CN112729413A - 用于深基坑的气压缓推式多维监测预警方法 - Google Patents

Abstract

一种用于深基坑的气压缓推式多维监测预警方法，先对土层打孔，根据打孔深度选择中部装置，当装置放入孔中后，校核气泡水准仪，在气泡水准仪水平后填入回填土，为装置增加稳定性，确保装置相对垂直；放入玻璃内壳，并打开三个阀门，在两侧加入稀盐酸溶液，中间加入锌粒；读出活塞处的初始刻度值、显示器上显示的测距仪的数值和混凝土外壳外侧的刻度的数值，读出发生土层倾斜变形后活塞的刻度值，得到气体产生量，对照气体产生与倾斜角度的关系对照表，得出装置倾斜的角度、地下水位的升降量和淤泥地层的沉降量。本发明不但可以实现对基坑不均匀沉降进行精确快速监测，而且还可以同时监测地下水位升降和地层的沉降。

Description

用于深基坑的气压缓推式多维监测预警方法

技术领域

本发明涉及深基坑监测技术领域，具体为一种深基坑变形、地下水升降、地层沉降监测预警方法。

背景技术

目前对于深基坑的监测大多还是依靠全站仪等测量仪器定期的监测来实现对基坑倾斜变形的监测，此种办法虽然能够监测基坑倾斜变形，但是无法测量地下水位升降和地层沉降，功能存在单一性。并且依靠全站仪等测量仪器来监测基坑倾斜变形虽然能够精确的了解基坑的变形情况，但是无法实现24小时不间断连续监测。为了满足测量装置对地下水位以及地层沉降的测量，就需要采取多套装置，整体性不强。

发明内容

为了克服现有深基坑变形测量监测装置测量内容单一、装置整体性差等不足，本发明提供了一种测量地下水位、地层沉降、底层倾斜变形的用于深基坑的气压缓推式多维监测预警方法，能有效地克服上述常规深基坑变形监测装置及方法的缺点。不但可以实现对基坑不均匀沉降进行精确快速监测，而且还可以同时监测地下水位升降和地层的沉降。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于深基坑的气压缓推式多维监测预警方法，包括以下步骤：

1)先对土层打孔，在用于深基坑的气压缓推式多维监测预警装置距底部三分之一处开始，往上留有活动空间，用于填埋回填土，该装置放置的方向取决于基坑边线的方向，满足玻璃反应槽槽壁与基坑边线平行放置即可；

2)根据打孔深度选择中部装置，通过螺纹接口，使中部装置和下部装置连接，并以正确放置方向放入孔中；

3)当装置放入孔中后，校核气泡水准仪，在气泡水准仪水平后填入回填土，为装置增加稳定性，确保装置相对垂直；

4)该装置相对垂直后，放入玻璃内壳，并打开三个阀门，在两侧加入稀盐酸溶液，中间加入锌粒；

5)读出活塞处的初始刻度值，并记录为γ；读出显示器上显示的测距仪的数值，并记录为ε；读出混凝土外壳外侧的刻度的数值，并记录为α；

6)读出发生土层倾斜变形后活塞的刻度值，并记录为Γ，Γ-γ即为气体产生量，对照气体产生与倾斜角度的关系对照表，得出装置倾斜的角度；

读出地下水位升降后无线信号发射装置的数值Ε，或者观察显示器读数Ε，得出地下水位的变化Ε-ε，数值的变化大小Ε-ε就是地下水位的升降量；

读出沉降发生后，第一刻度的数值，即为沉降后刻度Α，两者之差α-Α即为淤泥地层的沉降量。

进一步，所述步骤4)中，采用25.2％浓度稀盐酸，密度为1.125g/cm³。

所述用于深基坑的气压缓推式多维监测预警装置包括下混凝土外壳、玻璃内壳、上混凝土外壳、中混凝土外壳和玻璃反应槽；所述玻璃内壳的顶部阀门用于添加稀盐酸溶液与锌粒，玻璃反应槽槽壁外侧标有对称刻度，外侧用于添加稀盐酸溶液，内侧为反应槽，用于添加锌粒以及发生化学反应；所述玻璃内壳保持密闭，产生气体的体积通过活塞的移动表示，所述活塞与红外传感器之间标有第二刻度，用于观察玻璃内壳中发生反应产生气体的体积；粘结层用于粘结玻璃内壳底部与上混凝土外壳，中混凝土外壳与下混凝土外壳之间通过螺纹连接，所述下混凝土外壳内设有PVC监测管，漂浮块位于PVC监测管内，所述漂浮快随着地下水位升降；测距仪与粘结层底部固定连接，与漂浮块上部的信号反射装置配合；PVC监测管底部设有小孔；上混凝土外壳的外侧标有第一刻度，用于测量地层的沉降量。

