CN104499511A - 一种用于软土地层的弹簧臂式多点位移计锚头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于软土地层的弹簧臂式多点位移计锚头，包括中轴筒、外筒、传力杆、底盘和拉绳，中轴筒外壁上设有限定组件，底端与底盘中心连接，外筒套于中轴筒上，传力杆顶端通过螺钮连接外筒底端，还包括顶端设有开关组件的弹簧臂筒机构，弹簧臂筒机构顶端通过螺钮连接传力杆底端，底端通过螺钮连接底盘，拉绳一端连接开关组件，另一端固定于中轴筒顶端，中轴筒、底盘和弹簧臂筒机构均为中空结构，锚头闭合状态下插入软土地层，锚头展开状态下，弹簧臂筒机构呈水平状态，开关组件打开，弹簧臂筒机构顶端伸展插入周围土体。与现有技术相比，本发明能实现可靠、便捷地测量软土地区不同土层沉降量，为基坑工程和地下工程提供地层沉降监测数据。

Description

一种用于软土地层的弹簧臂式多点位移计锚头

技术领域

本发明涉及岩土工程检测技术领域，尤其是涉及一种用于软土地层的弹簧臂式多点位移计锚头。

背景技术

为获得软土地区基坑工程和地下工程在勘察阶段和施工开挖过程中地基沉降量信息，需在钻孔内设置多点位移计进行监测。目前已有的钻孔多点位移计测点固定装置主要有刃刀切入式、注浆式、弹片式、液压支撑式和倒楔式等，但由于其施加锚固力时对钻孔孔壁土体扰动较大，破坏了软土地区原本软弱的土体结构，常导致很难测得理想地层沉降数据，因此常采用一个孔测一个地层沉降量的方法进行测量，大大增加了工程造价，同时观测点布置过多，也妨碍开挖支护施工工序，在观测点的保护方面也造成了极大的困难。另外，现有的多点位移计锚头自重较大，在软土地区应用时对测量结果产生较大影响。

中国专利CN 202361914U公开了一种可回收式多点位移计，该装置包括孔口读数装置、孔内锚固装置及人工操纵杆，锚固方式采用钢片张开式，对于软土地区，该方式无法有效施加锚固力，另外由于其锚头与操纵杆分离在安装和拆卸操纵杆时很容易使孔壁土体受到扰动，从而很难获得软土地区地层沉降的理想数据。

中国专利CN 203393695U公开了一种岩土工程安全监测水平多点位移计装置，该装置包括一根排气管，远端锚头和近端锚头，适用于监测岩体变形的装置，不适用于软土地层的锚固及地层沉降的测量，且其注浆管、排气管没有伸缩的功能，也不是对称或者均匀分布的。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于软土地层的弹簧臂式多点位移计锚头，能够更加可靠、便捷地用于测量软土地区不同土层沉降量，为基坑工程和地下工程提供地层沉降监测数据。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于软土地层的弹簧臂式多点位移计锚头，包括中轴筒、外筒、传力杆、底盘和拉绳，所述中轴筒外壁上设有限定组件，底端与底盘中心连接，所述外筒套于中轴筒上，所述传力杆顶端通过螺钮连接外筒底端，并绕螺钮垂向旋转，还包括顶端设有开关组件的弹簧臂筒机构，所述弹簧臂筒机构顶端通过螺钮连接传力杆底端，底端通过螺钮连接底盘，并绕螺钮垂向旋转，所述拉绳一端连接开关组件，另一端固定于中轴筒顶端，中轴筒、伸缩臂筒机构和底盘均为中空结构，开关组件包括臂筒闸和臂筒卡槽，弹簧臂筒机构设有内置弹簧。

所述伸缩臂筒机构设有臂孔和底端开口，所述底盘外圈设有与水平状态的弹簧臂筒机构底端相贯通的水平开口，水平状态下的弹簧臂筒机构的底端开口与底盘的水平开口贯通连接，锚头以闭合状态置于软土地层后伸展为展开状态，从中轴筒顶端注入浆液，浆液进入底盘后，再由弹簧臂筒机构的臂孔流入周围土体，待浆液凝结，锚头与周围土体固定。

锚头闭合状态下，外筒位于限定组件上方，弹簧臂筒机构呈竖直状态时，开关组件关闭，插入软土地层，锚头展开状态下，外筒沿中轴筒向下移动，推动传力杆，使得弹簧臂筒机构呈水平状态，此时限定组件对外筒予以限定，拉绳拉起臂筒闸，弹簧臂筒机构在内置弹簧的作用下，伸展插入周围土地，锚头与周围土体固定。

