CN105133669B - 桶式基础结构上土压力计和渗压计一体式安装装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种桶式基础结构上土压力计和渗压计一体式安装装置，包括相互连接的土压力辅助件和孔隙水压力辅助件，土压力辅助件中开设有土压力计安装孔和测量接触面，当土压力计安装于土压力计安装孔中后，土压力计的土压力测量面与所述测量接触面齐平；孔隙水压力辅助件中开设有孔隙水压力计安装孔和孔隙水压力测量面，该孔隙水压力测量面上开设有多个与孔隙水压力计安装孔相连通的透水孔，测量接触面和孔隙水压力测量面齐平。本发明能够将土压力计和孔隙水压力计固定安装在预制桶体的钢筋笼上，有效保护土压力计和孔隙水压力计，且还保证土压力计和孔隙水压力计安装在观测点的同一位置上，最终保证传感器能够正常监测。

Description

桶式基础结构上土压力计和渗压计一体式安装装置及方法

技术领域

本发明涉及建筑领域，特别是涉及一种桶式基础结构上土压力计和渗压计一体式安装装置及方法。

背景技术

桶式防波堤基础结构作为一种新型基础结构，适用于承载力低的淤泥质地基，是依托连云港港徐圩港区防波堤工程而提出的，该工程地处敞开式淤泥海岸旁，建堤区域的最大水深高达10米以上，波高接近7米，淤泥层厚度约在10-20米。桶式防波堤基础结构通过负压下沉，不需要进行软土地基改良，通过桶壁、桶盖板、桶隔板及桶底把软土封闭在桶内，以提高软土与桶式防波堤基础结构的相互作用能力，共同承担其上部结构所传递的载荷。

桶式防波堤基础结构是依托具体工程而提出的一种新型基础结构，其具有许多工程技术优势，且已有相关单位围绕着依托工程的实施开展了一些相关的研究工作，但是，作为室内模型试验及理论分析计算，国内尚无该桶式防波堤基础结构的原型观测的先例。而桶式防波堤基础结构作为一种有着广泛应用前景的基础结构型式，需要进一步对该基础结构的预制、施工和运行等方面的关键技术问题进行一些必要的原型观测、研究、总结和提炼，从而为形成一套完整且可操作的指导设计、施工的技术方法提供第一手数据资料，以便于该新型基础结构的推广应用。

桶式防波堤基础结构是依靠桶体和软土共同作用来抵抗外载荷的，因此在计算基础结构的稳定性时，土压力和孔隙水压力的计算是核心内容，其分布规律和大小对基础结构稳定的计算结果起到控制作用。实际工程中，土压力和孔隙水压力的计算通常是在基础结构原型的同一位置布置土压力计和渗压计，渗压计又称为孔隙水压力计，同时获得该观测点的土压力和孔隙水压力，以便通过水土合算与水土分算获得有效土压力和超孔隙水压力。然而，由于土体本身的不均匀性、土压力计和孔隙水压力计埋设的偏差，当土压力计和孔隙水压力计实际安装位置与标准安装位置不一致时，传感器所获得的测试数据无法完全反映同一观测点的土压力和孔隙水压力，最终导致分析数据出现偏差。

综上所述，工程结构中土压力和孔隙水压力的原位观测是至关重要的，其也是一直困扰检测工程师的一个难点问题，传感器(特别是土压力计和孔隙水压力计)的选型、标定、安装、保护等环节都至关重要，任何环节出现问题都会导致原位观测工作失败。现有技术中，受施工环境的影响，在原位观测时是将土压力计和孔隙水压力计直接绑扎到桶式防波堤基础结构的钢筋笼上的，这样在桶式防波堤基础结构的立模、混泥土浇筑和振捣过程中容易导致传感器位置偏移、孔隙水压力计透水石被水泥浆堵塞、传感器损坏等现象，从而导致传感器无法进行正常的监测工作，最终导致原位观测作业失败。另外，上述作业过程中，传感器安装周期较长，对施工的影响也比较大。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明要解决的技术问题在于提供一种桶式基础结构上土压力计和渗压计一体式安装装置，其能够有效保护土压力计和孔隙水压力计，且确保土压力计和孔隙水压力计能够安装在同一位置。

