分层沉降测量装置，其特征在于所述沉降管为橡胶软管，在橡胶软管内设置钢筋弹簧为骨架，且每节沉降管的长度为1米。
所述的一种深基坑土体分层沉降测量装置，其特征在于所述相邻的法兰盘之间设置橡胶垫。
所述的一种利用上述测量装置进行深基坑土体分层沉降测量的测量方法，其特征在于包括以下步骤：
1）深基坑开挖前挖沉降管埋设孔，在埋设沉降管时，在孔的圆周填充一圈填充层；
2）埋设好沉降管且在深基坑开挖前对土体进行两次测量，记录初始值；
3）深基坑开挖时，当沉降管随土体压缩、沉降标发生竖向位移时，PC机测量拉绳式位移传感器的读数变化，测出沉降标到孔口相对距离的变化量，即测出深基坑的沉降变化量。
所述的测量方法，其特征在于所述步骤1）中填充层的填充物为石英粉浆液和水泥浆液，填充层在注浆时，采用孔底注浆，且在沉降管左右对称各设置一个注浆管，两个注浆管同时注浆，且一层水泥浆液、一层石英粉浆液。
本发明具有以下优点：
（1）利用拉绳式位移传感器采集数据，测量精度和自动化程度高；
（2）通过在每节沉降管上焊接一个沉降标，通过沉降标将不同深度土体的沉降传递到孔口，实现了单孔多点的测量要求；
（3）采用石英粉浆液与水泥浆液间隔回填孔周，保证了沉降管与周围土体沉降一致，实现精确测量。
本发明在深基坑规模和数量不断扩大的背景下，将具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明沉降管的结构示意图；
图2为本发明沉降标的结构示意图；
图3为本发明拉绳式位移传感器的结构示意图；
图4为本发明填充层的结构示意图；
图中：1-橡胶软管，2-钢筋弹簧，3-法兰盘，4-沉降标，5-高柔韧性复合钢丝绳，6-短标，7-中标，8-长标，9-拉绳式位移传感器，10-石英粉浆液，11-水泥浆液，12-PC机。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明做进一步说明：
本发明的测量装置主要包括若干沉降管、拉绳式位移传感器9和PC机12，沉降管为橡胶软管1，在橡胶软管1内设置钢筋弹簧2为骨架，且每节沉降管的长度为1米；沉降管两端均设置法兰盘3，相邻的沉降管之间通过法兰盘3相连，相邻的法兰盘3之间设置橡胶垫，在沉降管一端的法兰盘3内缘上焊接短钢筋作为沉降标4，沉降标4的悬空端连接高柔韧性复合钢丝绳5一端，高柔韧性复合钢丝绳5另一端与拉绳式位移传感器9相连，拉绳式位移传感器9与PC机12相连，PC机12通过采集并计算拉绳式位移传感器9的信息获得土体的沉降值；每一沉降管上的沉降标4设为十个且均匀分布在法兰盘内缘上，沉降管每十根为一组，每组沉降管上的沉降标4长度相同，这样十米的距离用10根沉降管即可测量；自上而下设置多组沉降管，自上而下的每组沉降管上的沉降标4长度递增，这样可以增加测量深度，由于沉降标长度不同，使得上面10米和中间10米连接在沉降标4上的高柔韧性复合钢丝绳5不会发生交叉，可以同时测量多个点；如图2所示为本发明30米沉降管分别对应的3个长度的沉降标，1-10米用短标6，11-20米用中标7，21-30米用长标8。
利用上述测量装置进行深基坑土体分层沉降测量的测量方法，包括以下步骤：
1）深基坑开挖前挖沉降管埋设孔，在埋设沉降管时，在孔的圆周填充一圈填充层；填充层的填充物为石英粉浆液10和水泥浆液11，填充层在注浆时，采用孔底注浆，且在沉降管左右对称各设置一个注浆管，两个注浆管同时注浆，且一层水泥浆液、一层石英粉浆液；采用石英粉浆液与水泥浆液间隔回填孔周，土体变形通过水泥硬层传递到沉降管，从而带动沉降管与土体一起变形；
2）埋设好沉降管且在深基坑开挖前对土体进行两次测量，记录初始值；
3）深基坑开挖时，当沉降管随土体压缩、沉降标发生竖向位移时，PC机测量拉绳式位移传感器的读数变化，测出沉降标到孔口相对距离的变化量，即测出深基坑的沉降变化量。
本发明的原理是埋设沉降管，当土体发生沉降后，通过焊接在每节沉降管上的沉降标将不同深度土体的沉降传递到孔口，然后用拉绳式位移传感器采集数据，从而实现土体单孔多点的沉降测量。
为适应土体单孔多点的沉降测量需求，设计了一种橡胶软管作为沉降管，内有钢筋弹簧作为骨架。沉降管竖向模量远小于土体模量，因此竖向会随土体竖向变形而同步拉伸或压缩。在每节沉降管一端的法兰盘上焊接短钢筋作为沉降标，每个沉降标外端点连接一根高柔韧性复合钢丝绳到孔口，与固定于沉降管法兰盘上的拉绳式位移传感器相连。
在一个测孔中，为保证每个沉降标所连高柔韧性复合钢丝绳保持竖直方向，并且避免互相干扰，以30米为例，将沉降标分为三种长度：上方1～10根设短标，中间11～20根设中标，下方21～30根设长标。高柔韧性复合钢丝绳下端与沉降标固定连接，上端穿过沉降管法兰盘中的预留孔洞，与拉绳式位移传感器相连。两节沉降管通过法兰盘由螺栓连接，为防止管外泥浆渗入管中，用于连接的两个法兰盘之间放置橡胶垫。数据采集采用拉绳式位移传感器，将拉绳式位移传感器固定在法兰盘上，与高柔韧性复合钢丝绳相连，此时所采集数据为拉绳式位移传感器内部拉绳被拉出位移量。
当沉降管随土体压缩、沉降标发生竖向位移时，通过每次测量拉绳式位移传感器的读数变化，测出沉降标到孔口相对距离的变化量，管底应嵌入到稳定的土体中，以沉降管底为固定起算点，按下式计算沉降标的绝对位移：
Figure 2013106513425100002DEST_PATH_IMAGE002
                 
