CN115164832A - 一种电塔沉降快速监测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种电塔沉降快速监测方法及装置，监测装置包括监测杆，基准桩；所述监测杆设有两根，两根监测杆位于电塔相对两侧；所述监测杆包括自平衡激光器，两个自平衡激光器向电塔四角投出水平激光束；通过观察水平激光束在电塔上移动的垂直距离，可以得出电塔的沉降量及倾斜趋势；所述自平衡激光器还向基准桩投射水平激光束，通过比较光斑在基准桩上的位置有无改变，可以推断出监测杆有无沉降；且本申请设置两个基准桩，两基准桩同时因沉降而失效的概率很低，保证始终有一根基准桩可用于校准监测杆位置，有效提高监测系统整体的可靠度。

Description

一种电塔沉降快速监测方法及装置

技术领域

本发明涉及电塔沉降控制技术领域，尤其涉及一种电塔沉降快速监测方法及装置。

背景技术

这里的陈述仅提供与本申请有关的背景信息，而不必然构成现有技术。

电塔为由钢结构塔体和混凝土基座组成的高耸建筑物，塔体的垂直投影呈矩形；电塔起到架空、支撑、保护电缆的作用，是电力建设的重要基础；

由于电塔自身高大，加之其承载大量电缆，导致塔基负载较大；且电塔多设置在野外，遇到降水天气后电塔下部土体易发生压缩使电塔发生沉降；对此，施工人员常采用注浆方式加固土体，利用水泥浆填充土中孔隙，有效降低土体压缩进而控制塔体沉降。

发明人发现，由于电塔地基处理水平较差，加之注浆加固时高压浆液扰动土体，可能导致电塔在短期内发生快速沉降且沉降不均匀，沉降速率可至8mm/d，严重影响塔体工作稳定性，需要对电塔沉降状况进行监测，以及时调整注浆方案来减少电塔沉降或倾斜程度，这就要求专业测量人员在注浆施工过程中频繁进行沉降测量以把握电塔沉降状况，测量工作压力较大；且注浆加固同时在多个电塔处进行，每个电塔需要在四角上各设一个测点，导致测量路线长且繁琐，进一步加重测量压力；而施工人员不具备专业测量技术，难以操作水准仪等设备进行测量。

发明内容

为满足电塔在注浆加固施工过程中沉降快速监测，本发明提出了一种电塔沉降快速监测方法及装置，使施工人员也能参与沉降观测，简化测量路线，减少专业测量工作。

为了实现上述目的，本发明的一个或多个实施例提供了下述技术方案：

一种电塔沉降快速监测装置，包括监测杆，基准桩；所述监测杆包括自平衡激光器，测杆；所述自平衡激光器与测杆连接，用于向电塔和基准桩投出始终水平的激光束；所述激光束在电塔和基准桩上形成线性的光斑；所述测杆与地面固定；所述基准桩与地面固定，基准桩包括标尺；所述标尺为带有刻度的直尺，与基准桩的轴线平行；标尺固定在基准桩的侧壁上，朝向电塔方向设置。

进一步的，所述测杆包括固定杆，螺纹杆，固定销；所述固定杆为一端呈锥形的空心圆杆；固定杆的内壁上开设螺纹槽，固定杆的侧壁上开设供固定销穿过的通孔；所述螺纹杆为带有螺纹的圆杆，螺纹杆能够旋入固定杆内，并被固定销锁定位置；所述自平衡激光器安装在螺纹杆远离固定杆的一端，自平衡激光器能以螺纹杆杆轴为中心旋转。

进一步的，所述基准桩包括测钉，所述测钉用于观测基准桩的沉降状况。

进一步的，所述基准桩设有两根，两根基准桩分别固定在电塔相对的两侧。

进一步的，所述监测杆设有两根，两根监测杆分别固定在电塔相对的两侧且与监测杆不同侧。

进一步的，两根基准桩中心的连线垂直于两根监测杆中心的连线。

进一步的，一种基于电塔沉降快速监测装置的沉降监测方法，包括以下步骤：

1)准备阶段：在电塔两侧分别垂直打设预制桩作为基准桩，基准桩部分露出地面；基准桩露出地面的部分安装标尺，标尺朝向电塔设置；在电塔相对且与基准桩不同侧的两侧安装监测杆；

专业测量人员测出电塔四角的绝对高程以及两基准桩的绝对高程；

2)校准阶段：开启两根监测杆上的自平衡激光器，向电塔的四角上和两根基准桩的标尺上投射始终水平的激光束；此时标尺上光斑对应的位置作为校准位置，分别读出两根标尺上光斑对应的刻度值作为校准值，并在电塔的四角上标画出光斑的位置作为初始位置；