为实现上述目的，本发明提供一种桶式基础结构上土压力计和渗压计一体式安装装置，包括相互连接的土压力辅助件和孔隙水压力辅助件，所述土压力辅助件中开设有一用于收容土压力计的土压力计安装孔，土压力辅助件上还设有一测量接触面，当土压力计安装于土压力计安装孔中后，土压力计的土压力测量面与所述测量接触面齐平；所述孔隙水压力辅助件中开设有一用于收容孔隙水压力计的孔隙水压力计安装孔，孔隙水压力辅助件上还设有一孔隙水压力测量面，该孔隙水压力测量面上开设有多个与孔隙水压力计安装孔相连通的透水孔，所述测量接触面和孔隙水压力测量面齐平。

进一步地，所述土压力辅助件包括相互连接的固定板和安装板，所述土压力计安装孔开设在安装板上。

优选地，所述土压力辅助件和孔隙水压力辅助件的材质均为钢，且土压力辅助件和孔隙水压力辅助件为焊接连接。

进一步地，当土压力计安装于土压力计安装孔中后，所述土压力计与土压力计安装孔为间隙配合，且土压力计和土压力计安装孔之间通过环氧胶固定并填充。

优选地，当孔隙水压力计安装于孔隙水压力计安装孔中后，所述孔隙水压力计与孔隙水压力计安装孔之间通过砂粒填充，所述透水孔的直径小于砂粒的直径。

进一步地，所述土压力辅助件上开设有一与土压力计安装孔相连通的土压力计导线预留孔，所述孔隙水压力辅助件上开设有一与孔隙水压力计安装孔相连通的孔隙水压力计导线预留孔，且孔隙水压力计导线预留孔可容孔隙水压力计穿过。

优选地，当孔隙水压力计安装于孔隙水压力计安装孔中后，所述孔隙水压力计导线预留孔通过环氧胶密封。

本发明要解决的另一技术问题是提供一种防波堤上土压力计和孔隙水压力计一体式安装方法，其能够有效保护土压力计和孔隙水压力计，且确保土压力计和孔隙水压力计能够安装在同一位置。

为实现上述目的，本发明提供一种防波堤上土压力计和孔隙水压力计一体式安装方法，包括上所述的安装装置，所述安装方法包括以下步骤：

A、分别将土压力计和孔隙水压力计固定在土压力辅助件的土压力计安装孔和孔隙水压力辅助件的孔隙水压力计安装孔中；

B、将安装有土压力计和孔隙水压力计的安装装置放置到防波堤基础结构的预定观测点处，并根据所设定的混凝土保护层厚度来调整安装装置与防波堤基础钢筋笼之间的间距；

C、将安装装置焊接在防波堤基础的钢筋笼上，并使土压力计的土压力测量面和孔隙水压力计的孔隙水压力测量面面对模板；

D、安装模板，浇筑混凝土；

E、待混凝土硬化后，拆除模板。

如上所述，本发明涉及的桶式基础结构上土压力计和渗压计一体式安装装置及方法，具有以下有益效果：

本发明能够将土压力计和孔隙水压力计固定安装在预制桶体的钢筋笼上，且安装快捷方便、定位准确，有效保护土压力计和孔隙水压力计，保证了传感器的成活率，同时还保证土压力计和孔隙水压力计安装在观测点的同一位置上，最终保证传感器能够正常监测，提高原位观测作业的准确度。

附图说明

图1、图2为本发明不同角度的结构示意图。

图3为本发明的正视图。

图4为图3的仰视图。

图5为本发明一实施例中桶式防波堤基础结构的下桶桶壁上观测点布置图。

图6为本发明一实施例中桶式防波堤基础结构的下桶桶隔板上观测点布置图。

图7为本发明一实施例中桶式防波堤基础结构的下桶桶盖板上观测点布置图。

图8为本发明一实施例中桶式防波堤基础结构的下桶桶底端上观测点布置图。

图9为本发明一实施例中下桶桶壁各断面土压力测试平均值示意图。

图10为本发明一实施例中下桶桶壁各断面孔隙水压力测试平均值示意图。

元件标号说明

1 土压力辅助件

11 土压力计安装孔

12 测量接触面

13 固定板

14 安装板

15 土压力计导线预留孔

2 孔隙水压力辅助件

21 孔隙水压力计安装孔

22 孔隙水压力测量面

23 透水孔

24 孔隙水压力计导线预留孔

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士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及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1至图4所示，本发明提供一种桶式基础结构上土压力计和渗压计一体式安装装置，包括相互连接的土压力辅助件1和孔隙水压力辅助件2，所述土压力辅助件1中开设有一用于收容土压力计的土压力计安装孔11，土压力辅助件1上还设有一测量接触面12，当土压力计安装于土压力计安装孔中后，土压力计的土压力测量面与所述测量接触面齐平；所述孔隙水压力辅助件2中开设有一用于收容孔隙水压力计的孔隙水压力计安装孔21，孔隙水压力辅助件2上还设有一孔隙水压力测量面22，该孔隙水压力测量面22上开设有多个与孔隙水压力计安装孔21相连通的透水孔23，所述测量接触面12和孔隙水压力测量面22齐平，故在测量时，土压力计的土压力测量面与孔隙水压力测量面22也是齐平的，从而使得土压力计和孔隙水压力计可测量同一观测点处的土压力和孔隙水压力。另外，本实施例中，所述透水孔23的数量较多，分布较密实。

