CN108824469A - 一种加固沉井封底的装置及其加固方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种加固沉井封底的装置，包括若干个加固杆和封底加固层；加固杆位于封底加固层中；所述加固杆侧边布置有柔性壁囊，柔性壁囊布设有应力测量系统，加固沉井封底的装置布设有应力测量系统和位移监测系统。本发明的有益效果是防止封底与沉井侧壁发生相对位移，同时预警地下水对沉井封底加固层压力过大。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程研究领域,尤其涉及一种加固沉井封底的装置。
背景技术
沉井基础是地下结构物的一种形式，其特点是先在地表制作井筒状的沉井，然后在井内持续挖土使沉井在自重作用下逐渐下沉至指定标高，然后封底。封底可以防止地下水流入沉井中。在地下水丰富的地区采用沉井基础时，为了平衡地下的承压水的影响，通常采用导管法浇筑混凝土进行封底，但是若承压水压力过大会造成封底困难。
发明内容
本发明为了克服承压水压力过大造成沉井封底困难的问题，防止封底与沉井侧壁发生相对位移，预警地下水对沉井封底加固层压力过大，本发明提供了一种加固沉井封底的装置。
本发明的技术方案：一种加固沉井封底的装置，包括若干个加固杆和封底加固层；加固杆位于封底加固层中；所述加固杆侧边布置有柔性壁囊，加固杆中有管道，管道第一端口位于加固杆顶面且第二端口与柔性壁囊联通，从第一端口可以注入可固化浆液，可固化浆液从第二端口流出进入柔性壁囊并将柔性壁囊充满，充满可固化浆液后鼓起展开的柔性壁囊位于沉井侧壁的下方且一部分位于封底加固层中而另一部分位于土层中，所述柔性壁囊内的可固化浆液凝结硬化后可以防止封底加固层与沉井侧壁发生相对位移。
优选的，所述封底加固层为混凝土层或水泥土搅拌层。
优选的，所述可固化浆液为水玻璃与氯化钙的混合溶液。
优选的，柔性壁囊布设有应力测量系统，所述应力测量系统包含若干个应力测量单元、电容检测系统和数据采集分析系统，所述应力测量单元包含第一金属片和第二金属片，所述第一金属片和第二金属片分别与电容检测系统连接，电容检测系统与数据采集分析系统连接，电容检测系统实时监测第一金属片和第二金属片间的电容变化，然后由数据采集分析系统由电容变化计算第一金属片和第二金属片间的压力，所述第一金属片贴于柔性壁囊外侧，所述第二金属片贴于柔性壁囊内侧，所述第一金属片和第二金属片间夹持有柔性壁囊的侧壁。当第一金属片受到土层或封底加固层的压力时，第一金属片和第二金属片间夹持的柔性壁囊的侧壁厚度发生改变，这时第一金属片和第二金属片间测量得到的电容会发生相应改变，通过测量第一金属片和第二金属片间的电容可以得到第一金属片和第二金属片间的压力。
优选的，所述加固沉井封底的装置安装有位移监测系统，所述位移监测系统包含弹性波接收片和弹性波发射片，所述弹性波发射片位于沉井底部，所述弹性波接收片位于完全鼓起展开的柔性壁囊的上表面，所述弹性波接收片和弹性波发射片分别和数据采集分析系统连接。通过监测弹性波接收片和弹性波发射片之间弹性波的波速来测算柔性壁囊上表面与沉井底部的位移。优选的，所述弹性波接收片和弹性波发射片为压电陶瓷制成。
一种加固沉井封底的装置的加固方法，包括下述步骤：
步骤1：设第一金属片和第二金属片间的距离δ，第一金属片和第二金属片间的压力为F，通过压缩试验得到距离δ和压力F的关系曲线；
步骤2：在沉井下沉到预定位置时，在沉井底部制作封底加固层，封底加固层可以为混凝土浇筑而成或者为水泥和土搅拌而成；
