CN108955603A - 深层水平位移监测装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了深层水平位移监测装置，其包括一钢套管、一安装杆和安装在安装杆上的倾角传感部；该钢套管包括底部封闭、上端具有进口的钢直管和盖在钢直管上的密封盖；该倾角传感部包括安装部和安装在安装部上的倾角传感器，安装部具有抵靠在钢直管内表面上的抵靠端，倾角传感部能够随钢套管的弯曲而产生倾斜。上述监测装置的使用方法，(1)将钢直管埋设到设定位置；将倾角传感部安装到安装杆上并连接好数据线；(2)将安装杆伸入到钢直管内，使抵靠端抵靠在钢直管的内周面上；(3)调试和数据采集；(4)数据采集完成后，将安装杆取出，并同时取出倾角传感部。上述方案有效地减少监测误差，提高监测精度，提高地下结构施工时的安全性。

Description

深层水平位移监测装置及使用方法

技术领域

本发明涉及一种深层水平位移监测装置及使用方法，是关于地下工程监测领域的技术方案。

背景技术

深层水平位移监测是指利用仪器设备监测大地内部水平运动，广泛用于边坡、滑坡和城市深基坑监测中。例如不稳固的边坡或挖土工程周围的侧向运动，软土地基处理，路堤、堤坝，芯墙稳定性，钻孔设置的偏差，打桩引起的周围土体位移，以及回填筑堤和地下工程的土体沉陷，也可用于沿海、江边重力存放物场的土层变化等。

目前常用的深层水平位移测量方式为传统测斜仪测量，先在监测位置的土体中钻孔，再将测斜管埋入钻孔之中，使测斜管跟随本体协调变形，采用数字垂直活动测斜仪探头，控制电缆，滑轮装置和读数仪来观测测斜管的变形。观测时，探头测斜管底部向顶部移动，在半米间距处暂停并进行测量倾斜工作。探头的倾斜度由两支受力平衡的伺服加速计测量所得，倾斜度可以转换成侧向位移，从而累加出土体的水平位移。

目前的水平位移测量装置的安装部一般是采用多节无连接的管道或铰接在一起的管道，在安装部内安装有倾角传感器，水平位移测量装置被布置在需要监测变形的部位，当被监测件发生变形时，水平位移测量装置的安装部会同步发生倾斜，导致安装在安装部内的倾角传感器同步发生倾斜，由此可以监测出相应的变形情况。但是由于各管道之间无连接或采用铰接，管道所产生的倾斜度与变形部位所产生的倾斜并不相同，有时还会产生较大的误差，使监测结果的误差较大。

发明内容

为解决上述问题，本发明首先提出了一种监测装置，该监测装置可以有效地减少监测误差，提高监测精度，提高地下结构施工时的安全性，具体的技术方案如下：

深层水平位移监测装置，其包括一具有密封内腔的钢套管、一安装杆和可拆卸地安装在安装杆上的至少两个倾角传感部；

该钢套管包括一底部封闭、上端具有一进口的呈直杆状的钢直管和密封地盖在钢直管的进口上的密封盖；经所述进口，所述安装杆将上述倾角传感部安装到钢套管内；

该倾角传感部包括安装部和固定安装在该安装部上的倾角传感器，该安装部的外表面具有至少三个抵靠端，当将该倾角传感部安装在钢套管内时，安装部上的至少三个抵靠端抵靠在钢套管的内周面上，当钢套管在外力作用下发生弯曲时，在钢套管的带动下，倾角传感部能够同步产生倾斜；各倾角传感器的数据输出端连接有向外输出信号的数据线，数据线采用串行总线；

