CN111256610A - 一种插入式临边防护栏立柱埋深测量装置及方法 - Google Patents

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    • G01B11/22—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring depth

Abstract

本发明公开了一种插入式临边防护栏立柱埋深测量装置及方法，涉及立桩结构检测技术领域；所述测量装置包括土压测试装置、地表变形监测装置、激光测距仪、反力支架、施力装置和连接荷载传力装置。本发明利用土体与防护栏立柱埋深的关系，通过测试装置对待测立柱进行施力，测试得到立柱位移变化以及土层压力变化，从而计算得出立柱深度，在现场快速测量防护栏立柱埋深是否满足要求，简单易行，且不会产生额外成本，给护栏立柱设置和安全性检测提供了一个简单快捷的判断方法和标准。

Description

一种插入式临边防护栏立柱埋深测量装置及方法
技术领域
本发明涉及立桩结构检测技术领域，尤其涉及一种插入式临边防护栏立柱埋深测量装置。
背景技术
防护栏是临时防护设施，一般采用φ30mm的钢管作为立柱插入土体作为立柱。规范中，受不同土质影响，为达到承受能力要求，对于防护栏立柱的埋深没有提及。根据《公路工程施工安全技术规范》(JTG F90-2015)5.7.5的要求，高处作业(临边作业)防护栏应能承受1000N的力。因为不同土体同样承受1000N的力，埋置深度不同。目前对于临边防护栏埋深尚没有测量方法。
目前，关于路侧车辆防撞护栏，使用弹性波法测量立柱防护栏埋深。弹性波为机械振动在弹性介质中传播形成的波。在金属、混凝土、土体等固体介质里，弹性波的特性和声波、超声波具有完全相同的物理及力学意义。由于立柱内外土壤介质的作用，当弹性波信号进入到立柱地下部分时，弹性波能量会泄漏到周围的土壤当中，衰减很大，传感器所接收到的反射信号幅值下降。埋入地基中的立柱，在从地面部分到地下部分的分界面，由于周围材料的声阻抗发生了变化，弹性波会在入射界面上产生反射。这种反射只影响幅值变化，而不会影响传播速度。上述弹性波的反射特性，可以用来检测立柱的长度。
当用脉冲锤敲击不同型号、不同长度的立柱柱顶时，由此产生的冲击弹性波在钢管两端产生反射，对反射信号进行拾取、分析，可计算出立柱全长，再减去立柱露出地面的长度，从而得出钢管的埋置深度。试验结果中最大绝对误差均小于16mm，最大相对误差小于0.9％。
上述方法用于测量路侧车辆防撞护栏。路侧防撞护栏对于车辆安全至关重要，对测量可靠性有较高要求，在测量经济性方面有较高的接受程度，且为无损检测。对于临时临边防护栏，采用上述方法从经济性上没有必要，时效性无法满足现场使用需求，且使用密度较路侧护栏高，整体稳定性较路侧护栏差，未见无损检测方法。相对既有方法，需要一种更为简便、快速、宜在现场实施的测量方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种插入式临边防护栏立柱埋深测量装置及方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种插入式临边防护栏立柱埋深测量装置，所述测量装置设置在待测护栏立柱的一侧，包括土压测试装置、地表变形监测装置、反力支架、施力装置和连接荷载传力装置，所述反力支架包括支撑架和延伸臂，所述连接荷载传力装置和所述施力装置安装在所述延伸臂上，所述连接载荷传力装置分别与所述反力支架的支撑架和所述施力装置相连；
所述地表变形监测装置安装在所述延伸臂的下方，所述土压测试装置设置在靠近待测立柱一侧的土体深处。
优选地，所述地表变形监测装置包括多个位移计，所述位移计均匀排列在所述支撑架和待测立柱之间；
所述土压测试装置包括多个压力盒，所述压力盒垂直均匀排列在待测立柱施加载荷一侧的土体下层。
优选地，所述每个位移计之间的间距为0.1m，所述每个压力盒之间的深度间距为0.1m。
优选地，所述位移计的个数为1-10个，所述压力盒的个数为1-6个。
优选地，所述施力装置为千斤顶；所述连接载荷传力装置为传力钢管。
优选地，所述插入式临边防护栏立柱埋深测量装置还包括激光测距仪，所述激光测距仪独立设置，使用时正对激光测试点即可。
本发明的另一目的在于提供一种对插入式临边防护栏立柱埋深进行测量的方法，包括以下步骤：
S1,采用激光测距仪测量待测立柱与激光测距仪之间的初始距离，然后施力装置对被待测护栏立柱持续施加载荷，当施加荷载至压力表读数稳定不变时，停止加载；
