CN114964132A - 一种基坑变形监测装置及其监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种基坑变形监测装置及其监测方法，属于基坑变形监测技术领域，通过在基坑壁旁设置监测装置来监测基坑的变形，并通过收集基坑发生变形的力引起的位移，进行反馈得知基坑的状态，提前预知基坑坍塌危险，发出警报提醒，本设计的装置，监测精度高，能够在灾害发生前，通过较小的变化来提前预判灾害。

Description

一种基坑变形监测装置及其监测方法

技术领域

本发明属于基坑变形监测技术领域，更具体来说，涉及一种基坑变形监测装置及其监测方法。

背景技术

目前，在现有技术中对于建筑基坑或边坡的变形进行监测时，其常规的监控程序为，先将测钉固定在边坡坡体或者边坡支护体系的混凝土梁上，然后在每次监控中，由人工将对中杆立在测钉顶部的十字点位置处，并将对中杆对中，当对中杆的测量气泡居中时，再通过全站仪读取对中杆顶部棱镜中心点的数据，从而达到监测目的。

存在以下缺陷：

1、人工测量误差大，容易忽略较小的变化，最终引起灾害；

2、基坑较深，人工去测量，不够方便，且不能同时测量多个位置，需要耗费很多时间和精力。

目前来说，也有部分可以监测装置，但是精度不太够，且没有保护功能。

发明内容

发明要解决的技术问题

本发明的目的在于解决现有技术中缺少高精度的监测装置，且该监测装置还能保护装置本身避免灾害发生时对其的损害。

技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种基坑变形监测装置，包括用于固定在地面上的基座、固定在基座上的监测装置和安装在监测装置上的保护机构；

基座的底部通过固定柱固定在地面上，监测装置安装在基座的顶部；

监测装置包括用于与基坑壁接触的受力机构、安装在基座上的位移放大机构和发生位移变化的位移机构；

保护机构包括壳体和驱动组件，驱动组件安装在位移放大机构的外壁上，壳体覆盖驱动组件。

受力机构包括接触板和集合杆，集合杆安装在接触板的正面上，位移机构包括受力杆、用于对受力杆起缓冲作用的缓冲组件和滑块，接触板的背面与受力杆的前端转动连接，受力杆的尾端插入缓冲组件内，缓冲组件安装在滑块上，位移放大机构包括外框架、线性滑轨、固定齿轮、放大齿轮组、位移传感器、警报灯和与外框架滑动连接的位移横杆，滑块通过线性滑轨在外框架内滑动，固定齿轮固定在外框架上，滑块上固定设有齿杆，齿杆与固定齿轮啮合，放大齿轮组固定在外框架内并与固定齿轮啮合，位移横杆上设有直齿并与固定齿轮啮合，位移传感器与位移横杆连接，位移传感器与警报灯电性连接。

优选的，外框架内设有相互独立的位移空间和监测空间，线性滑轨安装在位移空间的内定和内底上，滑块的一侧固设有固定齿轮，另一侧吸能机构，放大齿轮组由主动轮和从动轮同轴设置而成，从动轮和固定齿轮的直径均大于主动轮的直径，主动轮与固定齿轮啮合，从动轮与位移横杆啮合。

优选的，吸能机构包括上下同步设置的两根平行的螺纹轴、套在螺纹轴上的位移套以及用于接收能量的驱动件，驱动件为三棱柱型的结构，两根螺纹轴上均设有对称的位移套，位移套上设有环槽，驱动件的四角卡在四个位移套的环槽上，驱动件固定在滑块上。

优选的，缓冲组件包括8字型的管筒、位于管筒内的弹簧、辅杆一和辅杆二，辅杆一和辅杆二螺纹连接，接触板的背面设有固定块，固定块上设有长槽，辅杆二上固定设有圆杆，圆杆位于长槽内，辅杆一与受力杆均与管筒内的弹簧接触。

