CN109610526B - 单丝抗温变围护结构监测装置及围护结构位移测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单丝抗温变围护结构监测装置及围护结构位移测量方法，涉及监测技术领域，包括位移测量组件和温变抵消组件，所述位移测量组件包括钢丝和远离所述围护结构设置的转向件，所述钢丝的一端连接围护结构，另一端绕过所述转向件并竖直下垂，且所述钢丝竖直下垂部分的端部系有重物，且所述钢丝竖直下垂部分的一侧设有竖直的量尺；所述温变抵消组件为固定于钢丝竖直下垂部分上的温变计，所述温变计包括内部中空的管体和与管体内部连通的管柱，所述管体内部填充有线性膨胀液体。本发明能够有效避免外在因素对测量准确度的影响，保证监测结果的准确性。

Description

单丝抗温变围护结构监测装置及围护结构位移测量方法

技术领域

本发明涉及监测技术领域，具体涉及一种单丝抗温变围护结构监测装置及围护结构位移测量方法。

背景技术

深基坑施工过程中为了保证深基坑整体的稳定性，一般会在深基坑的四周设置围护结构，但是随着基坑开挖深度的增加，围护结构受到的基坑内外土压力差增加，随着内外压力差的增加，围护结构极有可能出现位移的情况，而围护结构为刚性结构，其位移超过一定限度之后便会会发生损坏，所以基坑围护结构顶面位移监测就十分重要。

而部分城市地铁车站、房屋基础在开挖过程中，围护结构顶面需要作为交通路面、管线路由等，无法使用测斜管、观测标进行监测。同时，当围护结构发生较大位移时，基坑附近就变的异常危险，传统监测方法需要抵达基坑边缘，容易给监测人员的人身安全造成威胁，若使用媒介方式测量围护结构位移，则存在受温度影响而产生测量精度误差的情况。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种单丝抗温变围护结构监测装置及围护结构位移测量方法，能够有效避免外在因素对测量准确度的影响，保证监测结果的准确性。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是，包括：

位移测量组件，所述位移测量组件包括钢丝和远离所述围护结构设置的转向件，所述钢丝的一端连接围护结构，另一端绕过所述转向件并竖直下垂，且所述钢丝竖直下垂部分的端部系有重物，且所述钢丝竖直下垂部分的一侧设有竖直的量尺；

温变抵消组件，所述温变抵消组件为固定于钢丝竖直下垂部分上的温变计，所述温变计包括内部中空的管体和与管体内部连通的管柱，所述管体内部填充有线性膨胀液体。

在上述技术方案的基础上，所述钢丝位于围护结构和转向件之间的部分水平布置，且位于围护结构和转向件之间部分的钢丝上套设有套管。

在上述技术方案的基础上，所述转向件处设有观测坑，所述转向件、钢丝的竖直下垂部分、重物、量尺和温变抵消组件均位于观测坑中。

在上述技术方案的基础上，所述转向件为转轮，所述重物为重锤。

在上述技术方案的基础上，所述温变计包括：

管体，所述管体的内部由上至下依次包括液体腔室、橡皮塞、螺杆和旋杆，所述螺杆的直径与管体的内径相同，所述旋杆的上端穿过螺杆与橡皮塞的底部相连以带动管体内橡皮塞上下移动；

管柱，所述管柱竖直设于管体上端，且所述管柱的内径小于管体的内径，所述管柱的顶端设有橡皮塞；

其中，所述管体内的橡皮塞直径与管体的内径相同，所述液体腔室填充的线性膨胀液体溢出于管柱内部并在管柱内部形成液柱。

在上述技术方案的基础上，所述管体呈圆柱结构，且管体的材质为透明硬质材料。

在上述技术方案的基础上，所述管体内表面下侧刻有螺纹，所述螺杆的外表面刻有与管体内表面螺纹相匹配的螺丝。

在上述技术方案的基础上，所述线性膨胀液体为酒精。

本发明还提供一种围护结构位移测量方法，基于单丝抗温变围护结构监测装置进行，包括以下步骤：

S1：基坑开挖前，钢丝一端连接围护结构，并远离围护结构开挖观测坑，观测坑中布置转向件；

S2：钢丝另一端绕过转向件并竖直下垂，在钢丝竖直下垂末端系上重物，静止设定时间；

S3：钢丝竖直下垂部分设置温变计，钢丝竖直下垂部分一侧设置量尺；

S4：调整管体内部线性膨胀液体体积，使得在相同温度差内，管柱中线性膨胀液体液面的升降量等于钢丝的形变量；

S5：基坑开挖过程中，管柱中线性膨胀液体液面在量尺上读数的变化量即为围护结构的位移量。

在上述技术方案的基础上，所述管体的内部由上至下依次包括液体腔室、橡皮塞、螺杆和旋杆，所述螺杆的直径与管体的内径相同，所述旋杆的上端穿过螺杆与橡皮塞的底部相连以带动管体内橡皮塞上下移动；