3)测量阶段：开始注浆加固施工，施工人员统计电塔每一角的光斑偏离初始位置的程度，得出电塔四角各光斑的垂直偏移量数据，所得垂直偏移量数据即是当日电塔四角各自的沉降量；

在完成统计垂直偏移量后，施工人员对当日光斑在电塔上的所处位置进行标画作为第一日位置；次日，以相同手法标画第二日位置，并与第一日位置比较，得出第二组垂直偏移量数据；当第n日位置与第n-1日位置不存在明显垂直偏移量时，停止观测，将n-1组垂直偏移量数据叠加，作为总沉降量；

4)复核阶段：专业测量人员再次测量电塔四角，得出准确的电塔四角的绝对高程。

进一步的，还包括重复校准阶段；当监测杆自身发生沉降时，自平衡激光器投射到标尺上的光斑偏离校准位置；通过调节螺纹杆抬升激光器，使光斑回到校准位置，完成对监测杆的重复校准。

进一步的，还包括基准校准阶段：当两个自平衡激光器投射到某一基准桩标尺上的光斑均偏离校准位置时，应考虑是否为此基准桩沉降所致；施工人员观察另一基准桩标尺上的光斑，若光斑在此基准桩上仍处于初始位置，则判定光斑出现偏离的基准桩出现沉降；

专业测量人员连续观测发生沉降的基准桩，计算出此基准桩的沉降速度，若基准桩沉降速度≤0.04mm/d，则可认定基准桩沉降稳定，可以再次用于监测杆校准；若基准桩沉降速度＞0.04mm/d，则作废此基准桩，作废后重新打设新的基准桩并再次执行校准阶段，使新基准桩能够准确反映监测杆位置变化。

进一步的，在读取两自平衡激光器的校准值前，调节螺纹杆使两自平衡激光器投射出的光斑处于同一水平高度。

发明的有益效果

本申请所针对的是电塔基础注浆加固过程中的沉降观测，因需要加固的电塔基础稳定性较差，在注浆施工中会受到严重扰动，可能出现显著沉降；通过在电塔相对两侧设置带有自平衡激光器的监测杆，使电塔四角均投射有光斑；先标定电塔四角上光斑的初始位置，并在注浆加固过程中持续观测光斑偏移初始位置的量，此垂直偏移量即是电塔一角的沉降量，即本申请通过光斑垂直偏移量间接反映电塔四角沉降量，能够快速得出电塔整体沉降程度及倾斜方向，以便为调整注浆位置和调整水泥、速凝剂掺量等提供指导；

本申请所提出的电塔沉降快速检测方法，观测过程无需专业测量技术，使不具备专业测量能力的施工人员也能参与到电塔沉降观测，能快速掌握电塔沉降量及倾斜方向；专业测量人员无需频繁对电塔进行沉降测量，显著降低测量压力；且专业测量人员在注浆施工过程中只需测量基准桩是否沉降，大大缩短了测量路线，进一步降低测量压力。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本公开实施例中电塔沉降快速监测装置的监测杆结构示意图；

图2为本公开实施例中电塔沉降快速监测装置的基准桩结构示意图；

图3为本公开实施例中电塔沉降快速检测方法的监测杆设置方式示意图；

图4为本公开实施例中电塔沉降快速检测方法的测量阶段示意图；

图5为本公开实施例中电塔沉降快速检测方法的光斑位置变化示意图；

图6为本公开实施例中电塔沉降快速检测方法的基准校准阶段示意图；

图7为本公开实施例中多电塔沉降快速检测方法的沉降监测装置设置方式示意图；

其中，1、电塔；2、监测杆；3、基准桩；4、共用监测杆；5、初始位置；21、自平衡激光器；22、固定杆；23、螺纹杆；24、固定销；25、水平激光束；31、标尺；32、测钉；51、第一日位置；52、第二日位置；53、第n-1日位置；54、第n日位置。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。

正如背景技术所介绍的，电塔在注浆施工时可能发生快速而不均匀的沉降，而频繁且路线长的电塔沉降测量加大专业测量人员工作压力；普通施工人员缺乏专业测量技术，难以操作水准仪等设备进行测量，本申请提出一种电塔沉降快速监测方法及装置。

