CN108035330B - 一种同时埋设多个土压力传感器的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同时埋设多个土压力传感器的装置，包括若干节PVC套管、若干个土压力传感器、保护钢卡、高强螺栓和若干个接头管，PVC套管呈U形结构，土压力传感器的两端分别嵌入PVC套管的导槽内并用保护钢卡和高强螺栓进行固定，一节PVC套管内固定一个土压力传感器，每两节PVC套管之间通过接头管相接，若干个土压力传感器同时埋设于土体中并连接数据采集仪进行土压力测试。本发明提供的同时埋设多个土压力传感器的装置及方法，可在一个钻孔内同时埋设多个土压力传感器，埋设效率高，有效保护土压力传感器，降低受损率，使用寿命长，各工作部件成本低廉，实用性高，应用前景广阔。

Description

一种同时埋设多个土压力传感器的装置及方法

技术领域

本发明涉及工程监测技术领域，具体涉及一种同时埋设多个土压力传感器的装置及方法。

背景技术

在工程监测中，尤其是在岩土工程监测中，往往需要获得土体内部的土压力参数，通常会在土体中埋设土压力计，通过相应的接收仪器来获得所需要的数据。

土体中土压计的埋设方法通常是采用钻孔法。首先，在土体中采用泥浆护壁的方式进行钻孔，然后将土压力计固定在钢筋笼上，将土压计和钢筋笼一起放入钻孔中规定的深度位置，最后在钻孔中回填细砂，待细砂固结后进行土压力的测试。但是这种方法的不足之处在于：1、钢筋笼的绑扎是需要在现场进行操作的，这就对施工的场地有一定的要求，最好可以在现场可以直接进行钢筋的切割和焊接，这对于一些道路工程是比较困难的；2、相对土体而言，钢筋笼的刚度较大，埋入土体后存在与土体侧向变形不协调的问题，会影响土压计的测试精度；3、一般一个钻孔只能埋设一个土压计，如果需要埋设多个土压计，往往需要多个钻孔，费时费工，比较繁琐。

经过现有技术的文献检索发现，中国专利申请号201010196452.3，发明名称：土压力计埋设装置及埋设方法，公开号：CN102277865A，该专利记载：土压力计埋设装置，包括高喷灌浆机的灌浆管、土压力计、反力架、扶正器，土压力计通过螺栓紧固在反力架上，反力架与扶正器以左旋螺纹松动连接，并用定位销定位，扶正器与灌管及灌浆管以右旋螺纹连接，土压力计上电线和固定连接在定位销上的铁丝穿过扶正器及灌浆管直通地面。土压力计的埋设方法：向钻孔内投砂料并测量高程（低于土压力计埋设高程）用灌浆管连接土压力计埋设装置，将组装好的土压力计埋设装置放置在设计高程后，向钻孔内投入水洗过且风干的粗砂，边投边敲击灌浆管，使粗砂密实地充填土压力计周边空间，提拉孔口地面上铁丝，把定位销提到地面，在孔口右旋灌浆管，使灌浆管与装置脱离，最后以砂料回填钻孔至设计高程。该方法装置的设备较为复杂，埋设过程中的操作比较繁琐，设备的造价也比较昂贵，且一次只能埋设一个土压力计，效率较低。

发明内容

为解决现有技术的问题，本发明提供一种同时埋设多个土压力传感器的装置及方法，克服了常规钻孔法中因钢筋笼或槽钢的刚度过大、易变形与土体不协调进而引起土压力测试结果误差较大的缺陷。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种同时埋设多个土压力传感器的装置，包括若干节PVC套管、若干个土压力传感器、保护钢卡、高强螺栓和若干个接头管， PVC套管呈U形结构，土压力传感器的两端分别嵌入PVC套管的导槽内并用保护钢卡和高强螺栓进行固定，一节PVC套管内固定一个土压力传感器，每两节PVC套管均通过接头管相接，若干个土压力传感器同时埋设于土体中并连接数据采集仪进行土压力测试。

