CN110567430A - 一种涵洞顶部高填方路基内部沉降变形监测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涵洞顶部高填方路基内部沉降变形监测装置，包括安装于涵洞或涵洞上方填土层中的平板、第一管件、第二管件、第一测量绳、第二测量绳、膨胀螺栓、配重块，平板位于涵洞上方的填土层中，与第一管件和第一测量绳固定连接，第一管件顶端连接于平板中心，第一管件底端与第二管件连接或连通，第一管件为能够伸缩的管件；第二管件包括多节，每节第二管件之间连接，第一测量绳穿过第一管件和第二管件，第一测量绳在其底端连接配重块；第二测量绳顶端连接插接于涵洞顶部结构的膨胀螺栓，第二测量绳底端连接配重块。本发明能够对于路基内部任何结构物和大部分填土层的变形进行测量。

Description

一种涵洞顶部高填方路基内部沉降变形监测装置和方法

技术领域

本发明涉及道路路基工程领域，具体的，涉及一种涵洞顶部高填方路基内部沉降变形监测装置和方法。

背景技术

随着我国道路建设的迅猛发展和交通负荷的不断增大，促进了我国道路交通建设事业的迅猛发展，同时道路的破坏损害问题也随之而来。路基作为道路的重要组成都分，在道路建设中的重要性越来越大。路基质量的好坏直接关系到整个道路的质量。其中，路基沉降是影响路基路面强度和稳定性的一个十分重要的问题，路基作为道路的基础，其不均匀沉降将直接导致路面损坏，影响车辆的行驶速度、安全及其舒适性。

对于路基工程的沉降监测工作,可以具体分为基底沉降监测、路堤和浅挖路基的沉降监测、过渡段不均匀变形监测、路堤本体沉降监测等。关于路基沉降监测方法有监测桩、地基系数的监测(K30法)、沉降杯、磁环沉降仪、水平测斜仪等。但结果表明，利用上述的路基沉降监测方法效果不佳。监测桩法较为简单，只能监测表面沉降量，无法测试土体内部某一位置的沉降，对填土施工还有干扰因素；地基系数的监测(K30法)对所填路基土的颗粒粒径和级配有一定限值；沉降杯法对埋设容器要求比较高，若埋设不平，测试无法进行；磁环沉降仪法影响填土压实施工，机械容易撞坏沉降管，且形成压实死角，降低压实质量；水平测斜仪测量精度高，应用领域广，但成本较高。发明人认为，目前仍没有较为成熟的和实用的路基监测方法。并且关于设有涵洞的路基内部变形监测方法鲜有研究，还没有较为完善的监测方法和评定标准，由于涵洞建设的数量日益增多,如何通过涵洞对路基内部变形进行监测成为亟需解决的问题。

发明内容

针对目前仍没有较为成熟的和实用的路基监测方法。并且关于设有涵洞的路基内部变形监测方法鲜有研究，还没有较为完善的监测方法和评定标准的不足，本发明旨在提供一种涵洞顶部高填方路基内部沉降变形监测装置和方法，其能够对于路基内部任何结构物和大部分填土层的变形进行测量。

本发明的第一目的，是提供一种涵洞顶部高填方路基内部沉降变形监测装置。

本发明的第二目的，是提供一种涵洞顶部高填方路基内部沉降变形监测方法。

为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：

首先本发明公开了一种涵洞顶部高填方路基内部沉降变形监测装置，包括安装于涵洞或涵洞上方填土层中的平板、第一管件、第二管件、第一测量绳、第二测量绳、连接件、第一配重块和第二配重块，平板位于涵洞上方的填土层中，与第一管件和第一测量绳固定连接，第一管件顶端连接于平板中心，第一管件底端与第二管件连接或连通，第一管件为能够伸缩的管件；第二管件包括多节，每节第二管件之间连接，第一测量绳穿过第一管件和第二管件，第一测量绳在其底端连接第一配重块；第二测量绳顶端连接插接于涵洞顶部结构的连接件，第二测量绳底端连接第二配重块。

进一步，所述第一管件的外径与所述第二管件的外径相同。

进一步，所述第一测量绳的长度大于第一管件和第二管件的总长。

进一步，第一配重块和第二配重块重量相同。

其次，本发明还公开了一种涵洞顶部高填方路基内部沉降变形监测方法，包括以下步骤：

将连接件嵌入涵洞内顶部，将连接有第二配重块的第二测量绳连接至连接件，观察第二测量绳读数标记为y₀；

将第一管件、第二管件和平板埋入涵洞顶部上方，将连接有第一配重块的第一测量绳穿过第一管件和第二管件连接至平板，观察第一测量绳读数标记为y₁；

计算y₁-y₀，得到沉降前连接于第一测量绳的配重块和连接于第二测量绳的配重块间的距离δ₁；

计算y₂-y₀得到沉降后第一配重块和第二配重块的间离δ₂，二者之差δ₂-δ₁即为路基填土层的变形量γ。

进一步，包括以下步骤：

1)将连接件嵌入涵洞内顶部的第二预留孔，将第二测量绳连接至连接件，观察读数标记为y₀；

2)在涵洞内顶部的第一预留孔内放入第一节第二管件，然后进行分层、对称回填土，当回填至第一节第二管件顶端时，将第二节钢管底端与第一节钢管顶端连接，继续进行分层、对称回填土；