S2,停止加载，在最大载荷作用下持续5min，同时观察栏杆锚固端、构件及各构件之间的连接部位的情况；
S3，结束后读取位移计和压力盒上的数据，并再次测量待测立柱与激光测距仪之间的距离；
S4,采用线性回归公式对各个参数进行分析，得到地层最大变形与地层参数和防护栏埋置深度的多元线性回归方程式；
S5，最终得到防护栏埋置深度计算公式为：
Figure BDA0002393592450000031
式中：h——防护栏合理设置埋深，mm
E——地层土的弹性模量，MPa
v——地层土的泊松比
c——地层土的粘聚力，MPa
Figure BDA0002393592450000032
——地层土的内摩擦角，°
δ——地表土的最大变形，mm。
优选地，步骤S1中的最大载荷为1000N。
本发明的有益效果是：
本发明公开了一种插入式临边防护栏立柱埋深测量装置及方法，本发明利用土体与防护栏立柱埋深的关系，通过测试装置对待测立柱进行施力，测试得到立柱位移变化以及土层压力变化，从而计算得出立柱深度，在现场快速测量防护栏立柱埋深是否满足要求，简单易行，且不会产生额外成本，给护栏立柱设置和安全性检测提供了一个简单快捷的判断方法和标准。
附图说明
图1是实施例1中的插入式临边防护栏立柱埋深测量装置外部结构图；
图2是实施例2中的插入式临边防护栏立柱埋深测量装置加载位置示意图；
图3是实施例2中的防护栏立柱埋深测试的受力分析图；
图4是实施例3中在黏土介质中防护栏不同埋深荷载取值示意图；
1是压力架，2是传力钢管，3是压力计，4是千斤顶，5是激光测距点，5-1是激光测距点1，5-2是激光测距点2，5-3是激光测距点3，5-4是激光测距点4，5-5是激光测距点5，6是立柱，7是压力盒，8是位移计，9是加载点，10是1.2m横杆，11是0.6m横杆。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本实施例提供一种插入式临边防护栏立柱埋深测量装置，所述测量装置设置在待测护栏立柱的一侧，包括土压测试装置、地表变形监测装置、激光测距仪、反力支架、施力装置和连接荷载传力装置，所述反力支架包括支撑架和延伸臂，所述连接荷载传力装置和所述施力装置安装在所述延伸臂上，所述连接载荷传力装置分别与所述反力支架的支撑架和所述施力装置相连；
所述激光测距仪独立设置，在测试时正对激光测试点即可。
所述地表变形监测装置安装在所述延伸臂的下方，包括多个位移计，所述位移计均匀排列在所述支撑架和待测立柱之间,设置的间隔距离也为0.1m；所述土压测试装置设置在靠近待测立柱一侧的土体深处，包括多个压力盒，所述压力盒垂直均匀排列在待测立柱施加载荷一侧的土体下层，设置深度间距0.1m，最多设置深度为80cm。
本实施例中的压力盒为5个，位移计为9个，也可在实际测试时根据情况调整压力盒和位移计的数量。
本实施例中的施力装置为千斤顶，压力计用于显示千斤顶的示数；所述连接载荷传力装置为传力钢管。
实施例2
本实施例中采用实施例1中的装置进行护栏立桩埋深检测的方法，包括以下步骤：
S1,采用激光测距仪测量待测立柱与激光测距仪之间的初始距离，然后施力装置对被待测护栏立柱持续施加载荷，当施加荷载至压力表读数稳定不变时，停止加载；
在进行测量时，可以单独针对一个护栏立柱进行加载测试，也可以将几个立柱连接在一起进行测量，此时加载的位置点如图2所示；
S2,停止加载，在最大载荷作用下持续5min，同时观察栏杆锚固端、构件及各构件之间的连接部位的情况；
S3，结束后读取各个位移计和压力盒上的数据，并再次测量待测立柱与激光测距仪之间的距离；
本实施例选择多种介质进行不同深度的试验，得到一系列实验结果：
1)在黏土介质防护栏试验时，防护栏所承受荷载值如图3所示。
2)混凝土介质试验时，防护栏埋深与变形结果如表1所示。
表1混凝土介质防护栏设置深度研究试验结果汇总
Figure BDA0002393592450000061
3)砂浆介质试验时，防护栏埋深与变形结果如表2所示。
表2砂浆介质防护栏设置深度研究试验结果汇总
Figure BDA0002393592450000062
4)其他介质试验时，防护栏埋深与变形结果如表3所示。
表3其他地层介质防护栏埋置深度研究试验结果汇总
Figure BDA0002393592450000063
Figure BDA0002393592450000071
通过采用Origin数据处理软件，对试验结果多次回归分析发现，得出式(1)表示其相关关系。
