CN109723051A - 监测冻结法施工周围土体冻胀融沉变形的装置及埋设方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种监测冻结法施工周围土体冻胀融沉变形的装置及埋设方法，包括测量杆、套管、土工布、底板和至少一个扶正器，扶正器安装在测量杆上，扶正器随着测量杆插入套管内，扶正器最外端接触套管的内壁，底板和套管的底端通过折叠伸缩结构的土工布连接，并且，底板的底面设有锚固靴脚，测量杆一端连接底板顶面，另一端伸出套筒的顶端，套管内设有防冻及润滑液体。与现有技术相比，本发明在监测过程中套管位置不发生改变，而测量杆随着其底板所处地层的冻胀融沉而发生位置的改变。该装置能防止冻结对测量的影响，有效地测得地层的融沉变形，更能够测量冻结过程的冻胀变形，为冻结法施工及后期各地层的变形提供连续性监测数据。

Description

监测冻结法施工周围土体冻胀融沉变形的装置及埋设方法

技术领域

本发明涉及岩土工程数据监测技术领域，尤其是涉及一种监测冻结法施工周围土体冻胀融沉变形的装置及埋设方法。

背景技术

在软黏土地区地下空间的开发过程中，冻结法施工作为一种较好的地层加固方法发挥了重要作用，其主要运用于施工难度较大的地铁隧道联络通道及地下泵房、地下商业街逃生通道、越江通道隧道等。据不完全统计，软土地区，比如上海，98％的地铁隧道联络通道、地下泵房以及很多的越江隧道都会采用到冻结法施工，然而土体冻结作用会产生冻胀融沉变形，对地铁隧道及周围环境都有一定的影响，严重时具有一定的破坏力。因此，冻结法施工过程中对周围土体进行严密的冻胀融沉变形监测非常重要。

目前，对地层的变形主要集中在沉降测量上，主要通过磁环、多点位移计、沉降标等方法，但是这些方法存在以下问题：一、均需要专用仪器和熟练的专业人员；二、不能在低温环境下工作，且全部不能实现冻胀的测量；三、在施工现场仅能对地表变形进行的测量，使得冻结法施工位置及周围深层的地点反得不到直接的监测，尤其当冻结法施工临近存在其他结构体时，地面以下特定深度处土体的冻胀融沉变形的监测更加重要。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种监测冻结法施工周围土体冻胀融沉变形的装置及埋设方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种监测冻结法施工周围土体冻胀融沉变形的装置，包括测量杆、套管、土工布、底板和至少一个扶正器，所述的至少一个扶正器安装在测量杆上，扶正器随着测量杆插入套管内，扶正器最外端接触套管的内壁，所述底板和套管的底端通过折叠伸缩结构的土工布连接，并且，底板的底面设有锚固靴脚，所述的测量杆一端连接底板顶面，另一端伸出套筒的顶端，所述的套管内设有防冻及润滑液体。

进一步地，所述的扶正器包括套筒和至少两个支架，所述的套筒套在测量杆外，所述的支架水平分布于套管四周，一端连接套筒，另一端接触套管的内壁且能够沿着内壁上下滑动。

进一步地，所述的扶正器还包括滚轮，所述的滚轮安装于支架和套管的内壁之间，并且滚轮能够沿着内壁上下滚动。

进一步地，还包括端盖，所述的端盖安装于套管的顶端，端盖上设有通孔，所述的测量杆穿过通孔。

进一步地，所述的端盖上还设有阀门，用于灌注防冻及润滑液体。

进一步地，所述的测量杆、套管、底板和至少一个扶正器均采用高强度防冻材料制成，并刷有防锈漆。

一种如任一上述监测冻结法施工周围土体冻胀融沉变形的装置的埋设方法，具体步骤为：

S1.在冻结法施工地段进行钻孔，直至目标地层处，形成直立的安装孔；

S2.根据施工现场组装监测装置，并进行渗漏检测；

S3.将装置保持垂直安装入孔，装置底部的锚固靴脚插入目标地层中，此时套管底端的土工布处于部分压缩状态；

S4.将搅拌好的黏土砂浆灌入安装孔与套管之间的缝隙，回填的黏土砂浆高度超过处于部分压缩状态土工布的高度；

S5.将防冻及润滑液体通过阀门注入测量杆和套管之间，直至注满，同时，当防冻及润滑液体的高度淹没过处于部分压缩状态的土工布高度后，向上提起套管，使土工布拉伸恢复到自然长度；

S6.再次将搅拌好的黏土砂浆灌入安装孔与套管之间的缝隙，直至填充完所有的空隙。

进一步地，步骤S3～S5中，套管底端的土工布在向上提起套管使土工布拉伸恢复到自然长度前，均处于完全压缩的状态。

进一步地，所述回填的黏土砂浆采用中粗砂。

进一步地，所述的防冻及润滑液体为乙二醇溶液。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明通过套管固定在土体内，固定套管和土体的相对位置，套管的底端为折叠伸缩结构的土工布，当发生被检测的目标地层发生冻胀融沉变形时，底板随目标地层上升或下降，同时，底板带动测量杆也上下移动，从而实现冻胀融沉变形的测量，解决了现场测量冻结法施工过程及后期引发的周围土体冻胀融沉变形连续性监测的问题。

