CN106289162A - 一种抵抗土体冻胀和融沉的沉降点装置及土体监测方法 - Google Patents

Abstract

一种抵抗土体冻胀和融沉的沉降点装置及土体监测方法，属于冻土地区的地面沉降监测技术领域。沉降点装置包括保护管、测杆、锥形钻孔护头和密封圈；测杆包括外螺纹部和光杆部，保护管的一端设有内螺纹圈，测杆位于保护管内且测杆的外螺纹部与内螺纹圈的内螺纹相啮合，测杆的光杆部与保护管的内壁之间填充有润滑脂，内螺纹圈的小径大于光杆部的直径，保护管的长度大于冻土层的厚度，密封圈将润滑脂密封在保护管和光杆部形成的空间内，测杆的外螺纹部与锥形钻孔护头连接。将该沉降点装置埋设完成后，冻土层发生冻胀和融沉时，润滑脂可以将保护管与测杆有效隔离开，使得测杆不会受到冻土层的影响，能够有效地抵抗土体的冻胀和融沉。

Description

一种抵抗土体冻胀和融沉的沉降点装置及土体监测方法

技术领域

本发明涉及冻土地区的地面沉降监测技术领域，特别涉及一种抵抗土体冻胀和融沉的沉降点装置及土体监测方法。

背景技术

随着我国经济的不断发展，地铁和轻轨等交通设施也逐渐增多，在地铁和轻轨等交通设置的施工过程中，会对周边环境产生一定的影响，例如，会使周边的土体产生沉降，为了保证施工安全以及保证周边建筑物的安全，会在施工过程中，在周边的土体内设置多个监测点，并在每个监测点处布置沉降点装置，根据沉降点装置测量出地面的沉降情况。

目前的沉降点装置多为测杆，先在施工地点周围设置监测点，并在距离监测点一定距离内设置一个固定点，其中，固定点的高度保持不变，在监测点的位置进行开孔，再将测杆埋设到孔内，在施工的过程中，定期将水准尺的底面放置于测杆的顶面，并读出固定点在水准尺上的水平投影值，根据该水平投影值的变化大小可以得知监测点处的土体发生沉降的情况。

在实际测量过程中，对监测点的埋设深度即测杆的埋入深度是有一定要求的，测杆的埋设深度要达到冻土层以下，当处在冬季时，冻土层的土体会产生冻胀，由于测杆与冻土层的土体是紧密接触的，因此，冻土层的土体产生冻胀时，测杆会随着冻土层的土体升高；当进入春季天气回暖时，冻土层的土体会产生融沉，此时测杆会随着冻土层的土体下降，因此冻土层的土体的冻胀和融沉会对测杆的监测结果产生一定的影响，这样很难通过监测的数据来判断施工过程对周边的土体造成的影响具体有多大，使得根据测杆测量出的数据不准确，降低了监测的精度。

发明内容

为了解决现有技术中存在的冻土层发生冻胀时带动测杆上升，冻土层融沉时带动测杆下降，进而对监测结果产生影响的问题，一方面，本发明提供了一种抵抗土体冻胀和融沉的沉降点装置，所述沉降点装置包括保护管、测杆、锥形钻孔护头和密封圈；

所述测杆包括外螺纹部和光杆部，所述保护管的一端设有内螺纹圈，测杆位于保护管内且测杆的外螺纹部与所述内螺纹圈的内螺纹相啮合，测杆的光杆部与保护管的内壁之间填充有润滑脂，所述内螺纹圈的小径D₁大于所述光杆部的直径D₂，所述保护管的长度大于冻土层的厚度，所述密封圈将所述润滑脂密封在所述保护管和所述光杆部形成的空间内，所述测杆的外螺纹部与所述锥形钻孔护头连接。

所述内螺纹圈的小径D₁与所述光杆部的直径D₂之差为d，8mm≤d≤10mm。

所述保护管与所述内螺纹圈通过铸造工艺一体成型。

所述内螺纹圈与所述保护管的一端的内壁焊接固定在一起。

所述测杆的外螺纹部与所述锥形钻孔护头采用螺纹连接。

另一方面，本发明提供了一种使用所述沉降点装置进行土体监测方法，所述方法包括：

步骤1：使用冲击钻在地面钻一个直径为D₃的孔，其中，30mm≤D₃≤40mm；

步骤2：将所述沉降点装置打入孔中，当所述沉降点装置的保护管穿过冻土层时，旋转测杆，直至测杆达到指定埋设深度；

步骤3：切掉多余的测杆，使测杆的顶面低于地面；

步骤4：将水准尺的底面通过磁铁吸附在活动尺垫的第一连接部，将活动尺垫的第二连接部与测杆的顶面紧密接触，读出固定点在水准尺上的水平投影值，所述活动尺垫的第二连接部的直径小于所述保护管的内径；

