CN113310466A - 一种抗滑桩偏移监测装置及监测方法 - Google Patents

一种抗滑桩偏移监测装置及监测方法 Download PDF

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李丽华
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Abstract

本发明公开了一种抗滑桩偏移监测装置及监测方法，监测装置包括高精度圆形水准泡和调平支座，所述高精度圆形水准泡通过调平支座安装在待监测的抗滑桩顶部；所述高精度圆形水准泡包括圆形壳体、设于圆形壳体内的水准泡和设于圆形壳体上的同心刻度环，使用时，将抗滑桩打入稳定底层，记稳定底层以上抗滑桩的长度，将监测装置安装在抗滑桩顶部，通过水准泡位于同心刻度环上的位置读取圆形壳体的偏移角度和方向，通过圆形壳体的偏移角度和方向通过正弦公式计算抗滑桩的偏移距离和方向。从而达到监测和预防边坡滑动的问题。本发明操作方便，造价低廉，可长期使用。

Description

一种抗滑桩偏移监测装置及监测方法
技术领域
本发明属于土木工程领域，涉及一种边坡的支护技术，具体涉及一种抗滑桩偏移监测装置及监测方法，用于通过监测抗滑桩的偏移来提前预警边坡可能会出现的滑动，增加边坡的安全预警。
背景技术
目前对抗滑坡体主要是现浇抗滑桩来起到阻止边坡的滑移,虽然有抗滑桩的阻抗作用，但是还是无法保证边坡的滑坡体就不存在滑移了。
抗滑桩作为边坡支护的主要方法，其具有很多的优点：(1)以较小的圬工量取得较高的抗滑能力。由于边坡支护结构往往规模比较巨大，相较于需要自重来平衡岩土压力的挡土墙往往圬工量巨大，而合理利用钢筋的抗拉能力的钢筋混凝土柱抗滑桩便可减少圬工量并同时获得较好的抗滑能力。(2)施工的设备简单，施工安全、便捷、工期短。因为抗滑桩的施工开挖工作面小，并且可以成排同时开工，施工技术简单。目前抗滑桩的施工体系和技术已经相当成熟。(3)桩位可以根据实际需要灵活布置。因为抗滑桩是一根一根的钢筋混凝土柱排列而成的，所以可以根据需要把抗滑桩布置到对抗滑坡最有利的位置，增加抗滑效率。(4)开挖桩孔的同时可以直接校验地质情况。
抗滑桩的目的是对抗滑坡体的滑动位移。为了保证边坡的安全，所以需要定期观察边坡体的水平位移增量和滑移速度。目前常用的监测抗滑桩滑移的主流方法有：全站仪监测，GPS监测，光纤传感器监测等。
其中全站仪监测方法的不足有：(1)耗费人力。由于全站仪的用法限制，其观测的时候需要2-3人同时进行工作，耗费了不必要的人力。(2)受到地形的影响限制。往往边坡体上会有绿化，由于植被的生长，会遮挡全站仪和棱镜之间的视线，从而导致观测结果出现偏差。(3)过程繁琐。使用全站仪的时候，其本身的设备比较多并且沉重，并且对设备的架起地点的条件要求较高，而现场地理条件并不理想的话会产生一些不必要的麻烦。
GPS监测方法的不足有：(1)精准度不高。(2)条件限制。GPS检测的方法往往需要卫星定位，如果监测地点有比较茂密的植被覆盖就会影响GPS的信号，此方法就没办法继续进行。(3)过程繁琐。GPS监测的方法，需要很多的基准点，需要大距离的来回测量。