再进一步，所述装置还包括顶箱，所述顶箱内置电源，为测距仪、红外传感器、显示器、无线信号发射装置、报警器提供电源，并与测距仪、红外传感器、显示器、无线信号发射装置、报警器通过导线相连。

更进一步，所述活塞与红外传感器配合，所述红外传感器通过导线传递至顶箱内的警报器，所述警报器通过无线信号发射装置发射至计算机。

优选的，所述PVC监测管底部装有过滤装置，防止泥土随着水流进入该装置。

本发明给出的用于深基坑的气压缓推式多维监测预警方法，能够通过深基坑的变形、地下水位的变化、地层的沉降，测量出土层倾斜的角度、地下水位的升降量、地层的沉降量。

本发明的有益效果主要表现在：(1)测量装置多位一体，既可以测量土层倾斜变形的角度，也可以测量地下水位的升降量和地层的沉降量。(2)监测效果良好。基坑和地下水发生变形和升降后，该装置能较快测量出三项变形量。(3)操作方便，成本低，材料环保。该装置各部件可拆卸，操作方便，装置所需的稀盐酸和锌粒成本较低，反应后的盐为氯化锌(应用范围极广，大量用于印染和制造染料)，可回收利用。

附图说明

图1为装置主视图；

图2为玻璃内壳(上部装置)剖面图；

图3为下部装置剖面图；

图4为顶箱3内部图；

图5为A-A截面图；

图6为装置放置俯视图；

其中：1.阀门；2.气泡水准仪；3.顶箱；4.粘结层；5.测距仪；6.回填土；7.橡胶垫环；8.下混凝土外壳(下部装置)；9.玻璃内壳(下部装置)；10.导线；11.上混凝土外壳；12.小孔；13.第一刻度；14.中混凝土外壳(中部装置)；15.螺纹接口；16.玻璃反应槽槽壁；17.稀盐酸溶液；18.第二刻度；19.红外传感器；20.活塞；21.玻璃反应槽；22.锌粒；23.三角支架；24.过滤装置；25.PVC监测管；26.信号反射装置；27.漂浮块；28.下部小孔；29.显示器；30.无线信号发射装置；31.电源；32.报警器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图6，一种用于深基坑的气压缓推式多维监测预警方法，包括以下步骤：

1)用于深基坑的气压缓推式多维监测预警装置(不包含玻璃内壳)在放置前，应先对土层打孔，在该装置距底部三分之一处开始，往上留有活动空间，用于填埋回填土6。该装置放置的方向取决于基坑边线的方向，满足玻璃反应槽槽壁16与基坑边线平行放置即可，如图6所示。

2)根据打孔深度选择合适长度的中部装置14，通过螺纹接口15，使中部装置14和下部装置8连接，并以正确放置方向放入孔中。

3)当装置放入孔中后，校核气泡水准仪2，在气泡水准仪2水平后填入回填土6，为装置增加稳定性，确保装置相对垂直。

4)该装置相对垂直后，放入玻璃内壳(上部装置)9，并打开三个阀门1，在两侧加入稀盐酸溶液17(采用25.2％浓度稀盐酸，密度为1.125g/cm³)，中间加入适量锌粒22。

5)读出活塞20处的初始刻度值，并记录为γ；读出显示器29上显示的测距仪5的数值，并记录为ε(测距仪5的数值可通过计算机实时查看)；读出混凝土外壳14外侧的第一刻度13的数值，并记录为α。