2、本发明通过测量杆、套管、土工布、底板和扶正器组装而成，结构简单，利于实现，能够方便地根据施工现场进行组装，而且装卸运输方便。

3、本发明通过扶正器，防止了测量杆在套筒内发生倾斜，保证了测量的精确性。

4、本发明通过在测量杆和套管之间填充防冻及润滑液体，既起到润滑的作用，保证测量杆上下移动的灵敏性，又保证了装置在低温环境下不会被冻住，能够正常进行工作。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为扶正器的结构示意图；

图3是本发明实施埋设的安装示意图；

附图标记：1、测量杆，2、阀门，3、扶正器，4、套管，5、土工布，6.、底板，7、锚固靴脚，8、套筒，9、支架，10、滚轮，11、轴承，12、安装孔，13、端盖。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例提供了一种监测冻结法施工周围土体冻胀融沉变形的装置，包括测量杆1、圆柱形的套管4、土工布5、底板6、端盖13和两个扶正器3。测量杆1的下端连接底板6的顶面，底板6的底面设有锚固靴脚7；套管4的上部安装有端盖13，端盖13上设有通孔和阀门2；套管4的下部安装有折叠伸缩结构的土工布5。安装时，先将两个扶正器3套在测量杆1上。其次，将扶正器3和连接底板的测量杆1共同从下方土工布5端插入套管4内，扶正器3最外端接触套管4的内壁防止测量杆1的倾斜，测量杆1伸出套管4的上端，同时，底板6和土工布5进行连接。然后，在套管4的顶端安装端盖13，测量杆1的顶端伸出端盖13的通孔。最后，通过端盖13的阀门12在套管4内灌注防冻及润滑材料，用于保证测量杆1在套管4内壁上自由滑动，同时，用于套管4下端的土工布5的直立。本实施例中，防冻及润滑材料采用凝固点低达-45℃的乙二醇溶液，土工布采用高强土工布。

测量杆1、套管4和扶正器3均采用高强度防冻材料制成，并刷有防锈漆，密封不漏水，高强度防冻材料采用Q345E耐低温高强度防冻合金。在另一实施例中，测量杆1由单根或多根杆件可拆连接，根据监测目标地层的深度而定，杆件间通过螺栓和螺母配套使用。

如图2所示，扶正器3包括套筒8和至少两个支架9，本实施例中支架9的数量为三个；套筒8的内径与测量杆1外径基本相同，因此可以牢固地套在测量杆1外，三个支架9水平均匀分布于套管4四周，支架9的一端与套筒8固接，另一端安装有轴承11，轴承11通过滚轮10连接套管4的内壁，并且，滚轮10可在套管4内壁上下自由滚动。使用时，将套筒8套装在变形测量杆1上，共同装入套管4中，可防止变形测量杆1在测量土体冻胀融沉变形的过程中发生晃动和倾斜。本实施案例目标地层处于12m深处，每隔3～4m设置一个三角扶正器，可达到最佳扶正效果，因此设置两个扶正器即可。

如图3所示，本实施例提供了监测冻结法施工周围土体冻胀融沉变形的装置的埋设方法，施工现场为上海的地铁隧道联络通道冻结法施工现场，具体按以下步骤进行：

步骤1：在地铁隧道联络通道冻结法施工地段进行钻孔至冻结帷幕设定厚度的目标地层处，并清孔及泥浆护壁，形成直立可安装装置的安装孔12；

步骤2：根据施工现场情况，选择零件组装冻胀融沉变形监测装置，并且将组装好的冻胀融沉监测装置刷防锈漆和密封处理，进行渗漏检测；

步骤3：将组装完成的装置放置入安装孔12的底面深度处，通过锚固靴脚7固定在安装孔12底面的目标地层中，此时套管4底端的土工布5处于部分压缩状态；

步骤4：将搅拌好的黏土砂浆灌入安装孔12与套管4之间的缝隙，回填的黏土砂浆高度超过处于部分压缩状态土工布5的高度；

步骤5：将乙二醇溶液通过阀门2注入变形测量杆1和套管4之间，注入测量杆1和套管4之间，直至注满，同时，当防冻及润滑液体的高度淹没过处于部分压缩状态的土工布5高度后，向上提起套管4，使土工布5拉伸恢复到自然长度。使用凝固点低达-45℃的乙二醇溶液，不仅能保持套管4下端的土工布5的直立，而且溶液进入测量杆1和套管4之间的腔室，避免测量杆1、扶正器3和套管4相互冻结，同时，也起到了润滑的作用，在测量杆1在套管4内壁可接近无摩擦的跟随被测土体自由上下移动，保证测量结果的准确性；

步骤6：再次将搅拌好的黏土砂浆灌入安装孔12与套管4之间的缝隙，，将套管4与安装孔12之间的缝隙回填密实，完成冻胀融沉变形监测装置的埋设。回填的黏土砂浆采用中粗砂，保持套管4的稳固性。埋设过程中严格标定各部件的深度，测量杆1的深度略大于套管4的深度1～2cm，避免套管4对测量杆1在竖向移动的影响；测量杆1的长度要比套管4高出地面10～20cm，便于操作。

