CN109655037A - 一种组合式沉降观测设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种组合式沉降观测设备及方法，它解决了现有技术中沉降观测设备操作较复杂、造价较高的问题，具有结构简单、能够快速铺设、提高测量精度的效果；其技术方案为：包括若干相互平行的沉降杯主体和水位监测站，所述沉降杯主体包括泄水杯和设于其底部的固定底座，固定底座下方设有用于与地基固定的螺杆；水位监测站包括用于灌加玻璃水的漏斗及流量可调节的加水装置，所述漏斗/加水装置通过水管与泄水杯连通，且所述水管安装水压传感器I。
Description
技术领域
本发明涉及道路施工技术领域，尤其涉及一种组合式沉降观测设备及方法。
背景技术
随着社会经济的飞速发展、人民生活水平的普遍提高，对高速公路以及高速铁路的需求量日益增加。现在我国高速公路、铁路的建设工期要求越来越短，为适应工程进度的要求，路基工程大量采用机械化施工。同时，由于高速公路、铁路车辆运行速度快、技术要求标准高、质量控制要求严，控制路基变形己成为高速公路、高速铁路的关键技术。
为确保施工进度和施工质量，公路和铁路设计、施工规范均要求进行沉降观测。发明人发现，现有沉降观测设备对工程施工期间的监测有较多的不足，一般沉降观测断面需要在路中心以及左、右路肩三处进行降观测，操作较为复杂，且一般造价较高，需要配套的仪器，在一定程度上阻碍了工程施工进度。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种组合式沉降观测设备及方法，其具有结构简单、能够快速铺设、提高测量精度的效果。
本发明采用下述技术方案：
一种组合式沉降观测设备，包括：
若干相互平行的沉降杯主体，所述沉降杯主体包括泄水杯和设于其底部的固定底座，固定底座下方设有用于与地基固定的螺杆；
水位监测站，包括用于灌加玻璃水的漏斗及流量可调节的加水装置，所述漏斗/加水装置通过水管与泄水杯连通，且所述水管安装水压传感器I。
进一步的，所述加水装置包括筒体，筒体顶部安装用于控制气体进入量的螺母，筒体底部与连接管相连；
所述连接管配置阀门及流速计。
进一步的，所述筒体具有刻度。
进一步的，所述泄水杯一侧开设入水口，所述入水口连接水管的一端，且入水口设置喉箍。
进一步的，所述泄水杯顶部安装水压传感器II，以预警泄水杯溢水的时刻；所述泄水杯顶部开设出水口，以疏通溢出的液体。
进一步的，所述泄水杯外侧设置保护壳，所述保护壳连接气管的一端，气管另一端用于连接真空泵。
进一步的，所述固定底座靠近边缘位置开设出水孔。
一种组合式沉降观测方法，采用所述的观测设备，包括以下步骤：
步骤(1)截取多个设定长度的水管，将水管与沉降杯主体、漏斗连接，并加水测试设备是否漏水；确认不漏水后将水管与沉降杯主体、漏斗分离；
步骤(2)在地基土层开挖管槽和沉降杯安置槽；
步骤(3)埋设预制方桩，将水压传感器I固定于预制方桩下侧；
步骤(4)将每个水管的两端对应编号，并将水管埋置于管槽底部，且水管两端预留设定长度；
步骤(5)将水管按编号顺序固定于预制方桩一侧，之后将水管连接水压传感器I，并将气管固定于设定位置；
步骤(6)安装沉降观测设备，将保护壳安装于沉降杯主体上方，之后将气管与保护壳相连，并通过喉箍夹紧；
步骤(7)填土、压实至地基底面高度；之后埋桩、掩埋沉降杯主体；
步骤(8)用漏斗插入水管加玻璃水，之后用加水装置向水管内注玻璃水，注入设定体积后停止；待液面稳定设定时间后，记录水面初始高度Hx0和加水装置注入的玻璃水量Vx0，然后用塞子将水管堵住；
步骤(9)确定观测频率，每次观测前，根据上一次的Vx0调整加水装置流量；下次观测时，用真空泵将观测设备内的玻璃水回收，按照步骤(8)记录数据，并计算沉降差。
进一步的，所述步骤(2)中，水力梯度设置为0.1～0.15，管槽水平方向的长度L＝下降高度/水力梯度。
进一步的，所述步骤(6)中，先调整水管长度并把水管插入泄水杯的入水口，然后用喉箍夹紧水管，再将沉降杯主体插入沉降杯安置槽中，通过旋转螺杆进行固定。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明在泄水杯外侧设置保护壳，能够有效地防止泄水杯与地基材料固结，提高了测量精确度；
(2)本发明利用U形管原理进行沉降观测，使沉降杯内的气压与外界大气压一致，因此液体在水管两端液面高程一致；将沉降杯埋于观测点处，把水管引至路基外侧，注入玻璃水，通过测量水压力计在路基外侧的高程变化即可得出沉降观测点处的沉降量；
(3)本发明在水管、气管的接头处安装喉箍，以防止使用过程中因水管、气管脱落而影响实验精度；