锚头底盘上的弹簧臂筒机构伸展完成后，从中轴筒上部开口注入足量的浆液，浆液通过中轴筒、底盘和伸缩臂筒机构，经臂孔进入周围土体，静置一段时间，直到锚头与其周围土体胶结良好。

所述弹簧臂筒机构包括由外向内依次嵌套的一个以上的臂筒单件，每级臂筒单件通过内置弹簧连接上一级臂筒单件底端，最外层的臂筒单件顶端通过螺钮连接传力杆，底端通过螺钮连接底盘，所述开关组件设于最外层的臂筒单件顶端，开关组件抵住内层的臂筒单件顶端，开关组件打开后，在内置弹簧的作用下，内层的臂筒单件向外伸展，且相邻臂筒单件端部之间通过臂筒内扣固定连接。

所述内置弹簧通过臂筒底环设于臂筒单件内壁上，所述臂筒内扣分别设于相邻臂筒单件端部上。

所述开关组件中的臂筒卡槽设于最外层的臂筒单件顶端，所述臂筒闸一端设于最外层的臂筒顶端，另一端插入臂筒卡槽内，臂筒闸抵住内层的臂筒单件顶端，所述拉绳连接臂筒闸，拉绳拉动臂筒闸时，臂筒闸弹出臂筒卡槽。

所述弹簧臂筒机构为四组，均布设置，每个弹簧臂筒机构与对应的传力杆通过螺钮连接。

所述弹簧臂筒机构外壁上设有臂筒延长臂，锚头展开状态下，弹簧臂筒机构的底端开口通过臂筒延长臂与底盘的水平开口贯通连接。

所述中轴筒外壁、外筒外壁和传力杆自上至下均设有拉绳环，所述拉绳一端连接弹簧臂筒机构的开关组件，另一端依次穿过拉绳环后固定于中轴筒顶端。

所述限定组件包括弹动按钮和限定块，所述弹动按钮通过螺钮和弹簧连接中轴筒外壁，所述限定块设于弹动按钮下方的中轴筒外壁上，所述外筒内壁上设有与弹动按钮尺寸一致的凹槽，弹动按钮经弹簧作用卡入凹槽。弹簧受力压缩时，弹动按钮缩入中轴筒外壁内，弹簧未受力时，弹动按钮凸出中轴筒外壁，外筒沿中轴筒向下移动时，弹动按钮经弹簧受力卡入凹槽，限定块凸起限定外筒向下移动位置，从而固定锚头展开状态时外筒的位置。

所述中轴筒、外筒、传力杆、弹簧臂筒机构和底盘的制成材料均为镀铬不锈钢。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明传力杆与外筒之间、传力杆与弹簧臂筒机构之间、弹簧臂筒机构与底盘之间，分别通过可绕之转动的螺钮连接，锚头展开状态时，内置弹簧的弹簧臂筒机构伸入周围土体，进行锚固，可大大减少对土体扰动，适合用于软土地层。

2)本发明采用中空的中轴筒、底盘及弹簧臂筒机构，有助于减少生产耗材，可用于注浆固结锚定，有助于进一步稳固锚头及其上部设施；不需注浆固结锚定时，使用过后可回收再利用。

3)本发明锚头结构简单，安装方便，锚头闭合状态插入软土地层，推动外筒，并拉动拉绳，使锚头为展开状态，完成安装。

4)本发明锚头采用镀铬不锈钢，中空结构较轻，底部实际总受力面较大，且采用对称设置，大大增加了锚头的稳定性，可减小因仪器自重对测量产生的影响，可更准确地反映出土层位移信息，同时可一孔多测，降低了监测钻孔的数量降低工程成本，减少了施工时间，具有较高的实用价值和市场前景。

5)本发明锚头结构可靠、牢固，采用拉绳轻质光滑，强度足以将臂筒闸从臂筒凹槽中顺畅拉出；拉绳环光滑，强度足以承受拉绳拉出臂筒闸的操作；臂筒单件之间通过臂筒内扣连接契合，防止相互脱离；外筒撑开后，可由弹动按钮和限定块凸起予以限定。

