CN104863108B - 一种地连墙侧向土压力盒埋设装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地连墙侧向土压力盒埋设装置，涉及一种在水利工程风险评估和控制中监测地下连续墙侧向土压力时的应用技术。本装置由钢导杆、连接土压力盒底座的套筒和撑杆组成；连接土压力盒底座的套筒（2）在钢导杆（5）上自由滑动；当拉线（9）张拉时，撑杆（6）推动套于套筒（2）上的圆形滑块（4）压缩弹簧（3），弹簧（3）推动土压力盒底座（1）及套筒（2）顶入地连墙侧向的土体中；撑杆（6）末端的齿形块（8）和锁定块（7）构成了分级锁定装置，该锁定装置可使撑杆（6）锁定与不同角度，从而满足不同地连墙宽度及墙两侧土体软硬程度的要求。本发明可广泛应用于水利工程中各种现浇地连墙侧向土压力监测中土压力盒的埋设。

Description

一种地连墙侧向土压力盒埋设装置

技术领域

本发明涉及一种在水利工程风险评估和控制中监测土压力时的土压力盒应用技术，具体地说，涉及一种土压力盒埋设装置，主要应用于地连墙挡土结构的船闸、码头和深基坑中。

背景技术

随着地下连续板桩墙(板桩墙)施工工艺的成熟，越来越多的水利工程(水闸、泵站和船闸等)和水运、造船工程(码头、船坞)均采用了这种结构形式，如南水北调睢宁二站、熔盛重工1-4号船坞、中铁宝桥、山桥港池码头及建成的高港枢纽二线船闸等，板桩墙不仅可以实现挡土和防渗等临时维护功能，而且可以用作永久承重基础结构，特别适用于土基，还可避免施工时大量开挖情况；同时具有施工噪音小、震动小、场地小等优点。然而，板桩墙外侧土体产生的侧向土压力往往会使得板桩墙结构发生较大的侧向位移，有时甚至会造成墙体开裂。国内已有多个工程因地连墙结构出现裂缝发生渗漏的实例，如天津港南疆焦炭泊位卸车坑施工过程中地连墙结构槽段联结处出现渗漏，南通惠生船坞工程开挖坞室完成井点拆除后发现地连墙接头位置衬砌墙上有少量纵向裂缝并有渗水现象等，极大地影响了工程使用，也成为工程潜在的安全隐患。

地连墙结构、灌注桩锚碇均是地下隐蔽工程，一旦出现裂缝或发生较大变形，其检测、维修都很困难，不仅会给工程结构的正常使用带来很大影响，同时也给工程结构带来极大的安全隐患。为防止这些工程中的安全隐患，就必须对作用于地连墙外侧的主要荷载土压力进行监测，所以地下连续墙外侧不同深度的土压力变化是工程风险评估和控制的必测项目，一般采用土压力盒直接测量。然而，恶劣的现场工作环境使埋设的土压力盒成活率偏低，测得的数据失真，可信度难以保证，直接影响监测成果的准确性和可靠性的判别与评价。

究其原因，主要是因为目前还没有一种行之有效的土压力盒埋设装置。目前，侧向土压力盒的埋设主要有一下三种方法：

(1)钻孔法

在靠近地连墙的墙后土上进行钻孔，然后把率定好的土压力盒放入钻好的孔中，然后用细砂填实，该方法需要二次钻孔，施工成本比较高，并且钻孔会造成周围土体出现土拱效应，从而引起了周围土体内部应力重新分布，把作用于拱后或拱上的土压力传递到拱脚及周围土体中，造成测试结果不准确。

(2)挂布法

将率定好的土压力盒固定在挂布上，下入槽壁处借助混凝土压力将土压力盒固定在墙体外壁上。该方法的缺点是在地连墙混凝土浇筑过程中混凝土中水泥浆很容易渗入土压力盒和墙后土之间，使土压力盒被水泥浆包裹而报废。

(3)气压力法

将率定好的土压力盒固定在气压件上再将其安置到钢架上，在混凝土浇灌前下入槽内并且分别在每一仪器件上施加气压，使土压力盒固定在槽壁上待混凝土浇灌结束再卸压，用混凝土压力使土压力盒永久固定在墙体外壁处。该方法操作复杂，气压件所能提供的顶推力有限。

发明内容

技术问题：

针对现有地连墙侧向土压力盒埋设中所存在的技术问题，本发明设计出一种能够满足不同宽度的地连墙侧向土压力盒埋设装置。本发明不仅操作简单，且克服了气压顶推法中顶推压力不足的缺点，可显著提高地连墙侧向土压力盒的埋设效率，提高土压力盒测量数据的准确性。