(4)本发明的泄水杯顶部开设出水口，能够保证沉降杯主体内部不积水，能够准确反映真实沉降情况；
(5)本发明的泄水杯配置水压传感器，能够起到预警作用，以较为精确的控制注水流量，防止出现注水过多或过少的情况；
(6)本发明的水管配置水压传感器，其读数可以准确反应水柱高度，避免了之前读取量尺所造成的人为误差。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例一的结构示意图；
图2为本发明实施例一的加水装置结构示意图；
其中，1-泄水杯、2-固定底座、3-保护壳、4-喉箍、5-水管、6-气管、7-漏斗、8-预制方桩、9-水压传感器I，10、水压传感器II，11、筒体，12、螺母，13、刻度，14、流速计，15、阀门，16、连接管。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在沉降观测设备操作较复杂、造价较高的不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种组合式沉降观测设备及方法。
实施例一
本实施例提供了一种组合式沉降观测设备，如图1和图2所示，包括若干相互平行的沉降杯主体、水位监测站，其中，沉降杯主体包括泄水杯1、固定底座2，水位监测站包括漏斗7、可调节出水量的加水装置。
漏斗7用于初次注水时防止水管5中进入空气形成一段一段的气柱而影响检测结果。
在本实施例中，漏斗7选择大漏斗(直径9cm)，其材质为塑料。
所述加水装置包括筒体11、螺母12、流速计14和连接管16，筒体11顶部安装螺母12，筒体11底部安装连接管16，所述连接管16上安装阀门15和流速计14；所述筒体11设置刻度13。
加水时，阀门15关闭，螺母12旋出，从筒体11顶部螺母12的安装孔加水，通过观察刻度13以加入设定体积的玻璃水；当加水量满足要求后，将螺母12拧入筒体11顶部。
使用加水装置时，通过旋转螺母12能够调节进入筒体11的气体量，通过阀门15控制筒体11的出水量。
在本实施例中，所述筒体11为圆柱形。
可以理解的，在其他实施例中，筒体11也可以为其他形状，例如圆锥型。
固定底座2设置于泄水杯1底部，且所述固定底座2下方连接有用于与地基固定的螺杆，以保证所测沉降数值为地基沉降。
需要说明的，在本实施例中，所述螺杆长度为20cm；可以理解的，在其他实施例中，螺杆的长度可根据实际要求选择。
所述泄水杯1一侧开设入水口，且入水口水平设置，入水口连接水管5的一端，水管5的另一端连接漏斗7。
所述水管5为透明的软管，泄水杯1入水口水平设置能够减小入水口处软管的曲率，防止软管因曲率过大而弯折堵塞。
水管5的转角部分安装水压传感器I9，水管5用于连接漏斗7/加水装置的一端与预制方桩8固定。
泄水杯1的入水口位置安装不锈钢材质的喉箍，防止水管5在使用过程中与泄水杯1脱落而失效。
所述泄水杯1顶部开设出水口，以保护入水口不被杂物堵塞并疏通经水管5流出的有色液体。
所述泄水杯1顶部旋安装水压传感器II10，以预警泄水杯1溢水的时刻。
所述固定底座2靠近边缘位置开设出水孔，从出水孔流出的液体渗入地基。
沉降杯主体设置于保护壳3中，保护壳3的作用在于保护泄水杯1不与上层浇筑材料固结并联通外界大气，而且要具备较好的拉伸能力。
保护壳3一侧连接气管6，且气管6与保护壳3的连接端安装不锈钢材质的喉箍，防止气管6在保护壳3使用过程中与保护壳3脱落从而失效。
气管6的一端连接保护壳3，气管6另一端用于连接真空泵。
保护壳3和固定底座2采用硬质塑料材料制成，既可节约成本，又能避免设备自身重量引起的沉降误差。
本实施例观测设备的使用方法为：
步骤(1)准备阶段：
根据测设点安设位置截取相应长度的水管5，将水管5与泄水杯1的入水口、漏斗7连接，加水测试沉降杯主体中是否流水通畅和水管5是否漏水；确认不漏水后将水管5与沉降杯主体、漏斗7分离。
步骤(2)在地基土层开挖管槽和沉降杯安置槽，水管5铺设在预挖的管槽中，水力梯度设置为0.1～0.15；
根据现场情况选取合适的水力梯度，由入水口处开始下降，根据水力梯度的要求线性下降到30cm，即水平方向的长度为L＝(0.3/水力梯度)m；
若水平方向长度超过L，超过L部分的管槽深度均按照30cm挖掘。
步骤(3)在边坡坡脚处(不影响排水沟、护坡道施工)埋设预制方桩8，将水压传感器I9固定于预制方桩8下侧。
步骤(4)将每个水管5的两端对应编号，以便分别读取相应水管5的液面高度；将水管5埋置于管槽底部，且水管5两端预留适当长度。
