CN114152239A - 一种表层沉降的测量方法及其观测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种表层沉降的测量方法及其观测装置，包括沉降装置以及接收装置，在沉降装置靠近顶部的位置安装激光控制模块，激光控制模块发出的激光照射至接收装置接收面板上；在沉降装置发生倾斜时，通过补偿装置进行调节，对测得的数据进行修正；本发明提高测量效率的同时，提升了测量精度。

Description

一种表层沉降的测量方法及其观测装置

技术领域

本发明涉及一种表层沉降的测量方法及其观测装置，属于软土地基处理领域。

背景技术

进入21世纪以来，国内基础设施建设蓬勃发展，土地供应问题日益突出，越来越多的基础设施需要修建在天然软土地基上。软土由于自身高压缩性、低渗透性及低强度的特点，直接在其上边修建建筑物会出现较大沉降和不均匀沉降，影响到建筑物的正常使用，所以需要对软土地基进行处理。

在软土地基处理的方法中，真空预压因其工期短、适用性强、经济性好的优点被广泛使用。但是在真空预压过程中为了保证施工安全、质量以及处理完成后对处理效果的评估，往往需要对各种参数进行监测。其中，表层沉降的观测数据至关重要。

在传统的表层沉降观测过程中，采用人在围堰外部通过测量仪器对围堰内部的沉降装置(杆件上带有贴尺)进行观测，必需要专业的测量技术人员，使用水准仪(专门用于测量高程的工具)进行测量，并且在测量过程中需另一人协助；其次，通常来说软土地基处理的面积比较大，为了能测量出沉降观测点的高程，技术人员不可避免的要设置转点(用于传递高程)，转点的设置一方面增大了测量工作，另一方面降低了测量的精度；另外，测区面积越大，沉降观测点也会越多，更重要的是测站点和沉降观测点的距离也会变大，而水准测量的最优观测距离是40m左右，但是软土处理面积少则几万平方米多则十几万平凡米，水准测量的观测距离远远大于40m，所以在实际测量的时候就需要设置转站点，有的时候转站点还必须设置在围堰内部，对于真空联合堆载预压(水堆载)观测人员必须下到水里面去施测，给施测带来很大的难度，而且过于远的的沉降点根本无法观测。

在真空预压处理过程中，还容易因为堆场内部软土产生的不均匀沉降，沉降装置发生倾斜，导致传统实际测量过程会产生误差。

最后，传统外业的测量往往采用在沉降标上贴尺的方法进行测量，测量的工作受外界的影响较大，比如光线不充足，测量人员通过水准仪观测较远处沉降装置上的贴尺数字难度大，而且下雨天、晚间均不能进行外业测量。

因此亟需一种新型表层沉降的测量方法，能降低施测难度并且提高测量效率以及测量精度。

发明内容

本发明提供一种表层沉降的测量方法及其观测装置，在提高测量效率的同时，提升了测量精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种表层沉降的测量方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：待真空预压管线覆设完成以及密封膜铺设完成后，在沉降观测点布置沉降装置，启动沉降装置上的激光控制模块，激光控制模块发射的激光照射在接收装置的接收面板上；

步骤S2：在沉降观测点的T₁时间记录激光位于接收面板上的高度H₁；

步骤S3：在沉降观测点的T₂时间记录激光位于接收面板上的高度H₂；

步骤S4：若沉降装置未发生倾斜，则得出沉降量为S＝H₂-H₁；

步骤S4：通过激光测距模块测出激光源实际发射激光的距离为D₁；

步骤S5：沉降装置发生倾斜，通过激光测距模块测出激光源实际发射激光的距离为D₂；

步骤S6：计算沉降装置发生倾斜的角度α，利用

即可反算出α的角度值；

步骤S7：计算得出误差为h₁＝L×(1-cosα)，其中，L为沉降装置的高度；

步骤S8：计算得出沉降量为S＝H₂-H₁-h₁；

基于所述表层沉降的测量方法的观测装置，包括沉降装置以及接收装置，在沉降装置靠近顶部的位置安装激光控制模块，激光控制模块发出的激光照射至接收装置接收面板上；

作为本发明的进一步优选，所述沉降装置包括杆件、加固段以及沉降底座，加固段固定在底座表面，杆件插设在加固段中心，且杆件垂直于沉降底座；

作为本发明的进一步优选，所述杆件为方形管材，在其内腔靠近顶端位置安装激光控制模块，在杆件的管壁上开设小孔，小孔相对激光控制模块设置，激光控制模块发射出的激光可穿设小孔；