优选的，保护机构包括壳罩一和壳罩二，罩壳二套在罩壳一上，罩壳二的内壁上设有安装槽，安装槽内设有电动推杆，电动推杆的外部固定在罩壳一上，推杆与罩壳二连接。

优选的，集合杆为十字型的锥杆，接触板上分布有多个集合杆。

一种基坑变形监测监测方法，监测方法包括如下步骤：

S1，将该监测装置靠近基坑壁；

S2，调节接触板与受力杆的相对角度并使得接触板与基坑壁贴合；

S3，受力杆将基坑传递的力传递给滑块引起滑块的滑动；

S4，滑块滑动带动固定齿轮转动，进一步带动放大齿轮组转动；

S5，放大齿轮组的转动使得位移横杆发生位移，

S6，位移传感器监测位移横杆发生的位移量；

S7，判断基坑对受力杆的作用力是否大于设定的阈值，若是则发出警报并且保护机构启动，若否则无变化。

优选的，步骤S2中通过转动辅杆一使得辅杆一相对辅杆二发生轴向位移，改变接触板与受力杆的夹角，使得接触板根据基坑壁的倾斜度进行贴合调整。

优选的，步骤S4中滑块滑动时，位于滑块侧壁上的驱动件同步移动，滑块收到来自受力杆的力通过驱动件传递给位移套，使得位移套在螺纹轴上转动，将压力转换成引起位移套转动的驱动力进行吸收。

优选的，步骤S7中事先设定一个位移量的阈值，当位移传感器监测到位移量大于阈值时，警报灯亮起并发出声响，电动推杆推动罩壳二在罩壳一上滑动并覆盖在受力杆上。

有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

（1）本发明的一种基坑变形监测装置，监测精度高，通过基坑的较小变化来反馈出即将到来的危害，提前警报，保护人员安全。

（2）本发明的一种基坑变形监测装置，该装置能够自保，在基坑发生坍塌时，启动保护机构对内部零部件进行保护。

（3）本发明的一种基坑变形监测装置，适应性高，可根据基坑壁的不同形态来完美贴合监测。

附图说明

图1为本发明的一种基坑变形监测装置的结构示意图；

图2为本发明的一种基坑变形监测装置的监测装置的内部结构示意图；

图3为本发明的一种基坑变形监测装置的安装在外框架内的零部件的爆炸示意图；

图4为本发明的一种基坑变形监测装置的受力机构的结构示意图；

图5为本发明的一种基坑变形监测装置的位移机构的结构示意图；

图6为本发明的一种基坑变形监测装置的保护机构的结构示意图；

图7为本发明的一种基坑变形监测装置的监测方法流程图。

示意图中的标号说明：

100、基座；

200、监测装置；210、受力机构；211、接触板；212、集合杆；220、位移放大机构；221、外框架；222、线性滑轨；223、固定齿轮；224、放大齿轮组；225、位移传感器；226、警报灯；227、位移横杆；228、齿杆；230、位移机构；231、受力杆；232、缓冲组件；233、滑块；234、管筒；235、辅杆一；236、辅杆二；237、固定块；238、圆杆；240、吸能机构；241、螺纹轴；242、驱动件；243、位移套；

300、保护机构；310、壳罩一；320、壳罩二；330、电动推杆。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件；本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明；本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

参照附图1-7所示，本实施例的一种基坑变形监测装置，包括用于固定在地面上的基座100、固定在基座100上的监测装置200和安装在监测装置200上的保护机构300；

基座100的底部通过固定柱固定在地面上，监测装置200安装在基座100的顶部；

监测装置200包括用于与基坑壁接触的受力机构210、安装在基座100上的位移放大机构220和发生位移变化的位移机构230；

保护机构300包括壳体和驱动组件，驱动组件安装在位移放大机构220的外壁上，壳体覆盖驱动组件。

受力机构210包括接触板211和集合杆212，集合杆212安装在接触板211的正面上，位移机构230包括受力杆231、用于对受力杆231起缓冲作用的缓冲组件232和滑块233，接触板211的背面与受力杆231的前端转动连接，受力杆231的尾端插入缓冲组件232内，缓冲组件232安装在滑块233上，位移放大机构220包括外框架221、线性滑轨222、固定齿轮223、放大齿轮组224、位移传感器225、警报灯226和与外框架221滑动连接的位移横杆227，滑块233通过线性滑轨222在外框架221内滑动，固定齿轮223固定在外框架221上，滑块233上固定设有齿杆228，齿杆228与固定齿轮223啮合，放大齿轮组224固定在外框架221内并与固定齿轮223啮合，位移横杆227上设有直齿并与固定齿轮223啮合，位移传感器225与位移横杆227连接，位移传感器225与警报灯226电性连接。