6)读出发生土层倾斜变形后活塞20的刻度值，并记录为Γ，Γ-γ即为气体产生量，对照气体产生与倾斜角度的关系对照表，得出装置倾斜的角度。

读出地下水位升降后无线信号发射装置30的数值Ε，或者观察显示器读数Ε，得出地下水位的变化Ε-ε，数值的变化大小Ε-ε就是地下水位的升降量。

读出沉降发生后，第一刻度13的数值，即为沉降后刻度Α。两者之差α-Α即为该淤泥地层的沉降量。

所述用于深基坑的气压缓推式多维监测预警装置包括阀门1、气泡水准仪2、顶箱3、粘结层4、测距仪5、回填土6、橡胶垫环7、下混凝土外壳8(下部装置)、玻璃内壳9(下部装置)、导线10、上混凝土外壳11、小孔12、第一刻度13、中混凝土外壳14(中部装置)、螺纹接口15、玻璃反应槽槽壁16、稀盐酸溶液17、第二刻度18、红外传感器19、活塞20、玻璃反应槽21、锌粒22、三角支架23、过滤装置24、PVC监测管25、信号反射装置26、漂浮块27、下部小孔28、显示器29、无线信号发射装置30、电源31和报警器32；

顶部三个阀门1用于添加稀盐酸溶液17与锌粒22，玻璃反应槽槽壁16外侧标有对称刻度，外侧用于添加稀盐酸溶液17，内侧为反应槽，用于添加锌粒22以及发生化学反应。顶箱3内置电源31，为测距仪5、红外传感器19、显示器29、无线信号发射装置30、报警器32提供电源，并与后者通过导线10相连。玻璃内壳(上部装置)9可整个取出，更加方便了整个装置的拆卸。用玻璃材料作容器的原因是保护其中的稀盐酸溶液17。玻璃内壳(上部装置)9保持密闭，产生气体的体积通过活塞20的移动表示。活塞20与红外传感器19之间标有第二刻度18，用于观察玻璃内壳(上部装置)9中发生反应产生气体的体积。当活塞20移动超过红外传感器19时，红外传感器19通过导线10传递至顶箱3内的警报器32，发出警报，并将信息通过无线信号发射装置30发射至计算机。因此，也可通过改变活塞20的初始位置来改变报警值。粘结层4用于粘结玻璃内壳(上部装置)9底部与上混凝土外壳11，以防止两者之间产生空隙。中混凝土外壳14与下混凝土外壳8之间通过螺纹连接，方便拆卸，也可以根据土层厚度选择合适的装置高度。漂浮块27可以随着地下水位上升(下降)而上升(下降)。测距仪5与粘结层4底部固定连接，测距仪5通过向PVC监测管25内部发射信号，信号经漂浮块27上部的信号反射装置26反射后，回到测距仪5，测得测距仪5底部至漂浮块27顶部的距离，通过导线传递至顶箱3内部的显示器29，并可通过无线信号发射装置30发送至计算机。PVC监测管25底部装有过滤装置28，防止泥土随着水流进入该装置。为了让水流通过，该装置底部设有小孔28。上混凝土外壳11的外侧标有第一刻度13，用于测量地层的沉降量。

本实施例中，测量基坑倾斜变形：当基坑产生倾斜变形时，土体的倾斜带动该装置的倾斜，由于重力，稀盐酸17的液面始终保持绝对水平，当倾斜超过一定角度(1°)时，稀盐酸17的液面越过玻璃反应槽槽壁16，与玻璃反应槽21内的锌粒22发生置换反应，产生氢气与氯化锌。由于玻璃内壳9密闭，氢气产生后以气压的形式缓缓推动活塞20，通过活塞20的第二刻度18的变化，观察得出氢气产生的摩尔量，管口的横截面积为113平方厘米。由化学方程式：Zn+2HCl＝＝＝＝ZnCl2+H2↑计算得出稀盐酸17的消耗量。根据稀盐酸17的消耗量，对照溶液消耗与倾斜角度的关系对照表(表1)，得出装置倾斜的角度。当基坑倾斜超过危险角度(2°)时，活塞移动至红外传感器19处，红外传感器19通过导线10传递至顶箱3内的警报器32，发出警报，并将警报传输至计算机。危险倾斜角度可通过改变活塞20的初始位置来改变。

表1倾斜角度的关系对照表

测量地下水位升降：地下水可通过渗流进入持力层，再通过装置底部的小孔28进入该装置。地下水通过过滤装置24后，过滤掉淤泥，地下水进入PVC监测管25。漂浮块27具有浮力，可随着地下水位上升(下降)而上升(下降)，测距仪5通过向PVC监测管25内部发射信号，信号经漂浮块27上部的信号反射装置26反射后，回到测距仪5，测得测距仪5底部至漂浮块27顶部的距离，并通过导线10传递至顶箱3内部的显示器29。在装置埋下，且稳定后，读数可通过无线信号发射装置30发射至计算机，得出初始地下水位ε。也可通过观察显示器29读数，得出初始地下水位ε。地下水位发生变化以后，可通过计算机接收到的无线信号发射装置30的数值Ε，或者观察显示器读数Ε，得出地下水位的变化Ε-ε，数值的变化大小Ε-ε就是地下水位的升降量。

