CN111780720A - 一种地基基础沉降监测装置及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种地基基础沉降监测装置及监测方法，属于建筑技术领域。包括沉降管、拉杆、安装头和若干沉降环，沉降管埋设在土层内，各沉降环相间设置，各沉降环均套设在沉降管外，安装头包括壳体和位于壳体内的载碗，载碗的内壁面为中部较低的曲面，拉杆为中空管，沉降环包括本体和埋设在本体内的铁质的吸附环；拉杆顶部设置有一光束发射器件，壳体底部设置有能够感应光发生器件发射的光束的光束处理器件；载碗位于光束处理器件上方，载碗内设有能够遮挡光束发射器件发射的光束的磁粉，光束发射器件发出的光束与拉杆的中空通道处于同一直线上；通过拉杆下移，获取各沉降环的位置，通过与以往数据的比对得出沉降值。本发明具有精度高等优点。

Description

一种地基基础沉降监测装置及监测方法

技术领域

本发明属于建筑技术领域，涉及一种地基基础沉降监测装置及监测方法。

背景技术

在软土地区兴建高层建筑、高速公路、桥梁等工程地基基础容易发生沉降，较大沉降或差异沉降都可能引发引起上部结构的变形过大、从而导致上部结构开裂、倾斜、乃至倒塌，因此，对地基基础各部位的沉降进行监测，为建筑的安全性和抢救施工提供依据是非常必要的。

现有的方式都是通过预埋沉降管、置于土层不同位置的沉降磁环和磁感监测探头的结构实现的，其中，沉降磁环内包裹永磁材料并套设在沉降管之外，通过磁感监测探头确定沉降磁环的位置，这种方式存在如下缺点：1、沉降磁环内预设的永磁材料位于土层内，并需要滑动在沉降管外，由于沉降磁环在土层内长时间存留，加之软质土层中的砂砾流通较为频繁，沉降磁环容易磁化土层内的矿物质砂砾、铁屑等，在沉降磁环与沉降管之间的缝隙内(沉降磁环内孔内壁处磁场最强)堆积，造成沉降磁环下沉阻力增大，严重影响监测精度；2、采用磁感的测量探头发出声音，工作人员根据声音判断检测探头所在位置，然后判断沉降磁环相比之下发生纵向位移的高度，不仅受限于工作人员的反应时间，而且对监测环境有较为严苛的要求(噪音等)，不利于检测精度和操作轻便度；3、现有检测磁环不能够根据土层实时情况调整自身密度，众所周知，在土层环境发生变化时，其密度发生变化，最为理想的情况使沉降磁环的密度与所在土层的密度相当，这样的话沉降磁环下沉仅受附近土壤移动的影响，并不会受到自身重量等因素的影响，通常情况下，土层含水较多时密度会降低，而含水较少时密度会增大，密度不可自动适应的沉降磁环无法提供较为理想的环境，也就是说沉降磁环的下沉情况并不是与土层的下沉情况对应的；4、长期埋设在土层内的沉降磁环，如果需要取出进行维护和清理是比较麻烦的，而现有的方式，沉降磁环磁性逐渐削弱，在后期的监测中精度越来越低。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在的上述问题，提供一种地基基础沉降监测装置，本发明所要解决的技术问题是如何提高监测精度。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种地基基础沉降监测装置，其特征在于，包括沉降管、拉杆、安装头和若干沉降环，所述沉降管埋设在土层内，各沉降环相间设置，各沉降环均套设在沉降管外，所述安装头包括壳体和位于壳体内的载碗，所述载碗的内壁面为中部较低的曲面，所述拉杆为中空管，所述沉降环包括本体和埋设在本体内的铁质的吸附环；