所述至少两个倾角传感部沿安装杆的长度方向间隔设置；

数据线密封地穿过钢套管后伸出到钢套管的外部。

优选地，所述安装部为一定位盒，所述倾角传感器安装在该定位盒内。

在本申请中，监测装置采用了钢套管，该钢套管的主体为一呈直杆状的钢直管，并在钢套管内安装了安装杆和倾角传感部，利用安装杆将倾角传感部定位在钢套管内，倾角传感部的安装部能够抵靠在钢套管的内侧面上，在使用时，该监测装置是直接固定在监测区域附近的支护结构上，例如现浇桩内的钢筋笼、预制桩的侧壁等处。在外部土体的压力下，当这些支护结构发生变形时，附着在其上的监测装置的钢套管也会发生相同的变形，由此导致钢套管内的倾角传感器的位置会同步发生变化，倾角传感器会将这些变化转化为相应的信号发送到相应的处理装置。

与现有的监测装置相比，由于只采用一根钢套管，在所附着的支护结构发生变形时，会发生相同的变形，而现有监测装置采用无连接或铰接式的短管道作为套管，由于端管道的两端所受到的限制较弱或没有受到现在，当支护结构发生变形时，附着在支护结构上的短管道所产生的倾斜度与所在处的倾斜度并不相同，使安装在短管道内的倾角传感器所监测到的倾斜度与实际倾斜度有较大的误差。本申请中，只有一根钢套管，不会产生上述问题，钢套管内的倾角传感器能够较为精确地监测出所在处的倾斜状态，根据这些数据所得到的基坑外部等土体的变化数据就较为准确。钢套管整体呈密封状，可有效地减少甚至避免外部土体和水体对钢套管内的倾角传感器造成不良影响。

为便于数据线伸出钢套管，在钢直管的顶部开设有出线槽，该出线槽贯穿钢直管的管壁并向上贯穿钢直管的上端面，所述数据线经该出线槽密封地伸出钢套管外。

优选地，所述钢直管为圆管，沿钢直管的轴线方向观察，所述安装部呈矩形，安装部的四个沿钢直管的轴线方向延伸的侧边成为抵靠端。

采用圆管制作钢直管，且将安装部设置为矩形，利用安装部的四个侧边成为抵靠端，不但便于将倾角传感部安装到钢套管内，而且该安装部与钢套管的内壁之间还会形成弓形的空间，至少其中的一个空间会成为安装杆的安装空间，使倾角传感部的安装更加方便。

进一步，所述安装杆包括至少两根顺序相接的连接杆，相邻的连接杆之间通过一铰接轴连接在一起；当两根相邻的连接杆沿一直线延伸并呈展开状时，两根连接杆的相对的端面抵靠在一起；以铰接轴为旋转轴，相邻的两根连接杆能够叠合在一起。当安装杆需要回收时，可以将连接杆经铰接轴叠合在一起，缩短安装杆的长度，便于运输和存储。

或者，所述安装杆包括至少两根顺序相接的连接杆，该安装杆的横截面呈长方形，连接杆至少一个端部形成连接部，沿安装杆的厚度方向，在连接部上开设有一个铰接孔、和至少一个固定孔；一连接轴穿过相邻的两根连接杆上的铰接孔铰接在一起，当相邻的连接杆呈直线状布置时，其中一根连接杆上的至少一个固定孔与另一根连接杆上的至少一个固定孔相通，一螺栓穿过该两个相通的固定孔将两根连接杆固定。通过固定孔和铰接孔可以将两根连接杆固定在一起，而且在拆除穿在固定孔上的螺栓后，相邻的两根连接杆就可以绕连接轴旋转并叠合在一起，同样可以缩短安装杆的长度，以便于运输和存储。

连接杆可以采用扁钢或采用钢板裁成的钢条来进行制作，当然也可以采用铝板或其它合金板来制作。

为了便于将安装杆顺利地固定在钢套管内，在安装杆的顶部设置有钩挂部，该钩挂部钩挂在钢直管的顶部。利用该钩挂部不但可以将安装杆固定在钢套管内，而且便于将安装杆以及倾角传感部从钢套管内取出回收。