进一步的，所述PVC套管为中空的U形导管，PVC套管的导槽内径与土压力传感器的厚度相适配，PVC套管的外径与接头管的内径相适配。

进一步的，所述PVC套管的外壁设有若干个呈一字形结构的凹槽，所述接头管的内壁设有若干个呈一字形结构的凸齿，凸齿的数目、形状和尺寸与凹槽的数目、形状和尺寸相适配，一个凸齿插入一个凹槽内，使接头管两端的两节PVC套管能够上下位置对齐。

进一步的，所述保护钢卡的形状与嵌入土压力传感器后的PVC套管的形状相适配，保护钢卡包括设置于中部的横向支撑板和两个对称设置于两端的螺栓孔，面面相对的两个保护钢卡通过插入螺栓孔的高强螺栓固定PVC套管、土压力传感器和保护钢卡。

进一步的，所述横向支撑板呈长方形结构，高强螺栓为蝶形螺栓，高强螺栓的形状、数目和尺寸与螺栓孔的形状、数目和尺寸相适配且一一对应。

进一步的，所述土压力传感器为振弦式或压电式土压力传感器，所述数据采集仪为与土压力传感器相配套的传感器读数仪。

进一步的，包括以下步骤：

步骤一、在土体内钻孔，钻孔内用于埋设若干个土压力传感器，钻孔的形状和尺寸与土压力传感器的形状和尺寸相适配；

步骤二、选取若干节U形PVC套管，将土压力传感器的两端分别嵌入PVC套管的导槽内，并用保护钢卡通过高强螺栓将土压力传感器固定于PVC套管上，一节PVC套管用于固定一个土压力传感器；

步骤三、将步骤二中已安装好土压力传感器的PVC套管与未安装土压力传感器的PVC套管通过接头管按测试要求进行接长，组合形成传感器套管；

步骤四、将步骤三中的传感器套管一端缓慢向下放入步骤一中的钻孔内，校核传感器套管上的所有土压力传感器的埋设深度和方向，在地面固定好传感器套管另一端，土压力传感器连接数据采集仪，随后在钻孔内缓慢回填细沙至地面，使一个钻孔内同时埋设若干个土压力传感器；

步骤五、待回填的细沙固结完成后，根据施工工况在地面采用数据采集仪进行土压力测试。

进一步的，步骤二中，PVC套管内侧两端分别与一个保护钢卡中部的横向支撑板短边内壁贴合，横向支撑板呈长方形结构，两个保护钢卡面面相对且其上的螺栓孔位置一一对应，两个保护钢卡两端的螺栓孔内均对应插入高强螺栓并用于固定两个保护钢卡及二者环抱的PVC套管和土压力传感器。

进一步的，步骤三中，PVC套管的外壁设有若干个一字形结构的凹槽，接头管的内壁设有若干个一字形结构的凸齿，凸齿的数目、形状和尺寸与凹槽的数目、形状和尺寸相适配，一个凸齿插入一个凹槽内每两节PVC套管均通过接头管进行接长，PVC套管插入式接入接头管上且接头管两端的两节PVC套管上下位置对齐。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1）PVC套管的价格较为便宜，经济效益明显，材料的抗弯刚度小，与土体的变形协调度高，土压力测试精度较高；

2）对土压力传感器及数据传递导线具有较好的保护作用，延长其使用寿命，提高土压力传感器的安装成功率和可靠性；

3）同一钻孔内可同时埋设多个土压力传感器，提高了土压力传感器的安装速度，工作效率高；

4）装置简单可靠，经济实用，安装方便，便于标准化的生产与安装，测试实验结果可靠，克服了常规钻孔法的不足。

附图说明

图1为本发明的正视图；

图2为本发明的侧视图；

图3为本发明的PVC套管的轴侧示意图；

图4为本发明的PVC套管的俯视图；

图5为本发明的保护钢卡的俯视图；

图6为本发明的保护钢卡的正视图；

其中，1-PVC套管；2-土压力传感器；3-保护钢卡；4-螺栓；5-接头管；6-数据采集仪；7-横向支撑板；8-螺栓孔。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。