步骤5：将水准尺和活动尺垫移开，在保护管的另一端盖上保护盖。

所述活动尺垫的第一连接部设有磁铁槽，所述磁铁吸附在所述磁铁槽内。

在本发明中，通过设计一种能够抵抗土体冻胀和融沉的沉降点装置，该沉降点装置包括保护管、测杆、锥形钻孔护头和密封圈；保护管的底部的内螺纹圈与测杆的外螺纹部通过螺纹连接，保护管与测杆的光杆部之间设有润滑脂，且内螺纹圈的小径大于光杆部的直径，保护管的长度大于冻土层的厚度，如此，将该沉降点装置埋设完成后，保护管位于冻土层内，测杆与非冻土层的土体紧密接触，冻土层发生冻胀和融沉时，仅会对保护管产生影响，润滑脂可以将保护管与测杆有效隔离开，使得测杆不会受到冻土层的影响，能够有效地抵抗土体的冻胀和融沉，因此根据测杆进行测量得到的数据精度较高，可以有效反应施工过程对监测点处的土体的影响；同时，本发明中的沉降点装置的各个部件结构简单，易于加工，成本较低，而且使用方法简单。

附图说明

图1是本发明提供的抵抗土体冻胀和融沉的沉降点装置埋设时的结构示意图；

图2是本发明提供的保护管的结构示意图；

图3是本发明提供的测杆的结构示意图；

图4是本发明提供的锥形钻孔护头的结构示意图。

图5是本发明提供的抵抗土体冻胀和融沉的沉降点装置埋设完成的结构示意图；

图6是本发明提供的抵抗土体冻胀和融沉的沉降点装置的局部放大图；

图7是本发明提供的使用本发明中的沉降点装置进行土体监测的局部放大图。

其中，

1保护管；2测杆，21外螺纹部，22光杆部；3锥形钻孔护头；4密封圈；5内螺纹圈；6润滑脂；7水准尺；8磁铁；9活动尺垫，91活动尺垫的第一连接部，92活动尺垫的第二连接部；10保护盖；

A外螺纹部的内螺纹孔；B锥形钻孔护头的外螺纹杆；

D₁内螺纹圈的小径；D₂光杆部的直径；L冻土层的厚度。

具体实施方式

为了解决现有技术中存在的冻土层发生冻胀时带动测杆上升，冻土层融沉时带动测杆下降，进而对监测结果产生影响的问题，如图1所示，且参见图2、图3和图4；本发明提供了一种抵抗土体冻胀和融沉的沉降点装置，该沉降点装置包括保护管1、测杆2、锥形钻孔护头3和密封圈4；

测杆2包括外螺纹部21和光杆部22，保护管1的一端设有内螺纹圈5，测杆2位于保护管1内且测杆2的外螺纹部21与内螺纹圈5的内螺纹相啮合，测杆2的光杆部22与保护管1的内壁之间填充有润滑脂6，内螺纹圈5的小径D₁大于光杆部22的直径D₂，保护管1的长度大于冻土层的厚度L，密封圈4将润滑脂6密封在保护管1和光杆部22形成的空间内，测杆2的外螺纹部21与锥形钻孔护头3连接。

如图1所示，且参见图5，当使用本发明中的沉降点装置对土体的沉降进行监测时，先将该沉降点装置打入土体内，其中保护管1的长度大于冻土层的厚度L，当保护管1的埋入深度大于冻土层的厚度L时，旋转测杆2，此时，由于保护管1的底端设有内螺纹圈5，且测杆2的外螺纹部21与内螺纹圈5的内螺纹相啮合，因此，在旋转测杆2时，测杆2的外螺纹部21会从内螺纹圈5内旋出，在锥形钻孔护头3的作用下，测杆2会继续钻入土体，当测杆2达到所需的监测深度的要求时，可以将测杆2顶部多余的光杆部22切掉，使测杆2的顶部低于地面，并在保护管1上方盖上保护盖10。