下面描述其工作过程：

需要监测的基坑通常较为深，工作时，在基坑的边缘，间隔的放置若干个该装置，其中每个装置均需要固定在地面上，使用时，先选定接触板211需要接触的区域，根据集合杆212的位置，钻孔，将集合杆212插入孔内，并使得接触板211与基坑壁接触，集合杆212的作用为，当基坑发生坍塌或者即将发生坍塌时，减少接触板211前方土的流动性，使得基坑对接触板211的作用力具有整体性，本设计优选了该结构的集合杆212，集合杆212为十字型的锥杆，接触板211上分布有多个集合杆212，该布局和结构形式，能够有效地锁住接触板211前方的土，但集合杆212不受限于此结构。

由于基坑壁并非规则状态，即基坑壁并非竖直，大多数情况下，整个基坑都是上宽下窄的结构，因此，对于此类基坑的监测，需要在图5的状态下进行调整，具体的如下：

缓冲组件232包括8字型的管筒234、位于管筒234内的弹簧、辅杆一235和辅杆二236，辅杆一235和辅杆二236螺纹连接，接触板211的背面设有固定块237，固定块237上设有长槽，辅杆二236上固定设有圆杆238，圆杆238位于长槽内，辅杆一235与受力杆231均与管筒234内的弹簧接触，调节时，通过转动辅杆一235，使得辅杆二236向辅杆一235位移，拉动接触板211在图5状态下的顺时针转动，使得接触板211充分的接触基坑壁，需要注意的是，辅杆二236是不能转动的，辅杆一235上设有螺杆，辅杆二236内设有螺纹孔，转动辅杆一235带动辅杆二236位移，管筒234内的弹簧用于给辅杆一235和受力杆231提供弹力，该弹力是为了保证接触板211与基坑壁充分贴合，具体的使用时，将接触板211贴合基坑壁，将装置向基坑壁按压，管筒234内的弹簧受力压缩，此时再固定基座100即可，其中管筒234内的弹簧的弹力较小，此方式挤压时，并不会引起滑块233的滑动。

外框架221内设有相互独立的位移空间和监测空间，线性滑轨222安装在位移空间的内定和内底上，滑块233的一侧固设有固定齿轮223，另一侧吸能机构240，放大齿轮组224由主动轮和从动轮同轴设置而成，从动轮和固定齿轮223的直径均大于主动轮的直径，主动轮与固定齿轮223啮合，从动轮与位移横杆227啮合。

该装置之所以能够对受力杆231的位移量进行放大，靠的就是放大齿轮组224，我们知道基坑坍塌，哪怕具有较小的形变量，也足以后续引起整体的滑坡等现象，容易造成事故，但是基坑发生较小的形变引起的受力杆231的位移量也很小，若是直接对该位移进行检测，基本处于误差范围内，难以检测，因此对受力杆231位移量的放大可完美检测，当受力杆231发生位移时，带动滑块233滑动，需要注意的时，外框架221的内顶部设有，齿杆228带动固定齿轮223转动，进而带动主动轮转动，由于主动轮的直径远小于固定齿轮223的直径，因此固定齿轮223因为滑块233移动较小距离而发生较小的转动时，主动轮也发生了较大的转动，又由于主动轮与从动轮同轴连接，所述从动轮也发生了较大的转动，又由于从动轮的直径也很大，所以从动轮带动位移横杆227发生较大的位移量，所以可以被完美的监测到，同时也可以根据位移横杆227的位移量来反算出基坑的形变量，因此对于位移横杆227的位移量设定一个危险阈值，当位移横杆227的位移量大于阈值时，发出警报即可，能够在灾害发生前，通过较小的变化来提前预判灾害。

通常基坑发生形变的作用力都是巨大的，且不固定的，假设存在一个力是最低形变的力，可能基坑会发生数倍于此力的力，理论上造成巨大形变，如何将这种力化解，成了关键，化解该力可以有助于保护该装置不被损坏，即位移横杆227的位移量超过阈值后，受力杆231继续移动，但是滑块233的滑动是有终点的，因此在滑块233抵达终点之前，吸收多余的动能很重要，本装置设计了吸能机构240，吸能机构240包括上下同步设置的两根平行的螺纹轴241、套在螺纹轴241上的位移套243以及用于接收能量的驱动件242，驱动件242为三棱柱型的结构，两根螺纹轴241上均设有对称的位移套243，位移套243上设有环槽，驱动件242的四角卡在四个位移套243的环槽上，驱动件242固定在滑块233上，在滑块233位移使得位移横杆227达到阈值后，滑块233继续移动，此时驱动件242与位移套243接触，由于驱动件242为三棱柱型的结构，如图3所示，驱动件242向左移动，迫使位移套243向上下位移，由于位移套243与螺纹轴241螺纹连接，因此该力会使得位移套243发生转动，缓慢的移动，吸收动能，保护装置，需要注意的是，位移套243上的环槽能够卡住驱动件242，使得驱动件242不会晃动。

