CN108413928B - 一种土体分层沉降量监测系统 - Google Patents

一种土体分层沉降量监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种土体分层沉降量监测系统，包括稳固嵌入型沉降环、通心沉降管、导管密封头、导管连接环和专用测量软尺；所述稳固嵌入型沉降环，包括一环形套管，环形套管内管壁嵌入设置有用于触发沉降仪探头磁感应元件的磁铁圈；环形套管外管壁设置有可向外弹射并可以收放的弹射式锚固装置；稳固嵌入型沉降环套设在通心沉降管中，通心沉降管通过导管连接环拼接在一起，通心沉降管的最底端口上设置锥形导管密封头；所述专用测量软尺的一端设置有磁感应测头，专用测量软尺的另一端设置有接收器，磁感应测头和接收器之间通过附着在软尺上的信号线连接，专用测量软尺上标有刻度。

Description

一种土体分层沉降量监测系统
本发明申请是母案申请“稳固嵌入型沉降环及土体分层沉降量监测系统”的分案申请，母案申请的申请号为2015105205500，申请日为2015年8月21日。
技术领域
本发明属于土木工程质量监测仪器，特别涉及一种土体分层沉降量监测系统。
背景技术
在港口建设中，通常使用软尺沉降仪监测软土地基的分层沉降量。软尺沉降仪工作方式为：在待测软土地基中预埋PVC材质的通心沉降管，并在通心沉降管外分段套有沉降磁环，沉降管最底端的底端口上设有锥形导管密封头；在沉降管外表面分布有多个沉降环，沉降环内有磁环，在沉降环外连接有向外放射状并可以收放的锚固铁片，锚固铁片嵌入被测土层使得沉降磁环随被测土层沉降；软尺一端有磁感应传感器并通过软尺上附着的信号线连接至软尺另一端的接收器，接受器内有蜂鸣器，软尺上标有刻度；人工把软尺带有测头端放入PVC导管内，手握软尺让测头缓慢地向下移动，当测头到达到土层中的磁环埋设位置时，接收器的蜂鸣器便会发出蜂鸣声，此时人工读出软尺在管口处的深度尺寸，也即是该磁环距离管口的距离长度，将该长度测量值与前一个时间点的测量值之间的差值，即是该磁环所在土层在这一时间段的沉降量；用这种方法可测量各土层的分层沉降量。
沉降环为坚固非金属材质如PVC材料等加工而成。如图1、图2、图3所示，传统沉降环(a)外周装有数个可翻折的锚固铁片(b)，用于使沉降环锚固在被测土层中。传统沉降环(a)内测嵌有一圈磁铁(c)用于触发沉降仪探头内的磁感应元件。使用时将多个沉降环预先套装在通心沉降管(d)上，根据各沉降环预监测的土层深度来确定其在通心沉降管上的套装位置。各沉降环套装好后依次纵向排列在通心沉降管(d)上，并依照其所处位置排好编号。例如通心沉降管上套有八个沉降环，最上端的为一号沉降环依次排号递增至底端为八号沉降环。
如图2所示，传统沉降环的锚固铁片(b)在埋设前先用力折起并用水溶性纸质胶带(e)拴在通心沉降管(d)侧壁上。如图3所示，待通心沉降管(d)埋设好，沉降环已达到预定土层深度后，水溶性纸质胶带会被土层中的水溶化。随后锚固铁片(b)由于自身弹性而自动撑开，锚固在待测土层中，使得沉降环随着待测土层下沉。
这种传统的沉降环在实际应用中，由于土体压强很大，且锚固铁片与土体的横向接触面积较大，导致锚固铁片不能充分撑开，以至于锚固铁片不能锚固在待测土层中，使得沉降环不能随着待测土层下沉，从而导致土体分层沉降量的测量结果出现错误，不能及时准确的测量被测土层的沉降量。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种稳固嵌入型沉降环及土体分层沉降量监测系统，用于长期监测陆上软土地基分层沉降量。本发明安装简便、成本低廉、在土体压力较大的恶劣环境中亦能稳固嵌入待测土层中，使得稳固嵌入型沉降环能随着待测土层下沉，从而使土体分层沉降量的测量结果准确无误，能及时准确的测量被测土层的沉降量。
本发明采用以下技术方案来实现：