步骤3：在封底加固层凝结硬化前且具有流动性时，将加固杆插入封底加固层，从加固杆的第一端口可以注入可固化浆液，可固化浆液从第二端口流出进入柔性壁囊并将柔性壁囊充满，充满可固化浆液后鼓起展开的柔性壁囊内位于沉井侧壁的下方且一部分位于封底加固层中而另一部分位于土层中，所述柔性壁囊内的可固化浆液凝结硬化后可以防止封底加固层与沉井侧壁发生相对位移；
步骤4：实时监测柔性壁囊受到的土压力以及位移：
(1)监测柔性壁囊受到的土压力：监测柔性壁囊上的每个应力测量单元受到的土压力，首先测量每个应力测量单元中第一金属片和第二金属片间的电容C；然后计算第一金属片和第二金属片间的距离δ，δ的计算公式为其中ε0为真空介电常数，εr为第一金属片和第二金属片间夹持的柔性壁囊的相对介电常数，A为第一金属片和第二金属片间的有效面积；最后在数据采集分析系统中基于δ与力F关系曲线计算第一金属片和第二金属片间的压力F；对柔性壁囊内凝结硬化后的可固化浆液建立有限元网格，然后对应力测量单元进行插值得到柔性壁囊表面受到的均布压力，并将此均布压力施加到建立的有限元网格上，这样可以计算凝结硬化后的可固化浆液的最大应力，当计算得到的凝结硬化后可固化浆液的最大应力超过材料强度时，可以预警地下水对沉井封底加固层压力过大；
(2)监测柔性壁囊的位移：位于沉井底部的弹性波发射片激发弹性波，柔性壁囊上表面的弹性波接收片接收此弹性波，从而可以计算弹性波在弹性波发射片与弹性波接收片间传播的时间Δt，由弹性波在土层中的波速v可以计算弹性波发射片和弹性波接收片间的距离l＝Δt·v，当计算得到的弹性波发射片和弹性波接收片间的距离l发生变化时，表明柔性壁囊和沉井底部发生相对位移，从而预警地下水对沉井封底加固层压力过大。
本发明的有益效果是克服承压水压力过大造成沉井封底困难的问题，防止封底与沉井侧壁发生相对位移，同时预警地下水对沉井封底加固层压力过大。
附图说明
图1为本发明的加固杆和封底加固层的示意图；
图2为本发明的加固杆的柔性壁囊展开示意图；
图3为本发明的柔性壁囊上应力测量单元示意图；
图4为本发明的应力测量单元、电容检测系统和和数据采集分析系统连接示意图；
图5为本发明的弹性波接收片、弹性波发射片和数据采集分析系统连接示意图；
图中1.地基土层，2.沉井，3.加固杆，4.封底加固层，5.柔性壁囊，6.管道第一端口，7.管道第二端口，8.可固化浆液，9.第一金属片，10.第二金属片，11.电容检测系统，12.数据采集分析系统，13.弹性波发射片，14.弹性波接收片，15.沉井底端。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1-图5中一种加固沉井封底的装置，包括若干个加固杆3和封底加固层4；加固杆3位于封底加固层4中；所述加固杆3侧边布置有柔性壁囊5，加固杆3中有管道，管道第一端口6位于加固杆顶面且第二端口7与柔性壁囊联通，从第一端口6可以注入可固化浆液8，可固化浆液8从第二端口7流出进入柔性壁囊5并将柔性壁囊5充满，充满可固化浆液8后鼓起展开的柔性壁囊5位于沉井2侧壁的下方且一部分位于封底加固层4中而另一部分位于地基土层1中，所述柔性壁囊5内的可固化浆液8凝结硬化后可以防止封底加固层4与沉井2侧壁发生相对位移；
所述封底加固层4为混凝土层或水泥土搅拌层；
柔性壁囊5布设有应力测量系统，所述应力测量系统包含若干个应力测量单元、电容检测系统11和数据采集分析系统12，所述应力测量单元包含第一金属片9和第二金属片10，所述第一金属片9和第二金属片10分别与电容检测系统11连接，电容检测系统11与数据采集分析系统12连接，电容检测系统11实时监测第一金属片9和第二金属片间10的电容变化，然后由数据采集分析系统12由电容变化计算第一金属片9和第二金属片10间的压力，所述第一金属片9贴于柔性壁囊5外侧，所述第二金属片10贴于柔性壁囊5内侧，所述第一金属片9和第二金属片10间夹持有柔性壁囊5的侧壁；当第一金属片9受到土层或封底加固层的压力时，第一金属片9和第二金属片10间夹持的柔性壁囊5的侧壁厚度发生改变，这时第一金属片9和第二金属片10间测量得到的电容会发生相应改变，通过测量第一金属片9和第二金属片间10的电容可以得到第一金属片9和第二金属片10间的压力；