3)重复步骤2)，直到达到预设位置后，连接第二管件顶端与第一管件；

4)将平板和连接于平板中心的第一测量绳穿过第一管件和多个第二管件，第一管件插入平板底面的第一预留孔，并连接第一管件和平板。

5)在第一测量绳底端连接第一配重块，再继续回填土，当回填至平板处，观察此时第一测量绳的读数记为y₁；

6)计算y₁-y₀，得到沉降前连接于第一测量绳的配重块和连接于第二测量绳的配重块间的距离δ₁；

7)完成步骤5)后进行静压，静压完成后可观察第一测量绳的读数记为y₂，计算y₂-y₀得到沉降后连接于第一测量绳的配重块和连接于第二测量绳的配重块间的距离δ₂，二者之差δ₂-δ₁即为路基填土层的变形量γ。

进一步，步骤2)中，第二管件与第一预留孔之间的缝隙用水泥浆浇筑完整。

进一步，步骤2)中，使用法兰连接第一管件和第二管件。

进一步，在施工期间每一填筑层均执行所述的涵洞顶部高填方路基内部沉降变形监测方法一次或多次；若两次填筑间隔时间大于3天，每3天至少执行一次所述的涵洞顶部高填方路基内部沉降变形监测方法。

进一步，在沉降量突变的情况下，每天执行所述的涵洞顶部高填方路基内部沉降变形监测方法的次数为2～3次。

与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：

1)本发明提出了一种涵洞顶部高填方路基内部沉降变形监测方法，使用预制好的部件即可进行测量，该方法适用性广，对于路基内部任何结构物和大部分填土层的变形，均可以通过该方法量测；本发明避免了只能监测表面沉降量，无法测试土体内部某一位置的沉降的传统方法的弊端，并且在实施的时候只需要在涵洞以及填土层设置简单的部件，对填土施工没有干扰；同时本发明采用的方法基于宏观观测，对所填路基土的颗粒粒径和级配没有限值。

2)本发明中，采用了配重块绷直测量绳的方法进行涵洞顶部高填方路基内部沉降变形监测，对埋设部件的要求较低，容易进行测试；本发明中采用测量绳作为测量工具，其柔性的特征避免了其被工程机械撞击的危险。

3)本发明中，使用第一测量绳和第二测量绳之间的刻度差值进行填土层形变的推断，监测数据可靠，能通过对路基内部变形监测来推测涵洞在填土中引起的路面不均匀沉降值，防止和减少涵洞破坏，节省了工程养护费用，并且由于操作方便，实用性强，监测所需机具、设备要求较低，易于在施工现场推广。

4)本发明涉及到的构造简单且价格低廉，平板、可伸缩PVC管、钢管、第一测量绳、标准配重块等均可工厂定制，大大提高了施工效率，不影响施工进度。

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为实施例1中的圆管涵的横断面图，

图2为实施例1中的标准配重块的局部图，

图3为实施例1中的平板的局部放大图，

图4为实施例1中的圆管涵纵的断面图。

图中，1-涵洞，2-平板，3-可伸缩PVC管，4-钢管，5-第一测量绳，6-金属膨胀螺栓，7-标准配重块，8-钢管套筒，9-法兰，10-U形吊钩，11、第二测量绳。

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。

正如背景技术所述，针对目前仍没有较为成熟的和实用的路基监测方法。并且关于设有涵洞的路基内部变形监测方法鲜有研究，还没有较为完善的监测方法和评定标准的不足，本发明旨在提供一种涵洞顶部高填方路基内部沉降变形监测装置和方法，其能够对于路基内部任何结构物和大部分填土层的变形进行测量，现结合附图和具体实施方式对本发明进一步进行说明。

实施例1

以下结合附图1、2、3、4，对本发明的结构作进一步描述。

结合图1～图4所示，一种涵洞顶部高填方路基内部沉降变形监测装置，包括安装于涵洞或涵洞上方填土层中的平板、第一管件、第二管件、第一测量绳、第二测量绳、膨胀螺栓、配重块，涵洞为用于泄水或通过人、畜、车辆的路基内部结构物；平板位于涵洞上方的填土层中，与第一管件和第一测量绳固定连接，第一管件顶端连接于平板中心，第一管件底端与第二管件连接或连通，第一管件为能够伸缩的管件；第二管件包括多节，每节第二管件之间连接，第一测量绳穿过第一管件和第二管件，第一测量绳在其底端连接配重块；第二测量绳顶端连接插接于涵洞顶部结构的膨胀螺栓，第二测量绳底端连接配重块。