使用时，将土压力计和孔隙水压力计分别安装在土压力辅助件1的土压力计安装孔11中、以及孔隙水压力辅助件2的孔隙水压力计安装孔21中，之后再将整个一体式安装装置固定安装在桶式防波堤基础结构的钢筋笼上即可，其安装快捷方便、定位准确，同时还可有效保证在某一观测点处土压力计和孔隙水压力计安装在同一位置处，且本发明还能有效保护所收容的土压力计和孔隙水压力计，保证传感器的成活率，最终保证传感器能够正常监测，提高原位观测作业的准确度。

进一步地，见图1，所述土压力辅助件1包括相互连接的固定板13和安装板14，所述土压力计安装孔11开设在安装板14上，用于安装土压力计，所述固定板13用于和钢筋笼相连接。优选地，所述土压力辅助件1和孔隙水压力辅助件2的材质均为钢，且用于制作土压力辅助件1和孔隙水压力辅助件2的钢板的厚度均不小于5mm，从而使得土压力辅助件1和孔隙水压力辅助件2均具有一定的刚度，有利于保护所安装的土压力计和孔隙水压力计；另外，所述土压力辅助件1和孔隙水压力辅助件2为焊接连接，以成为一个整体结构的土压力计和孔隙水压力计一体式安装装置。

进一步地，如图1所示，所述土压力计安装孔11的形状与土压力计的形状相适配，且土压力计安装孔11的外形尺寸略大于土压力计的外形尺寸，即当土压力计安装于土压力计安装孔11中后，所述土压力计与土压力计安装孔11为间隙配合，从而便于土压力计的安装。另外，在安装土压力计之前，先在土压力计安装孔11的底部涂抹环氧胶，之后再放入土压力计、并用环氧胶将土压力计与土压力辅助件1之间的间隙密实，即土压力计和土压力计安装孔11之间通过环氧胶固定并填充，从而使得土压力计安装后表面平整。优选地，所述土压力辅助件1上开设有一与土压力计安装孔11相连通的土压力计导线预留孔15，便于在安装好土压力计后，土压力计的导线从土压力辅助件1上的土压力计导线预留孔15中穿出并引入观测房。

进一步地，如图1和图2所示，所述孔隙水压力辅助件2上的孔隙水压力计安装孔21一端封闭，另一端设有开口，该开口形成了孔隙水压力计导线预留孔24，且孔隙水压力计导线预留孔24可容孔隙水压力计穿过；当安装孔隙水压力计时，先将孔隙水压力计从孔隙水压力辅助件2上的孔隙水压力计导线预留孔24处穿过、并放置于孔隙水压力计安装孔21中，所述孔隙水压力计的导线从孔隙水压力计导线预留孔24中穿出后引入观测房；之后再用较粗的砂粒进行密实填充，所述砂粒的直径大于透水孔23的直径，从而可防止砂粒从透水孔23中漏出；待砂粒填充完成后，在孔隙水压力计导线预留孔24处使用环氧胶密封。

本发明还涉及一种桶式基础结构上土压力计和渗压计一体式安装方法，包括以下步骤：

1、预先将土压力计和孔隙水压力计固定安装在本发明涉及的安装装置中；

2、将传感器连同安装装置放置到预制的桶式防波堤基础结构的预定观测点处，根据所设计的混泥土保护层厚度来调整安装装置与桶式防波堤基础结构的钢筋笼之间的间距；

3、将安装装置焊接在钢筋笼上，并使传感器面对模板方向；

4、将土压力计的测试导线和孔隙水压力计测试导线分段固定到钢筋笼上，并将土压力计的测试导线和孔隙水压力计测试导线引入观测房；

5、在孔隙水压力辅助件2的透水孔23处覆盖一层塑料薄膜，以免混凝土浇筑时浆体伸入透水孔23中而堵塞透水孔23；

6、在安装装置的测量接触面12和孔隙水压力测量面22上覆盖一层厚度约为2cm厚的可压缩泡沫塑料，以确保模板安装后，模板与传感器(即土压力计和孔隙水压力计)之间的间隙被泡沫塑料填充，从而使得间隙不会被混凝土覆盖，进而保证拆模后传感器可处于正常工作状态；