外方便运输及存储，钢直管至少包括两段通过螺纹密封连接在一起的短管。

为达到申述目的，在本申请中还提出了上述深层水平位移监测装置的使用方法，包括如下步骤：

(1)将钢直管埋设到设定位置；将至少两个倾角传感部沿长度方向间隔安装到安装杆上，将倾角传感器的数据端口连接到数据线上；

(2)将安装杆伸入到钢直管内，并使倾角传感部的安装部上的抵靠端抵靠在钢直管的内周面上，将数据线的数据输出端伸出钢直管，安装密封盖；

(3)调试和数据采集；

(4)数据采集完成后，将安装杆取出，并同时取出倾角传感部。

具体地，所述钢直管埋设在灌注桩内，该灌注桩具有钢筋笼，该钢直管固定在钢筋笼上，在浇注灌注桩时，钢直管随钢筋笼一起下沉到灌注桩的桩孔内，在完成灌注桩的浇注后，钢直管被固定在灌注桩内；或，所述钢直管焊接在钢桩上，当该钢桩在下沉到地下时，该钢直管随钢桩下沉到地下；当该钢桩被回收时，该钢直管被同步拔出；或在被监测区域钻设监测孔，然后将钢直管下沉到该监测孔内，并用水泥浆将钢直管固定在监测孔内。

上述的钢桩可以为H型钢桩、钢板桩或钢管桩。

采用在被监测区域钻设监测孔的方式来安装钢套管时，该监测孔可以直接钻设在基坑的支护桩背离基坑一侧的土体中，或者支护桩背离基坑一侧的水泥土止水桩中，当监测孔内有积水时，需要将积水排出。

在本使用方法中，钢直管直接埋设在设定的地方，当该钢直管所处区域的土体发生水平位移时，这些水平位移会传递到钢直管所附着的结构上，这些结构会随土体的水平位移发送变形，该变形会传递到钢直管上，使钢直管发生局部的弯曲变形，同步会使钢直管内的倾角传感器会发生相应的倾斜，并同步测量出倾斜度并将检测数据发送出去，由于采用了整体式的钢直管，且该钢直管被固定在相应的结构上，能够随土体的水平位移产生相应的变形，可以较为准确地测量出土体的水平位移。

附图说明

图1是本发明的第一种实施例的结构示意图。

图2是图1中去掉密封盖后的俯视图。

图3是图1中A部分的放大图。

图4是图3的右视图。

图5是图4中的两个连接杆分离后的简图，其中的铰接轴未显示。

图6是安装杆的第二种实施例的简图。

具体实施方式

实施例1

请参阅图1、图2，深层水平位移监测装置，其包括钢套管10、安装杆15和安装在该安装杆上的若干个倾角传感部20。钢套管包括一底部12封闭、上端具有一进口的呈直杆状的钢直管11，在钢直管11的顶部安装有密封盖13，密封盖13能够密封盖在钢直管11的进口上，使钢套管10具有一封闭内腔。经钢直管11的进口，安装杆15能够携带倾角传感器进入到钢直管11内，并稳定地固定在钢直管11内。在本实施例中，钢直管11采用圆形钢管制作，即钢直管11为圆管。在钢直管11的顶端的外侧内侧面上形成有内螺纹111。密封盖具有盖顶131，在盖顶131的下侧形成有与上述内螺纹111相啮合的外螺纹的筒状部132，经外螺纹和内螺纹，密封盖12旋拧在钢直管11上，在密封盖13与钢直管11之间安装有密封圈17。

在钢直管11的顶部开设有出线槽14，该出线槽14贯穿钢直管的管壁并向上贯穿钢直管的上端面113。该出线槽14用于下述的数据线31从钢套管的内腔伸出到外部。

在本实施例中，设有六个倾角传感部20，在附图中仅示例性地显示了两个倾角传感部20。

每个倾角传感部20均包括一安装盒，该安装盒形成为安装部，沿钢直管11的轴线100的方向观察，该安装盒具有一横截面呈长方形的盒体211，在该盒体211的顶部设置有引线口22。在盒体211内固定安装有一倾角传感器212，该倾角传感器212的数据输出线312经引线口22伸出安装盒，各数据输出线连接到一数据线31上，该数据线采用串行总线。