如图1-6所示，一种同时埋设多个土压力传感器的装置，包括若干节PVC套管1、若干个土压力传感器2、若干个接头管5、保护钢卡3和高强螺栓4，PVC套管1为中空的U形导管，一节PVC套管1内固定一个土压力传感器2，土压力传感器2的两端分别嵌入PVC套管1的导槽内并用保护钢卡3和高强螺栓4进行固定，每两节PVC套管1之间均通过一个接头管5相接，若干个土压力传感器2可同时埋设于土体中并通过数据采集仪6进行土压力测试。

PVC套管1的导槽内径与土压力传感器2的厚度相适配，保证土压力传感器2能顺利的嵌入PVC套管1的导槽内，PVC套管1的外径与接头管5的内径相适配，PVC套管1的外壁设有若干个呈一字形结构的凹槽，接头管5的内壁设有若干个呈一字形结构的凸齿，凸齿的数目、形状和尺寸与凹槽的数目、形状和尺寸相适配，一个凸齿插入一个凹槽内，保证通过接头管5相连的两节PVC套管1插入式固定于接头管5的两端且能够上下位置对齐。

保护钢卡3的形状与嵌入土压力传感器2后的PVC套管1的形状相适配，保护钢卡3包括设置于中部的横向支撑板7和两个设置于两端的螺栓孔8，横向支撑板7呈长方形结构，PVC套管1内侧两端分别与一个保护钢卡3中部的横向支撑板7短边内壁贴合，通过伸入螺栓孔8的高强螺栓4将两个保护钢卡3连接成一体，面面相对的两个保护钢卡3通过插入螺栓孔8的高强螺栓4将PVC套管1、土压力传感器2和保护钢卡3固定在一起。

高强螺栓4为蝶形螺栓，高强螺栓4的形状和尺寸与螺栓孔8的形状和尺寸相适配且一一对应，保护钢卡3的数目和高强螺栓4的数目相适配，一个高强螺栓4插入对应的一个螺栓孔8内。

土压力传感器2为振弦式或压电式土压力传感器，数据采集仪6为与土压力传感器2相配套的传感器读数仪，数据传递导线为与土压力传感器2相配套的测量电缆，数据传递导线直接从土压力传感器2引伸至地面再与数据采集仪6相连，无需在PVC套管1上开口穿出数据传递导线，操作简单，不破坏PVC套管1，有利于保护PVC套管1的结构完整，测试人员通过数据采集仪6进行土压力数据测读。

一种同时埋设多个土压力传感器的方法，包括以下步骤：

步骤一、根据测试要求在土体内采用护壁泥浆进行钻孔，防止孔壁坍孔，钻孔的形状和尺寸与土压力传感器2的形状和尺寸相适配，钻孔直径大于土压力传感器2的直径，保证若干个土压力传感器2能够埋设于钻孔中，钻孔深度根据测试要求确定；

步骤二、选取若干节中空的U形PVC套管1，将土压力传感器2的两端分别嵌入PVC套管1的导槽内，并用保护钢卡3通过高强螺栓4将土压力传感器2固定于PVC套管1内，一节PVC套管1用于固定一个土压力传感器2，土压力传感器2与数据传递导线相连再与地面上的数据采集仪6相连；

步骤三、将步骤二中已安装好土压力传感器2的PVC套管1与未安装土压力传感器2的PVC套管1通过接头管5按测试要求进行接长，组合形成传感器套管，传感器套管包括若干节通过接头管5衔接的PVC套管1，传感器套管上固定多个土压力传感器2；

步骤四、将步骤三中的传感器套管一端缓慢向下放入步骤一中的钻孔内，校核传感器套管上的所有土压力传感器2的埋设深度和方向，在地面固定好传感器套管另一端，土压力传感器2通过数据传递导线连接数据采集仪6，随后在钻孔内缓慢回填细沙至地面，使一个钻孔内同时埋设若干个土压力传感器2；