步骤(5)将水管5按编号顺序固定于预制方桩8一侧，并将气管6固定于与水管5高度相当处(气管6只要导出即可，其具体安装高度可根据实际情况而定)。
步骤(6)安装沉降观测设备：
先调整水管5长度并把水管5插入泄水杯1的入水口，然后用喉箍夹紧水管5；再将沉降杯主体通过螺杆插入沉降杯安置槽中，旋转螺杆进行固定；
将保护壳3安装于沉降杯主体上方，之后将气管6与保护壳3相连，并通过喉箍夹紧。
步骤(7)填土、压实至地基底面高度；之后埋桩、人工掩埋沉降杯主体，避免机械回填时打翻沉降杯主体。
步骤(8)根据预制方桩8下方到泄水杯1入水口之间水管5的容积和泄水杯1的容积确定向水管5内加入玻璃水的量；
首先用漏斗7插入水管5一端，加玻璃水且保证加玻璃水过程中没有气泡；之后用加水装置向水管5内注入玻璃水，注入设定体积后停止；
在本实施中，在出水口大约流出50ml的液体后停止加玻璃水。
待液面稳定1min后，记录水面初始高度Hx0和加水装置注入的玻璃水量Vx0，然后用塞子将水管5堵住，防止水管5内进土。
其中，x为沉降杯编号。
步骤(9)确定观测频率，每次观测前，根据上一次的Vx0调整加水装置流量与流速；下次观测时，用真空泵将观测设备内的玻璃水回收，保证设备内不再存水。
之后按照步骤(8)记录数据，即用漏斗插入水管5加入体积V的玻璃水，之后用加水装置再向水管5内注玻璃水，待液面稳定1min后，记录水面高度Hx1和用加水装置注入的玻璃水量为新的Vx1，然后用塞子将水管5堵住。
则本次沉降观测周期内沉降差为SX1＝Hx0-Hx1。
重复多次步骤(9)，以获得多个实验数据。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种组合式沉降观测设备，其特征在于，包括：
若干相互平行的沉降杯主体，所述沉降杯主体包括泄水杯和设于其底部的固定底座，固定底座下方设有用于与地基固定的螺杆；
水位监测站，包括用于灌加玻璃水的漏斗及流量可调节的加水装置，所述漏斗/加水装置通过水管与泄水杯连通，且所述水管安装水压传感器I。
2.根据权利要求1所述的一种组合式沉降观测设备，其特征在于，所述加水装置包括筒体，筒体顶部安装用于控制气体进入量的螺母，筒体底部与连接管相连；
所述连接管配置阀门及流速计。
3.根据权利要求2所述的一种组合式沉降观测设备，其特征在于，所述筒体具有刻度。
4.根据权利要求1所述的一种组合式沉降观测设备，其特征在于，所述泄水杯一侧开设入水口，所述入水口连接水管的一端，且入水口设置喉箍。
5.根据权利要求4所述的一种组合式沉降观测设备，其特征在于，所述泄水杯顶部安装水压传感器II，且泄水杯顶部开设出水口。
6.根据权利要求1所述的一种组合式沉降观测设备，其特征在于，所述泄水杯外侧设置保护壳，所述保护壳连接气管的一端，气管另一端用于连接真空泵。
7.根据权利要求1所述的一种组合式沉降观测设备，其特征在于，所述固定底座靠近边缘位置开设出水孔。
8.一种组合式沉降观测方法，其特征在于，采用如权利要求1-7任一所述的观测设备，包括以下步骤：
步骤(1)截取多个设定长度的水管，将水管与沉降杯主体、漏斗连接，并加水测试设备是否漏水；确认不漏水后将水管与沉降杯主体、漏斗分离；
步骤(2)在地基土层开挖管槽和沉降杯安置槽；
步骤(3)埋设预制方桩，将水压传感器I固定于预制方桩下侧；
步骤(4)将每个水管的两端对应编号，并将水管埋置于管槽底部，且水管两端预留设定长度；
步骤(5)将水管按编号顺序固定于预制方桩一侧，之后将水管连接水压传感器I，并将气管固定于设定位置；
步骤(6)安装沉降观测设备，将保护壳安装于沉降杯主体上方，之后将气管与保护壳相连，并通过喉箍夹紧；
步骤(7)填土、压实至地基底面高度；之后埋桩、掩埋沉降杯主体；
步骤(8)用漏斗插入水管加玻璃水，之后用加水装置向水管内注玻璃水，注入设定体积后停止；待液面稳定设定时间后，记录水面初始高度Hx0和加水装置注入的玻璃水量Vx0，然后用塞子将水管堵住；
步骤(9)确定观测频率，每次观测前，根据上一次的Vx0调整加水装置流量；下次观测时，用真空泵将观测设备内的玻璃水回收，按照步骤(8)记录数据，并计算沉降差。
9.根据权利要求8所述的一种组合式沉降观测方法，其特征在于，所述步骤(2)中，水力梯度设置为0.1～0.15，管槽水平方向的长度L＝下降高度/水力梯度。
10.根据权利要求8所述的一种组合式沉降观测方法，其特征在于，所述步骤(6)中，先调整水管长度并把水管插入泄水杯的入水口，然后用喉箍夹紧水管，再将沉降杯主体插入沉降杯安置槽中，通过旋转螺杆进行固定。
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