基坑的坍塌或变形通常伴随着类似于泥石流的状态，滑落的泥土会覆盖基坑壁附近的一切物体，因此保护该装置不受泥土污染或损坏，也很有必要，本装置设计了保护机构300，保护机构300包括壳罩一320和壳罩二，罩壳二套在罩壳一上，罩壳二的内壁上设有安装槽，安装槽内设有电动推杆330，电动推杆330的外部固定在罩壳一上，推杆与罩壳二连接，当触发警报时，同步的电动推杆330工作，推动罩壳二移动，将受力杆231以及辅杆一235和辅杆二236覆盖，避免滑落的凸块，石块等破坏该装置。

上述的内容，具体的揭示了该装置的运行原理，同样的该装置整体的工作方法如下：

一种基坑变形监测监测方法，监测方法包括如下步骤：

S1，将该监测装置200靠近基坑壁；

S2，调节接触板211与受力杆231的相对角度并使得接触板211与基坑壁贴合；

S3，受力杆231将基坑传递的力传递给滑块233引起滑块233的滑动；

S4，滑块233滑动带动固定齿轮223移动，进一步带动放大齿轮组224转动；

S5，放大齿轮组224的转动使得位移横杆227发生位移，

S6，位移传感器225监测位移横杆227发生的位移量；

S7，判断基坑对受力杆231的作用力是否大于设定的阈值，若是则发出警报并且保护机构300启动，若否则无变化。

步骤S2中通过转动辅杆一235使得辅杆一235相对辅杆二236发生轴向位移，改变接触板211与受力杆231的夹角，使得接触板211根据基坑壁的倾斜度进行贴合调整。

步骤S4中滑块233滑动时，位于滑块233侧壁上的驱动件242同步移动，滑块233收到来自受力杆231的力通过驱动件242传递给位移套243，使得位移套243在螺纹轴241上转动，将压力转换成引起位移套243转动的驱动力进行吸收。

步骤S7中事先设定一个位移量的阈值，当位移传感器225监测到位移量大于阈值时，警报灯226亮起并发出声响，电动推杆330推动罩壳二在罩壳一上滑动并覆盖在受力杆231上。

以上所述实施例仅表达了本发明的某种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基坑变形监测装置，包括用于固定在地面上的基座（100）、固定在基座（100）上的监测装置（200）和安装在监测装置（200）上的保护机构（300），其特征在于：

所述基座（100）的底部通过固定柱固定在地面上，所述监测装置（200）安装在基座（100）的顶部；

所述监测装置（200）包括用于与基坑壁接触的受力机构（210）、安装在基座（100）上的位移放大机构（220）和发生位移变化的位移机构（230）；

所述保护机构（300）覆盖在监测装置（200）上；

所述受力机构（210）包括接触板（211）和集合杆（212），所述集合杆（212）安装在接触板（211）的正面上，所述位移机构（230）包括受力杆（231）、用于对受力杆（231）起缓冲作用的缓冲组件（232）和滑块（233），所述接触板（211）的背面与受力杆（231）的前端转动连接，所述受力杆（231）的尾端插入缓冲组件（232）内，所述缓冲组件（232）安装在滑块（233）上，所述位移放大机构（220）包括外框架（221）、线性滑轨（222）、固定齿轮（223）、放大齿轮组（224）、位移传感器（225）、警报灯（226）和与外框架（221）滑动连接的位移横杆（227），所述滑块（233）通过线性滑轨（222）在外框架（221）内滑动，所述固定齿轮（223）固定在外框架（221）上，所述滑块（233）上固定设有齿杆（228），所述齿杆（228）与固定齿轮（223）啮合，所述放大齿轮组（224）固定在外框架（221）内并与固定齿轮（223）啮合，所述位移横杆（227）上设有直齿并与固定齿轮（223）啮合，所述位移传感器（225）与位移横杆（227）连接，所述位移传感器（225）与警报灯（226）电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种基坑变形监测装置，其特征在于：所述外框架（221）内设有相互独立的位移空间和监测空间，所述线性滑轨（222）安装在位移空间的内定和内底上，所述滑块（233）的一侧固设有固定齿轮（223），另一侧吸能机构（240），所述放大齿轮组（224）由主动轮和从动轮同轴设置而成，所述从动轮和固定齿轮（223）的直径均大于主动轮的直径，所述主动轮与固定齿轮（223）啮合，所述从动轮与位移横杆（227）啮合。