7、安装模板，浇筑混凝土；

8、拆除模板，去除安装装置表面的泡沫塑料和塑料薄膜，检查传感器的安装情况，确保孔隙水压力辅助件2上的透水孔23未被堵塞。

通过上述步骤即可完成土压力计和孔隙水压力计的快速固定到预制桶体的钢筋笼上，确保土压力计和孔隙水压力计安装在同一位置，不受模板、混凝土等施工过程的影响，安装非常方便，传感器位置定位准确；且安装装置本身具有一定的刚度，有利于传感器的保护，保证了传感器的成活率，且将安装各类传感器对桶体预制施工的影响降到最低。

以下例举一实施例来进一步说明本发明能取得的有益效果：

在预制桶式防波堤基础结构上的多个观测点安装土压力计和孔隙水压力计，当某个观测点处需同时安装土压力计和孔隙水压力计时，则先将土压力计和孔隙水压力计安装到本发明涉及的安装装置中，再将安装装置连同传感器一起固定在该观测点所在钢筋笼上的位置处。实施例所涉及的桶式防波堤基础结构中下桶桶壁上观测点布置如图5所示，下桶桶隔板上观测点布置如图6所示，下桶桶盖板上观测点布置如图7所示，下桶桶底端观测点布置如图8所示，图5至图8中，长方形表示该观测点处所安装的土压力计，圆圈表示该观测点处所安装的孔隙水压力计。

监测时采用无线远程遥测的方法，将传感器测试导线、仪器的数据线等接入测控单元中，即数据采集系统，计算公式为：u＝k(f_i ²-f₀ ²)；

上述式中：u—土压力孔隙水压力(kPa)；

k—标定系数(kPa/Hz2)；

f_i—测试频率(Hz)；

f₀—初始频率(Hz)。

监测结果为：

桶式防波堤基础结构的下桶桶盖板选取典型隔舱共埋设6个土压力计和2个孔隙水压力计，如图7所示，测试结果变化与现场工况吻合，规律性良好。下桶桶盖板土压力计、孔隙水压力计测试最大值(气压)均出现气浮过程，在气浮过程中，土压力和孔隙水压力的最大值分别为177kPa和190kPa，分别发生于2号舱和8号舱。负压下沉稳定后土压力计测试平均值(水压)为90kPa，孔隙水压力计测试平均值为94kPa，土压力值与孔隙水压力值基本相同。运行至今，土压力计测试值(水压)在27kPa(低潮位)～135kPa(高潮位)范围内，孔隙水压力计测试值在64kPa(低潮位)～137kPa(高潮位)范围内。

桶式防波堤基础结构的侧壁共埋设50个土压力计，分7条测线，海侧与港侧2条测线各埋设10个测点，其余5条测线各埋设6个测点，测试结果变化与现场工况吻合，规律性良好。侧壁土压力计测试最大值出现于气浮过程中，值为330kPa；孔隙水压力计测试最大值出现于气浮过程中，值为267kPa。负压下沉工况下，土压力计测试最大值在101kPa～310kPa范围内，孔隙水压力计测试最大值在100kPa～225kPa范围内。运行至今侧壁土压力和孔隙水压力测试值基本不变，土压力计测试最大值在125kPa～207kPa范围内，孔隙水压力计测试最大值在169kPa～205kPa范围内。负压下沉稳定后，同高程海侧、陆侧土压力、空隙水压力基本相等，无倾倒趋势；各高程断面土压力、孔隙水压力测试平均值从上向下呈梯形分布，实测值与理论基本相符，分别如图9和图10所示。

桶式防波堤基础结构的桶底端共埋设16个土压力计，4个孔隙水压力计，如图8所示，测试结果变化与现场工况吻合，规律性良好。底端土压力计测试最大值出现于负压下沉过程中，值为970kPa；空隙水压力计测试最大值出现于负压下沉过程中，值为293kPa。负压下沉稳定后土压力计测试平均值为467kPa，空隙水压力计测试平均值为229kPa，与下沉完毕理论压力值基本相符。浮运工况下，土压力计测试值(水压)在78kPa～131kPa范围内，空隙水压力计测试值在96kPa～100kPa范围内。下沉纠偏工况下，土压力计测试最大值在361kPa～600kPa范围内，空隙水压力计测试最大值在200kPa～280kPa范围内。负压下沉工况下，土压力计测试最大值在533kPa～970kPa范围内，空隙水压力计测试最大值在217kPa～293kPa范围内。之后随着时间推移，土压力计测试值逐渐增大，土体逐步恢复，测试平均值为528kPa；超孔压力逐步消散，孔隙水压力计测试值逐渐减小，测试平均值为216kPa，有效土压力增大至252kPa。