在另一实施例中，套管4底端的土工布5在向上提起套管4使土工布5拉伸恢复到自然长度前，均处于完全压缩的状态，其余步骤相同。

本实施例的工作原理为：在测量杆1上部位于冻结帷幕外的地层部分设置套管4，中间通过扶正器3连接并加入防冻及润滑液体，这样在地铁隧道联络通道冻结法施工冻融过程中整个装置处于未冻结工作状态，也可以保证冻结帷幕的冻胀融沉主要作用于底板6上，套管4下部与底板6通过可伸缩的土工布5联结，保证了冻胀融沉过程中底板6可随冻结帷幕上升或下降。而三角扶正器3与防冻液不会将作用于测量杆1上的冻胀融沉施加于套管4上，从而避免了冻胀融沉作用对套管4的影响。同时扶正器3的存在可以有效避免因钻孔过深导致的测量杆的晃动或倾斜，这样在地层土体冻胀融沉过程中只有测量杆1可能发生竖向位移，而套管4不发生位移，进而保证了测量的准确性；

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种监测冻结法施工周围土体冻胀融沉变形的装置，其特征在于，包括测量杆(1)、套管(4)、土工布(5)、底板(6)和至少一个扶正器(3)，所述的至少一个扶正器(3)安装在测量杆(1)上，扶正器(3)随着测量杆(1)插入套管(4)内，扶正器(3)最外端接触套管(4)的内壁，所述底板(6)和套管(4)的底端通过折叠伸缩结构的土工布(5)连接，并且，底板(6)的底面设有锚固靴脚(7)，所述的测量杆(1)一端连接底板(6)顶面，另一端伸出套筒(8)的顶端，所述的套管(4)内设有防冻及润滑液体。

2.根据权利要求1所述的监测冻结法施工周围土体冻胀融沉变形的装置，其特征在于，所述的扶正器(3)包括套筒(8)和至少两个支架(9)，所述的套筒(8)套在测量杆(1)外，所述的支架(9)水平分布于套管(4)四周，一端连接套筒(8)，另一端接触套管(4)的内壁且能够沿着内壁上下滑动。

3.根据权利要求2所述的监测冻结法施工周围土体冻胀融沉变形的装置，其特征在于，所述的扶正器(3)还包括滚轮(10)，所述的滚轮(10)安装于支架(9)和套管(4)的内壁之间，并且滚轮(10)能够沿着内壁上下滚动。

4.根据权利要求1所述的监测冻结法施工周围土体冻胀融沉变形的装置，其特征在于，还包括端盖(13)，所述的端盖(13)安装于套管(4)的顶端，端盖(13)上设有通孔，所述的测量杆(1)穿过通孔。

5.根据权利要求4所述的监测冻结法施工周围土体冻胀融沉变形的装置，其特征在于，所述的端盖(13)上还设有阀门(2)，用于灌注防冻及润滑液体。

6.根据权利要求1所述的监测冻结法施工周围土体冻胀融沉变形的装置，其特征在于，所述的测量杆(1)、套管(4)、底板(6)和至少一个扶正器(3)均采用高强度防冻材料制成，并刷有防锈漆。

7.一种如权利要求1～6任一所述监测冻结法施工周围土体冻胀融沉变形的装置的埋设方法，其特征在于，具体步骤为：

S1.在冻结法施工地段进行钻孔，直至目标地层处，形成直立的安装孔(12)；

S2.根据施工现场组装监测装置，并进行渗漏检测；

S3.将装置保持垂直安装入孔，装置底部的锚固靴脚(7)插入目标地层中，此时套管(4)底端的土工布(5)处于部分压缩状态；

S4.将搅拌好的黏土砂浆灌入安装孔(12)与套管(4)之间的缝隙，回填的黏土砂浆高度超过处于部分压缩状态土工布(5)的高度；

S5.将防冻及润滑液体通过阀门(2)注入测量杆(1)和套管(4)之间，直至注满，同时，当防冻及润滑液体的高度淹没过处于部分压缩状态的土工布(5)高度后，向上提起套管(4)，使土工布(5)拉伸恢复到自然长度；

S6.再次将搅拌好的黏土砂浆灌入安装孔(12)与套管(4)之间的缝隙，直至填充完所有的空隙。

8.根据权利要求7所述的监测冻结法施工周围土体冻胀融沉变形的装置的埋设方法，其特征在于，步骤S3～S5中，套管(4)底端的土工布(5)在向上提起套管(4)使土工布(5)拉伸恢复到自然长度前，均处于完全压缩的状态。

9.根据权利要求7所述的监测冻结法施工周围土体冻胀融沉变形的装置的埋设方法，其特征在于，所述回填的黏土砂浆采用中粗砂。

10.根据权利要求7所述的监测地铁隧道冻结法施工周围土体冻胀融沉变形装置的埋设方法，其特征在于，所述的防冻及润滑液体为乙二醇溶液。