测量淤泥地层沉降：埋设装置时，将该装置打入地下水以下的持力层，确保该装置底部固定，整个装置相对静止，不随外侧淤泥土层的沉降而发生竖直方向的位移。混凝土外壳14外侧标有第一刻度13。装置埋下后，读出第一刻度13的数值，即为初始刻度α。当沉降发生后，再次读出第一刻度13的数值，即为沉降后刻度Α。两者之差α-Α即为该淤泥地层的沉降量。

本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。

Claims (6)

1.一种用于深基坑的气压缓推式多维监测预警方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1)先对土层打孔，在用于深基坑的气压缓推式多维监测预警装置距底部三分之一处开始，往上留有活动空间，用于填埋回填土，该装置放置的方向取决于基坑边线的方向，满足玻璃反应槽槽壁与基坑边线平行放置即可；

2)根据打孔深度选择中部装置，通过螺纹接口，使中部装置和下部装置连接，并以正确放置方向放入孔中；

3)当装置放入孔中后，校核气泡水准仪，在气泡水准仪水平后填入回填土，为装置增加稳定性，确保装置相对垂直；

4)该装置相对垂直后，放入玻璃内壳，并打开三个阀门，在两侧加入稀盐酸溶液，中间加入锌粒；

5)读出活塞处的初始刻度值，并记录为γ；读出显示器上显示的测距仪的数值，并记录为ε；读出混凝土外壳外侧的刻度的数值，并记录为α；

6)读出发生土层倾斜变形后活塞的刻度值，并记录为Γ，Γ-γ即为气体产生量，对照气体产生与倾斜角度的关系对照表，得出装置倾斜的角度；

读出地下水位升降后无线信号发射装置的数值Ε，或者观察显示器读数Ε，得出地下水位的变化Ε-ε，数值的变化大小Ε-ε就是地下水位的升降量；

读出沉降发生后，第一刻度的数值，即为沉降后刻度Α，两者之差α-Α即为淤泥地层的沉降量。

2.如权利要求1所述的用于深基坑的气压缓推式多维监测预警方法，其特征在于，所述步骤4)中，采用25.2％浓度稀盐酸，密度为1.125g/cm³。

3.如权利要求2所述的用于深基坑的气压缓推式多维监测预警方法，其特征在于，所述用于深基坑的气压缓推式多维监测预警装置包括下混凝土外壳、玻璃内壳、上混凝土外壳、中混凝土外壳和玻璃反应槽；所述玻璃内壳的顶部阀门用于添加稀盐酸溶液与锌粒，玻璃反应槽槽壁外侧标有对称刻度，外侧用于添加稀盐酸溶液，内侧为反应槽，用于添加锌粒以及发生化学反应；所述玻璃内壳保持密闭，产生气体的体积通过活塞的移动表示，所述活塞与红外传感器之间标有第二刻度，用于观察玻璃内壳中发生反应产生气体的体积；粘结层用于粘结玻璃内壳底部与上混凝土外壳，中混凝土外壳与下混凝土外壳之间通过螺纹连接，所述下混凝土外壳内设有PVC监测管，漂浮块位于PVC监测管内，所述漂浮快随着地下水位升降；测距仪与粘结层底部固定连接，与漂浮块上部的信号反射装置配合；PVC监测管底部设有小孔；上混凝土外壳的外侧标有第一刻度，用于测量地层的沉降量。

4.如权利要求3所述的用于深基坑的气压缓推式多维监测预警方法，其特征在于，所述装置还包括顶箱，所述顶箱内置电源，为测距仪、红外传感器、显示器、无线信号发射装置、报警器提供电源，并与测距仪、红外传感器、显示器、无线信号发射装置、报警器通过导线相连。

5.如权利要求3或4所述的用于深基坑的气压缓推式多维监测预警方法，其特征在于，所述活塞与红外传感器配合，所述红外传感器通过导线传递至顶箱内的警报器，所述警报器通过无线信号发射装置发射至计算机。

6.如权利要求3或4所述的用于深基坑的气压缓推式多维监测预警方法，其特征在于，所述PVC监测管底部装有过滤装置，防止泥土随着水流进入该装置。

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