附图说明

图1为本发明弹簧臂式多点位移计锚头闭合时正视结构示意图；

图2为本发明弹簧臂式多点位移计锚头闭合时弹动按钮结构示意图；

图3为本发明弹簧臂式多点位移计锚头闭合时弹簧臂筒机构仰视结构示意图；

图4为本发明弹簧臂式多点位移计锚头闭合时俯视结构示意图；

图5为本发明弹簧臂式多点位移计锚头闭合时弹簧臂筒机构结构示意图；

图6为本发明弹簧臂式多点位移计锚头展开时弹簧臂筒机构结构示意图；

图7为本发明弹簧臂式多点位移计锚头展开一级臂筒后正视结构示意图；

图8为本发明弹簧臂式多点位移计锚头完全展开后正视结构示意图；

图9为本发明弹簧臂式多点位移计锚头完全展开后俯视结构示意图。

图中：1为中轴筒，2为拉绳环，3为拉绳，4为外筒，5为拉绳环，6为螺钮，7为传力杆，8为弹动按钮，9为拉绳环，10为限定块，11为螺钮，12为一级臂筒，13为臂孔，14为臂筒延长臂，15为螺钮，16为底盘，17为臂筒闸，18为二级臂筒，19为三级臂筒，20为臂筒内扣，21为臂筒卡槽，22为一级内置弹簧，23为臂筒底环，24为二级内置弹簧，25为弹簧，26为螺钮。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，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。

如图1、图4所示，一种用于软土地层的弹簧臂式多点位移计锚头，包括中轴筒1、外筒4、传力杆7、弹簧臂筒机构、底盘16和拉绳3，中轴筒1、外筒4、伸缩臂筒机构和底盘16均为中空结构，传力杆7和弹簧臂筒机构均为四组，中轴筒1、外筒4、传力杆7和底盘16的制成材料均为镀铬不锈钢。

如图1所示，中轴筒1底端与底盘16中心的孔洞贯通连接为一整体，中轴筒1嵌套于外筒4中，中轴筒1外壁中部下方上设有限定组件，限定组件为两组，以180°为间隔、对称设置于中轴筒1外壁上，每组限定组件包括弹动按钮8和限定块10，如图2所示，弹动按钮8上部尖端通过螺钮26连接中轴筒1外壁，下部通过弹簧25连接中轴筒1外壁，弹簧25受力压缩时，弹动按钮8缩入中轴筒1外壁，弹簧25未受力时，弹动按钮8凸出中轴筒1外壁，限定块10设于弹动按钮8下方的中轴筒1外壁上，外筒4内壁上设有与弹动按钮8尺寸一致的凹槽，如图7所示，当外筒4垂直臂筒挤压弹动按钮8，弹动按钮8经弹簧25受力完全压入对应的凹槽中，限定块10凸起限定外筒4向下移动位置，用于固定锚头展开状态时外筒4的位置，从而保证当撑下外筒4后，限定组件能较好地限定外筒4。弹动按钮8及限定块10凸起的结构与尺寸均不会影响到其它部件的正常运作。

如图1所示，外筒4上部主体为长圆筒状，下端部加大呈短喇叭状。外筒4底端四周通过螺钮6分别连接四个传力杆7顶端，四个传力杆7以90°为间隔均布设置，并通过螺钮6绕外筒4底端垂向自由旋转。

如图1所示，传力杆7底端通过螺钮11连接对应的弹簧臂筒机构设有开关组件的顶端，弹簧臂筒机构亦均布设置，传力杆7、弹簧臂筒机构之间可以绕螺钮11相互绕转。

如图3、图5、图6所示，弹簧臂筒机构包括由外向内依次嵌套的三个臂筒单件，即一级臂筒12、二级臂筒18和三级臂筒19，它们均为底端口径大于顶端口径的中空结构，且两侧设有臂孔13，一级臂筒12两端开口，通过设于一级臂筒12内壁上的一级内置弹簧25连接二级臂筒18底端，二级臂筒18两端开口，通过设于二级臂筒18内壁上的二级内置弹簧25连接三级臂筒19底端，三级臂筒19底端开口，顶端封闭，一级内置弹簧25和二级内置弹簧24分别通过臂筒底环23分别设于一级臂筒12内壁和二级臂筒18内壁上，均可在对应臂筒内自由伸展，则一级内置弹簧24向一级臂筒12顶端伸展时，推动二级臂筒18向外伸展，二级内置弹簧24向二级臂筒18顶端伸展时，推动三级臂筒19向外伸展。开关组件设于一级臂筒12顶端上，抵住二级臂筒18和三级臂筒19的顶端，传力杆7通过可绕之转动的螺钮11连接一级臂筒12顶端，底盘16通过可绕之转动的螺钮15连接一级臂筒12底端，当外筒4推动传力杆7，使得一级臂筒12呈水平状态，开关组件打开，二级臂筒18和三级臂筒19受内置弹簧的弹力作用伸展进入周围土体，相邻臂筒单件端部设有臂筒内扣20，并通过臂筒内扣20固定连接，防止二级臂筒18和三级臂筒19在伸展过程中脱落，且可增加臂筒端部衔接处的密闭性，防止注浆过程中，浆液在臂筒端衔接处发生过量泄漏。其中，三级臂筒19、二级臂筒18、一级臂筒12和内置弹簧的制成材料均为镀铬不锈钢。一级内置弹簧24和二级内置弹簧25的弹力均足以将二级臂筒18、三级臂筒19充分弹入一般土层。