所述加固沉井封底的装置安装有位移监测系统，所述位移监测系统包含弹性波接收片13和弹性波发射片14，所述弹性波13发射片位于沉井2的底端15，所述弹性波接收片14位于完全鼓起展开的柔性壁囊5的上表面，所述弹性波接收片14和弹性波发射片13分别和数据采集分析系统12连接。通过监测弹性波接收片14和弹性波发射片13之间弹性波的波速来测算柔性壁囊5上表面与沉井2底部的位移。
一种加固沉井封底的装置的加固方法，包括下述步骤：
步骤1：设第一金属片9和第二金属片10间的距离δ，第一金属片9和第二金属片10间的压力为F，通过压缩试验得到距离δ和压力F的关系曲线；
步骤2：在沉井2下沉到预定位置时，在沉井2底部制作封底加固层4，封底加固层4可以为混凝土浇筑而成或者为水泥和土搅拌而成；
步骤3：在封底加固层4凝结硬化前且具有流动性时，将加固杆3插入封底加固层4，这时柔性壁囊5呈折叠收缩状态如图2(a)所示，然后从加固杆3的管道第一端口6可以注入可固化浆液8，可固化浆液8从管道第二端口7流出进入柔性壁囊5并如图2(b)所示将柔性壁囊5充满，充满可固化浆液8后鼓起展开的柔性壁囊5内位于沉井2侧壁的下方且一部分位于封底加固层4中而另一部分位于土层1中，所述柔性壁囊5内的可固化浆液8凝结硬化后可以防止封底加固层4与沉井2侧壁发生相对位移；
步骤4：实时监测柔性壁囊5受到的土压力以及位移：
(1)监测柔性壁囊5受到的土压力：监测柔性壁囊5上的每个应力测量单元受到的土压力，首先测量每个应力测量单元中第一金属片9和第二金属片10间的电容C；然后计算第一金属片9和第二金属片10间的距离δ，δ的计算公式为其中ε0为真空介电常数，εr为第一金属片9和第二金属片10间夹持的柔性壁囊5的相对介电常数，A为第一金属片9和第二金属片10间的有效面积；最后在数据采集分析系统12中基于δ与力F关系曲线计算第一金属片9和第二金属片10间的压力F；对柔性壁囊5内凝结硬化后的可固化浆8液建立有限元网格，然后对应力测量单元进行插值得到柔性壁囊表面受到的均布压力，并将此均布压力施加到建立的有限元网格上，这样可以计算凝结硬化后的可固化浆液8的最大应力，当计算得到的凝结硬化后可固化浆液8的最大应力超过材料强度时，可以预警地下水对沉井2的封底加固层4压力过大；
(2)监测柔性壁囊5的位移：位于沉井底端15的弹性波发射片13激发弹性波，柔性壁囊5上表面的弹性波接收片14接收此弹性波，从而可以计算弹性波在弹性波发射片13与弹性波接收片14间传播的时间Δt，由弹性波在土层1中的波速v可以计算弹性波发射片13和弹性波接收片14间的距离l＝Δt·v，当计算得到的弹性波发射片13和弹性波接收片14间的距离l发生变化时，表明柔性壁囊5和沉井2底端15发生相对位移，从而预警地下水对沉井2的封底加固层4压力过大。
Claims (7)
1.一种加固沉井封底的装置，其特征在于：若干个加固杆和封底加固层；加固杆位于封底加固层中；所述加固杆侧边布置有柔性壁囊，加固杆中有管道，管道第一端口位于加固杆顶面且第二端口与柔性壁囊联通，从第一端口可以注入可固化浆液，可固化浆液从第二端口流出进入柔性壁囊并将柔性壁囊充满，充满可固化浆液后鼓起展开的柔性壁囊位于沉井侧壁的下方且一部分位于封底加固层中而另一部分位于土层中，所述柔性壁囊内的可固化浆液凝结硬化后可以防止封底加固层与沉井侧壁发生相对位移。