步骤五、待回填的细沙固结完成后，根据施工工况在地面采用数据采集仪6进行土压力测试。

步骤二中，PVC套管1内侧壁两端分别与一个保护钢卡3中部的横向支撑板7短边内壁贴合，两个保护钢卡3面面相对且其上的螺栓孔8一一对应，两个高强螺栓4分别插入两个保护钢卡3两端的螺栓孔8内并将两个保护钢卡3及二者环抱的PVC套管1和土压力传感器2固定在一起。

步骤三中，PVC套管1的外壁设有若干个一字形结构的凹槽，接头管5的内壁设有若干个一字形结构的凸齿，凸齿的数目、形状和尺寸与凹槽的数目、形状和尺寸相适配，一个凸齿插入一个凹槽内，使接头管5两端的两节PVC套管1上下位置对齐，每两节PVC套管1均通过接头管5进行接长。

实施例1

某市的滨江大道工程借助原有的江堤进行拓宽加固，成为城市次干道，经地质勘探，发现地表以下主要为粉土和细砂夹粉质粘土，为了摸清路堤土体的侧向位移情况，拟在路堤的边角处钻孔并埋设侧向土压力传感器。

具体步骤如下：

步骤一、根据测试要求在距离路堤边角以外一定水平距离处采用泥浆护壁钻孔，钻孔直径大于土压力传感器2的直径，钻孔方法采用泥浆护壁回转钻进，护壁泥浆的液面高度高于地下水位0.5 m以上；

步骤二、取若干节长度为1 m的PVC套管1，将土压力传感器2嵌入其中一节PVC套管1的导槽内且土压力传感器2的两端分别位于PVC套管1导槽两端的槽口处，通过调整高强螺栓4的松紧固定PVC套管1、土压力传感器2和保护钢卡3；

步骤三、将装有土压力传感器2的PVC套管1与下一节未安装土压力传感器2的PVC套管1通过接头管5进行接长，随后根据测试要求采用步骤二将另一个土压力传感器2固定在下一节已连接好且未安装土压力传感器2的PVC套管1上，接头管5的内径和PVC套管1的外径相适配，进而使PVC套管1插入接头管5内，接头管5内壁的一字形凸齿和设置于PVC套管1外壁的一字形凹槽相适配，一个凸齿伸入一个凹槽内，每两节PVC套管1插入接头管5的两端且能够上下位置对齐；

步骤四、将已经安装土压力传感器2的PVC套管1与未安装土压力传感器2的PVC套管1采用接头管5按测试要求进行接长，组合形成包括若干节PVC套管1的传感器套管且传感器套管上固定多个土压力传感器2；

步骤五、将步骤四中使用接头管5连接的传感器套管一端缓慢下放入步骤一中的钻孔内，校核好所有土压力传感器2的埋深和方向，在传感器套管下放到位后再次校核所有土压力传感器2的埋深和方向后，在地面临时固定好传感器套管的另一端，在钻孔内缓慢回填细砂至地面；

第六步，在回填细砂固结完成后，根据现场的施工情况采用数据采集仪6进行不同阶段的侧向土压力的测试。

在本实施例中，土压力传感器2的施工使用技术简易，价格低廉，采用标准化的装配方式，只需要根据测试要求将土压力传感器2、PVC套管1、接头管5和保护钢卡3连接后埋设即可，一个钻孔内可实现埋设多个土压力传感器2的目的，安装埋设效率大大提高，实用性高。

上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种同时埋设多个土压力传感器的装置，其特征在于，包括若干节PVC套管（1）、若干个土压力传感器（2）、保护钢卡（3）、高强螺栓（4）和若干个接头管（5），所述PVC套管（1）呈U形结构，土压力传感器（2）的两端分别嵌入PVC套管（1）的导槽内并用保护钢卡（3）和高强螺栓（4）进行固定，一节PVC套管（1）内固定一个土压力传感器（2），每两节PVC套管（1）均通过接头管（5）相接，若干个土压力传感器（2）同时埋设于土体中并连接数据采集仪（6）进行土压力测试，所述保护钢卡（3）的形状与嵌入土压力传感器（2）后的PVC套管（1）的形状相适配，保护钢卡（3）包括设置于中部的横向支撑板（7）和两个设置于两端的螺栓孔（8），面面相对的两个保护钢卡（3）通过插入螺栓孔（8）的高强螺栓（4）固定PVC套管（1）、土压力传感器（2）和保护钢卡（3），所述横向支撑板（7）呈长方形结构，高强螺栓（4）为蝶形螺栓，高强螺栓（4）的形状、数目和尺寸与螺栓孔（8）的形状、数目和尺寸相适配且一一对应。