该串行总线经出线槽14伸出钢套管10，在串行总线的伸出钢套管10的一端安装有信号线接头311。在串行总线上套有密封环16，当密封盖13旋拧在钢直管11上后，该密封盖13能够将密封环16压紧在出线槽内，将出线槽与数据线之间的间隙封堵，即使数据线31密封地穿过钢套管后伸出到钢套管的外部。

安装盒的盒体211用螺栓213固定在安装杆上，盒体211的四个侧边24成为抵靠端，在将倾角传感部安装到钢套管内时，盒体的四个侧边24抵靠在钢直管11的内周面112上，依靠摩擦力，使盒体211保持在钢直管11内。当钢直管在外力作用下发生弯曲时，在钢直管的带动下，倾角传感部能够同步产生倾斜。

在本实施例中，倾角传感器具体为单轴传感器电路板，该电路板沿钢直管11的轴线方向布置，而且当安装到被监测的位置后，该单轴倾角传感器电路板相对与被监测的竖直方向的截面垂直。当本实施例中的监测装置被安装到基坑边缘的支护桩或其它支护结构中时，该单轴倾角传感器电路板沿竖直方向设置，且与被监测的基坑侧壁相垂直。可以理解，在其它实施例中，倾角传感器还可以采用双轴倾角传感器电路板。

当然，在其它实施例中，还可以采用具有外壳的倾角传感器，由于该倾角传感器的外壳一般无法直接抵靠在钢直管的内壁上，还需要进行适应性的改造，一般不建议采用这种具有外壳的倾角传感器。

请参阅图3-图5，安装杆15可以由若干根连接杆连接而成，在本实施例中，安装杆15具体由两根连接杆连接而成，为方便描述，将两根连接杆分别称为第一连接杆151和第二连接杆156，两根连接杆具体均采用扁钢制作，可以理解，在其它实施例中，还可以采用钢条来制作连接杆，当然也可以采用铝板或其它金属板来制作连接杆。

本实施例中，两根连接杆采用合页18连接在一起，合页18的两个页片181、182采用螺栓184分别固定在第一连接杆151和第二连接杆156的两端的侧面，当第一连接杆151和第二连接杆156沿直线方向延伸并呈展开状时，第一连接杆151的端面152抵靠在第二连接杆156的端面157上，由于两个端面的抵靠，限制了两根连接杆的进一步转动，使两根连接杆能够保持在一直线上。在其它实施例中，还可以采用更多根顺序相接的连接杆，合页应间隔布置在安装杆的相对的两侧，以使连接杆能够顺利地叠合在一起。该合页18具有铰接轴183，即相邻的两根连接杆通过一铰接轴连接在一起。

可以理解，在其它实施例中，上述合页的页片可以直接焊接在连接杆上。或者可以将合页取消，直接将两根连接杆的相对的一端进行剪切并弯曲以形成类似合页的页片状，然后利用铰接轴连接。

在本实施例中，安装部为一安装盒，可以理解在其它实施例中，安装部还可以为一平板状的安装板，该安装板的侧边成为抵靠端，该安装板的平面可以为三角形，也可以为四边形或其它多边形。

在安装杆15的顶部设置有钩挂部19，在本实施例中，钩挂部19具体包括采用螺栓连接在安装杆15的顶部的挂钩192，用于挂钩192吊挂的横杆191，在钢直管11的相对的内壁上开设有沟槽114，该沟槽114向上贯穿钢直管11的上端面113，横杆191的两端卡持在该沟槽114，挂钩192吊挂在横杆191上，从而将安装杆15吊在钢直管内。在其它实施例中，上述沟槽还可以贯穿钢直管的侧壁，在这种状态下，在横杆与沟槽之间需要安装密封垫圈，以避免外部物质进入到钢套管内。或者，可以在钢直管的上端部的管壁上开设两个对穿的孔，并将横杆穿过该两个对穿的孔，然后使挂钩吊在横杆上。或者在钢直管的内壁上焊接两个相对的凸台，使横杆支持在该凸台上，当然，也可以取消横杆，使挂钩直接吊在凸台上，这时，仅需设置一个凸台即可。取消横杆后，还可以在凸台上开设一个向上开口的凹槽，使挂钩卡持在该凹槽内。