本实施例中，第一管件为可伸缩PVC管，第二管件为钢管，第一测量绳和第二测量绳均为尼龙钢丝测量绳，膨胀螺栓为金属膨胀螺栓，配重块为标准配重块，标准配重块具有不同的规格，按需使用即可，平板2位于涵洞1上方的填土层中，可伸缩PVC管3、第一测量绳5固定连接平板2，具体的，可伸缩PVC管3顶端和第一测量绳5的顶端连接于平板2中心内部，底端与钢管4通过法兰9连接；钢管4位于可伸缩PVC管3下方，钢管4包括多节，每节钢管4之间通过钢管套筒8连接；第二测量绳11连接于涵洞1内顶部的金属膨胀螺栓6，第一测量绳5的底端和第二测量绳11的底端均通过用钢丝绳套和U形吊钩10连接标准配重块，其中，钢丝绳套是对尼龙钢丝测量绳的末段打结形成的；平板2中心所连接的第一测量绳5的外部可由可伸缩PVC管3和钢管4保护；金属膨胀螺栓6安装于涵洞1内顶部，用来固定第一测量绳5；钢管套筒8位于相邻的钢管4之间；法兰9位于钢管4和可伸缩PVC管3之间；U形吊钩10位于标准配重块7上。

平板2可以采用如钢板、碳钎维板、石墨板等，其作用是承受悬挂的标准配重块重量，固定可伸缩PVC管3和第一测量绳5，其能够能埋于涵洞上方的填土中。

本实施例中，可伸缩PVC管3外径为15mm，管长20cm，辅助实现第一测量绳5的可沉降性，也即，第一测量绳能够在可伸缩PVC管内自由发生形变，另可伸缩PVC管还起到保护第一测量绳5的作用。

钢管4外径与可伸缩PVC管3外径一致，管长能够满足其本身伸入涵洞内顶的预留孔。

第一测量绳5直径为3mm，其表面具有以lcm为刻度单位的刻度标记以及刻度标计数字，第一测量绳5在不发生形变的情况下，其长度大于可伸缩PVC管3和多节钢管4的总长度。

金属膨胀螺栓6的型号为M6×100，总长10cm，螺杆直径为6mm。

标准配重块7尺寸为10×5×5cm，其作用是增加压力，平衡重量，使第一测量绳5和第二测量绳11保持平衡，不晃不抖。

钢管套筒8内径为15mm，其作用是保证两节钢管的连接。

法兰9用来连接可伸缩PVC管底端和钢管顶端。

U形吊钩10型号为M9，U型粗细为9mm。

请参考图4，在具体的实施中，将4个如本实施例所公开的涵洞顶部高填方路基内部沉降变形监测装置分别布置于涵洞的道路中心线两侧。

实施例2

一种涵洞顶部高填方路基内部沉降变形监测方法，包括以下步骤：

1)在涵洞内顶部按设计位置预留孔，临近预留孔的位置预埋膨胀螺栓，在膨胀螺栓锚固连接有配重块的第二测量绳，观察读数标记为y₀；

2)在预留孔内放入第一节第二管件，将第二管件与预留孔之间的缝隙用水泥浆浇筑完整，然后进行分层、对称回填土，当回填至第一节第二管件顶端时，将第二节钢管底端与第一节钢管顶端用套筒固定，继续进行分层、对称回填土；

3)重复步骤2)，直到达到预设位置后，使用法兰连接第二管件顶端与第一管件；

4)将平板和连接于平板中心的第一测量绳穿过第一管件和多个第二管件，第一管件插入平板底面的预留孔，并使用辅助连接手段连接第一管件和平板。

5)将第一测量绳底端以绳套形式与配重块的U型吊钩连接，再继续回填土，当回填至平板处，观察此时第一测量绳的读数记为y₁；

6)计算y₁-y₀，得到沉降前连接于第一测量绳的配重块和连接于第二测量绳的配重块间的距离δ₁；

7)回填完成后进行静压，静压完成后可观察第一测量绳的读数记为y₂，计算y₂-y₀得到沉降后连接于第一测量绳的配重块和连接于第二测量绳的配重块间的距离δ₂，二者之差δ₂-δ₁即为路基填土层的变形量γ。