实施例1

本申请的一种典型实施方式，如图1-图3所示，提供了一种电塔1沉降快速监测装置。

参考图1-图2，本实施例提出一种电塔1沉降快速监测装置，包括监测杆2，基准桩3；所述监测杆2包括自平衡激光器21，测杆；所述自平衡激光器21与测杆连接，用于向电塔1和基准桩3投出始终水平的激光束；所述激光束在电塔1和基准桩3上形成线性的光斑；所述测杆与地面固定；所述基准桩3与地面固定，基准桩3包括标尺31；所述标尺31为带有刻度的直尺，与基准桩3的轴线平行；标尺31固定在基准桩3的侧壁上，朝向电塔1方向设置；

具体的，所述自平衡激光器21可以为常规激光标线仪；常规激光标线仪带有自动安平功能，其水平投射精度可至±1mm/7m；所述激光标线仪能投射水平线性光斑，投射范围可至130°；

由于注浆施工时电塔1沉降快速而显著，常规激光标线仪的精度仍能满足向电塔1投出水平、稳定的光斑，以反映电塔1沉降量；当然，还可以选择其他带有自动安平的水平激光标线设备，保证在电塔1上投出清晰、稳定的光斑即可；

所述基准桩3可为钢筋混凝土预制短桩，在现场垂直打入地面，施工至桩体末端时应预留部分桩头不打入地面，不打入地面的部分提供安装标尺31的空间；进一步的，在不打入地面的基准桩3部分的侧面植测钉32，所述测钉32用于立尺，以便专业测量人员观测基准桩3的沉降状况。

进一步的，所述测杆包括固定杆22，螺纹杆23，固定销24；所述固定杆22为一端呈锥形的空心圆杆；固定杆22的内壁上开设螺纹槽，固定杆22的侧壁上开设供固定销24穿过的通孔；所述螺纹杆23为带有螺纹的圆杆，螺纹杆23能够旋入固定杆22内，并被固定销24锁定位置；所述自平衡激光器21安装在螺纹杆23远离固定杆22的一端，自平衡激光器21能以螺纹杆23杆轴为中心旋转；

安装固定杆22时，施工人员拿取固定杆22，并将固定杆22锥形一端朝向地面，再将固定杆22夯入地面以完成固定；固定杆22稳定后施工人员将螺纹杆23旋入固定杆22，螺旋杆旋入量为螺旋杆长度的二分之一，旋入到位后插入固定销24锁定螺旋杆位置；螺旋杆固定完成后安装自平衡激光器21，保证自平衡激光器21可绕螺纹杆23杆轴为中心转动。

参考图3，所述基准桩3设置两根，两根基准桩3分别固定在电塔1相对的两侧；所述监测杆2设有两根，两根监测杆2分别固定在电塔1相对的两侧且与监测杆2不同侧；可以理解的是，由于监测杆2直接用于测量，监测杆2设置位置相对基准桩3设置位置应更靠近电塔1，但应避开注浆工作面，减少注浆施工震动对监测杆2稳定性的影响；

进一步的，两根基准桩3中心的连线垂直于两根监测杆2中心的连线，使监测杆2到两根基准桩3的距离相同，以提高观测精度并便于观察光斑。

实施例2

本申请的一种典型实施方式，如图4-图6所示，提供了一种电塔1沉降快速监测方法。

参考图4-图5，本实施例提出一种电塔1沉降快速监测方法，包括以下步骤：

1)准备阶段：在电塔1两侧分别垂直打设预制桩作为基准桩3，基准桩3部分露出地面；基准桩3露出地面的部分安装标尺31，标尺31朝向电塔1设置；在电塔1相对且与基准桩3不同侧的两侧安装监测杆2；

专业测量人员测出电塔1四角的绝对高程以及两基准桩3的绝对高程；

此阶段目的是在注浆加固施工开始前对电塔1及两基准桩3的位置进行标定，使专业测量人员得到电塔1初始沉降情况，以便在后续施工过程中调整优先注浆倾向；对基准桩3标定则是为后续基准桩3沉降测量提供初始数据。

2)校准阶段：开启两根监测杆2上的自平衡激光器21，向电塔1的四角上和两根基准桩3的标尺31上投射始终水平的激光束；此时标尺31上光斑对应的位置作为校准位置，分别读出两根标尺31上光斑对应的刻度值作为校准值，并在电塔1的四角上标画出光斑的位置作为初始位置5；

进一步的，为便于观测，两自平衡激光器21投射出的光斑处于同一水平高度；

可以理解的是，因本申请自平衡激光器21具备水平方向大范围投射能力，且激光器能够绕轴转动，即无论电塔1、基准桩3和监测杆2三者位置如何变化，激光器仍然能将水平激光束25投射至电塔1和基准桩3；

通过调整自平衡激光器21以向电塔1投射水平激光束25，并将电塔1发生沉降前的初始位置5标记出，施工人员可根据光斑向上移动的距离得出电塔1沉降量；而向基准桩3投射光束则是为标定监测杆2初始位置5，以便后续对监测杆2的沉降情况进行观测。