2.根据权利要求1所述的一种同时埋设多个土压力传感器的装置，其特征在于，所述PVC套管（1）为中空的U形导管，PVC套管（1）的导槽内径与土压力传感器（2）的厚度相适配，PVC套管（1）的外径与接头管（5）的内径相适配。

3.根据权利要求1所述的一种同时埋设多个土压力传感器的装置，其特征在于，所述PVC套管（1）的外壁设有若干个呈一字形结构的凹槽，所述接头管（5）的内壁设有若干个呈一字形结构的凸齿，凸齿的数目、形状和尺寸与凹槽的数目、形状和尺寸相适配，一个凸齿插入一个凹槽内，使接头管（5）两端的两节PVC套管（1）能够上下位置对齐。

4.根据权利要求1所述的一种同时埋设多个土压力传感器的装置，其特征在于，所述土压力传感器（2）为振弦式或压电式土压力传感器，所述数据采集仪（6）为与土压力传感器（2）相配套的传感器读数仪。

5.采用权利要求1-4任一所述的一种同时埋设多个土压力传感器的装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、在土体内钻孔，钻孔内用于埋设若干个土压力传感器（2），钻孔的形状和尺寸与土压力传感器（2）的形状和尺寸相适配；

步骤二、选取若干节U形PVC套管（1），将土压力传感器（2）的两端分别嵌入PVC套管（1）的导槽内，并用保护钢卡（3）通过高强螺栓（4）将土压力传感器（2）固定于PVC套管（1）上，一节PVC套管（1）用于固定一个土压力传感器（2）；

步骤三、将步骤二中已安装好土压力传感器（2）的PVC套管（1）与未安装土压力传感器（2）的PVC套管（1）通过接头管（5）按测试要求进行接长，组合形成传感器套管；

步骤四、将步骤三中的传感器套管一端缓慢向下放入步骤一中的钻孔内，校核传感器套管上的所有土压力传感器（2）的埋设深度和方向，在地面固定好传感器套管另一端，土压力传感器（2）连接数据采集仪（6），随后在钻孔内缓慢回填细沙至地面，使一个钻孔内同时埋设若干个土压力传感器（2）；

步骤五、待回填的细沙固结完成后，根据施工工况在地面采用数据采集仪（6）进行土压力测试。

6.根据权利要求5所述的一种同时埋设多个土压力传感器的装置的方法，其特征在于，步骤二中，PVC套管（1）内侧两端分别与一个保护钢卡（3）中部的横向支撑板（7）短边内壁贴合，横向支撑板（7）呈长方形结构，两个保护钢卡（3）面面相对且其上的螺栓孔（8）一一对应，两个保护钢卡（3）两端的螺栓孔（8）内均插入高强螺栓（4）并用于固定两个保护钢卡（3）及二者环抱的PVC套管（1）和土压力传感器（2）。

7.根据权利要求5所述的一种同时埋设多个土压力传感器的装置的方法，其特征在于，步骤三中，PVC套管（1）的外壁设有若干个一字形结构的凹槽，接头管（5）的内壁设有若干个一字形结构的凸齿，凸齿的数目、形状和尺寸与凹槽的数目、形状和尺寸相适配，一个凸齿插入一个凹槽内，每两节PVC套管（1）均通过接头管（5）进行接长，PVC套管（1）插入式接入接头管（5）上且接头管（5）两端的两节PVC套管（1）上下位置对齐。