光纤传感器监测方法的不足有：(1)造价昂贵。光纤传感器属于精密电子传感仪器，比一般的传统仪器造价会更加更贵一些，同时抗滑桩在投入使用时数量也很多。所以采用光纤传感器的话造价会比较高。(2)仪器维护问题。由于光纤传感器是高精度仪器，所以在恶虐的地质环境和天气条件下，仪器的寿命会大大缩短，并会增加人工维护的次数，从而产生额外费用。(3)步骤繁琐。在安装光纤传感器的时候，布线是极其的麻烦的，并且获取的数据需要一系列复杂的系统转换。
发明内容
本专利的目的就是针对以上问题提出的一种新型的抗滑桩偏移的监测系统，本发明主要是由安装在抗滑桩顶部的由调平支座和高精度水准泡组成。
所以为了解决以上存在的问题，现提出了一种安装在抗滑桩顶部的抗滑桩偏移监测装置，该装置是由一个调平支座和一个高精度水准泡组合而成，高精度水准泡是目前市面上用的比较广泛的测量倾角的仪器，水准泡的精度又称角值.对圆水准泡而言，精度是指气泡由分化线中心沿任意半径方向移动时水准泡的倾角。当坡体发生了偏移，由于抗滑桩的作用，压力会集中在抗滑桩上，当压力过大时，抗滑桩便会发生偏移，抗滑桩发生偏移的同时该装置中的高精度水准泡中的气泡也会朝着发生偏移的方向同时发生一定角度的倾角偏移，通过三角形计算便可计算出抗滑桩的偏移距离，通过倾角的偏移方向便可知抗滑桩的偏移方向。
本发明采用的技术方案如下：
一种抗滑桩偏移监测装置，其特征在于：包括高精度圆形水准泡和调平支座，所述高精度圆形水准泡通过调平支座安装在待监测的抗滑桩顶部；所述高精度圆形水准泡包括圆形壳体、设于圆形壳体内的水准泡和设于圆形壳体上的同心刻度环，通过水准泡位于同心刻度环上的位置读取圆形壳体的偏移角度和方向，通过圆形壳体的偏移角度和方向通过正弦公式计算抗滑桩的偏移距离和方向。
进一步地，所述高精度圆形水准泡的圆形壳体上还设有用于校准方向的指北针。
进一步地，所述调平支座通过固定台固定，所述固定台通过混凝土或者粘胶固定在抗滑桩顶部。
进一步地，所述圆形壳体顶部设有上凸型球面，所述水准泡为设于上凸型球面内的气泡，所述同心刻度环设于上凸型球面上。
进一步地，所述调平支座包括支座外壳和调平板，所述调平板中部通过球铰安装在支座外壳的中部，所述支座外壳上设有两个呈90度分布的调节装置，所述调节装置包括调平轴和调平支架，所述调平支架顶部通过铰链安装在调平板底部，调平支架内设有竖直方向设置的齿条，所述调平轴通过轴承安装在支座外壳的侧壁上，调平轴的内端设有与齿条啮合的齿轮，调平轴外端伸出支座外壳作为调节旋钮，通过拧动调平轴能通过齿轮齿条啮合拉动相应铰接点处的调平板上下移动，从而起到调平作用。
一种抗滑桩偏移监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在边坡抗滑施工过程中，通过对地质监测找到稳定底层的深度，将抗滑桩打入稳定底层，记稳定底层以上抗滑桩的长度为X2；
步骤2、待抗滑桩施工完成并投入使用后，将高精度圆形水准泡固定在调平支座上，将调平支座固定在固定台上，将固定台固定在抗滑桩顶部，并在高精度圆形水准泡上做方向标记；
步骤3、通过调平支座的调平轴调整高精度圆形水准泡的水准泡到中心位置，定义此时抗滑桩的位置为竖直的初始状态；
步骤4、定期巡检，观看高精度圆形水准泡，读取高精度圆形水准泡的偏移角度α和方向，方向根据方向标记和水准泡的位置直接确定，根据偏移角度α计算抗滑桩偏移距离Y＝X2·sinα，完成抗滑桩偏移监测，当抗滑桩偏移距离大于设计最大值时，发出危险预警，对抗滑桩进行加固或者重新施工。
进一步地，所述方向标记为指北针。