作为本发明的进一步优选，所述接收装置包括接收面板、支撑杆以及接收底座，支撑杆的底端垂直安装在接收底座表面，支撑杆的顶端通过连接构件安装接收面板；

作为本发明的进一步优选，所述接收面板包括主面板和附属面板，主面板的两侧分别衔接一个附属面板，在主面板或者附属面板上均匀布设若干条刻度线，若干条刻度线平行于地面设置，且相邻刻度线的间距均相等；

作为本发明的进一步优选，相邻刻度线的间距为1mm；

所述主面板以及附属面板选用反光性材料制作；

作为本发明的进一步优选，在主面板或者附属面板内集成激光接收传感器、信息处理模块、高度结算单元以及无线数据模块，当主面板或者附属面板上出现激光控制模块发出的激光时，在面板内集成的模块自动计算激光光点位置；

作为本发明的进一步优选，所述支撑杆为可伸缩结构，包括两段直径不同的圆管，直径小的圆管插设在直径大的圆管内，且直径小的圆管相对直径大的圆管可滑移；

作为本发明的进一步优选，在接收底座的底部安装多个轮子。

通过以上技术方案，相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的表层沉降的观测装置，解决了过远处沉降观测点高程不能测量的问题，同时解决了测区面积大，需要设置多个转点、测站点的问题造成测量工作量大，测量精度低的问题；

2、本发明提供的表层沉降测量方法可以在沉降装置发生倾斜时，通过补偿装置进行调节，对测得的数据进行修正，提升测量精度；

3、本发明提供的表层沉降测量方法及其观测装置，即使夜间、雨天也可进行观测数据记录，而且观测人员不需要是专门的测量技术人员，只需要会记录不同观测时间沉降观测点激光源照射在接收装置上不同高程即可，并且整个观测过程一个人即可轻松完成。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明提供的优选实施例的整体结构示意图；

图2是本发明提供的优选实施例中沉降装置结构示意图；

图3是本发明提供的优选实施例中接收装置结构示意图；

图4是本发明提供的优选实施例中沉降装置误差分析示意图。

图中：1为杆件，2为加固段，3为沉降底座，4为接收面板，5为支撑杆，6为接收底座，7为连接构件，8为刻度线，9为主面板，10为附属面板，11为激光控制模块，12为光点，13为小孔，14为激光。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。本申请的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。

介于目前现有技术中关于表层沉降的测量方法，无法做到既有效率又有精度的现状，本申请提供一种表层沉降的测量方法，其基于的基本原理是表层沉降测量实质上只需测出两个时间点沉降观测点的高度变化值，而不是实际高程，即可获取沉降的高度。

具体的，为了解决传统表层沉降观测过程中，需要人工通过测量仪器对围堰内部的沉降装置进行观测，涉及到观测的最优距离、测量的软土地基面积、测量时天气因素的干扰等一系列问题，本申请将标尺变相的由围堰内部转移到围堰外部的接收装置上，且通过在沉降装置上安装激光控制模块11，接收装置通过接收到的亮点获知高度变化值，最终得出沉降高度；解决了过远处沉降观测点高程不能测量的问题，另一方面解决了测区面积大，需要设置多个转点、测站点的问题造成测量工作量大，测量精度低的问题。

另外，本申请还提出补偿措施，因为沉降装置在观测过程中会发生倾斜，导致传统实际测量过程会产生误差，而且沉降装置的高度越高，产生的误差越大。

最后给出本申请提供的一种表层沉降的测量方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：启动沉降装置上的激光控制模块，激光控制模块发射的激光14照射在接收装置的接收面板4上；