如图1、图5所示，中轴筒1外壁、外筒4外壁和四个传力杆7在对应于四个螺钮6的方位上、自上至下均设有拉绳环(2、5、9)，拉绳3一端连接弹簧臂筒机构的开关组件，另一端依次穿过拉绳环(2、5、9)后固定于中轴筒1顶端，开关组件包括臂筒闸17和臂筒卡槽21，为了臂筒闸17能较好地限定二级臂筒18和三级臂筒19，二级臂筒18和三级臂筒19的顶端开口为斜切面，臂筒卡槽21设于一级臂筒12顶端筒壁上，臂筒闸17一端设于一级臂筒12顶端筒壁上，另一端插入臂筒卡槽21内，抵住二级臂筒18和三级臂筒19的顶端，拉绳3连接臂筒闸17，拉绳3拉动臂筒闸17时，臂筒闸17弹出臂筒卡槽21。设置拉绳环(2、5、9)可有效防止拉绳3在锚头安置过程中脱落或随意摆动，三组拉绳环(2、5、9)均光滑牢靠，拉绳3轻细、抗拉强度大，可顺畅地透过拉绳环(2、5、9)将臂筒闸17拉出。

如图7、图8、图9所示，底盘16外圈设有与四个水平状态的一级臂筒12的底端开口相对应贯通的四个水平开口，水平开口直径与一级臂筒12的底端开口直径相等，一级臂筒12能通过螺钮15绕底盘16垂向自由绕动，同时一级臂筒12外壁上设有臂筒延长臂14，一级臂筒12绕螺钮15转至水平时，其底端开口通过臂筒延长臂14与底盘16对应的水平开口贯通连接，良好契合，可防止在注浆过程中，发生浆液过度集中于底盘16边沿外。

该锚头工作过程：

1)如图1所示，锚头安放前为闭合状态，弹簧臂筒机构呈直立状态，与弹簧臂筒机构和外筒4连接的传力杆7均呈近直立状态，外筒4位于限定组件上方，拉绳3透过拉绳环(2、5、9)自中轴筒1至一级臂筒12顶端，与臂筒闸17相连，臂筒闸17完好插在一级臂筒12顶端的臂筒卡槽21中，以限定二级臂筒18、三级臂筒19向外伸展。

2)如图7所示，锚头以闭合状态被安置到软土地层中后，向底盘16方向推动外筒4，通过传力杆7传力，使得底盘16上四个一级臂筒12侧压入周边土层，直至一级臂筒12呈水平状态，一级臂筒12的底端开口通过其外侧臂筒延长臂14可有效地与底盘16的水平开口相嵌合。此时，外筒4由中轴筒1上的弹动按钮8和限定块10凸起限定位置。拉绳3有足够的长度以保证随着一级臂筒12的撑开，不从中轴筒1上部拉绳环5中脱落或者拉出臂筒闸17。

3)如图8、图9所示，一级臂筒12被撑开后，拉动拉绳3上端，将臂筒闸17从臂筒卡槽21中拉出，二级臂筒18、三级臂筒19顺势在内置弹簧的弹力作用下，向外弹出，伸展入周围土体中，相邻臂筒单件之间通过臂筒内扣20连接契合，防止相互脱离。

4)若采用注浆方式进一步固定时，待锚头底盘16上的弹簧臂筒机构伸展完成后，从中轴筒1上部开口注入足量的浆液，再由弹簧臂筒机构的臂孔13流入周围土体，静置一段时间，直到锚头与其周边土体胶结良好，实现在尽量减少扰动软土地层的前提下，保证锚头安置稳固的目的。

综上所述，外筒4、拉绳3、传力杆7构成本发明的锚固力施加系统，通过外筒4撑开传力杆7，展开一级臂筒12，一级臂筒12初步进入底盘16周围土体；通过拉绳3将臂筒闸17拉出臂筒卡槽21，二级臂筒18、三级臂筒19受一级臂筒12、二级臂筒18中内置弹簧的弹力作用，向底盘16周围土体中伸展，弹簧臂筒机构完全展开，不需注浆固结锚定时，使用过后可回收再利用。基于此锚头结构，有助于为软土地区基坑工程、地下工程勘察阶段和施工开挖过程提供沉降检测数据。