进一步地，当定期巡检时发现水准泡的已经偏离最佳监测位置时，记录此时的抗滑桩偏移角度，之后通过调平支座重新校准高精度圆形水准泡，使得水准泡重新回到原点，继续监测，抗滑桩实际的偏移角度等于多次偏移角度累计和，根据抗滑桩实际偏移角度计算抗滑桩偏移距离。
进一步地，所述调平支座包括支座外壳和调平板，所述调平板中部通过球铰安装在支座外壳的中部，所述支座外壳上设有两个呈90度分布的调节装置，所述调节装置包括调平轴和调平支架，所述调平支架顶部通过铰链安装在调平板底部，调平支架内设有竖直方向设置的齿条，所述调平轴通过轴承安装在支座外壳的侧壁上，调平轴的内端设有与齿条啮合的齿轮，调平轴外端伸出支座外壳作为调节旋钮，通过拧动调平轴能通过齿轮齿条啮合拉动相应铰接点处的调平板上下移动，从而起到调平作用。
本发明工作原理如下：
将本发明抗滑桩偏移监测装置安装在抗滑桩的顶部，抗滑桩受到滑坡体的压力后发生偏移，从而导致抗滑桩顶部的水平面发生偏移同时会导致装置的水平面发生倾斜，因为高精度水准泡的上层面是一个凸出的圆罩(上凸型球面)，由于气体浮力关系，气泡始终会在水平面的最顶部，装置的水平面发生偏移时通过浮力原理，高精度水准泡内的水泡也会发生偏移，从而可以反映出抗滑桩的偏移，通过高精度水准泡的刻度可知高精度水准泡的偏移角度，也就是抗滑桩的偏移角度，通过抗滑桩的偏移角度结合稳定底层以上抗滑桩的长度根据三角形原理可计算出抗滑桩的偏移距离。
本发明有益效果如下：
一、本发明抗滑桩偏移监测装置中的高精度水准泡的造价相比于传统的监测方式例如光纤传感器和全站仪等，其造价极为便宜，在不影响观测结果的同时极大的降低了成本。
二、本发明抗滑桩偏移监测装置由一个校准装置和高精度水准泡构成的结构简单，只有一个密闭的外壳和内部的一个水准泡，其损坏率非常低，并没有什么精密电器仪器，所以极大的增加了其使用寿命。
三、通过对该装置中的高精度水准泡中的水泡偏移便可得知抗滑桩的偏移情况，相比于传统方法例如GPS、全站仪等方法，极大的减少了工作量，并且该装置只需要一个人来读取数据就可以完成，从而避免了以上方法中的需要多人进行器材操作中不必要的人员费用，从而达到简便和减少了人工成本的目的。
四、因为该装置的工作原理比较简单并且对外界环境因素没有什么要求，所以相较于传统的方法，高精度水准泡减少了需要仪器维护的次数，同时在恶虐的天气和复杂的地质环境下，也可以进行监测，避免的GPS、全站仪等设备对天气和地质环境的高要求。
附图说明
图1为本发明实施例中抗滑桩偏移监测装置侧视图。
图2为本发明抗滑桩偏移监测装置在抗滑桩上安装示意图。
图3为抗滑桩偏移示意图。
图4为抗滑桩偏移前本发明抗滑桩偏移监测装置俯视图。
图5为抗滑桩偏移后抗滑桩偏移监测装置俯视图。
图6为高精度圆形水准泡侧视图。
图7为本发明调平支座结构示意图。
图8为调平支座的调平板安装示意图。
图9为调平支座的调节装置正视图。
附图中：1-高精度圆形水准泡，2-抗滑桩，3-滑坡体，4-滑坡体下滑，6-偏移后的抗滑桩，7-抗滑桩顶部，8-调平支座，9-调平轴，10-同心刻度环，11-气泡，12-上凸型球面，13-圆形壳体，14-固定台，15-指北针，16-稳定底层，17-混凝土，18-球铰，19-抗滑桩偏移监测装置，20-支座外壳，21-调平板，22-槽型支架，23-腰孔，24-齿条，25-齿轮，26-销轴，27-轴承。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明以气泡型水准泡为例进行说明，需要指出的是，本发明不限于气泡型水准泡。