其中，所述步骤1～7在施工期间每一填筑层均执行一次或多次；若两次填筑间隔时间大于3天，每3天至少执行所述步骤1～7一次。

其中，在沉降量突变的情况下，每天执行所述步骤1～7的次数为2～3次。

本实施例所提出的监测方法，使用预制好的部件即可进行测量，该方法适用性广，对于路基内部任何结构物和大部分填土层的变形，均可以通过该方法量测；本实施例避免了只能监测表面沉降量，无法测试土体内部某一位置的沉降的传统方法的弊端，并且在实施的时候只需要在涵洞以及填土层设置简单的部件，对填土施工没有干扰；同时本实施例采用的方法基于宏观观测，对所填路基土的颗粒粒径和级配没有限值。

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)

1.一种涵洞顶部高填方路基内部沉降变形监测装置，其特征在于，包括安装于涵洞或涵洞上方填土层中的平板、第一管件、第二管件、第一测量绳、第二测量绳、连接件、第一配重块和第二配重块，平板位于涵洞上方的填土层中，与第一管件和第一测量绳固定连接，第一管件顶端连接于平板中心，第一管件底端与第二管件连接或连通，第一管件为能够伸缩的管件；第二管件包括多节，每节第二管件之间连接，第一测量绳穿过第一管件和第二管件，第一测量绳在其底端连接第一配重块；第二测量绳顶端连接插接于涵洞顶部结构的连接件，第二测量绳底端连接第二配重块。

2.如权利要求1所述的一种涵洞顶部高填方路基内部沉降变形监测装置，其特征在于，所述第一管件的外径与所述第二管件的外径相同。

3.如权利要求1所述的一种涵洞顶部高填方路基内部沉降变形监测装置，其特征在于，所述第一测量绳的长度大于第一管件和第二管件的总长。

4.如权利要求1所述的一种涵洞顶部高填方路基内部沉降变形监测装置，其特征在于，第一配重块和第二配重块重量相同。

5.如权利要求1～4中任一项所述的一种涵洞顶部高填方路基内部沉降变形监测方法，其特征在于，将连接件嵌入涵洞内顶部，将连接有第二配重块的第二测量绳连接至连接件，观察第二测量绳读数标记为y₀；

将第一管件、第二管件和平板埋入涵洞顶部上方，将连接有第一配重块的第一测量绳穿过第一管件和第二管件连接至平板，观察第一测量绳读数标记为y₁；

计算y₁-y₀，得到沉降前连接于第一测量绳的配重块和连接于第二测量绳的配重块间的距离δ₁；

计算y₂-y₀得到沉降后第一配重块和第二配重块的间离δ₂，二者之差δ₂-δ₁即为路基填土层的变形量γ。

6.如权利要求5所述的一种涵洞顶部高填方路基内部沉降变形监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将连接件嵌入涵洞内顶部的第二预留孔，将第二测量绳连接至连接件，观察读数标记为y₀；

2)在涵洞内顶部的第一预留孔内放入第一节第二管件，然后进行分层、对称回填土，当回填至第一节第二管件顶端时，将第二节钢管底端与第一节钢管顶端连接，继续进行分层、对称回填土；

3)重复步骤2)，直到达到预设位置后，连接第二管件顶端与第一管件；

4)将平板和连接于平板中心的第一测量绳穿过第一管件和多个第二管件，第一管件插入平板底面的第一预留孔，并连接第一管件和平板。

5)在第一测量绳底端连接第一配重块，再继续回填土，当回填至平板处，观察此时第一测量绳的读数记为y₁；

6)计算y₁-y₀，得到沉降前连接于第一测量绳的配重块和连接于第二测量绳的配重块间的距离δ₁；

7)完成步骤5)后进行静压，静压完成后可观察第一测量绳的读数记为y₂，计算y₂-y₀得到沉降后连接于第一测量绳的配重块和连接于第二测量绳的配重块间的距离δ₂，二者之差δ₂-δ₁即为路基填土层的变形量γ。

7.如权利要求6所述的一种涵洞顶部高填方路基内部沉降变形监测方法，其特征在于，步骤2)中，第二管件与第一预留孔之间的缝隙用水泥浆浇筑完整。

8.如权利要求6所述的一种涵洞顶部高填方路基内部沉降变形监测方法，其特征在于，步骤2)中，使用法兰连接第一管件和第二管件。

9.如权利要求8所述的涵洞顶部高填方路基内部沉降变形监测方法，其特征在于，在施工期间每一填筑层均执行所述的涵洞顶部高填方路基内部沉降变形监测方法一次或多次；若两次填筑间隔时间大于3天，每3天至少执行一次所述的涵洞顶部高填方路基内部沉降变形监测方法。

10.如权利要求8所述的涵洞顶部高填方路基内部沉降变形监测方法，其特征在于，在沉降量突变的情况下，每天执行所述的涵洞顶部高填方路基内部沉降变形监测方法的次数为2～3次。