所述步骤S4中调整管体内部线性膨胀液体体积，具体为：将管柱至于线性膨胀液体中，旋转旋杆，带动螺杆旋转，螺杆带动管体内橡皮塞上下移动，从而改变液体腔室的体积，从而管体内部线性膨胀液体体积的调整。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过钢丝连接围护结构，钢丝另一端通过转向件转向后竖直向下，当围护结构发生位移时，带动钢丝移动，通过参照钢丝末端相对于量尺的变化量即可得知围护结构的位移量，同时在钢丝末端设置温变抵消组件，当温度发生变化时，钢丝发生伸缩，温变计的液面也发生升降，由温度变化导致的温变计液面升降来抵消因温度变化钢丝的伸缩，有效避免外在因素对测量准确度的影响，保证监测结果的准确性。

附图说明

图1为本发明一种单丝抗温变围护结构监测装置的结构示意图；

图2为本发明中温变计的结构示意图。

图中：1-钢丝，2-转向件，3-围护结构，4-重物，5-量尺，6-温变抵消组件，7-套管，8-观测坑，9-温变计，10-管体，11-管柱，12-液体腔室，13-橡皮塞，14-螺杆，15-旋杆，16-螺纹。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明提供一种单丝抗温变围护结构监测装置，用于对基坑围护结构3的位移变化进行监测，且在位移监测的过程中能够消除因温差导致监测装置形变所带来的测量误差。本发明的单丝抗温变围护结构监测装置具体包括位移测量组件和温变抵消组件6。

位移测量组件包括钢丝1和远离围护结构3设置的转向件2，钢丝1的一端连接围护结构3，另一端绕过转向件2并竖直下垂，且钢丝1竖直下垂部分的端部系有重物4，且钢丝1竖直下垂部分的一侧设有竖直的量尺5。转向件2为转轮，重物4为重锤。在重物4的牵引下，钢丝1成绷直状态，当围护结构3发生位移时，拉动钢丝1移动，则转向件2下方的钢丝1发生移动。

钢丝1位于围护结构3和转向件2之间的部分水平布置，且位于围护结构3和转向件2之间部分的钢丝1上套设有套管7，通过套管7，避免钢丝1受到竖向方向上的力，影响测量的准确性。

转向件2处设有观测坑8，转向件2、钢丝1的竖直下垂部分、重物4、量尺5和温变抵消组件6均位于观测坑8中。重物4的下端不与观测坑8底部接触。

参见图2所示，温变抵消组件6为固定于钢丝1竖直下垂部分上的温变计9，温变计9包括内部中空的管体10和与管体10内部连通的管柱11，管体10内部填充有线性膨胀液体。具体的，管体10的内部由上至下依次包括液体腔室12、橡皮塞13、螺杆14和旋杆15，所述螺杆14的直径与管体10的内径相同，所述旋杆15的上端穿过螺杆14与橡皮塞13的底部相连以带动管体10内橡皮塞13上下移动。管柱11竖直设于管体10上端，且管柱11的内径小于管体10的内径，所述管柱11的顶端设有橡皮塞13。管体10内的橡皮塞13直径与管体10的内径相同，所述液体腔室12填充的线性膨胀液体溢出于管柱11内部并在管柱11内部形成液柱。管体10的内径大于管柱11内径的5倍以上。转向件2与围护结构3之间的距离是观测坑8深度的两倍。

管体10呈圆柱结构，且管体10的材质为透明硬质材料，如可以为聚乙烯塑料材质。管体10内表面下侧刻有螺纹16，螺杆14的外表面刻有与管体10内表面螺纹16相匹配的螺丝。线性膨胀液体为酒精，酒精的膨胀系数较高，可以更好的通过形变抵消钢丝1因温度变化的形变。

在对围护结构3的位移量进行测量时，当围护结构3发生位移，带动钢丝1移动，此时钢丝1竖直下垂部分上下移动，参照量尺5的读数即可得出钢丝1竖直下垂部分的上下移动量，钢丝1竖直下垂部分上下移动量即为围护结构3的位移量，从而实现对围护结构位移的监测。