如图1至图9所示，一种抗滑桩偏移监测装置，包括高精度圆形水准泡1和调平支座8，所述高精度圆形水准泡1通过调平支座8安装在待监测的抗滑桩顶部7；如图5和图6所示，所述高精度圆形水准泡1包括圆形壳体13、气泡11和同心刻度环10，所述圆形壳体13顶部设有上凸型球面12，所述水准泡为设于上凸型球面12内的气泡11，所述同心刻度环10设于上凸型球面12上。通过水准泡位于同心刻度环10上的位置读取圆形壳体13的偏移角度和方向，通过圆形壳体13的偏移角度和方向通过正弦公式计算抗滑桩2的偏移距离和方向。本发明高精度圆形水准泡1本身固定在调平支座8上，调平支座8固定在固定台14上，固定台14安装在抗滑桩顶部7。
其中固定台14的尺寸是10cm×10cm×5cm，调平支座8尺寸是10cm×10cm×2cm，调平轴9尺寸是直径1cm厚度0.5cm，高精度水准泡尺寸是直径为8.2cm厚度为1cm。0刻度圈的直径是1cm，1刻度到5刻度圈的间隔距离为0.7cm，边缘为0.2cm。气泡11直径为0.8cm-0.9cm之间。
如图7至图9所示，所述调平支座8包括支座外壳20、调平轴9和调平板21，所述调平板21中部通过球铰18安装在支座外壳20的中部，所述支座外壳20上设有两个呈90度分布的调节装置，本实施例中，支座外壳20和调平板21均为正方形，调平板21略高于支座外壳20，高度间隙为调平板21的水平度调节余量。所述调节装置包括调平轴9和调平支架，所述调平支架顶部通过铰链安装在调平板21底部，本实施例中，调平支架顶部通过销轴26和轴承27结构安装在调平板21底部，调平支架中部为槽型支架22，槽型支架22侧壁设有能让调平轴9上下运动的腰孔23，槽型支架22内设有竖直方向设置的齿条24，所述调平轴9通过轴承27安装在支座外壳20的侧壁上，调平轴9的内端从腰孔23伸入到槽型支架22内，并设有与齿条24啮合的齿轮25，调平轴9外端伸出支座外壳20作为调节旋钮，通过拧动调平轴9能通过齿轮25齿条24啮合拉动相应铰接点处的调平板21上下移动，从而起到调平作用。
本发明中使用上述高精度水准泡的抗滑桩2在边坡中监测的步骤如下：
步骤一：如图2所示，在边坡抗滑施工过程中，通过对地质情况进行监测找到稳定底层16的深度，将抗滑桩2打入稳定底层16，记稳定底层16以上抗滑桩2的长度为X2。
步骤二：待抗滑桩2施工完成并投入使用后，将高精度圆形水准泡1固定在调平支座8上，将调平支座8固定在固定台14上，将固定台14固定在抗滑桩顶部7，并通过指北针15确定方向，即将抗滑桩偏移监测装置19安装在抗滑桩顶部7，如图4所示；
步骤三：通过调平支座8调整高精度圆形水准泡1的水准泡到中心位置，定义此时抗滑桩2的位置为竖直的初始状态，之后抗滑桩偏移监测装置19开设检测；
步骤四：定期巡检，工作人员定期去现场查看高精度圆形水准泡1，读取高精度圆形水准泡1的偏移角度α和方向，方向根据方向标记和水准泡的位置直接确定，根据偏移角度α计算抗滑桩2偏移距离Y＝X2·sinα，完成抗滑桩2偏移监测，从而达到监测和预警的目的。当抗滑桩2偏移距离大于设计最大值时，发出危险预警，对抗滑桩2进行加固或者重新施工。