Claims (10)

1.一种用于软土地层的弹簧臂式多点位移计锚头，包括中轴筒、外筒、传力杆、底盘和拉绳，所述中轴筒外壁上设有限定组件，底端与底盘中心连接，所述外筒套于中轴筒上，所述传力杆顶端通过螺钮连接外筒底端，并绕螺钮垂向旋转，其特征在于，还包括顶端设有开关组件的弹簧臂筒机构，所述弹簧臂筒机构顶端通过螺钮连接传力杆底端，底端通过螺钮连接底盘，并绕螺钮垂向旋转，所述拉绳一端连接开关组件，另一端固定于中轴筒顶端，中轴筒、底盘和弹簧臂筒机构均为中空结构，锚头闭合状态下，外筒位于限定组件上方，弹簧臂筒机构呈竖直状态时，开关组件关闭，插入软土地层，锚头展开状态下，外筒沿中轴筒向下移动，推动传力杆，使得弹簧臂筒机构压入周围土体中，呈水平状态，此时限定组件固定连接外筒，拉绳拉起，开关组件打开，弹簧臂筒机构顶端伸展，进一步插入周围土体。

2.根据权利要求1所述的一种用于软土地层的弹簧臂式多点位移计锚头，其特征在于，所述弹簧臂筒机构包括由外向内依次嵌套的一个以上的臂筒单件，每级臂筒单件通过内置弹簧连接上一级臂筒单件底端，最外层的臂筒单件顶端通过螺钮连接传力杆，底端通过螺钮连接底盘，所述开关组件设于最外层的臂筒单件顶端，抵住内层的臂筒单件顶端，开关组件打开后，在内置弹簧的作用下，内层的臂筒单件向外伸展，且相邻臂筒单件端部之间通过臂筒内扣固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于软土地层的弹簧臂式多点位移计锚头，其特征在于，所述内置弹簧通过臂筒底环设于臂筒单件内壁上，所述臂筒内扣分别设于相邻臂筒单件端部上。

4.根据权利要求2所述的一种用于软土地层的弹簧臂式多点位移计锚头，其特征在于，所述开关组件包括臂筒闸和臂筒卡槽，所述臂筒卡槽设于最外层的臂筒单件顶端，所述臂筒闸一端设于最外层的臂筒顶端，另一端插入臂筒卡槽内，抵住内层的臂筒单件顶端，所述拉绳连接臂筒闸，拉绳拉动臂筒闸时，臂筒闸弹出臂筒卡槽。

5.根据权利要求1所述的一种用于软土地层的弹簧臂式多点位移计锚头，其特征在于，所述弹簧臂筒机构为四组，均布设置。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的一种用于软土地层的弹簧臂式多点位移计锚头，其特征在于，所述伸缩臂筒机构设有臂孔和底端开口，所述底盘外圈设有与水平状态的弹簧臂筒机构的底端开口相贯通的水平开口，锚头以闭合状态置于软土地层后伸展为展开状态，水平状态下的弹簧臂筒机构的底端开口与底盘的水平开口贯通连接，从中轴筒顶端注入浆液，浆液进入底盘后，再由弹簧臂筒机构的臂孔流入周围土体，待浆液凝结，锚头与周围土体固定。

7.根据权利要求6所述的一种用于软土地层的弹簧臂式多点位移计锚头，其特征在于，所述弹簧臂筒机构外壁上设有臂筒延长臂，锚头展开状态下，弹簧臂筒机构的底端开口通过臂筒延长臂与底盘的水平开口贯通连接。

8.根据权利要求1所述的一种用于软土地层的弹簧臂式多点位移计锚头，其特征在于，所述中轴筒外壁、外筒外壁和传力杆自上至下均设有拉绳环，所述拉绳一端连接弹簧臂筒机构的开关组件，另一端依次穿过拉绳环后固定于中轴筒顶端。

9.根据权利要求1所述的一种用于软土地层的弹簧臂式多点位移计锚头，其特征在于，所述限定组件包括弹动按钮和限定块，所述弹动按钮通过螺钮和弹簧连接中轴筒外壁，所述限定块设于弹动按钮下方的中轴筒外壁上，所述外筒内壁上设有与弹动按钮尺寸一致的凹槽，弹动按钮经弹簧作用卡入凹槽。

10.根据权利要求1所述的一种用于软土地层的弹簧臂式多点位移计锚头，其特征在于，所述中轴筒、外筒、传力杆、弹簧臂筒机构和底盘的制成材料均为镀铬不锈钢。