一种稳固嵌入型沉降环，包括一环形套管，其特征在于：环形套管内管壁嵌入设置有用于触发沉降仪探头磁感应元件的磁铁圈；环形套管外管壁设置有可向外弹射并可以收放的弹射式锚固装置；所述弹射式锚固装置由刚性高硬度细长龙骨、可弯折的强韧耐腐蚀薄膜、扭力弹簧和铰链组成；所述弹射式锚固装置的扭力弹簧铰接在铰链上，且扭力弹簧的一端顶紧环形套管，扭力弹簧的另一端与刚性高硬度细长龙骨连接；可弯折的强韧耐腐蚀薄膜的两侧分别连接环形套管和刚性高硬度细长龙骨。
而且，所述刚性高硬度细长龙骨选用细长钢条；所述可弯折的强韧耐腐蚀薄膜选用防水尼龙布材料，所述铰链优选为小型合页结构。
而且，环形套管外管壁设置有四个弹射式锚固装置。
而且，稳固嵌入型沉降环的弹射式锚固装置弹射展开后为风车状。
所述稳固嵌入型沉降环的使用方法：将稳固嵌入型沉降环套设在通心沉降管中，将稳固嵌入型沉降环的弹射式锚固装置折起并用水溶性纸质胶带拴在通心沉降管的侧壁上；然后将套装有稳固嵌入型沉降环的通心沉降管竖直埋入被测土层中；水溶性纸质胶带被土层中的水溶化后，扭力弹簧的张力使得刚性高硬度细长龙骨展开，刚性高硬度细长龙骨展开的同时带动与其相连的可弯折的强韧耐腐蚀薄膜水平横向展开并切入被测土层中，被测土层沉降时产生的压力使得刚性高硬度细长龙骨及可弯折的强韧耐腐蚀薄膜亦随被测土层同步沉降，从而使得稳固嵌入型沉降环随被测土层同步沉降。
一种基于稳固嵌入型沉降环的土体分层沉降量监测系统：包括所述稳固嵌入型沉降环、通心沉降管、导管密封头、导管连接环和专用测量软尺，稳固嵌入型沉降环套设在通心沉降管中，通心沉降管通过导管连接环拼接在一起，通心沉降管的最底端口上设置锥形导管密封头；所述专用测量软尺的一端设置有磁感应测头，专用测量软尺的另一端设置有接收器，磁感应测头和接收器之间通过附着在软尺上的信号线连接，专用测量软尺上标有刻度。
而且，所述接收器内设有蜂鸣器。
所述基于稳固嵌入型沉降环的土体分层沉降量监测系统的使用方法按如下步骤进行：
步骤一：将稳固嵌入型沉降环的弹射式锚固装置折起并用水溶性纸质胶带拴在通心沉降管的侧壁上；
步骤二：对地层进行打孔并将套装有稳固嵌入型沉降环的通心沉降管竖直埋入地层中；
步骤三：水溶性纸质胶带被土层中的水溶化后，扭力弹簧的张力使得刚性高硬度细长龙骨展开，刚性高硬度细长龙骨展开的同时带动与其相连的可弯折的强韧耐腐蚀薄膜展开并稳固嵌入被测土层中；
步骤四：利用专用测量软尺测量土层沉降状况。
而且，在步骤四中，人工把专用测量软尺的磁感应测头端放入通心沉降管内，手握软尺让磁感应测头缓慢地向下移动，当磁感应测头到达到土层中的稳固嵌入型沉降环埋设位置时，接收器内的蜂鸣器便会发出蜂鸣声，此时人工读出专用测量软尺在通心沉降管管口处的深度尺寸，也即是该稳固嵌入型沉降环距离通心沉降管管口的距离长度，将该长度测量值与前一个时间点的测量值之间的差值，即是该稳固嵌入型沉降环所在土层在这一时间段的沉降量。
本发明的优点和有益效果为：稳固嵌入型沉降环中的弹射式锚固装置通过扭力弹簧的张力使刚性高硬度细长龙骨如风车状展开，刚性高硬度细长龙骨展开的同时带动与其相连的可弯折的强韧耐腐蚀薄膜展开并稳固嵌入到被测土层中，当被测土层沉降时产生的压力使得刚性高硬度细长龙骨及可弯折的强韧耐腐蚀薄膜亦随被测土层同步沉降，从而使得稳固嵌入型沉降环随被测土层同步沉降；由于刚性高硬度细长龙骨和可弯折的强韧耐腐蚀薄膜是水平横向切入土层中的，且刚性高硬度细长龙骨和可弯折的强韧耐腐蚀薄膜的厚度很小，因此其切入土层中所受的阻力相比传统的翻折结构的锚固铁片而言很小，使得在土体压力较大的恶劣环境中刚性高硬度细长龙骨和可弯折的强韧耐腐蚀薄膜亦能轻松地切入进待测土层中以使稳固嵌入型沉降环稳固嵌入在待测土层中，从而保证了稳固嵌入型沉降环能随着待测土层同步下沉，进一步讲保证了基于稳固嵌入型沉降环的土体分层沉降量监测系统的测量结果的准确性。
附图说明
图1是传统沉降环结构。
