CN105401589A - 一种用于冻土和膨胀土地区的gps监测墩及其施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于冻土和膨胀土地区的GPS监测墩，包括墩基础、保温隔水层、墩柱和用于安装静态GPS的GPS底座，墩基础埋设于地表下，墩柱竖直安装于墩基础中并且墩柱上端突出于地表，保温隔水层水平安装于墩柱上，GPS底座安装于墩柱顶端；所述墩基础由混凝土浇注而成；所述墩柱为内部充填钢筋混凝土的筑砼塑料管；本发明还对应提供了该GPS监测墩的施工工艺；本发明采用塑料管简化了传统的GPS监测墩的制作流程，通过设置埋深保证了监测墩稳定性，避免冻融循环、干湿循环对监测墩的影响，通过设置保温隔水层，使墩基础维持干湿和温度恒定的环境，减少了地貌和植被等对监测墩的影响，监测精度和稳定性高，装置耐久性好。

Description

一种用于冻土和膨胀土地区的GPS监测墩及其施工工艺

技术领域

本发明涉及一种GPS监测墩及其施工工艺，属于地表位移监测技术领域。

背景技术

地表位移监测属于滑坡监测中非常重要的一个部分，GPS地表位移监测广泛应用于重要滑坡的专业监测和群测群防，在防灾减灾上功不可没。目前广泛应用的GPS监测墩内部以钢筋做支架、由混凝土现浇而成，为减少地表植被对信号的干扰，墩体需要有足够的高度，随之需要浇筑较大方量的混凝土，其工程量很大；位于冻土和膨胀土地区的GPS监测墩，其监测数据和监测墩的稳定性，受地表冻胀和膨胀土体的干缩湿胀的影响很大，难以满足越来越高的监测精度和监测持久性的科研要求。

山区的混凝土施工是一个难题，所有水泥、砂石、水等都是肩扛人抬，使用大方量的混凝土会造成GPS监测墩的成本高居不下；同时浇筑的混凝土方量较大，会造成地表固结沉降，影响监测数据；而一般GPS监测墩仅仅位于地表，北方地区地表土体的冻胀和膨胀土地区的湿胀干缩会严重影响GPS的监测数据；处于陡地形的监测墩，因其埋深浅，其自身稳定性差，监测墩容易产生滑动破坏和倾倒破坏，严重影响了监测数据的持续性；为美观需要夹模等工序，而每个墩体高度可能不一致，导致模板通用性不强。因此，采用大方量的混凝土GPS监测墩，不仅造价高，墩体稳定性差，而且受气候环境影响大，无法满足精确的、持久的地表位移监测。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，并提供一种结构简单、成本低、施工方便、精度高、耐久性好的适用于冻土和膨胀土地区的GPS监测墩及其施工工艺。

实现本发明目的所采用的技术方案为，一种用于冻土和膨胀土地区的GPS监测墩，包括墩基础、保温隔水层、墩柱和用于安装静态GPS的GPS底座，墩基础埋设于地表下，墩柱竖直安装于墩基础中并且墩柱上端突出于地表，保温隔水层水平安装于墩柱上，GPS底座安装于墩柱顶端；所述墩基础由混凝土浇注而成，其埋深不小于0.5m；所述墩柱为内部充填钢筋混凝土的筑砼塑料管。

