CN111622198B - 一种传感器埋设装置及其埋设方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种传感器埋设装置及其埋设方法，包括设置在钻坑内的导向护筒和压实机构，钻坑顶部设有升降驱动机构，升降驱动机构包括支架和设置在支架上的第一定滑轮，第一钢丝绳一端与导向护筒连接，另一端绕过第一定滑轮，传感器设置在导向护筒内，导向护筒外侧设有压实机构，压实机构顶部设有第二钢丝绳，第二钢丝绳端部绕过第二定滑轮，第二定滑轮设置在支架上。该装置保证传感器在同一竖直平面内，提高传感器埋设土的密实程度。

Description

一种传感器埋设装置及其埋设方法

技术领域

本发明涉及土体传感器埋设施工领域，具体涉及一种传感器埋设装置及埋设方法。

背景技术

在岩土工程技术领域中，地下工程施工或从事大坝、边坡等科学研究时常需要监测土体内部各项物理力学参数并进行多物理量耦合分析。因此，获取岩土体中各重要的物理量是研究岩土工程问题的重要前提。

土体中传感器的埋设方法通常是采用钻孔法。利用钻机的钻杆压入指定设计标高，埋入传感器，人工回填压实。就此种方案而言，其所测得的相关数据并不一定在同一竖直平面内，不具备可比性；由于粘土总是成块状的，所以在回填土时，一般都是将土块捣碎成小块填入钻孔后，分层用木棒小心夯实，但如此夯实方法在深孔中埋设传感器时很难使回填土均匀一致且很难达到与周围土同样的密实状态，给测量参数带来较大的误差。四川冶金建筑工程质量检测有限公司马德翠等人的专利“一种传感器的埋设装置及其埋设方法”（CN110318432A）通过压杆将传感器沿固定筒内壁下压至钻孔底端完成埋设。一方面在操作时控制不好力度容易损坏传感器，另一方面要实现测量多组土体物理量需要增加钻孔数量，造成财力与物力的极大浪费。河海大学李海淼等人的专利“一种同时埋设多个土压力传感器的装置及方法”（CN 108035330A）利用若干节中空的U形PVC套管同时埋设了多个土压力传感器。但该装置及埋设方法还无法适用于深度较深的传感器的埋设，且监测的土体物理量较为单一，不能完全满足岩土工程研究的需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种传感器埋设装置及其埋设方法，保证传感器在同一竖直平面内，提高传感器埋设土的密实程度。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种传感器埋设装置，包括设置在钻坑内的导向护筒和压实机构，钻坑顶部设有升降驱动机构，升降驱动机构包括支架和设置在支架上的第一定滑轮，第一钢丝绳一端与导向护筒连接，另一端绕过第一定滑轮，传感器设置在导向护筒内，导向护筒外侧设有压实机构，压实机构顶部设有第二钢丝绳，第二钢丝绳端部绕过第二定滑轮，第二定滑轮设置在支架上。

优选的方案中，所述导向护筒包括上护筒和下护筒，下护筒套设在上护筒内，下护筒上端外壁设有滑轮，上护筒顶部与第一钢丝绳连接，下护筒顶部设有第三钢丝绳，第三钢丝绳端部绕过第三定滑轮，第三定滑轮设置在支架上。

优选的方案中，所述上护筒内壁设有与滑轮配合的滑槽。

优选的方案中，所述压实机构包括压实环，压实环套装在导向护筒的外侧。

优选的方案中，所述压实环包括两个对开圆环，对开圆环通过连接板和定位螺栓进行连接。

优选的方案中，所述压实环侧壁设有嵌槽，嵌块插入嵌槽中。

优选的方案中，所述支架包括两个竖向支架，竖向支架设置在钻坑的两侧，竖向支架下端设有支撑板，竖向支架顶部设有连接梁，第一定滑轮设置在连接梁上，连接梁下方设有横向悬臂梁，横向悬臂梁设置为两组，每一组横向悬臂梁的数量为两个，分别与两侧的竖向支架连接，第二定滑轮和第三定滑轮设置在横向悬臂梁上。