图2是传统沉降环埋设前状态。
图3是传统沉降环埋设后状态。
图4是稳固嵌入型沉降环埋设前结构剖视图。
图5是稳固嵌入型沉降环埋设后结构剖视图。
图6是稳固嵌入型沉降环埋设前结构俯视图。
图7是稳固嵌入型沉降环埋设后结构俯视图。
图8是基于稳固嵌入型沉降环的土体分层沉降量监测系统的结构示意图。
图1-3中：a为传统沉降环，b为锚固铁片，c为磁铁，d为通心沉降管，e为水溶性纸质胶带。
图4-8中：1为稳固嵌入型沉降环，2为通心沉降管，3为导管密封头，4为导管连接环，5为接收器，6为专用测量软尺，7为通心沉降管管口，8为磁感应测头，9为土体表层，10为地下不发生沉降岩层，11为水溶性纸质胶带，1-1为环形套管，1-2为磁铁圈，1-3为刚性高硬度细长龙骨，1-4为可弯折的强韧耐腐蚀薄膜，1-5为扭力弹簧，1-6为铰链。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例一：参见附图4-7，一种稳固嵌入型沉降环包括一环形套管1-1，环形套管1-1内管壁嵌入设置有一圈磁铁圈1-2，用于触发沉降仪探头内的磁感应元件；环形套管1-1外管壁设置有四个可向外弹射并可以收放的弹射式锚固装置，弹射式锚固装置展开后会水平嵌入到被测土层中，当被测土层发生沉降时，弹射式锚固装置带动整个稳固嵌入型沉降环1随土层发生同步沉降；
所述弹射式锚固装置由刚性高硬度细长龙骨1-3(例如细长钢条)、可弯折的强韧耐腐蚀薄膜1-4(例如防水尼龙布)、扭力弹簧1-5和铰链1-6(例如小型合页)组成，扭力弹簧1-5铰接在铰链1-6上，扭力弹簧1-5的一端顶紧环形套管1-1，扭力弹簧1-5的另一端与刚性高硬度细长龙骨1-3连接；可弯折的强韧耐腐蚀薄膜1-4的两侧分别连接环形套管1-1和刚性高硬度细长龙骨1-3。扭力弹簧1-5通过张力的作用可以带动与其相连的刚性高硬度细长龙骨1-3展开，从而使刚性高硬度细长龙骨1-3带动与其相连的可弯折的强韧耐腐蚀薄膜1-4展开，展开后如风车状(如图5和7所示)。
稳固嵌入型沉降环的使用方法如下：
首先将稳固嵌入型沉降环1套设在通心沉降管2中，将稳固嵌入型沉降环的弹射式锚固装置折起并用水溶性纸质胶带11拴在通心沉降管2的侧壁上(参见附图4)；
然后将套装有稳固嵌入型沉降环的通心沉降管(通心沉降管底端需要密封)竖直埋入地层中；
待水溶性纸质胶带11被土层中的水溶化后，扭力弹簧1-5的张力使得刚性高硬度细长龙骨1-3如风车状展开(参见附图7)，刚性高硬度细长龙骨展开的同时带动与其相连的可弯折的强韧耐腐蚀薄膜1-4展开并稳固嵌入被测土层中，被测土层沉降时产生的压力使得刚性高硬度细长龙骨及可弯折的强韧耐腐蚀薄膜亦随被测土层同步沉降，从而使得稳固嵌入型沉降环1随被测土层同步沉降(当需要测量土层沉降状况时，利用专用测量软尺来测量土层沉降状况)。
实施例二：如图8所示，一种基于稳固嵌入型沉降环的土体分层沉降量监测系统，包括稳固嵌入型沉降环1、通心沉降管2、导管密封头3、导管连接环4、专用测量软尺6，所述稳固嵌入型沉降环1的结构如实施例一所述，稳固嵌入型沉降环1套设在通心沉降管2中，多个通心沉降管2通过导管连接环4拼接在一起，通心沉降管2竖直设置，通心沉降管2的最底端口上设置密封用的锥形导管密封头3；所述专用测量软尺6的一端设置有磁感应测头8，专用测量软尺6的另一端设置有接收器5，磁感应测头8和接收器5之间通过附着在软尺上的信号线连接，接收器5内设有蜂鸣器，专用测量软尺6上标有刻度。
基于稳固嵌入型沉降环的土体分层沉降量监测系统的使用方法如下：
先将数个稳固嵌入型沉降环1套设在通心沉降管2中，并通过导管连接环4将多个通心沉降管2拼接到指定长度，在通心沉降管2的最底端口上设置密封用的锥形导管密封头3，将稳固嵌入型沉降环1的弹射式锚固装置折起并用水溶性纸质胶带11拴在通心沉降管2的侧壁上(参见附图4)；