但是，钢丝1具有热胀冷缩属性，当钢丝1所处位置的温度发生变化时，整个钢丝1发生热胀冷缩，其长度发生改变，导致钢丝1竖直下垂部分上下移动，使得围护结构3即使不发生位移，钢丝1竖直下垂部分也发生位移，出现监测误差，基于此，在钢丝1竖直下垂部分设置温变计9，温变计9的管体10内填充线性膨胀液体，以管柱11中线性膨胀液体液面作为量尺5读数的参照面，温度发生变化，线性膨胀液体体积发生变化，管柱11中线性膨胀液体液面发生升降，通过调整管体10内部线性膨胀液体体积，使得在相同温度差内，管柱11中线性膨胀液体液面的升降量等于钢丝1的形变量，即钢丝1的伸长量等于管柱11中线性膨胀液体液面的上升量，或者钢丝1的缩短量等于管柱11中线性膨胀液体液面的下降量，例如当温度上升，钢丝1膨胀伸长，钢丝1竖直下垂部分末端下降，带动温变计9下移，但线性膨胀液体膨胀，导致管柱11中线性膨胀液体液面上升，通过调整使得单位温度差内钢丝1竖直下垂部分下降量等于管柱11中线性膨胀液体液面上升量，即可抵消温差变化对监测的影响。

对于在相同温度差内，管柱11中线性膨胀液体液面的升降量等于钢丝1的形变量的调整，整个钢丝1的长度可以测量得知，钢丝1的膨胀系数也可以通过测量或查阅资料得知，故温度差内，钢丝1的伸缩量可计算得知；对于管柱11中线性膨胀液体液面的升降量，当液体腔室12固定时，管体10的内径已知，管柱11内径已知，线性膨胀液体的膨胀系数已知，故管柱11中线性膨胀液体液面的升降量由液体腔室12中线性膨胀液体的体积所决定，通过调整液体腔室12中线性膨胀液体的体积，即可使得管柱11中线性膨胀液体液面的升降量与钢丝1的伸缩量相同，进而消除因温度变化导致测量工具形变所带来的测量误差。

本发明的单丝抗温变围护结构监测装置，通过钢丝1连接围护结构3，钢丝1另一端通过转向件2转向后竖直向下，当围护结构3发生位移时，带动钢丝1移动，通过参照钢丝1末端相对于量尺5的变化量即可得知围护结构3的位移量，同时在钢丝1末端设置温变抵消组件6，当温度发生变化时，钢丝1发生伸缩，温变计9的液面也发生升降，由温度变化导致的温变计9液面升降来抵消因温度变化钢丝1的伸缩，有效避免外在因素对测量准确度的影响，保证监测结果的准确性。

本发明还提供一种围护结构位移测量方法，基于上述所述单丝抗温变围护结构监测装置进行，具体包括以下步骤：

S1：基坑开挖前，钢丝1一端连接围护结构3，并远离围护结构3开挖观测坑8，观测坑8中布置转向件2。钢丝1和围护结构3间通过膨胀螺丝固定。

S2：钢丝1另一端绕过转向件2并竖直下垂，在钢丝1竖直下垂末端系上重物4，静止设定时间。钢丝1水平部分所在下方开挖有沟槽，将钢丝1水平部分穿设于套管7中后，将套管7埋设于沟槽中，钢丝1另一端从套管7中引出，然后绕过转向件2后竖直向下，在钢丝1竖直下垂末端系上重物4，静止24小时。

S3：钢丝1竖直下垂部分设置温变计9，钢丝1竖直下垂部分一侧设置量尺5；

S4：调整管体10内部线性膨胀液体体积，使得在相同温度差内，管柱11中线性膨胀液体液面的升降量等于钢丝1的形变量。对于管体10内部线性膨胀液体体积的调整，具体为：

将管柱11顶端的橡皮塞13取下，旋转螺杆14，将管体10内的橡皮塞13推至液体腔室12顶部，将液体腔室12内原有的线性膨胀液体全部排出，然后将管柱11入浸入装有线性膨胀液体的容器中，方向旋转旋杆15，吸入设定体积的线性膨胀液体，继续反向旋转旋杆15，使管柱11中线性膨胀液体的液面位于管柱11中央，然后盖上管柱11顶端的橡皮塞13。吸入液体腔室12中的设定体积的线性膨胀液体，满足在相同温度差内，管柱11中线性膨胀液体液面的升降量等于钢丝1的形变量。

管体10的内部由上至下依次包括液体腔室12、橡皮塞13、螺杆14和旋杆15，所述螺杆14的直径与管体10的内径相同，所述旋杆15的上端穿过螺杆14与橡皮塞13的底部相连以带动管体10内橡皮塞13上下移动；

调整管体10内部线性膨胀液体体积，具体为：将管柱11至于线性膨胀液体中，旋转旋杆15，带动螺杆14旋转，螺杆14带动管体10内橡皮塞13上下移动，从而改变液体腔室12的体积，从而管体10内部线性膨胀液体体积的调整。