所述拉杆顶部设置有一光束发射器件，所述壳体底部设置有能够感应光发生器件发射的光束的光束处理器件。

所述载碗位于光束处理器件上方，所述载碗内设有能够遮挡光束发射器件发射的光束的磁粉，所述光束发射器件发出的光束与拉杆的中空通道处于同一直线上。

进一步的，所述拉杆为外壁面具有螺旋状导槽的蜗杆，所述拉杆与一蜗轮啮合，所述蜗轮连接一伺服电机。

进一步的，所述光束发射器件为红外线发射器，所述光束处理器件为红外线接收器。

进一步的，所述光束发射器件为红外线发射器，所述光束处理器件为能够感应红外光束的光传感器。

进一步的，所述光束处理器件通过一导线连接一位于地面之上的数据采集系统。

进一步的，所述导线绕设在蜗杆外的螺旋导槽内。

导线绕设在蜗杆外的螺旋导槽内，可以避免导线对拉杆下移造成阻力，如果导线位于拉杆内，有可能会影响光束的传输。

进一步的，所述沉降管外固定设置有位于土层表面的固定环，所述固定环为铁质材料。

进一步的，所述本体的外侧面具有一环槽，所述本体上固定设置有若干扁平状的支脚。

支脚用于与土层嵌连，而环槽的设置，可以使土层附近的部分土壤能够进入环槽内，使沉降环的密度与土层的密度更为接近，从而尽可能的确保了沉降环与土层同步下移。

光束发射器件是光束发生装置的总称，泛指以可以在忽略不计的时间内将光束发出的器件，而光束处理器件是光感应器件、反射、接收等器件的总称，泛指能够在磁粉不遮挡载碗底部时、能够第一时间对光束发射器件发出的光束进行处理的器件，本申请中列举红外线接收器和光传感器，相比反射板而言，可以使光束仅单次通过载碗，避免光多次通过载碗而被削弱。红外线发射器、红外线接收器、光传感器等均为现有技术中的常规手段，其具体结构不予赘述。

利用拉杆作为安装头的牵引件，利用拉杆中部的中空通道作为光束的防干扰通道，能够使光束发射器件和光束处理器件之间的间距是恒定的，消除了光传播时间的误差，在拉杆下移速度均匀的情况下，沉降环的位置仅与拉杆下移时间有关，从而使检测精度更高。

当载碗位于沉降环之内时，载碗内的磁粉受到其外侧的吸附环的作用而向载碗最外侧聚集，使载碗中部不被遮挡，光束能够通过透明材质的载碗而被光束处理器件感应，进而，光束处理器件感应到光束时即为沉降环与载碗处于同一平面内时。相比之下，铁质的吸附环被本体包裹，且其本身不具有磁性，不会因长时间位于土层内而造成性能上的削弱，而位于安装头内的磁粉则可以在使用多次后取出进行更换，使每次作业的条件几乎不发生变化，使得依赖以往数据进行对比的沉降监测的精度更高。

磁粉为永磁材质研制成的粉末，在自然状态下，成堆的磁粉会聚集在载碗的最低处，即载碗的底部，当其受到磁感材料作用时，如铁质的吸附环，能够发生定向聚集，即磁粉靠近吸附环，因载碗底部离吸附环最远，从而使载碗的底部不存在或极少量存在磁粉，光束即可通过该区域至其下方的光束处理器件处。

地基基础沉降方法包括如下步骤：伺服电机控制拉杆下端的安装头由地表在沉降管内匀速下移，数据采集系统记录安装头位于固定环和固定环下方的各沉降环时光束处理器件感应光束发射器件发出光束的时刻，通过感应沉降环的时刻与感应固定环的时刻的时间差、拉杆下移速度计算出各沉降环与固定环之间的间距，比对以往数据，从而得出不同位置的土层沉降的情况。

本发明相比现有技术具有如下优点：

1、通过磁粉与铁质的吸附环的配合，实现光束的遮挡情况与沉降环的位置一一对应，相比现有技术中将磁性材料埋设在土层内而言，可以确保磁性材料的可更换，也可以确保埋设在土层内的配件不因时间的推移而失效。

2、现有技术中，通过缆绳实现磁感器件在沉降管内的下移，而缆绳通过卷收器件进行放卷，由于缆绳存在一定的可伸缩性、放卷存在缆绳饶卷直径不断变化的情况、缆绳存在摇晃和卷曲等情况，使监测精度较低，而本方案中，通过拉杆对安装块进行牵引，不存在以上不确定因素造成的误差。