3)测量阶段：开始注浆加固施工，施工人员统计电塔1每一角的光斑偏离初始位置5的程度，得出电塔1四角各光斑的垂直偏移量数据，所得垂直偏移量数据即是当日电塔1四角各自的沉降量；

在完成统计垂直偏移量后，施工人员对当日光斑在电塔1上的所处位置进行标画作为第一日位置51；次日，以相同手法标画第二日位置52，并与第一日位置51比较，得出第二组垂直偏移量数据；当第n日位置54与第n-1日位置53不存在明显垂直偏移量时，停止观测，将n-1组垂直偏移量数据叠加，作为总沉降量；

因注浆施工初期电塔1沉降显著，沉降速率可至8mm/d，而本实施例通过标画、尺量的方式能实现毫米级的监测精度，完全能够反映电塔1在注浆施工初期的沉降量；且本实施例通过两监测杆2在电塔1四角上均投射激光束，实现同时观测电塔1四角每日各自的沉降量，分析各角沉降量即能得出电塔1整体倾斜趋势。

4)复核阶段：专业测量人员再次测量电塔1四角，得出准确的电塔1四角的绝对高程，并在施工结束后持续观测，直到确认电塔1沉降速率小于0.04mm/d。

考虑到注浆施工对土体的扰动可能影响监测杆2的稳定性，本实施例还包括重复校准阶段；当监测杆2自身发生沉降时，自平衡激光器21投射到标尺31上的光斑偏离校准位置；通过调节螺纹杆23抬升激光器，使光斑回到校准位置，完成对监测杆2的重复校准；通过重复校准，能避免监测杆2自身沉降导致计算出电塔1沉降偏小的问题。

进一步的，还包括基准校准阶段：参考图6，当两个自平衡激光器21投射到某一基准桩3标尺31上的光斑均偏离校准位置时，应考虑是否为此基准桩3沉降所致；施工人员观察另一基准桩3标尺31上的光斑，若光斑在此基准桩3上仍处于初始位置5，则判定光斑出现偏离的基准桩3出现沉降；

本实施例设置两个基准桩3，且两个基准桩3位于电塔1相对两侧，两基准桩3同时因沉降而失效的概率很低，保证始终有一根基准桩3可用于校准监测杆2位置，有效提高监测系统整体的可靠度；

对于已发生沉降的基准桩3，专业测量人员连续观测其沉降，计算出此基准桩3的沉降速度，若基准桩3沉降速度≤0.04mm/d，则可认定基准桩3沉降稳定，可以再次用于监测杆2校准，再次使用时需对光斑在基准桩3上的初始位置5进行补正；若基准桩3沉降速度＞0.04mm/d，则作废此基准桩3，作废后重新打设新的基准桩3并再次执行校准阶段，使新基准桩3能够准确反映监测杆2位置变化。

可以理解的是，本实施例并非为实现高精度沉降测量，仅是为反映电塔1在施工过程中的大致沉降量及倾斜方向，为调整注浆位置和调整水泥、速凝剂掺量等提供指导，即本实施例用于对注浆施工的过程控制；

常规监测方法，需要在注浆施工工期内，尤其是注浆施工早期，频繁对电塔1沉降量进行监测，其监测精度虽高，但目的同样是为注浆施工提供过程控制；而本实施例通过一种施工人员也能参与的沉降观测方法，在满足一定观测精度要求的前提下得出电塔1整体沉降趋势，有效降低专业测量人员的工作压力；

采用本实施例所述电塔1沉降快速监测方法，专业测量人员在施工前测量电塔1四角的绝对高程；注浆施工开始后，电塔1沉降最快的施工初期可由施工人员进行沉降观测，专业测量人员只需统计施工人员上报的沉降量，并根据电塔1每一角的沉降量结合电塔1绝对高程计算出具体的倾斜趋势，反馈给施工人员即可；当采用本实施例方法无法观测到显著沉降时，专业测量人员再行精确测量，但此时沉降已趋于稳定，无需再频繁进行沉降观测，有效降低了专业测量人员的工作压力。