墩基础的纵截面为等腰梯形，墩基础埋深为0.5m～0.8m，高度不小于0.5m。

所述保温隔水层由保温层和位于保温层上方的隔水层构成，保温隔水层的上表面为圆锥面。

所述保温层为石灰和焦渣按石灰：焦渣＝1:3～1：4质量比混合而成的混合物，隔水层为塑料薄膜，保温层的上表面为圆锥面。

所述墩柱的外表面上包裹有锡箔纸或保温泡沫塑料。

墩柱固定于墩基础中的部分的表面为凿毛面，墩柱在墩基础中的固定深度为墩基础高度的0.6～0.9倍。

所述墩基础上方设有回填土层，保温隔水层位于回填土层中，回填土层的上表面为圆锥面、上表面的边缘与地表齐平。

本发明还对应提供了上述GPS监测墩的施工工艺，包括如下步骤：

(1)开挖基坑并对基坑底部进行扩底，清理基坑底部浮土随后立即进行混凝土浇筑，将混凝土振捣密实施工墩基础，墩基础的高度小于基坑深度；

(2)将塑料管竖直放置于基坑中央并且下端插入墩基础中，在塑料管中放入3～4根捆扎固定的钢筋骨架，随后向塑料管中浇筑混凝土并振捣密实施工墩柱；

(3)待墩柱的混凝土凝固后在墩柱顶端放置用于安装静态GPS的GPS底座，通过水泥砂浆固定GPS底座确保GPS底座处于水平状态；

(4)待墩基础的混凝土凝固后回填基坑剩余空间并铺设保温隔水层。

步骤(2)中塑料管放置前对其下端进行凿毛处理，随后将塑料管竖直放置于基坑中央并且凿毛处理的部分插入墩基础中。

步骤(4)中回填基坑剩余空间并铺设保温隔水层的具体内容为，回填基坑剩余空间的0.3～0.6倍深度并夯实，在夯实的平面上向基坑坑壁四周扩孔，扩孔高度和深度均为5cm～15cm，在夯实的平面上以及扩孔中填充按石灰：焦渣＝1:3～1：4质量比混合而成的保温层，然后在保温层表面铺设1～2层塑料薄膜作为隔水层，隔水层铺设完成后密封塑料薄膜与基坑以及塑料薄膜与墩柱之间的缝隙，密封完毕后回填基坑剩余空间的余下深度，夯实回填土并确保回填土上表面突出于地表呈圆锥形。

由上述技术方案可知，本发明提供的用于冻土和膨胀土地区的GPS监测墩，墩基础埋设于地表下，埋深为0.5m～0.8m，即位于地表大气影响急剧层以下，因此可避免GPS监测墩受表层土体冻胀、地表降雨、干旱引起的湿胀干缩、软化等影响，具有较高的抗水平撞击的能力和良好的稳定性；墩基础采用等腰梯形结构，缩小的墩顶可以减少混凝土的方量，扩大的墩底用于增大墩基础与地基的接触面积，减少沉降；墩柱采用塑料管内部充填钢筋混凝土的结构，塑料管直接确定了墩柱的外形和尺寸，钢筋混凝土增强墩柱刚度和稳定性，减少坡面滚石等运动物体对墩柱的冲撞而引起的变形，墩柱嵌入墩基础一定深度(墩基础高度的0.6～0.9倍)并且固定于墩基础中的部分的表面为经过凿毛处理的凿毛面，凿毛面增大塑料管外壁与墩基础之间的摩擦，确保墩柱稳定；为延长墩柱使用年限，防止塑料管的老化，墩柱的外表面上包裹有锡箔纸或保温泡沫塑料，用于抵挡紫外线对塑料管的影响；为进一步增强监测墩的防冻性、减少膨胀土的干缩湿膨，尽量为墩基础创造一个恒温恒湿的环境，在墩基础上部布置保温隔水层，隔水层的上表面设置成具有一定坡度的圆锥面，避免汇集降雨渗水；所述墩基础上方设有回填土层，回填土层的上表面为高出地表、带小倾角的圆锥面，上表面的边缘与地表齐平，防回填土沉降后积水。

该GPS监测墩的施工工艺中，墩基础无需夹模，开挖出相应形状的基坑，清理坑底浮土即可浇筑，开挖完毕随后立即进行浇筑，可避免降雨入渗影响基坑的干湿状态；墩柱采用具有一定硬度和壁厚的塑料管作为管壁，在管中插入3～4根绑扎好的钢筋作为骨架，然后浇筑混凝土振捣密实即可，减少了夹模、拆模等繁琐工序，由于塑料管外壁过于光滑，与混凝土的结合不够紧密，固定塑料管前对塑料管嵌入混凝土的部分进行凿毛处理，增大塑料管外壁与墩基础之间的摩擦，使得塑料管紧密固定于墩基础中；GPS底座在墩基础和墩柱浇筑完毕后植入柱顶，用水泥砂浆固定，保证其位于柱的中央并处于水平状态；墩基础上方设置的保温层由石灰和焦渣按石灰：焦渣＝1:3～1：4质量比混合而成，焦渣是原煤在经过高温燃烧后由高炉排出的残渣，其价格低廉、保温隔热性能优越，焦渣与石灰拌合凝固后稳定性好，并具有一定的强度，隔水层为1～2层塑料薄膜，隔水层铺设完成后密封塑料薄膜与基坑以及塑料薄膜与墩柱之间的缝隙，保证监测墩和基坑维持干湿和温度恒定的环境。