3、磁粉的维护和更换非常方便，而埋设在土层内的为铁质材料，且被本体包裹，其感磁性能不容易发生变化，也不会造成沉降环下移阻力的增大。

4、通过对沉降环的结构的设计，使其整体的密度能够根据土层含水量的变化而变化，最大程度的确保沉降环能够与土层同步下移，进而提高检测精度。

附图说明

图1是本地基基础沉降监测装置的整体结构示意图。

图2是图1中局部A的放大图。

图3是图1中局部B的放大图(磁粉位于载碗底部时)。

图4是磁粉位于载碗外缘时的结构示意图。

图5是沉降环的结构示意图。

图中，1、沉降管；2、拉杆；3、安装头；31、壳体；32、载碗；33、磁粉；34、导线；4、沉降环；41、吸附环；42、环槽；43、支脚；51、光束发射器件；52、光束处理器件；6、蜗轮；7、固定环。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1、图2、图3、图4和图5所示，包括沉降管1、拉杆2、安装头3和若干沉降环4，沉降管1埋设在土层内，各沉降环4相间设置，各沉降环4均套设在沉降管1外，安装头3包括壳体31和位于壳体31内的载碗32，载碗32的内壁面为中部较低的曲面，拉杆2为中空管，沉降环4包括本体和埋设在本体内的铁质的吸附环41；

拉杆2顶部设置有一光束发射器件51，壳体31底部设置有能够感应光发生器件发射的光束的光束处理器件52。

载碗32位于光束处理器件52上方，载碗32内设有能够遮挡光束发射器件51发射的光束的磁粉33，光束发射器件51发出的光束与拉杆2的中空通道处于同一直线上。

拉杆2为外壁面具有螺旋状导槽的蜗杆，拉杆2与一蜗轮6啮合，蜗轮6连接一伺服电机；导线34绕设在蜗杆外的螺旋导槽内。

作为一种选择，光束发射器件51为红外线发射器，光束处理器件52为红外线接收器。

作为另一种选择，光束发射器件51为红外线发射器，光束处理器件52为能够感应红外光束的光传感器。

光束处理器件52通过一导线34连接一位于地面之上的数据采集系统。

导线34绕设在蜗杆外的螺旋导槽内，可以避免导线34对拉杆2下移造成阻力，如果导线34位于拉杆2内，有可能会影响光束的传输。

沉降管1外固定设置有位于土层表面的固定环7，固定环7为铁质材料。

本体的外侧面具有一环槽42，本体上固定设置有若干扁平状的支脚43。支脚43用于与土层嵌连，而环槽42的设置，可以使土层附近的部分土壤能够进入环槽42内，使沉降环4的密度与土层的密度更为接近，从而尽可能的确保了沉降环4与土层同步下移。

光束发射器件51是光束发生装置的总称，泛指以可以在忽略不计的时间内将光束发出的器件，而光束处理器件52是光感应器件、反射、接收等器件的总称，泛指能够在磁粉33不遮挡载碗32底部时、能够第一时间对光束发射器件51发出的光束进行处理的器件，本申请中列举红外线接收器和光传感器，相比反射板而言，可以使光束仅单次通过载碗32，避免光多次通过载碗32而被削弱。红外线发射器、红外线接收器、光传感器等均为现有技术中的常规手段，其具体结构不予赘述。

利用拉杆2作为安装头3的牵引件，利用拉杆2中部的中空通道作为光束的防干扰通道，能够使光束发射器件51和光束处理器件52之间的间距是恒定的，消除了光传播时间的误差，在拉杆2下移速度均匀的情况下，沉降环4的位置仅与拉杆2下移时间有关，从而使检测精度更高。

当载碗32位于沉降环4之内时，载碗32内的磁粉33受到其外侧的吸附环41的作用而向载碗32最外侧聚集，使载碗32中部不被遮挡，光束能够通过透明材质的载碗32而被光束处理器件52感应，进而，光束处理器件52感应到光束时即为沉降环4与载碗32处于同一平面内时。相比之下，铁质的吸附环41被本体包裹，且其本身不具有磁性，不会因长时间位于土层内而造成性能上的削弱，而位于安装头3内的磁粉33则可以在使用多次后取出进行更换，使每次作业的条件几乎不发生变化，使得依赖以往数据进行对比的沉降监测的精度更高。