步骤S2：在沉降观测点的T₁时间记录激光位于接收面板上的高度H₁；

步骤S3：在沉降观测点的T₂时间记录激光位于接收面板上的高度H₂；

步骤S4：若沉降装置未发生倾斜，则得出沉降量为S＝H₂-H₁；

步骤S4：通过激光测距模块测出激光源实际发射激光的距离为D₁；

步骤S5：沉降装置发生倾斜，保证激光线水平，通过激光测距模块测出激光源实际发射激光的距离为D₂；

步骤S6：计算沉降装置发生倾斜的角度α，利用

即可反算出α的角度值；

步骤S7：计算得出误差为h₁＝L×(1-cosα)，其中，L为沉降装置的高度；

步骤S8：计算得出沉降量为S＝H₂-H₁-h₁。

关于步骤S6中产生的倾斜角导致的误差，我们根据图4给出较为详细的解释，图3中h₁即为误差部分，根据几何关系可知h₁＝L×(1-cosα)，实际工程中沉降装置杆件L长度一般大于3m，现以L＝3m为例说明。当沉降装置杆件1发生倾斜角度α＝5°时，误差h₁＝L×(1-cosα)＝11.42mm，由倾斜引起的误差已经超过1cm，这在高程测量中是不允许存在的，并且沉降装置的长度越高，产生的误差还会更大，所以即使倾斜角度很小，也需对测量高程数据进行修正，然而传统的水准测量并没有对此进行修正。

通过上述测量方法，即使夜间、雨天也可进行观测数据记录，而且观测人员不需要是专门的测量技术人员，只需要会记录不同观测时间沉降观测点激光源照射在接收装置上不同高程即可，并且整个观测过程一个人即可轻松完成。

接着本申请给出一种关于使用上述表层沉降测量放的观测装置，如图1所示，主要包括沉降装置以及接收装置，在沉降装置靠近顶部的位置安装激光控制模块，激光控制模块发出的激光照射至接收装置接收面板上；激光控制模块的设置，只需测出其发射出的光点12在两个时间点于接收装置上高度的变化值即可。

具体的，待真空预压管线敷设完成以及密封膜铺设完成后，即可根据设计要求在沉降观测点布置沉降装置，沉降装置可以随着围堰内部土体的下降而下降。所述沉降装置图2所示，包括杆件、加固段2以及沉降底座3，加固段固定在底座表面，杆件插设在加固段中心，且杆件垂直于沉降底座(底座需要有足够的重量，保证整个沉降装置在测试过程中，不会发生移动以及较大的抖动)。所述杆件为方形管材，在其内腔靠近顶端位置安装激光控制模块，在杆件的管壁上开设小孔13，小孔相对激光控制模块设置，激光控制模块发射出的激光可穿设小孔。这里要求杆件的内腔壁有足够的宽度用以布置激光控制模块(激光测距模块+可控光学补偿装置)，杆件的长度L＞H(围堰高度)+S(预估沉降量)；加固段保证杆件不收外界环境影响发生摆动，影响测量精度。

图3所示，所述接收装置包括接收面板、支撑杆5以及接收底座6，支撑杆的底端垂直安装在接收底座表面，支撑杆的顶端通过连接构件7(这里连接构件满足的结构种类较多，可以是连接板、连接块，因此此处不做赘述)安装接收面板。

这里接收面板包括主面板9和附属面板10，主面板的两侧分别衔接一个附属面板，在主面板或者附属面板上均匀布设若干条刻度线8，若干条刻度线平行于地面设置，且相邻刻度线的间距均相等。其中，附属面板根据实际需求进行选用，附属面板设置在主面板两侧的时候是可以折叠，也可以是伸开的，以保证最大可能接受激光控制模块发射的光点，接收面板要选择反光性能较佳的材料，且其高度要大于处理软土的总的沉降量；相邻刻度线的间距为1mm，，从面板底部到面板顶部侧边每隔1cm标有具体刻度值(比如005表示高度线5cm)，方便记录人员测读记数。