由桶式防波堤基础结构的土压力、空隙水压力检测监测结果可知：

1、盖板下土压力计测试值与空隙水压力计测试值基本相当，传感器处盖板尚未产生有效土压力。

2、负压下沉后桶壁土压力(孔压)从上向下呈梯形分布，各断面处的实测值均与理论相符。

3、桶端土压力平均值为455kPa、孔压平均值为233kPa。

综上所述，通过本发明可对桶式防波堤基础结构的土压力和空隙水压力进行有效测试，测试出桶式防波堤基础结构的土压力、以及空隙水压力的分布规律和大小，进而为新型桶式防波堤基础结构的优化设计及后期施工提供了第一手数据资料。所以，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 (8)

1.一种桶式基础结构上土压力计和渗压计一体式安装装置，其特征在于：包括相互连接的土压力辅助件（1）和孔隙水压力辅助件（2），所述土压力辅助件（1）中开设有一用于收容土压力计的土压力计安装孔（11），土压力辅助件（1）上还设有一测量接触面（12），当土压力计安装于土压力计安装孔（11）中后，土压力计的土压力测量面与所述测量接触面（12）齐平；所述孔隙水压力辅助件（2）中开设有一用于收容孔隙水压力计的孔隙水压力计安装孔（21），孔隙水压力辅助件（2）上还设有一孔隙水压力测量面（22），该孔隙水压力测量面（22）上开设有多个与孔隙水压力计安装孔（21）相连通的透水孔（23），所述测量接触面（12）和孔隙水压力测量面（22）齐平。

2.根据权利要求1所述的桶式基础结构上土压力计和渗压计一体式安装装置，其特征在于：所述土压力辅助件（1）包括相互连接的固定板（13）和安装板（14），所述土压力计安装孔（11）开设在安装板（14）上。

3.根据权利要求1所述的桶式基础结构上土压力计和渗压计一体式安装装置，其特征在于：所述土压力辅助件（1）和孔隙水压力辅助件（2）的材质均为钢，且土压力辅助件（1）和孔隙水压力辅助件（2）为焊接连接。

4.根据权利要求1所述的桶式基础结构上土压力计和渗压计一体式安装装置，其特征在于：当土压力计安装于土压力计安装孔（11）中后，所述土压力计与土压力计安装孔（11）为间隙配合，且土压力计和土压力计安装孔（11）之间通过环氧胶固定并填充。

5.根据权利要求1所述的桶式基础结构上土压力计和渗压计一体式安装装置，其特征在于：当孔隙水压力计安装于孔隙水压力计安装孔（21）中后，所述孔隙水压力计与孔隙水压力计安装孔（21）之间通过砂粒填充，所述透水孔（23）的直径小于砂粒的直径。

6.根据权利要求1所述的桶式基础结构上土压力计和渗压计一体式安装装置，其特征在于：所述土压力辅助件（1）上开设有一与土压力计安装孔（11）相连通的土压力计导线预留孔（15），所述孔隙水压力辅助件（2）上开设有一与孔隙水压力计安装孔（21）相连通的孔隙水压力计导线预留孔（24），且孔隙水压力计导线预留孔（24）可容孔隙水压力计穿过。

7.根据权利要求6所述的桶式基础结构上土压力计和渗压计一体式安装装置，其特征在于：当孔隙水压力计安装于孔隙水压力计安装孔（21）中后，所述孔隙水压力计导线预留孔（24）通过环氧胶密封。

8.一种桶式基础结构上土压力计和渗压计一体式安装方法，其特征在于：包括如权利要求

1-7任一项所述的安装装置，所述安装方法包括以下步骤：

A、分别将土压力计和孔隙水压力计固定在土压力辅助件（1）的土压力计安装孔（11）和孔隙水压力辅助件（2）的孔隙水压力计安装孔（21）中；

B、将安装有土压力计和孔隙水压力计的安装装置放置到防波堤基础结构的预定观测点处，并根据所设定的混凝土保护层厚度来调整安装装置与防波堤基础钢筋笼之间的间距；

C、将安装装置焊接在防波堤基础的钢筋笼上，并使土压力计的土压力测量面和孔隙水压力计的孔隙水压力测量面面对模板；

D、安装模板，浇筑混凝土；

E、待混凝土硬化后，拆除模板。