当定期巡检时发现水准泡的已经偏离最佳监测位置时，记录此时的抗滑桩2偏移角度，之后通过调平支座8重新校准高精度圆形水准泡1，使得水准泡重新回到原点，继续监测，抗滑桩2实际的偏移角度等于多次偏移角度累计和，根据抗滑桩2实际偏移角度计算抗滑桩2偏移距离。
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种抗滑桩偏移监测装置，其特征在于：包括高精度圆形水准泡和调平支座，所述高精度圆形水准泡通过调平支座安装在待监测的抗滑桩顶部；所述高精度圆形水准泡包括圆形壳体、设于圆形壳体内的水准泡和设于圆形壳体上的同心刻度环，通过水准泡位于同心刻度环上的位置读取圆形壳体的偏移角度和方向，通过圆形壳体的偏移角度和方向通过正弦公式计算抗滑桩的偏移距离和方向。
2.根据权利要求1所述的抗滑桩偏移监测装置，其特征在于：所述高精度圆形水准泡的圆形壳体上还设有用于校准方向的指北针。
3.根据权利要求1所述的抗滑桩偏移监测装置，其特征在于：所述调平支座通过固定台固定，所述固定台通过混凝土或者粘胶固定在抗滑桩顶部。
4.根据权利要求1所述的抗滑桩偏移监测装置，其特征在于：所述圆形壳体顶部设有上凸型球面，所述水准泡为设于上凸型球面内的气泡，所述同心刻度环设于上凸型球面上。
5.一种抗滑桩偏移监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在边坡抗滑施工过程中，通过对地质监测找到稳定底层的深度，将抗滑桩打入稳定底层，记稳定底层以上抗滑桩的长度为X2；
步骤2、待抗滑桩施工完成并投入使用后，将高精度圆形水准泡固定在调平支座上，将调平支座固定在固定台上，将固定台固定在抗滑桩顶部，并在高精度圆形水准泡上做方向标记；
步骤3、通过调平支座的调平轴调整高精度圆形水准泡的水准泡到中心位置，定义此时抗滑桩的位置为竖直的初始状态；
步骤4、定期巡检，观看高精度圆形水准泡，读取高精度圆形水准泡的偏移角度α和方向，方向根据方向标记和水准泡的位置直接确定，根据偏移角度α计算抗滑桩偏移距离Y＝X2·sinα，完成抗滑桩偏移监测，当抗滑桩偏移距离大于设计最大值时，发出危险预警，对抗滑桩进行加固或者重新施工。
6.根据权利要求5所述的抗滑桩偏移监测方法，其特征在于：所述方向标记为指北针。
7.根据权利要求5所述的抗滑桩偏移监测方法，其特征在于：当定期巡检时发现水准泡的已经偏离最佳监测位置时，记录此时的抗滑桩偏移角度，之后通过调平支座重新校准高精度圆形水准泡，使得水准泡重新回到原点，继续监测，抗滑桩实际的偏移角度等于多次偏移角度累计和，根据抗滑桩实际偏移角度计算抗滑桩偏移距离。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的抗滑桩偏移监测方法，其特征在于：所述调平支座包括支座外壳和调平板，所述调平板中部通过球铰安装在支座外壳的中部，所述支座外壳上设有两个呈90度分布的调节装置，所述调节装置包括调平轴和调平支架，所述调平支架顶部通过铰链安装在调平板底部，调平支架内设有竖直方向设置的齿条，所述调平轴通过轴承安装在支座外壳的侧壁上，调平轴的内端设有与齿条啮合的齿轮，调平轴外端伸出支座外壳作为调节旋钮，通过拧动调平轴能通过齿轮齿条啮合拉动相应铰接点处的调平板上下移动，从而起到调平作用。
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