然后对地层进行打孔并将套装有稳固嵌入型沉降环1的通心沉降管2竖直埋入地层中，按照技术要求锥形导管密封头3要到达地下不发生沉降岩层10位置，通心沉降管2最顶端要露出土体表层9；
稳固嵌入型沉降环埋设在地层后，水溶性纸质胶带11会被土层中的水溶化后，扭力弹簧的张力使得刚性高硬度细长龙骨1-3如风车状展开(参见附图7)，刚性高硬度细长龙骨1-3展开的同时带动与其相连的可弯折的强韧耐腐蚀薄膜1-4展开并稳固嵌入被测土层中，被测土层沉降时产生的压力使得刚性高硬度细长龙骨1-3及可弯折的强韧耐腐蚀薄膜1-4亦随被测土层同步沉降，从而使得稳固嵌入型沉降环1随被测土层同步沉降；
当需要测量土层沉降状况时，利用专用测量软尺6来测量土层沉降状况，所述专用测量软尺6的一端设置有磁感应测头8，专用测量软尺6的另一端设置有接收器5，磁感应测头8和接收器5之间通过附着在软尺上的信号线连接，接受器5内设有蜂鸣器，专用测量软尺6上标有刻度；人工把专用测量软尺的设有磁感应测头8端放入通心沉降管2内，手握软尺让磁感应测头8缓慢地向下移动，当磁感应测头8到达到土层中的稳固嵌入型沉降环埋设位置时，接收器内的蜂鸣器便会发出蜂鸣声，此时人工读出专用测量软尺在通心沉降管管口7处的深度尺寸，也即是该稳固嵌入型沉降环距离通心沉降管管口的距离长度，将该长度测量值与前一个时间点的测量值之间的差值，即是该稳固嵌入型沉降环所在土层在这一时间段的沉降量；用这种方法可测量各土层的分层沉降量。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种土体分层沉降量监测系统，其特征在于：包括稳固嵌入型沉降环、通心沉降管、导管密封头、导管连接环和专用测量软尺；
所述稳固嵌入型沉降环，包括一环形套管，环形套管内管壁嵌入设置有用于触发沉降仪探头磁感应元件的磁铁圈；环形套管外管壁设置有可向外弹射并可以收放的弹射式锚固装置；所述弹射式锚固装置由刚性高硬度细长龙骨、可弯折的强韧耐腐蚀薄膜、扭力弹簧和铰链组成，弹射式锚固装置的扭力弹簧铰接在铰链上，且扭力弹簧的一端顶紧环形套管，扭力弹簧的另一端与刚性高硬度细长龙骨连接；可弯折的强韧耐腐蚀薄膜的两侧分别连接环形套管和刚性高硬度细长龙骨；
稳固嵌入型沉降环套设在通心沉降管中，通心沉降管竖直设置，通心沉降管通过导管连接环拼接在一起，通心沉降管的最底端口上设置锥形导管密封头；所述专用测量软尺的一端设置有磁感应测头，专用测量软尺的另一端设置有接收器，磁感应测头和接收器之间通过附着在软尺上的信号线连接，专用测量软尺上标有刻度。
2.根据权利要求1所述的土体分层沉降量监测系统，其特征在于：接收器内设有蜂鸣器。
3.如权利要求1所述的土体分层沉降量监测系统的使用方法，其特征在于，按如下步骤进行：
步骤一：将稳固嵌入型沉降环的弹射式锚固装置折起并用水溶性纸质胶带拴在通心沉降管的侧壁上；
步骤二：对地层进行打孔并将套装有稳固嵌入型沉降环的通心沉降管竖直埋入地层中；
步骤三：水溶性纸质胶带被土层中的水溶化后，扭力弹簧的张力使得刚性高硬度细长龙骨展开，刚性高硬度细长龙骨展开的同时带动与其相连的可弯折的强韧耐腐蚀薄膜展开并稳固嵌入被测土层中；
步骤四：利用专用测量软尺测量土层沉降状况。
4.根据权利要求3所述的土体分层沉降量监测系统的使用方法，其特征在于：在步骤四中，人工把专用测量软尺的磁感应测头端放入通心沉降管内，手握软尺让磁感应测头缓慢地向下移动，当磁感应测头到达到土层中的稳固嵌入型沉降环埋设位置时，接收器内的蜂鸣器便会发出蜂鸣声，此时人工读出专用测量软尺在通心沉降管管口处的深度尺寸，也即是该稳固嵌入型沉降环距离通心沉降管管口的距离长度，将该长度测量值与前一个时间点的测量值之间的差值，即是该稳固嵌入型沉降环所在土层在这一时间段的沉降量。
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