3.根据权利要求1所述的一种基坑变形监测装置，其特征在于：所述吸能机构（240）包括上下同步设置的两根平行的螺纹轴（241）、套在螺纹轴（241）上的位移套（243）以及用于接收能量的驱动件（242），所述驱动件（242）为三棱柱型的结构，所述两根螺纹轴（241）上均设有对称的位移套（243），所述位移套（243）上设有环槽，所述驱动件（242）的四角卡在四个位移套（243）的环槽上，驱动件（242）固定在滑块（233）上。

4.根据权利要求1所述的一种基坑变形监测装置，其特征在于：所述缓冲组件（232）包括8字型的管筒（234）、位于管筒（234）内的弹簧、辅杆一（235）和辅杆二（236），所述辅杆一（235）和辅杆二（236）螺纹连接，所述接触板（211）的背面设有固定块（237），所述固定块（237）上设有长槽，所述辅杆二（236）上固定设有圆杆（238），所述圆杆（238）位于长槽内，所述辅杆一（235）与受力杆（231）均与管筒（234）内的弹簧接触。

5.根据权利要求1所述的一种基坑变形监测装置，其特征在于：所述保护机构（300）包括壳罩一（320）和壳罩二，所述罩壳二套在罩壳一上，所述罩壳二的内壁上设有安装槽，所述安装槽内设有电动推杆（330），所述电动推杆（330）的外部固定在罩壳一上，推杆与罩壳二连接。

6.根据权利要求1所述的一种基坑变形监测装置，其特征在于：所述集合杆（212）为十字型的锥杆，所述接触板（211）上分布有多个集合杆（212）。

7.如权利要求1-6任一项所述的一种基坑变形监测装置的一种基坑变形监测装置监测方法，其特征在于：所述监测方法包括如下步骤：

S1，将该监测装置（200）靠近基坑壁；

S2，调节接触板（211）与受力杆（231）的相对角度并使得接触板（211）与基坑壁贴合；

S3，受力杆（231）将基坑传递的力传递给滑块（233）引起滑块（233）的滑动；

S4，滑块（233）滑动带动固定齿轮（223）转动，进一步带动放大齿轮组（224）转动；

S5，放大齿轮组（224）的转动使得位移横杆（227）发生位移，

S6，位移传感器（225）监测位移横杆（227）发生的位移量；

S7，判断基坑对受力杆（231）的作用力是否大于设定的阈值，若是则发出警报并且保护机构（300）启动，若否则无变化。

8.根据权利要求7所述的一种基坑变形监测装置的监测方法，其特征在于：所述步骤S2中通过转动辅杆一（235）使得辅杆一（235）相对辅杆二（236）发生轴向位移，改变接触板（211）与受力杆（231）的夹角，使得接触板（211）根据基坑壁的倾斜度进行贴合调整。

9.根据权利要求7所述的一种基坑变形监测装置的监测方法，其特征在于：所述步骤S4中滑块（233）滑动时，位于滑块（233）侧壁上的驱动件（242）同步移动，滑块（233）收到来自受力杆（231）的力通过驱动件（242）传递给位移套（243），使得位移套（243）在螺纹轴（241）上转动，将压力转换成引起位移套（243）转动的驱动力进行吸收。

10.根据权利要求7所述的一种基坑变形监测装置的监测方法，其特征在于：所述步骤S7中事先设定一个位移量的阈值，当位移传感器（225）监测到位移量大于阈值时，警报灯（226）亮起并发出声响，电动推杆（330）推动罩壳二在罩壳一上滑动并覆盖在受力杆（231）上。

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