技术方案：

一种地连墙侧向土压力盒埋设装置，包括土压力盒底座(1)、套筒(2)、弹簧(3)、圆形滑块(4)、钢导杆(5)、撑杆(6)、锁定块(7)、齿形块(8)和拉线(9)；标定好土压力盒通过定位螺丝固定于土压力盒底座(1)上，套筒(2)垂直地焊接于土压力盒底座(1)中心，压缩弹簧(3)和圆形滑块(4)内径略大于套筒(2)的外径，可刚好套于套筒(2)上，套筒(2)的内径略大于钢导杆(5)，可刚好套于其上并能自由滑动，撑杆(6)通过销钉链接在圆形滑块(4)的两侧，左侧撑杆(6)的另一端右侧撑杆(6)顶端通过销钉连接，形成三角形的一个顶点，在该销钉中点系上拉线(9)，齿形块(8)和锁定块(7)通过螺栓分别固定于左右撑杆的末端组成分级锁定装置。当拉线(9)张拉时，撑杆(6)推动套于套筒(2)上的圆形滑块(4)压缩弹簧(3)，弹簧推动土压力盒底座(1)及套筒(2)顶入地连墙侧向的土体中；撑杆(6)末端的齿形块(8)和锁定块(7)构成了分级锁定装置，该锁定装置可使撑杆6锁定与不同角度，从而满足不同的顶推距离。

所述的每侧撑杆(6)通过销钉成对的布置与圆形滑块(4)的两侧。

所述的分级锁定装置由固定于同一侧的齿形块(8)和锁定块(7)组成。

所述的锁定块(7)由一个长方形钢块加两根销钉和一根小弹簧组成。

该地连墙侧向土压力盒埋设装置，将土压力盒底座和套筒通过螺栓相连，然后在套筒上套上弹簧和圆形滑块，再将套筒套于固定在钢筋笼中的主轴上，最后在圆形滑块上装上斜撑。当钢筋笼放入坑槽后，张拉系于斜撑交点的钢丝拉线，使撑杆推动套于套筒上的圆形滑块压缩弹簧，弹簧推动土压力盒及套筒顶入地连墙侧向的土体中；撑杆末端的齿形块和锁定块组成了分级锁定装置，该锁定装置可使撑杆锁定与不同角度，从而满足不同要求的顶推距离。

工作原理：

通过钢拉线的张拉力改变撑杆夹角，使三角形的一条边变长，从而推动土压力盒顶入地连墙侧向的土体中。附图3为该发明装置的工作原理图。假设撑杆交于o点的初始夹角为α，在拉力F作用下，交于o点的撑杆夹角变为β，图中各部件的受力和位移关系如下：

d＝s-x (1)

$s=b\left(sin\right(\frac{\mathrm{\β}}{2})-sin(\frac{\mathrm{\α}}{2}\left)\right)---\left(2\right)$

T₁-T₀＝Kx (3)

式中：d土压力盒移动距离，s圆形滑块前进距离，b撑杆长度，T₀左右撑杆在o点交角为α时弹簧的弹性恢复力，T₁左右撑杆在o点交角为β时弹簧的弹性恢复力，K弹簧的弹性系数。

本发明所设计的一个关键点是套筒上的弹簧，该弹簧的作用有两点：(1)当土压力盒被顶入土体的过程中遇到坚硬土体而无法前进时，弹簧可以供微小的弹性变形满足分级锁定装置的锁定要求；(2)弹簧本身所提供的弹性恢复力可让张拉力F卸去以后，附图3中的三角形系统依然处于绷紧状态，从而保证了土压力盒不受随后的混凝土浇筑影响。

有益效果：

采用本发明布置地连墙侧向土压力盒，可让土压力盒很好地发挥作用，解决上文所提到地连墙侧向土压力盒埋设所碰到的各种问题。本发明由简单的钢导杆、连接土压力盒底座的套筒和撑杆组成，制作简单，成本低，安装便利。最重要的是借助该套装置，可在地连墙施工过程中完成土压力盒的埋设，无需繁琐的辅助浇筑，也无须等到整个施工结束后再开孔埋设，简单可行且节约时间。根据现场实测数值，使用这套装置安装地连墙侧向土压力盒测值准确，能够满足地连墙土压力监测的所有要求。本埋设装置可使埋设的土压力盒成活率高，埋设深度不受限制，定位准确，安装成本低；利用该装置埋设的地连墙侧向土压力盒测量数据真实、准确，规律性及相关性好。装置设计合理，可在相关工程中推广使用。