S5：基坑开挖过程中，管柱11中线性膨胀液体液面在量尺5上读数的变化量即为围护结构3的位移量。因由温度变化导致的钢丝1的伸缩量被在温度变化下，线性膨胀液体自身膨胀或收缩产生的温变计9液面升降抵消，故管柱11中线性膨胀液体液面在量尺5上读数的变化量即为真实的围护结构3的位移量。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种单丝抗温变围护结构监测装置，用于对基坑围护结构(3)的位移变化进行监测，其特征在于，包括：

位移测量组件，所述位移测量组件包括钢丝(1)和远离所述围护结构(3)设置的转向件(2)，所述钢丝(1)的一端连接围护结构(3)，另一端绕过所述转向件(2)并竖直下垂，且所述钢丝(1)竖直下垂部分的端部系有重物(4)，且所述钢丝(1)竖直下垂部分的一侧设有竖直的量尺(5)；

温变抵消组件(6)，所述温变抵消组件(6)为固定于钢丝(1)竖直下垂部分上的温变计(9)，所述温变计(9)包括内部中空的管体(10)和与管体(10)内部连通的管柱(11)，所述管体(10)内部填充有线性膨胀液体；

所述温变计(9)包括：

管体(10)，所述管体(10)的内部由上至下依次包括液体腔室(12)、橡皮塞(13)、螺杆(14)和旋杆(15)，所述螺杆(14)的直径与管体(10)的内径相同，所述旋杆(15)的上端穿过螺杆(14)与橡皮塞(13)的底部相连以带动管体(10)内橡皮塞(13)上下移动；

管柱(11)，所述管柱(11)竖直设于管体(10)上端，且所述管柱(11)的内径小于管体(10)的内径，所述管柱(11)的顶端设有橡皮塞(13)；

其中，所述管体(10)内的橡皮塞(13)直径与管体(10)的内径相同，所述液体腔室(12)填充的线性膨胀液体溢出于管柱(11)内部并在管柱(11)内部形成液柱。

2.如权利要求1所述的一种单丝抗温变围护结构监测装置，其特征在于：所述钢丝(1)位于围护结构(3)和转向件(2)之间的部分水平布置，且位于围护结构(3)和转向件(2)之间部分的钢丝(1)上套设有套管(7)。

3.如权利要求1所述的一种单丝抗温变围护结构监测装置，其特征在于：所述转向件(2)处设有观测坑(8)，所述转向件(2)、钢丝(1)的竖直下垂部分、重物(4)、量尺(5)和温变抵消组件(6)均位于观测坑(8)中。

4.如权利要求1所述的一种单丝抗温变围护结构监测装置，其特征在于：所述转向件(2)为转轮，所述重物(4)为重锤。

5.如权利要求1所述的一种单丝抗温变围护结构监测装置，其特征在于：所述管体(10)呈圆柱结构，且管体(10)的材质为透明硬质材料。

6.如权利要求1所述的一种单丝抗温变围护结构监测装置，其特征在于：所述管体(10)内表面下侧刻有螺纹(16)，所述螺杆(14)的外表面刻有与管体(10)内表面螺纹(16)相匹配的螺丝。

7.如权利要求1所述的一种单丝抗温变围护结构监测装置，其特征在于：所述线性膨胀液体为酒精。

8.一种围护结构位移测量方法，基于权利要求1所述单丝抗温变围护结构监测装置进行，其特征在于，包括以下步骤：

S1：基坑开挖前，钢丝(1)一端连接围护结构(3)，并远离围护结构(3)开挖观测坑(8)，观测坑(8)中布置转向件(2)；

S2：钢丝(1)另一端绕过转向件(2)并竖直下垂，在钢丝(1)竖直下垂末端系上重物(4)，静止设定时间；

S3：钢丝(1)竖直下垂部分设置温变计(9)，钢丝(1)竖直下垂部分一侧设置量尺(5)；

S4：调整管体(10)内部线性膨胀液体体积，使得在相同温度差内，管柱(11)中线性膨胀液体液面的升降量等于钢丝(1)的形变量；

S5：基坑开挖过程中，管柱(11)中线性膨胀液体液面在量尺(5)上读数的变化量即为围护结构(3)的位移量。

9.如权利要求8所述的一种围护结构位移测量方法，其特征在于：所述管体(10)的内部由上至下依次包括液体腔室(12)、橡皮塞(13)、螺杆(14)和旋杆(15)，所述螺杆(14)的直径与管体(10)的内径相同，所述旋杆(15)的上端穿过螺杆(14)与橡皮塞(13)的底部相连以带动管体(10)内橡皮塞(13)上下移动；

所述步骤S4中调整管体(10)内部线性膨胀液体体积，具体为：将管柱(11)至于线性膨胀液体中，旋转旋杆(15)，带动螺杆(14)旋转，螺杆(14)带动管体(10)内橡皮塞(13)上下移动，从而改变液体腔室(12)的体积，从而管体(10)内部线性膨胀液体体积的调整。

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