Y＝a0+a1X1+a2X2+a3X3+a4X4+a5X5(1)
式中：a0，a1，a2，a3，a4，a5为回归系数。
由于标准规定护栏安全载荷不低于1000N，因此上述试验中当给定1000N的承载力时，最终得到地层最大变形与地层参数和防护栏埋置深度的多元线性回归方程式(2)，相关系数R＝0.936：
Figure BDA0002393592450000072
由(2)式变换得由地层参数确定防护栏合理埋置深度的经验公式：
Figure BDA0002393592450000073
式中：h——防护栏合理设置埋深，mm。
E——地层土的弹性模量，MPa。
v——地层土的泊松比。
c——地层土的粘聚力，MPa。
Figure BDA0002393592450000074
——地层土的内摩擦角，°。
δ——地表土的最大变形，mm。
通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：
本发明公开了一种插入式临边防护栏立柱埋深测量装置及方法，本发明利用土体与防护栏立柱埋深的关系，可通过测量地表土最大变形，从而计算得出立柱深度，在现场快速测量防护栏立柱埋深是否满足要求，简单易行，且不会产生额外成本，给护栏立柱设置和安全性检测提供了一个简单快捷的判断方法和标准。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，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，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种插入式临边防护栏立柱埋深测量装置，所述测量装置设置在待测护栏立柱的一侧，其特征在于，包括土压测试装置、地表变形监测装置、反力支架、施力装置和连接荷载传力装置，所述反力支架包括支撑架和延伸臂，所述连接荷载传力装置和所述施力装置安装在所述延伸臂上，所述连接载荷传力装置分别与所述反力支架的支撑架和所述施力装置相连；
所述地表变形监测装置安装在所述延伸臂的下方，所述土压测试装置设置在靠近待测立柱一侧的土体深处。
2.根据权利要求1所述的插入式临边防护栏立柱埋深测量装置，其特征在于，所述地表变形监测装置包括多个位移计，所述位移计均匀排列在所述支撑架和待测立柱之间；
所述土压测试装置包括多个压力盒，所述压力盒垂直均匀排列在待测立柱施加载荷一侧的土体下层。
3.根据权利要求2所述的插入式临边防护栏立柱埋深测量装置，其特征在于，所述每个位移计之间的间距为0.1m，所述每个压力盒之间的深度间距为0.1m。
4.根据权利要求2所述的插入式临边防护栏立柱埋深测量装置，其特征在于，所述位移计的数量为1-10个，所述压力盒的数量为1-6个。
5.根据权利要求1所述的插入式临边防护栏立柱埋深测量装置，其特征在于，所述施力装置为千斤顶；所述连接载荷传力装置为传力钢管。
6.根据权利要求1所述的插入式临边防护栏立柱埋深测量装置，其特征在于，所述插入式临边防护栏立柱埋深测量装置还包括激光测距仪，所述激光测距仪独立设置。
7.采用权利要求1-6任一所述的测量装置对插入式临边防护栏立柱埋深进行测量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1,采用激光测距仪测量待测立柱与激光测距仪之间的初始距离，然后施力装置对被待测护栏立柱持续施加载荷，当施加荷载至压力表读数稳定不变时，停止加载；
S2,停止加载，在最大载荷作用下持续5min，同时观察栏杆锚固端、构件及各构件之间的连接部位的情况；
S3，结束后读取位移计和压力盒上的数据，并再次测量待测立柱与激光测距仪之间的距离；
S4,采用线性回归公式对各个参数进行分析，得到地层最大变形与地层参数和防护栏埋置深度的多元线性回归方程式；
S5，最终得到防护栏埋置深度计算公式为：
Figure FDA0002393592440000021
式中：h——防护栏合理设置埋深，mm
E——地层土的弹性模量，MPa
ν——地层土的泊松比
c——地层土的粘聚力，MPa
Figure FDA0002393592440000022
——地层土的内摩擦角，°
δ——地表土的最大变形，mm。
8.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于，步骤S1中的最大载荷为1000N。
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