挂钩192还可以直接由安装杆的顶部弯曲而形成。

在本实施中，钢直管采用一根整的钢管制作，并在该钢管的底部焊接有管帽，以将钢管的底部封闭。可以理解，为了便于运输，每根钢直管可以采用至少两根短管来制作，为了保持钢直管的钢度，相邻的短管采用螺纹方式连接在一起，具体可以在两根短管的连接端分别设置内螺纹和外螺纹；或者采用螺纹接头。当然也可以采用焊接的方式将两根短管连接在一起，这种采用焊接方式连接而成的钢直管可以认为是一根整的钢管。

实施例2，本实施例与实施例1基本相同，其不同在于安装杆的构成不同。

请参阅图6，安装杆40包扩4根顺序相接的连接杆，4根连接杆按连接次序依次为第一连接杆41、第二连接杆42、第三连接杆43和第四连接杆44，其中第一连接杆41位于最上端，第一连接杆41的上端弯曲形成一环状的挂钩45，该挂钩45与实施例1中的挂钩192的作用相同。

在连接杆的端部形成有连接部48，在连接部48上形成有一个铰接孔401和一个固定孔402，由于连接杆采用扁钢制作，即连接杆具有一呈长方形的横截面，铰接孔401和固定孔402均沿连接杆的厚度方向开设。两根相邻的连接杆的铰接孔401通过一连接轴铰接在一起，在本实施例中，两根相邻的连接杆的铰接孔401一螺栓47连接起来，该螺栓47的螺杆成为连接轴。

当相邻的连接杆呈直线状布置时，即呈图6所示状态时，两根相邻的连接杆的固定孔402相通，螺栓46穿过两个固定孔，利用螺栓46、47可以将两根相邻的连接杆固定在一起。在将安装杆40进行回收后，将螺栓46拆除，然后将相邻的两根连接杆绕螺栓47的螺杆进行旋转，连接杆叠合在一起，减少其长度。当然，螺栓46的螺杆也可以成为连接轴。

为了保证连接杆能够顺利的叠合在一起，螺栓47采用沉头螺栓。

实施例3

实施例1中的深层水平位移监测装置的使用方法，包括如下步骤：

(1)将钢直管埋设到设定位置；将至少两个倾角传感部沿长度方向间隔安装到安装杆上，将倾角传感器的数据端口连接到数据线上；

(2)将安装杆伸入到钢直管内，并使倾角传感部的安装部上的抵靠端抵靠在钢直管的内周面上，将数据线的数据输出端伸出钢直管，安装密封盖；

(3)调试和数据采集；

(4)数据采集完成后，将安装杆取出，并同时取出倾角传感部。

在本实施例中，钢直管埋设在灌注桩内，该灌注桩具有钢筋笼，该钢直管固定在钢筋笼上，在浇注灌注桩时，钢直管随钢筋笼一起下沉到灌注桩的桩孔内，在完成灌注桩的浇注后，钢直管被固定在灌注桩内。

可以理解，在其它实施例中，钢直管可以直接焊接在钢桩上，当该钢桩在下沉到地下时，该钢直管随钢桩下沉到地下；当该钢桩被回收时，该钢直管被同步拔出。当然，当该钢桩被留在地下时，该钢直管也会被留在地下。钢桩可以为H型钢桩、钢板桩或钢管桩。

或者，可以在直接在被监测区域钻设监测孔，然后将钢直管下沉到该监测孔内，并用水泥浆将钢直管固定在监测孔内。该监测孔可以直接钻设在基坑的支护桩背离基坑一侧的土体中，或者支护桩背离基坑一侧的水泥土止水桩中，当监测孔内有积水时，需要将积水排出。

同样，实施例2中的深层水平位移监测装置也可以采用该方法使用。

Claims (10)