当冻土层发生冻胀时，与冻土层紧密接触的保护管1会同时上升，但由于保护管1与测杆2之间存在粘稠的润滑脂6，且密封圈4将润滑脂6密封在保护管1和光杆部22形成的空间内，润滑脂6不会发生凝固，因此润滑脂6将测杆2与保护管1隔离开，同时，如图5所示，且参见图6，此时，测杆2的光杆部22位于内螺纹圈5的内螺纹处，但由于内螺纹圈5的小径D₁大于光杆部22的直径D₂，在本发明中，D₁与D₂的差值为d，8mm≤d≤10mm，因此，内螺纹圈5与光杆部22之间存在间隙，而测杆2的外螺纹部21旋入土体，与土体紧密接触，因此，保护管1上升时，不会带动测杆2上升，由于润滑脂6的粘度较大，所以润滑脂6不会因为大量渗入内螺纹圈5和光杆部22之间的缝隙而导致流失，如此，可以有效隔离冻土层的冻胀对测杆2的影响，同理，冻土层发生融沉时，只会带动位于冻土层内的保护管1进行下降，而润滑脂6可以有效隔离保护管1和测杆2，测杆2的外螺纹部21与非冻土层的土体紧密接触，因此测杆2不会受到冻土层的融沉的影响，使得通过测杆2得出的监测结果较为准确，可以通过该监测结果得知施工过程中对周围土体的影响。

在本发明中，保护管1的长度需要根据实际情况而设计，但要保证保护管1的长度大于冻土层的厚度，例如，对于某些地区来说冻土层的厚度为1.5m左右，而有些地区的冻土层的厚度在1.2m左右，因此，可以结合实际情况合理的设计保护管1的长度。

在本发明中，保护管1可以为金属管，保护管1与内螺纹圈5可以通过铸造成型同时形成，也可以单独制作一个内螺纹圈5，再通过焊接将内螺纹圈5固定在保护管1的一端的内壁上。

在本发明中，测杆2的外螺纹部21与锥形钻孔护头3可以通过螺纹连接在一起，如图3所示，可以在测杆2的外螺纹部21设置一个内螺纹孔A，如图4所示，可以为锥形钻孔护头3设置一个外螺纹杆B，将锥形钻孔护头3的外螺纹杆B拧入外螺纹部21的内螺纹孔A，如此设计，可以方便组装，另一方面，可以在锥形钻孔护头3出现磨损失效时，更换新的锥形钻孔护头3。

在本发明中，锥形钻孔护头3有两个辅助作用，一方面，在将沉降点装置打入土体时，锥形钻孔护头3可以起到辅助作用，可以减轻土体对保护管1的磨损，另一方面，在旋转测杆2时，锥形钻孔护头3也可以起到辅助作用，其中，锥形钻孔护头3可以根据土体的硬度而选择合适的金属材料制成，若土体较硬，则可以选择硬度较高的金属材料制作锥形钻孔护头3，若土体较软，则可以选择硬度较低的金属材料制作锥形钻孔护头3。

本发明中的密封圈4可以为橡胶圈。

在本发明中，通过设计一种能够抵抗土体冻胀和融沉的沉降点装置，该沉降点装置包括保护管1、测杆2、锥形钻孔护头3和密封圈4；保护管1的底部的内螺纹圈5与测杆2的外螺纹部21通过螺纹连接，保护管1与测杆2的光杆部22之间设有润滑脂6，且内螺纹圈5的小径大于光杆部22的直径，保护管1的长度大于冻土层的厚度，如此，将该沉降点装置埋设完成后，保护管1位于冻土层内，测杆2与非冻土层的土体紧密接触，冻土层发生冻胀和融沉时，仅会对保护管1产生影响，润滑脂6可以将保护管1与测杆2有效隔离开，使得测杆2不会受到冻土层的影响，能够有效地抵抗土体的冻胀和融沉，因此根据测杆2进行测量得到的数据精度较高，可以有效反应施工过程对监测点处的土体的影响；同时，本发明中的沉降点装置的各个部件结构简单，易于加工，成本较低，而且使用方法简单。

实施例二

本发明提供了一种使用实施例一中的沉降点装置进行土体监测的方法，该方法包括：

步骤1：如图5所示，使用冲击钻在地面钻一个直径为D₃、深度为H的孔，其中，30mm≤D₃≤40mm，100mm≤H≤150mm；

步骤2：将沉降点装置打入孔中，当沉降点装置的保护管1穿过冻土层时，旋转测杆2，直至测杆2达到指定埋设深度；

步骤3：切掉多余的测杆2，使测杆2的顶面低于地面；

步骤4：如图7所示，将水准尺7的底面通过磁铁8吸附在活动尺垫9的第一连接部91，将活动尺垫9的第二连接部92与测杆2的顶面紧密接触，读出固定点在水准尺7上的水平投影值，活动尺垫9的第二连接部92的直径小于保护管1的内径；