与现有技术相比本发明的优点在于：

1、本发明首先通过使用筑砼塑料管作为墩柱，保证了墩柱的强度、刚度和稳定性，免去了常规混凝土墩夹模、支模的问题，简化了施工流程；

2、墩柱的高度可以根据环境自由选择，减少了周围植被对监测数据的影响，避免了常规混凝土墩因为高度过低而受环境影响较大的问题，提高了监测数据的精度和稳定性；

3、通过塑料管的使用，大大减少了混凝土的使用量，减少了监测墩的成本和工作量，对山高路陡的山区而言意义重大；

4、通过开挖一定深度的基坑、浇筑墩基础并固定墩柱，然后施工保温隔水层，有效的避免了地表土体冻胀、大气影响下膨胀土的湿胀干缩对监测数据的影响，同时也使墩柱更加稳定、耐用。

本发明提供的用于冻土和膨胀土地区的GPS监测墩结构简单、施工成本低，对地形、气候等适应性好，监测精度高、耐久性好，具有广泛的用途，施工工艺步骤简单。

附图说明

图1为本发明提供的用于冻土和膨胀土地区的GPS监测墩的结构示意图。

其中，1-墩基础，2-保温层，3-隔水层，4-回填土层，5-地表，6-墩柱，7-钢筋混凝土，8-GPS底座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细具体说明，本发明的内容不局限于以下实施例。

本发明提供的用于冻土和膨胀土地区的GPS监测墩，其结构如图1所示，包括墩基础1、保温隔水层、墩柱6和用于安装静态GPS的GPS底座8，墩基础上方设有回填土层4，回填土层的上表面为圆锥面，上表面的边缘与地表5齐平；

墩基础由混凝土浇筑而成，其纵截面为等腰梯形，墩基础埋设于地表下，埋深为0.5m～0.8m；

所述墩柱6为内部充填钢筋混凝土7的筑砼塑料管，墩柱竖直安装于墩基础中并且墩柱上端突出于地表，墩柱固定于墩基础中的部分的表面为凿毛面，墩柱在墩基础中的固定深度为墩基础高度的0.6～0.9倍，以墩基础高度的2/3为宜，墩柱的外表面上包裹有锡箔纸或保温泡沫塑料，用于防止塑料管老化；

保温隔水层水平安装于墩柱上并且位于回填土层中，保温隔水层由保温层2和位于保温层上方的隔水层3构成，保温层为石灰和焦渣按石灰：焦渣＝1:3～1：4质量比混合而成的混合物，隔水层为塑料薄膜，保温层的上表面为圆锥面；

GPS底座8为与静态GPS配套的底座，安装于墩柱顶端。

本发明还对应提供了上述GPS监测墩的施工工艺，包括如下步骤：

(1)根据滑坡变形特点、地形地貌和GPS布置原则，选着植被少、地形平缓处成剖面的布置GPS监测墩，根据当地冻融深度、地表土体松软程度、降雨和干旱影响土体的深度、监测墩高度及其承受水平力的能力等因素确定坑开挖深度，开挖基坑并对基坑底部进行扩底，清理基坑底部浮土随后立即进行混凝土浇筑，将混凝土振捣密实施工墩基础，本实施例中，选择基础埋深为0.5m，墩基础高0.5m，因此基坑开挖深度为1m，底部进行扩底，增大基础承载力；

(2)选择直径约200mmPPR塑料管作为墩柱的管壁并对其下端进行凿毛处理，根据实际需要截取合适长度，考虑到周围可能种植农作物等，本实施例选取塑料管长度为2.5m，将塑料管竖直放置于基坑中央并且凿毛处理的部分插入墩基础中，在塑料管中放入4根捆扎固定的钢筋骨架，随后向塑料管中浇筑混凝土并振捣密实施工墩柱，一边浇筑一边振捣密实，浇筑完毕混凝土如有下沉需要补浇；