2.根据权利要求1所述的一种加固沉井封底的装置，其特征在于：所述封底加固层为混凝土层或水泥土搅拌层。
3.根据权利要求1所述的一种加固沉井封底的装置，其特征在于：所述可固化浆液为水玻璃与氯化钙的混合溶液。
4.根据权利要求1所述的一种加固沉井封底的装置，其特征在于：所述柔性壁囊布设有应力测量系统，所述应力测量系统包含若干个应力测量单元、电容检测系统和数据采集分析系统，所述应力测量单元包含第一金属片和第二金属片，所述第一金属片和第二金属片分别与电容检测系统连接，电容检测系统与数据采集分析系统连接，电容检测系统实时监测第一金属片和第二金属片间的电容变化，然后由数据采集分析系统由电容变化计算第一金属片和第二金属片间的压力，所述第一金属片贴于柔性壁囊外侧，所述第二金属片贴于柔性壁囊内侧，所述第一金属片和第二金属片间夹持有柔性壁囊的侧壁。
5.根据权利4所述的一种加固沉井封底的装置，其特征在于：所述加固沉井封底的装置安装有位移监测系统，所述位移监测系统包含弹性波接收片和弹性波发射片，所述弹性波发射片位于沉井底部，所述弹性波接收片位于完全鼓起展开的柔性壁囊的上表面，所述弹性波接收片和弹性波发射片分别和数据采集分析系统连接。
6.根据权利5所述的一种加固沉井封底的装置，其特征在于：所述弹性波接收片和弹性波发射片为压电陶瓷制成。
7.根据权利要求5或6所述的一种加固沉井封底的装置的加固方法，其特征在于：其包括下述步骤：
步骤1：设第一金属片和第二金属片间的距离δ，第一金属片和第二金属片间的压力为F，通过压缩试验得到距离δ和压力F的关系曲线；
步骤2：在沉井下沉到预定位置时，在沉井底部制作封底加固层，封底加固层可以为混凝土浇筑而成或者为水泥和土搅拌而成；
步骤3：在封底加固层凝结硬化前且具有流动性时，将加固杆插入封底加固层，从加固杆的第一端口可以注入可固化浆液，可固化浆液从第二端口流出进入柔性壁囊并将柔性壁囊充满，充满可固化浆液后鼓起展开的柔性壁囊内位于沉井侧壁的下方且一部分位于封底加固层中而另一部分位于土层中，所述柔性壁囊内的可固化浆液凝结硬化后可以防止封底加固层与沉井侧壁发生相对位移；
步骤4：实时监测柔性壁囊受到的土压力以及位移：
(1)监测柔性壁囊受到的土压力：监测柔性壁囊上的每个应力测量单元受到的土压力，首先测量每个应力测量单元中第一金属片和第二金属片间的电容C；然后计算第一金属片和第二金属片间的距离δ，δ的计算公式为其中ε0为真空介电常数，εr为第一金属片和第二金属片间夹持的柔性壁囊的相对介电常数，A为第一金属片和第二金属片间的有效面积；最后在数据采集分析系统中基于δ与力F关系曲线计算第一金属片和第二金属片间的压力F；对柔性壁囊内凝结硬化后的可固化浆液建立有限元网格，然后对应力测量单元进行插值得到柔性壁囊表面受到的均布压力，并将此均布压力施加到建立的有限元网格上，这样可以计算凝结硬化后的可固化浆液的最大应力，当计算得到的凝结硬化后可固化浆液的最大应力超过材料强度时，可以预警地下水对沉井封底加固层压力过大；
(2)监测柔性壁囊的位移：位于沉井底部的弹性波发射片激发弹性波，柔性壁囊上表面的弹性波接收片接收此弹性波，从而可以计算弹性波在弹性波发射片与弹性波接收片间传播的时间Δt，由弹性波在土层中的波速v可以计算弹性波发射片和弹性波接收片间的距离l＝Δt·v，当计算得到的弹性波发射片和弹性波接收片间的距离l发生变化时，表明柔性壁囊和沉井底部发生相对位移，从而预警地下水对沉井封底加固层压力过大。
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