步骤5：将水准尺7和活动尺垫9移开，在保护管1的另一端盖上保护盖10。

其中，可以在活动尺垫9的第一连接部91上设置磁铁槽，将磁铁8的一面吸附在磁铁槽内，另一面吸附在水准尺7的底面上。

由于水准尺7的底面直径较大，为了能够将水准尺7的底面放置于测杆2的顶面，现有技术会在地面上挖设直径较大的孔，尺寸一般会在150～200mm，由于现场监测过程中，往往会设置多个监测点，因此，会在地面上挖设多个孔，对地面产生较大的破坏，往往在监测工程结束后，需要对地面进行重铺，使得监测工程的成本较高，而本发明中，通过设计一个活动尺垫9，并且活动尺垫9包括第一连接部91和第二连接部92，第一连接部91的直径较大用于与水准尺7连接，第二连接部92的直径较小，用于放置于测杆2的顶面，因此在地面上挖设直径在30mm～40mm之间的孔即可，当进行数据测量时，水准尺7与第一连接部91之间通过磁铁8吸附在一起，将活动尺垫9的第二连接部92的底面与测杆2的顶面紧密接触，测完数据后，将水准尺7和活动尺垫9同时移走，再盖上保护盖10，当需要对该监测点再次进行测量时，打开保护盖10，将水准尺7和活动尺垫9放置于测杆2的顶面即可，由于活动尺垫9的整体高度是不变的，因此，可以根据测量结果得出该监测点的土体变化情况，通过该方法，可以无需在地面挖设直径较大的孔，监测工程技术后，对地面进行简单的修复即可，无需进行重铺，降低了监测工程的成本，同时，本发明中的沉降点装置能够抵抗土体的冻胀和融沉，提高了监测结果的精度。

Claims (7)

1.一种抵抗土体冻胀和融沉的沉降点装置，其特征在于，所述沉降点装置包括保护管(1)、测杆(2)、锥形钻孔护头(3)和密封圈(4)；

所述测杆(2)包括外螺纹部(21)和光杆部(22)，所述保护管(1)的一端设有内螺纹圈(5)，测杆(2)位于保护管(1)内且测杆(2)的外螺纹部(21)与所述内螺纹圈(5)的内螺纹相啮合，测杆(2)的光杆部(22)与保护管(1)的内壁之间填充有润滑脂(6)，所述内螺纹圈(5)的小径D₁大于所述光杆部(22)的直径D₂，所述保护管(1)的长度大于冻土层的厚度，所述密封圈(4)将所述润滑脂(6)密封在所述保护管(1)和所述光杆部(22)形成的空间内，所述测杆(2)的外螺纹部(21)与所述锥形钻孔护头(3)连接。

2.根据权利要求1所述的抵抗土体冻胀和融沉的沉降点装置，其特征在于，所述内螺纹圈(5)的小径D₁与所述光杆部(22)的直径D₂之差为d，8mm≤d≤10mm。

3.根据权利要求1所述的抵抗土体冻胀和融沉的沉降点装置，其特征在于，所述保护管(1)与所述内螺纹圈(5)通过铸造工艺一体成型。

4.根据权利要求1所述的抵抗土体冻胀和融沉的沉降点装置，其特征在于，所述内螺纹圈(5)与所述保护管(1)的一端的内壁焊接固定在一起。

5.根据权利要求1至4任一项权利要求所述的抵抗土体冻胀和融沉的沉降点装置，其特征在于，所述测杆(2)的外螺纹部(21)与所述锥形钻孔护头(3)采用螺纹连接。

6.一种使用权利要求1-5任一项权利要求所述的抵抗土体冻胀和融沉的沉降点装置进行土体监测方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：使用冲击钻在地面钻一个直径为D₃的孔，其中，30mm≤D₃≤40mm；

步骤2：将所述沉降点装置打入孔中，当所述沉降点装置的保护管(1)穿过冻土层时，旋转测杆(2)，直至测杆(2)达到指定埋设深度；

步骤3：切掉多余的测杆(2)，使测杆(2)的顶面低于地面；

步骤4：将水准尺(7)的底面通过磁铁(8)吸附在活动尺垫(9)的第一连接部(91)，将活动尺垫(9)的第二连接部(92)与测杆(2)的顶面紧密接触，读出固定点在水准尺(7)上的水平投影值，所述活动尺垫(9)的第二连接部(92)的直径小于所述保护管(1)的内径；

步骤5：将水准尺(7)和活动尺垫(9)移开，在保护管(1)的另一端盖上保护盖(10)。

7.根据权利要求6所述的土体监测方法，其特征在于，所述活动尺垫(9)的第一连接部(91)设有磁铁槽，所述磁铁(8)吸附在所述磁铁槽内。