1.深层水平位移监测装置，其特征在于，包括一具有密封内腔的钢套管、一安装杆和可拆卸地安装在安装杆上的至少两个倾角传感部；

该钢套管包括一底部封闭、上端具有一进口的呈直杆状的钢直管和密封地盖在钢直管的进口上的密封盖；经所述进口，所述安装杆将上述倾角传感部安装到钢套管内；

该倾角传感部包括安装部和固定安装在该安装部上的倾角传感器，该安装部的外表面具有至少三个抵靠端，当将该倾角传感部安装在钢套管内时，安装部上的至少三个抵靠端抵靠在钢套管的内周面上，当钢套管在外力作用下发生弯曲时，在钢套管的带动下，倾角传感部能够同步产生倾斜；各倾角传感器的数据输出端连接有向外输出信号的数据线，数据线采用串行总线；

所述至少两个倾角传感部沿安装杆的长度方向间隔设置；

数据线密封地穿过钢套管后伸出到钢套管的外部。

2.根据权利要求1所述的深层水平位移监测装置，其特征在于，

在钢直管的顶部开设有出线槽，该出线槽贯穿钢直管的管壁并向上贯穿钢直管的上端面，所述数据线经该出线槽密封地伸出钢套管外。

3.根据权利要求1所述的深层水平位移监测装置，其特征在于，所述钢直管为圆管，沿钢直管的轴线方向观察，所述安装部呈矩形，安装部的四个沿钢直管的轴线方向延伸的侧边成为抵靠端。

4.根据权利要求1所述的深层水平位移监测装置，其特征在于，所述安装杆包括至少两根顺序相接的连接杆，相邻的连接杆之间通过一铰接轴连接在一起；当两根相邻的连接杆沿一直线延伸并呈展开状时，两根连接杆的相对的端面抵靠在一起；以铰接轴为旋转轴，相邻的两根连接杆能够叠合在一起。

5.根据权利要求1所述的深层水平位移监测装置，其特征在于，所述安装杆包括至少两根顺序相接的连接杆，该安装杆的横截面呈长方形，相邻的两根连接杆的端部连接在一起，在连接杆与另一连接杆连接的端部上形成有连接部，沿安装杆的厚度方向，在连接部上开设有一个铰接孔、和至少一个固定孔；一连接轴穿过相邻的两根连接杆上的铰接孔铰接在一起，当相邻的连接杆呈直线状布置时，其中一根连接杆上的至少一个固定孔与另一根连接杆上的至少一个固定孔相通，一螺栓穿过该两个相通的固定孔将两根连接杆固定。

6.根据权利要求1所述的深层水平位移监测装置，其特征在于，在安装杆的顶部设置有钩挂部，该钩挂部钩挂在钢直管的顶部。

7.根据权利要求1所述的深层水平位移监测装置，其特征在于，所述钢直管至少包括两段通过螺纹密封连接在一起的短管。

8.根据权利要求1所述的深层水平位移监测装置，其特征在于，所述安装部为一定位盒，所述倾角传感器安装在该定位盒内。

9.权利要求1-8任一项所述的深层水平位移监测装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将钢直管埋设到设定位置；将至少两个倾角传感部沿长度方向间隔安装到安装杆上，将倾角传感器的数据端口连接到数据线上；

(2)将安装杆伸入到钢直管内，并使倾角传感部的安装部上的抵靠端抵靠在钢直管的内周面上，将数据线的数据输出端伸出钢直管，安装密封盖；

(3)调试和数据采集；

(4)数据采集完成后，将安装杆取出，并同时取出倾角传感部。

10.根据权利要求9所述的使用方法，其特征在于，所述钢直管埋设在灌注桩内，该灌注桩具有钢筋笼，该钢直管固定在钢筋笼上，在浇注灌注桩时，钢直管随钢筋笼一起下沉到灌注桩的桩孔内，在完成灌注桩的浇注后，钢直管被固定在灌注桩内；

或，所述钢直管焊接在钢桩上，当该钢桩在下沉到地下时，该钢直管随钢桩下沉到地下；当该钢桩被回收时，该钢直管被同步拔出；

或，在被监测区域钻设监测孔，然后将钢直管下沉到该监测孔内，并用水泥浆将钢直管固定在监测孔内。