附图说明

图1为本发明地连墙侧向土压力盒埋设装置实施时的正立面示意图；

图2为本发明地连墙侧向土压力盒埋设装置实施时的俯视示意图；

图3为本发明地连墙侧向土压力盒埋设装置的工作原理图；

图中：

1——土压力盒底座； 6——撑杆；

2——套筒； 7——锁定块；

3——弹簧； 8——齿形块；

4——圆形滑块； 9——拉线；

5——钢导管；

具体实施方式

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

1、附图1和附图2可看到，本发明地连墙侧向土压力盒埋设装置，其特征在于包括土压力盒底座1、套筒2、弹簧3、圆形滑块4、钢导杆5、撑杆6、锁定块7、齿形块8和拉线9；标定好土压力盒通过定位螺丝固定于土压力盒底座1上，套筒2垂直地焊接于土压力盒底座1中心，压缩弹簧3和圆形滑块4内径略大于套筒2的外径，可刚好套于套筒2上，套筒2的内径略大于钢导杆5，可刚好套于其上并能自由滑动，撑杆6通过销钉链接在圆形滑块4的两侧，左侧撑杆6的另一端和右侧的撑杆6顶端通过销钉连接，形成三角形的一个顶点，在该销钉中点系上拉线9，齿形块8和锁定块7通过螺栓分别固定于左右撑杆的末端组成分级锁定装置。当拉线9张拉时，撑杆6推动套于套筒2上的圆形滑块4压缩弹簧3，弹簧推动土压力盒底座1及套筒2顶入地连墙侧向的土体中；撑杆6末端的齿形块8和锁定块7构成了分级锁定装置，该锁定装置可使撑杆6锁定与不同角度，从而满足不同的顶推距离。该发明中钢导杆长度按照地连墙钢筋笼实际长度确定，直径取20～25mm，地连墙厚时取大值。土压力盒底座直径取值根据土压力盒大小确定，厚度取3～5mm。与土压力盒底座相连的套筒内径取22.5～27.5mm，具体取值根据钢导杆直径确定，原则是钢导杆能在其中自由滑动且不能有较大晃动。套筒上的弹簧和圆形滑块的内径略大于套筒外径，弹簧刚度系数可取30～50kN/m，根据土的软硬选取弹簧刚度系数，土硬时取大值。斜撑杆选用矩形钢板，一般取10×20mm，左右撑杆的初始夹角取60～90°。

本发明所述每侧撑杆(6)通过销钉成对的布置与圆形滑块(4)的两侧。

本发明所述分级锁定装置由固定于同一侧的齿形块(8)和锁定块(7)组成。

本发明所述锁定块(7)由一个长方形钢块加两根销钉和一根小弹簧组成。

设备安装过程如下：

将本发明的装置固定于地连墙钢筋笼中的不同高度处，放入成槽之前，将土压力盒安装到本发明的土压力盒底座上，将连接土压力盒的电缆和本发明的加力钢拉线引到钢筋笼顶端。当钢筋笼放到成槽的指定高程时，连接上土压力盒读数装置看其是否有读数，如有读数则开始张拉本发明装置的钢拉线，将土压力盒顶入地连墙预定高程的两侧土体中。土压力盒顶入两侧土体的过程中所需要的顶推力是逐渐增大的过程，本发明中的三角形加力设计使得顶推力臂在顶推过程中逐渐加大，该设计保证了在张拉力F变化不大的情况下，顶推力T依然能够逐渐加大，减小了张拉难度。

Claims (4)

1.一种地连墙侧向土压力盒埋设装置，包括土压力盒底座(1)、套筒(2)、弹簧(3)、圆形滑块(4)、钢导杆(5)、撑杆(6)、锁定块(7)、齿形块(8)和拉线(9)；其特征在于：标定好土压力盒通过定位螺丝固定于土压力盒底座(1)上，套筒(2)垂直地焊接于土压力盒底座(1)中心，压缩弹簧(3)和圆形滑块(4)内径略大于套筒(2)的外径，可刚好套于套筒(2)上，套筒(2)的内径略大于钢导杆(5)，可刚好套于其上并能自由滑动，撑杆(6)通过销钉链接在圆形滑块(4)的两侧，左侧撑杆(6)的另一端和右侧撑杆(6)顶端通过销钉连接，形成三角形的一个顶点，在该销钉中点系上拉线(9)，齿形块(8)和锁定块(7)通过螺栓分别固定于左右撑杆的末端组成分级锁定装置。

2.根据权利要求1所述的一种地连墙侧向土压力盒埋设装置，其特征在于所述的每侧撑杆(6)通过销钉成对的布置于圆形滑块(4)的两侧。

3.根据权利要求1所述的一种地连墙侧向土压力盒埋设装置，其特征在于所述的分级锁定装置由固定于同一侧的齿形块(8)和锁定块(7)组成。

4.根据权利要求1所述的一种地连墙侧向土压力盒埋设装置，其特征在于所述的锁定块(7)由一个长方形钢块加两根销钉和一根小弹簧组成。