式中：si为地面下i米处沉降；h n、h n′分别为变形前、后地面下n米处（不动点）高柔韧性复合钢丝绳对应拉绳式位移传感器读数；hi、hi′分别为变形前、后地面下i米处（测试点）高柔韧性复合钢丝绳对应拉绳式位移传感器。
传统的分层沉降仪或者深层沉降标等测试方法，孔周填充物一般为砂或者粘土球，由孔口向下填充，通常孔底无法填充密实，无法保证土体与沉降管的同步位移。为使沉降管与周围土体沉降一致，本发明的填充物选择石英粉浆液与水泥浆液，水泥浆液硬化后具有较高强度，而石英粉浆液呈膏体状，不具强度，两者间隔填充，形成硬软间隔的填充物。土体变形通过水泥硬层传递到沉降管，从而带动橡胶软管与土体一起变形。注浆填充方式为孔底注浆，为保证浆液在孔周分布的均匀性，沉降管左右对称各放置一个注浆管，两注浆管同时注浆。
本发明沉降管需在基坑开挖前埋设完成，在基坑开挖前测量2次，得到观测初始值，确保初测数据准确。基坑开挖时同步进行监测，直至基坑挖至基底并沉降稳定。

Claims (6)

1.一种深基坑土体分层沉降测量装置，其特征在于：主要包括若干沉降管、拉绳式位移传感器和PC机，所述的沉降管两端均设置法兰盘，相邻的沉降管之间通过法兰盘相连，在沉降管一端的法兰盘内缘上焊接设置沉降标，每一沉降管上的沉降标设为十个且均匀分布在法兰盘内缘上；所述的沉降标的悬空端连接高柔韧性复合钢丝绳一端，高柔韧性复合钢丝绳另一端与拉绳式位移传感器相连，拉绳式位移传感器与PC机相连。
2.根据权利要求1所述的一种深基坑土体分层沉降测量装置，其特征在于所述沉降管每十根为一组，每组沉降管上的沉降标长度相同；自上而下设置多组沉降管，自上而下的每组沉降管上的沉降标长度递增。
3.根据权利要求1或2所述的一种深基坑土体分层沉降测量装置，其特征在于所述沉降管为橡胶软管，在橡胶软管内设置钢筋弹簧为骨架，且每节沉降管的长度为1米。
4.根据权利要求3所述的一种深基坑土体分层沉降测量装置，其特征在于所述相邻的法兰盘之间设置橡胶垫。
5.一种利用权利要求4所述的测量装置进行深基坑土体分层沉降测量的测量方法，其特征在于包括以下步骤：
1）深基坑开挖前挖沉降管埋设孔，在埋设沉降管时，在孔的圆周填充一圈填充层；
2）埋设好沉降管且在深基坑开挖前对土体进行两次测量，记录初始值；
3）深基坑开挖时，当沉降管随土体压缩、沉降标发生竖向位移时，PC机测量拉绳式位移传感器的读数变化，测出沉降标到孔口相对距离的变化量，即测出深基坑的沉降变化量。
6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于所述步骤1）中填充层的填充物为石英粉浆液和水泥浆液，填充层在注浆时，采用孔底注浆，且在沉降管左右对称各设置一个注浆管，两个注浆管同时注浆，且一层水泥浆液、一层石英粉浆液。
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