优选的方案中，所述连接梁上设有对传感器的线缆进行的限位的凹槽，凹槽位于钻坑的竖中线上。

优选的方案中，所述第一钢丝绳上设有刻度线。

本发明还提供一种传感器埋设装置的埋设方法，包括如下步骤：

步骤一、在地表钻掘竖直钻坑；

步骤二、根据需要用正标电子线对传感器进行焊接，将从钻坑中取出的土按照原状土的含水量配好，将配好的部分土均匀的涂抹在传感器上；

步骤三、安装支架，将导向护筒下放到钻坑中，并将第一钢丝绳和第二钢丝绳分别绕过第一定滑轮和第二定滑轮，并固定；

步骤四、将设置好的传感器放入导向护筒中，使最下端的传感器与钻坑底部接触；

步骤五、拉动第一钢丝绳使导向护筒上升，当最下端的传感器露出导向护筒外部后，将配制土进行分阶段回填，在回填的过程中，反复松开和拉动第二钢丝绳对回填土进行夯实，直至完成最下端的传感器的埋设；

步骤六、重复步骤五完成其它传感器的埋设，直至钻坑完全回填。

本发明提供的一种传感器埋设装置及其埋设方法，具有以下有益效果：

（1）本发明设导向护筒可使保护每个传感器在埋设时不受损坏，同时保证传感器埋设的垂直度，导向护筒设置为上护筒和下护筒将导向护筒分为两截，有效地避免了在导向护筒上升过程中占用过多的垂直空间，给传感器线路铺设造成不便。

（2）本发明设置压实装置，可达到回填土的密实度的要求，且方便拆卸。

（3）通过多个传感器并联连接，实现了一个钻孔内对土体温度、湿度、孔压等多个物理量的测量，减少了钻孔的数量，客观地节省了财力和劳力。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为压实环的结构示意图；

图3为优选的导向护筒的剖视图；

图4为图3的俯视图；

图5为优选的支架的结构示意图；

图6为图5的俯视图；

图7为实施例中土体含水率随降雨的响应关系图；

图8为实施例中土体孔隙水压力随降雨的响应关系图；

图9为实施例中土体温度随降雨的响应关系图；

图中：导向护筒1，支架2，第一定滑轮3，第一钢丝绳4，传感器5，第二钢丝绳6，第二定滑轮7，第三钢丝绳8，第三定滑轮9，压实环10，连接板11，定位螺栓12，嵌块13，上护筒101，下护筒102，滑轮103，滑槽104，竖向支架201，支撑板202，连接梁203，横向悬臂梁204，凹槽205，嵌槽1001。

具体实施方式

如图1所示，一种传感器埋设装置，包括设置在钻坑内的导向护筒1和压实机构，钻坑顶部设有升降驱动机构，升降驱动机构包括支架2和设置在支架2上的第一定滑轮3，第一钢丝绳4一端与导向护筒1连接，另一端绕过第一定滑轮3，传感器5设置在导向护筒1内，导向护筒1外侧设有压实机构，压实机构顶部设有第二钢丝绳6，第二钢丝绳6端部绕过第二定滑轮7，第二定滑轮7设置在支架2上。

通过设置导向护筒1使传感器处于垂直状态进入钻坑，同时可以对传感器进行保护，防止传感器在埋设时收到损坏。通过设置压实机构对回填土进行压实，提高测量准确度。

优选的，如图3和4所示，所述导向护筒1包括上护筒101和下护筒102，下护筒102套设在上护筒101内，下护筒102上端外壁设有滑轮103，上护筒101顶部与第一钢丝绳4连接，具体的，上护筒101顶部设有与第一钢丝绳4连接的挂钩，下护筒102顶部设有第三钢丝绳8，第三钢丝绳8端部绕过第三定滑轮9，第三定滑轮9设置在支架2上。

所述上护筒101内壁设有与滑轮103配合的滑槽104。通过滑槽104实现对滑轮103的限位。

通过上护筒101和下护筒102相互套设设置，有效避免导向护筒1在上升过程中占用太多空间，给传感器铺设造成不便。

优选的，如图2所示，所述压实机构包括压实环10，压实环10套装在导向护筒1的外侧。压实环10内径与导向护筒1的外径相等，压实环10的外径与钻坑的直径相同，且能保证装置能完全进入钻坑。