上述给出的接收面板为初级面板，本申请还提供了一种高级面板，在主面板或者附属面板内集成激光接收传感器、信息处理模块、高度结算单元以及无线数据模块，当主面板或者附属面板上出现激光控制模块发出的激光时，在面板内集成的模块自动计算激光光点位置，并将计算出的光点位置数据传输至远端电脑上。

本申请中，所述支撑杆为可伸缩结构，包括两段直径不同的圆管，直径小的圆管插设在直径大的圆管内，且直径小的圆管相对直径大的圆管可滑移；至于如何实现可滑移，可以通过滑块与滑槽的匹配等多种模式均可，这里不做赘述。另外，支撑杆的两个端部分别布设螺纹，支撑杆的两端与连接构件、接收底座连接时均通过螺纹实现连接。

为了便于接收装置的移动，在接收底座的底部安装多个轮子。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本申请中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本申请中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种表层沉降的测量方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

步骤S1：待真空预压管线覆设完成以及密封膜铺设完成后，在沉降观测点布置沉降装置，启动沉降装置上的激光控制模块，激光控制模块发射的激光照射在接收装置的接收面板上；

步骤S2：在沉降观测点的T₁时间记录激光位于接收面板上的高度H₁；

步骤S3：在沉降观测点的T₂时间记录激光位于接收面板上的高度H₂；

步骤S4：若沉降装置未发生倾斜，则得出沉降量为S＝H₂-H₁；

步骤S4：通过激光测距模块测出激光源实际发射激光的距离为D₁；

步骤S5：沉降装置发生倾斜，通过激光测距模块测出激光源实际发射激光的距离为D₂；

步骤S6：计算沉降装置发生倾斜的角度α，利用

即可反算出α的角度值；

步骤S7：计算得出误差为h₁＝L×(1-cosα)，其中，L为沉降装置的高度；

步骤S8：计算得出沉降量为S＝H₂-H₁-h₁。

2.根据权利要求1所述表层沉降的测量方法的观测装置，其特征在于：包括沉降装置以及接收装置，在沉降装置靠近顶部的位置安装激光控制模块，激光控制模块发出的激光照射至接收装置接收面板上。

3.根据权利要求2所述表层沉降的测量方法的观测装置，其特征在于：所述沉降装置包括杆件、加固段以及沉降底座，加固段固定在底座表面，杆件插设在加固段中心，且杆件垂直于沉降底座。

4.根据权利要求3所述表层沉降的测量方法的观测装置，其特征在于：所述杆件为方形管材，在其内腔靠近顶端位置安装激光控制模块，在杆件的管壁上开设小孔，小孔相对激光控制模块设置，激光控制模块发射出的激光可穿设小孔。

5.根据权利要求2所述表层沉降的测量方法的观测装置，其特征在于：所述接收装置包括接收面板、支撑杆以及接收底座，支撑杆的底端垂直安装在接收底座表面，支撑杆的顶端通过连接构件安装接收面板。

6.根据权利要求5所述表层沉降的测量方法的观测装置，其特征在于：所述接收面板包括主面板和附属面板，主面板的两侧分别衔接一个附属面板，在主面板或者附属面板上均匀布设若干条刻度线，若干条刻度线平行于地面设置，且相邻刻度线的间距均相等。

7.根据权利要求6所述表层沉降的测量方法的观测装置，其特征在于：相邻刻度线的间距为1mm；

所述主面板以及附属面板选用反光性材料制作。

8.根据权利要求7所述表层沉降的测量方法的观测装置，其特征在于：在主面板或者附属面板内集成激光接收传感器、信息处理模块、高度结算单元以及无线数据模块，当主面板或者附属面板上出现激光控制模块发出的激光时，在面板内集成的模块自动计算激光光点位置。

9.根据权利要求5所述表层沉降的测量方法的观测装置，其特征在于：所述支撑杆为可伸缩结构，包括两段直径不同的圆管，直径小的圆管插设在直径大的圆管内，且直径小的圆管相对直径大的圆管可滑移。

10.根据权利要求5所述表层沉降的测量方法的观测装置，其特征在于：在接收底座的底部安装多个轮子。

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