实施例3

本申请的一种典型实施方式，如图7所示，提供了一种多电塔1沉降快速监测方法。

参考图7，本实施例提出一种多电塔1沉降快速监测方法，在实施例2的基础上，使相邻两电塔1之间所夹监测杆2作为两电塔1的共用监测杆4，并使多个监测杆2共用同一组基准桩3，以实现同时监测多个电塔1的沉降情况，更加符合现场注浆施工同时针对多个电塔1的工况。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电塔沉降快速监测装置，包括监测杆，基准桩；所述监测杆包括自平衡激光器，测杆；所述自平衡激光器与测杆连接，用于向电塔和基准桩投出始终水平的激光束；所述激光束在电塔和基准桩上形成线性的光斑；所述测杆与地面固定；所述基准桩与地面固定，基准桩包括标尺；所述标尺为带有刻度的直尺，与基准桩的轴线平行；标尺固定在基准桩的侧壁上，朝向电塔方向设置。

2.如权利要求1所述的一种电塔沉降快速监测装置，其特征是，所述测杆包括固定杆，螺纹杆，固定销；所述固定杆为一端呈锥形的空心圆杆；固定杆的内壁上开设螺纹槽，固定杆的侧壁上开设供固定销穿过的通孔；所述螺纹杆为带有螺纹的圆杆，螺纹杆能够旋入固定杆内，并被固定销锁定位置；所述自平衡激光器安装在螺纹杆远离固定杆的一端，自平衡激光器能以螺纹杆杆轴为中心旋转。

3.如权利要求1所述的一种电塔沉降快速监测装置，其特征是，所述基准桩包括测钉，所述测钉用于观测基准桩的沉降状况。

4.如权利要求1所述的一种电塔沉降快速监测装置，其特征是，所述基准桩设有两根，两根基准桩分别固定在电塔相对的两侧。

5.如权利要求4所述的一种电塔沉降快速监测装置，其特征是，所述监测杆设有两根，两根监测杆分别固定在电塔相对的两侧且与监测杆不同侧。

6.如权利要求5所述的一种电塔沉降快速监测装置，其特征是，两根基准桩中心的连线垂直于两根监测杆中心的连线。

7.一种电塔沉降快速监测方法，利用权利要求1-6任一项所述的电塔沉降快速监测装置，其特征是，包括以下步骤：

1)准备阶段：在电塔两侧分别垂直打设预制桩作为基准桩，基准桩部分露出地面；基准桩露出地面的部分安装标尺，标尺朝向电塔设置；在电塔相对且与基准桩不同侧的两侧安装监测杆；

专业测量人员测出电塔四角的绝对高程以及两基准桩的绝对高程；

2)校准阶段：开启两根监测杆上的自平衡激光器，向电塔的四角上和两根基准桩的标尺上投射始终水平的激光束；此时标尺上光斑对应的位置作为校准位置，分别读出两根标尺上光斑对应的刻度值作为校准值，并在电塔的四角上标画出光斑的位置作为初始位置；

3)测量阶段：开始注浆加固施工，施工人员统计电塔每一角的光斑偏离初始位置的程度，得出电塔四角各光斑的垂直偏移量数据，所得垂直偏移量数据即是当日电塔四角各自的沉降量；

在完成统计垂直偏移量后，施工人员对当日光斑在电塔上的所处位置进行标画作为第一日位置；次日，以相同手法标画第二日位置，并与第一日位置比较，得出第二组垂直偏移量数据；当第n日位置与第n-1日位置不存在明显偏移时，停止观测，将n-1组垂直偏移量数据叠加，作为总沉降量；

4)复核阶段：专业测量人员再次测量电塔四角，得出准确的电塔四角的绝对高程。

8.如权利要求7所述的一种电塔沉降快速监测方法，其特征是，还包括重复校准阶段；当监测杆自身发生沉降时，自平衡激光器投射到标尺上的光斑偏离校准位置；通过调节螺纹杆抬升激光器，使光斑回到校准位置，完成对监测杆的重复校准。

9.如权利要求7所述的一种电塔沉降快速监测方法，其特征是，还包括基准校准阶段：当两个自平衡激光器投射到某一基准桩标尺上的光斑均偏离校准位置时，应考虑是否为此基准桩沉降所致；施工人员观察另一基准桩标尺上的光斑，若光斑在此基准桩上仍处于初始位置，则判定光斑出现偏离的基准桩出现沉降；

专业测量人员连续观测发生沉降的基准桩，计算出此基准桩的沉降速度，若基准桩沉降速度≤0.04mm/d，则可认定基准桩沉降稳定，可以再次用于监测杆校准；若基准桩沉降速度＞0.04mm/d，则作废此基准桩，作废后重新打设新的基准桩并再次执行校准阶段，使新基准桩能够准确反映监测杆位置变化。

10.如权利要求7所述的一种电塔沉降快速监测方法，其特征是，在读取两自平衡激光器的校准值前，调节螺纹杆使两自平衡激光器投射出的光斑处于同一水平高度。

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