(3)待墩柱的混凝土凝固2小时后，在墩柱顶端放置用于安装静态GPS的GPS底座，通过水泥砂浆固定GPS底座确保GPS底座处于水平状态；

(4)待墩基础的混凝土凝固3天后，回填基坑剩余空间的一半深度并夯实，在夯实的平面上向基坑坑壁四周扩孔，扩孔高度和深度均为10cm，在夯实的平面上以及扩孔中填充按石灰：焦渣＝1:3质量比混合而成的保温层，然后在保温层表面铺设1～2层塑料薄膜作为隔水层，隔水层铺设完成后密封塑料薄膜与基坑以及塑料薄膜与墩柱之间的缝隙，密封完毕后回填基坑剩余空间的另一半深度，夯实回填土并确保回填土上表面突出于地表呈圆锥形。

Claims (10)

1.一种用于冻土和膨胀土地区的GPS监测墩，其特征在于：包括墩基础、保温隔水层、墩柱和用于安装静态GPS的GPS底座，墩基础埋设于地表下，墩柱竖直安装于墩基础中并且墩柱上端突出于地表，保温隔水层水平安装于墩柱上，GPS底座安装于墩柱顶端；所述墩基础由混凝土浇注而成，其埋深不小于0.5m；所述墩柱为内部充填钢筋混凝土的筑砼塑料管。

2.根据权利要求1所述的用于冻土和膨胀土地区的GPS监测墩，其特征在于：墩基础的纵截面为等腰梯形，墩基础埋深为0.5m～0.8m，高度不小于0.5m。

3.根据权利要求1所述的用于冻土和膨胀土地区的GPS监测墩，其特征在于：所述保温隔水层由保温层和位于保温层上方的隔水层构成，保温隔水层的上表面为圆锥面。

4.根据权利要求3所述的用于冻土和膨胀土地区的GPS监测墩，其特征在于：所述保温层为石灰和焦渣按石灰：焦渣＝1:3～1：4质量比混合而成的混合物，隔水层为塑料薄膜，保温层的上表面为圆锥面。

5.根据权利要求1所述的用于冻土和膨胀土地区的GPS监测墩，其特征在于：所述墩柱的外表面上包裹有锡箔纸或保温泡沫塑料。

6.根据权利要求1所述的用于冻土和膨胀土地区的GPS监测墩，其特征在于：墩柱固定于墩基础中的部分的表面为凿毛面，墩柱在墩基础中的固定深度为墩基础高度的0.6～0.9倍。

7.根据权利要求1所述的用于冻土和膨胀土地区的GPS监测墩，其特征在于：所述墩基础上方设有回填土层，保温隔水层位于回填土层中，回填土层的上表面为圆锥面、上表面的边缘与地表齐平。

8.一种权利要求1所述GPS监测墩的施工工艺，其特征在于，包括如下步骤：

(1)开挖基坑并对基坑底部进行扩底，清理基坑底部浮土随后立即进行混凝土浇筑，将混凝土振捣密实施工墩基础，墩基础的高度小于基坑深度；

(2)将塑料管竖直放置于基坑中央并且下端插入墩基础中，在塑料管中放入3～4根捆扎固定的钢筋骨架，随后向塑料管中浇筑混凝土并振捣密实施工墩柱；

(3)待墩柱的混凝土凝固后在墩柱顶端放置用于安装静态GPS的GPS底座，通过水泥砂浆固定GPS底座确保GPS底座处于水平状态；

(4)待墩基础的混凝土凝固后回填基坑剩余空间并铺设保温隔水层。

9.根据权利要求8所述的施工工艺，其特征在于：步骤(2)中塑料管放置前对其下端进行凿毛处理，随后将塑料管竖直放置于基坑中央并且凿毛处理的部分插入墩基础中。

10.根据权利要求8所述的施工工艺，其特征在于：步骤(4)中回填基坑剩余空间并铺设保温隔水层的具体内容为，回填基坑剩余空间的0.3～0.6倍深度并夯实，在夯实的平面上向基坑坑壁四周扩孔，扩孔高度和深度均为5cm～15cm，在夯实的平面上以及扩孔中填充按石灰：焦渣＝1:3～1：4质量比混合而成的保温层，然后在保温层表面铺设1～2层塑料薄膜作为隔水层，隔水层铺设完成后密封塑料薄膜与基坑以及塑料薄膜与墩柱之间的缝隙，密封完毕后回填基坑剩余空间的余下深度，夯实回填土并确保回填土上表面突出于地表呈圆锥形。