所述压实环10包括两个对开圆环，对开圆环通过连接板11和定位螺栓12进行连接。

所述压实环10侧壁设有嵌槽1001，嵌块13插入嵌槽1001中。通过设置嵌块13，可以提高压实机构的重量，可以提高压实效率。

为防止在压实过程中装置发生剪切破坏，嵌槽1001垂直两个对开圆环的配合面。

通过将压实环10设置为可拆卸结构，方便拆卸。

优选的，如图5~6所示，所述支架2包括两个竖向支架201，竖向支架201设置在钻坑的两侧，竖向支架201下端设有支撑板202，竖向支架201顶部设有连接梁203，第一定滑轮3设置在连接梁203上，连接梁203下方设有横向悬臂梁204，横向悬臂梁204设置为两组，每一组横向悬臂梁204的数量为两个，分别与两侧的竖向支架201连接，第二定滑轮7和第三定滑轮9设置在横向悬臂梁204上。

所述连接梁203上设有对传感器5的线缆进行的限位的凹槽205，凹槽205位于钻坑的竖中线上。

通过凹槽205实现对传感器5的线缆的限位，使传感器5保持竖直状态，垂直进入钻坑。

支架2的高度高于导向护筒1的高度，保证导向护筒1完整的进入和脱离钻坑。

所述第一钢丝绳4和第三钢丝绳8上设有刻度线，方便对上护筒101和下护筒102的升降高度进行观测。

具体使用时，首先确定传感器的个数以及钻坑的深度与直径，从而确定上护筒101和下护筒102长度以及支架2的高度，下护筒102长度较钻坑深度的一半多出20cm~30cm，内径较传感器最大宽度多出20cm左右，再将滑轮103分别对称地焊接在下护筒102上部的外侧，根据下护筒102和滑轮103的尺寸确定上护筒101的直径，长度为钻坑深度的一半为宜，并根据滑轮103的尺寸确定滑槽104的宽度，在上护筒101上部的内侧对称焊接两钢构，完成导向护筒1的组装。根据上护筒101的外径确定压实环10的内径，根据钻坑的直径确定压实环10的外径，完成压实环10的组装。

一种传感器埋设装置的埋设方法，该方法采用上述深层土体多种传感器埋设装置，整个埋设方法包括如下步骤：

一种传感器埋设装置的埋设方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、在地表钻掘竖直钻坑，对易发生缩孔的钻孔，钻掘后进行泥浆护壁。

步骤二、根据需要用正标电子线对传感器5进行焊接，将温湿度传感器和压力传感器按要求用正标电子线焊接好，温湿度传感选用SHT3X温湿度传感器，压力传感器选用MPS-2107-006GC-I2压力传感器，并做好标定。将从钻坑中取出的土按照原状土的含水量配好，将配好的部分土均匀的涂抹在传感器5上，保证土与传感器均匀接触，并将导向护筒1进行拼装。

步骤三、安装支架2，将导向护筒1下放到钻坑中，并将第一钢丝绳4和第二钢丝绳6分别绕过第一定滑轮3和第二定滑轮7，并固定；

步骤四、将设置好的传感器5放入导向护筒1中，使最下端的传感器5与钻坑底部接触，并将上部的传感器线缆固定在凹槽205上；

步骤五、拉动第三钢丝绳8使下护筒102上升，通过第三钢丝绳8上的刻度线，确定最底端传感器5完全露出导向护筒1后，将配制土进行分阶段回填，首先少部分土回填入钻坑中，均匀拉动第二钢丝绳6使压实装置夯实回填土，反复松开和拉动第二钢丝绳6对回填土进行夯实，直至完成最下端的传感器5的埋设，通过“一种省电的填土密实度现场检测仪”（CN206161647U）示数的变化不断调整压缩速率，直至回填土达到指定的密实度。

步骤六、重复步骤五完成其它传感器5的埋设，直至钻坑完全回填。

以某科研项目为探究降雨对风化花岗岩边坡的影响研究，选取位于江西省一处典型的边坡进行探究，经地质勘探，该边坡出露地层岩性为粗粒斑状黑云二长花岗岩，为典型花岗岩风化残积土坡，为揭示降雨对该类滑坡诱发机理的影响，选取该斜坡进行降雨诱发滑坡现场试验。