磁粉33为永磁材质研制成的粉末，在自然状态下，成堆的磁粉33会聚集在载碗32的最低处，即载碗32的底部，当其受到磁感材料作用时，如铁质的吸附环41，能够发生定向聚集，即磁粉33靠近吸附环41，因载碗32底部离吸附环41最远，从而使载碗32的底部不存在或极少量存在磁粉33，光束即可通过该区域至其下方的光束处理器件52处。

地基基础沉降方法包括如下步骤：伺服电机控制拉杆2下端的安装头3由地表在沉降管1内匀速下移，数据采集系统记录安装头3位于固定环7和固定环7下方的各沉降环4时光束处理器件52感应光束发射器件51发出光束的时刻，通过感应沉降环4的时刻与感应固定环7的时刻的时间差、拉杆2下移速度计算出各沉降环4与固定环7之间的间距，比对以往数据，从而得出不同位置的土层沉降的情况。

如果沉降管的长度较长，拉杆可以采用多段结构，通过快接的方式实现连接，而光束处理器件因与光束处理器件之间的距离发生变化对监测精度的影响也是极其微小的。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (9)

1.一种地基基础沉降监测装置，其特征在于，包括沉降管(1)、拉杆(2)、安装头(3)和若干沉降环(4)，所述沉降管(1)埋设在土层内，各沉降环(4)相间设置，各沉降环(4)均套设在沉降管(1)外，所述安装头(3)包括壳体(31)和位于壳体(31)内的载碗(32)，所述载碗(32)的内壁面为中部较低的曲面，所述拉杆(2)为中空管，所述沉降环(4)包括本体和埋设在本体内的铁质的吸附环(41)；

所述拉杆(2)顶部设置有一光束发射器件(51)，所述壳体(31)底部设置有能够感应光发生器件发射的光束的光束处理器件(52)；

所述载碗(32)位于光束处理器件(52)上方，所述载碗(32)内设有能够遮挡光束发射器件(51)发射的光束的磁粉(33)，所述光束发射器件(51)发出的光束与拉杆(2)的中空通道处于同一直线上。

2.根据权利要求1所述一种地基基础沉降监测装置，其特征在于，所述拉杆(2)为外壁面具有螺旋状导槽的蜗杆，所述拉杆(2)与一蜗轮(6)啮合，所述蜗轮(6)连接一伺服电机。

3.根据权利要求1或2所述一种地基基础沉降监测装置，其特征在于，所述光束发射器件(51)为红外线发射器，所述光束处理器件(52)为红外线接收器。

4.根据权利要求1或2所述一种地基基础沉降监测装置，其特征在于，所述光束发射器件(51)为红外线发射器，所述光束处理器件(52)为能够感应红外光束的光传感器。

5.根据权利要求1或2所述一种地基基础沉降监测装置，其特征在于，所述光束处理器件(52)通过一导线(34)连接一位于地面之上的数据采集系统。

6.根据权利要求2所述一种地基基础沉降监测装置，其特征在于，所述导线(34)绕设在蜗杆外的螺旋导槽内。

7.根据权利要求1或2或6所述一种地基基础沉降监测装置，其特征在于，所述沉降管(1)外固定设置有位于土层表面的固定环(7)，所述固定环(7)为铁质材料。

8.根据权利要求1或2或6所述一种地基基础沉降监测装置，其特征在于，所述本体的外侧面具有一环槽(42)，所述本体上固定设置有若干扁平状的支脚(43)。

9.一种根据权利要求7所述的地基基础沉降监测装置进行地基基础沉降监测的方法，其特征在于，包括如下步骤：地基基础沉降监测方法包括如下步骤：伺服电机控制拉杆(2)下端的安装头(3)由地表在沉降管(1)内匀速下移，数据采集系统记录安装头(3)位于固定环(7)和固定环(7)下方的各沉降环(4)时光束处理器件(52)感应光束发射器件(51)发出光束的时刻，通过感应沉降环(4)的时刻与感应固定环(7)的时刻的时间差、拉杆(2)下移速度计算出各沉降环(4)与固定环(7)之间的间距，比对以往数据，从而得出不同位置的土层沉降的情况。

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