以该降雨试验为例，通过该装置的搭建和埋设，传感器的埋设深度可以达到3m，原土经过室内试验测得含水率为13.2%，密度为1.6g/cm3，经计算测得该土样的密实度为0.55。通过现场试验回填土压实装置进行夯实后，配制土的密实度为0.53，误差在允许范围内，可以达到原土的密实程度。可以进行多组数据的检测，通过现场埋设的SHT3X温湿度传感器以及 MPS-2107-006GC-I2压力传感器测得相应数据如图7~9所示。

Claims (8)

1.一种传感器埋设装置，其特征在于，包括设置在钻坑内的导向护筒（1）和压实机构，钻坑顶部设有升降驱动机构，升降驱动机构包括支架（2）和设置在支架（2）上的第一定滑轮（3），第一钢丝绳（4）一端与导向护筒（1）连接，另一端绕过第一定滑轮（3），传感器（5）设置在导向护筒（1）内，导向护筒（1）外侧设有压实机构，压实机构顶部设有第二钢丝绳（6），第二钢丝绳（6）端部绕过第二定滑轮（7），第二定滑轮（7）设置在支架（2）上，所述导向护筒（1）包括上护筒（101）和下护筒（102），下护筒（102）套设在上护筒（101）内，下护筒（102）上端外壁设有滑轮（103），上护筒（101）顶部与第一钢丝绳（4）连接，下护筒（102）顶部设有第三钢丝绳（8），第三钢丝绳（8）端部绕过第三定滑轮（9），第三定滑轮（9）设置在支架（2）上，所述支架（2）包括两个竖向支架（201），竖向支架（201）设置在钻坑的两侧，竖向支架（201）下端设有支撑板（202），竖向支架（201）顶部设有连接梁（203），第一定滑轮（3）设置在连接梁（203）上，连接梁（203）下方设有横向悬臂梁（204），横向悬臂梁（204）设置为两组，每一组横向悬臂梁（204）的数量为两个，分别与两侧的竖向支架（201）连接，第二定滑轮（7）和第三定滑轮（9）设置在横向悬臂梁（204）上。

2.根据权利要求1中所述的一种传感器埋设装置，其特征在于，所述上护筒（101）内壁设有与滑轮（103）配合的滑槽（104）。

3.根据权利要求1所述的一种传感器埋设装置，其特征在于，所述压实机构包括压实环（10），压实环（10）套装在导向护筒（1）的外侧。

4.根据权利要求3所述的一种传感器埋设装置，其特征在于，所述压实环（10）包括两个对开圆环，对开圆环通过连接板（11）和定位螺栓（12）进行连接。

5.根据权利要求3所述的一种传感器埋设装置，其特征在于，所述压实环（10）侧壁设有嵌槽（1001），嵌块（13）插入嵌槽（1001）中。

6.根据权利要求1所述的一种传感器埋设装置，其特征在于，所述连接梁（203）上设有对传感器（5）的线缆进行的限位的凹槽（205），凹槽（205）位于钻坑的竖中线上。

7.根据权利要求1所述的一种传感器埋设装置，其特征在于，所述第一钢丝绳（4）上设有刻度线。

8.一种传感器埋设装置的埋设方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、在地表钻掘竖直钻坑；

步骤二、根据需要用正标电子线对传感器（5）进行焊接，将从钻坑中取出的土按照原状土的含水量配好，将配好的部分土均匀的涂抹在传感器（5）上；

步骤三、安装支架（2），将导向护筒（1）下放到钻坑中，并将第一钢丝绳（4）和第二钢丝绳（6）分别绕过第一定滑轮（3）和第二定滑轮（7），并固定；

步骤四、将设置好的传感器（5）放入导向护筒（1）中，使最下端的传感器（5）与钻坑底部接触；

步骤五、拉动第一钢丝绳（4）使导向护筒（1）上升，当最下端的传感器（5）露出导向护筒（1）外部后，将配制土进行分阶段回填，在回填的过程中，反复松开和拉动第二钢丝绳（6）使压实机构对回填土进行夯实，直至完成最下端的传感器（5）的埋设；

步骤六、重复步骤五完成其它传感器（5）的埋设，直至钻坑完全回填。

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