CN115574686A - 监测管桩施工过程中邻近桩体偏转位移量的装置及方法 - Google Patents

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刘乾
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Abstract

本发明公开了一种监测管桩施工过程中邻近桩体偏转位移量的装置及方法，属于管桩监测技术领域。监测装置包括固定装置、校准装置、测量装置，固定装置包括加固圈、螺纹杆，加固圈的侧面均匀布置有四个螺栓孔，每个螺栓孔内均螺纹连接有一根螺纹杆，螺纹杆的内侧端可拆卸地连接有弧形的金属护托；校准装置为设置在加固圈上表面的圆形水准器；测量装置包括两个圆形的测斜表，两个测斜表呈90°夹角布置在加固圈的侧面；监测装置通过加固圈固定在待测桩的顶部并处于水平状态，邻近的管桩进行沉桩施工时，通过读取两块测斜表的指针与表盘上指针初始指示刻度之间的角度，即为管桩的倾斜角度，并通过公式求得待测管桩的位移量，公式为：
Figure 777437DEST_PATH_IMAGE001

Description

监测管桩施工过程中邻近桩体偏转位移量的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种监测管桩施工过程中邻近桩体偏转位移量的装置，是一种用于监测管桩沉桩过程中因施工对邻近桩体所产生变形量的装置，属于管桩监测技术领域。本发明还涉及采用上述装置监测管桩施工过程中邻近桩体偏转位移量的方法。
背景技术
在软土地基上兴建构（建）筑物，势必要对软土地基进行相应的加固处理。混凝土管桩作为一种常用的地基处理方式，已广泛应用于高速公路、大跨度桥梁、高层建筑、港口、民用住宅等工程中。但其施工过程中所产生的挤土效应却严重制约着管桩沉桩质量，并一定程度上降低了其对软土地基的加固处理效果。
管桩是部分挤土桩，打桩过程中会产生挤土作用，进而引起邻近已有建筑物桩基产生水平位移和倾斜，导致其上部建（构）筑物产生变形或结构破坏。同样，该挤土作用也会引起软土地基处理工程中已施工完管桩的倾斜或偏位现象，这无疑会对桩身承载能力产生显著影响。上部建（构）筑物的变形可通过经纬仪和水准仪进行监测，而已施工完管桩或原有建筑物桩基的倾斜或偏位现象却很难通过上述方式进行准确监测。为此，寻求一种简单、方便的监测方法，以实现管桩施工过程中由于挤土效应产生的对临近桩体偏位量的监测具有十分重要的工程意义。
目前监测由于挤土效应引起的邻近桩体的偏位量可采用深层测斜仪，该仪器需预先在桩周场地钻孔并安装测斜管，监测过程也极为繁琐，且数据处理复杂，不适于一线工程人员直接采用，同时由于其所测位移量为桩体附近土体的水平位移量，并非桩体本身偏位量，因此与桩体实际偏转位移量存在较大偏差。此外，工程中普遍采用经纬仪或水准仪来判别施打过程中桩体是否竖直，但对邻近管桩偏转位移量大小则无法直接获得。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种可以对管桩在施工过程中对邻近桩体所产生偏转位移量进行监测的装置，可准确判断管桩是否发生偏转并计算偏转位移量的大小。
本发明是通过如下技术方案来实现的：一种监测管桩施工过程中邻近桩体偏转位移量的装置，其特征是：包括固定装置、校准装置、测量装置，所述固定装置包括圆环形的加固圈、螺纹杆，所述加固圈的侧面沿环向均匀布置有四个贯穿其侧壁的螺栓孔，每个所述螺栓孔的外侧均嵌设有螺母，每个所述螺栓孔内均螺纹连接有一根所述螺纹杆，所述螺纹杆的内侧端可拆卸地连接有弧形的金属护托；所述校准装置为设置在所述加固圈上表面的圆形水准器，所述加固圈的上表面设置有水准器凹槽，所述圆形水准器固定设置在所述水准器凹槽内；所述测量装置包括两个圆形的测斜表，所述加固圈的侧面设置有两个测斜表安装凹槽，所述测斜表嵌设在所述测斜表安装凹槽内，且两个所述测斜表呈90°夹角布置，所述测斜表包括带有角度刻度的表盘、指针、外罩，所述表盘中心垂直设置有悬针管，所述指针上端设置有套环，所述指针通过所述套环可动地套装在所述悬针管上，所述悬针管的外侧端设置有挡帽，所述外罩罩设在表盘和指针的外侧。
本发明中的加固圈用于套装在待测管桩顶部，并且带有圆形水准器的一侧朝上，螺纹杆内侧端的金属护托可与管桩外表面接触，通过四根螺纹杆可使加固圈固定在管桩上并可对加固圈水平状态进行调整。圆形水准器用于判断加固圈的水平状态。本发明中的金属护托可使螺纹杆与管桩的接触更加贴合，从而能够监测管桩产生的微小位移。金属护托可采用不同规格，可根据不同直径的管桩进行适配，通过更换不同尺寸的金属护托可以使监测装置适应不同规格的管桩监测。
进一步的，为保证测量结果的准确性，所述测斜表布置在加固圈的相邻两根螺纹杆的中间位置。
进一步的，所述水准器凹槽设置在加固圈的相邻两根螺纹杆的中间位置。
进一步的，为便于螺纹杆操作及便于螺纹杆与金属护托的快速可靠连接，所述螺纹杆的后端固定连接有金属扭棒，所述螺纹杆的前端固定连接有空心的金属帽，所述金属帽的前端部带有“十”字型开口，所述金属护托后端通过金属杆连接有十字架，所述金属护托通过所述十字架与所述金属帽前端部的“十”字型开口配合连接。
本发明还提供了一种采用上述的装置监测管桩施工过程中邻近桩体偏转位移量的方法，其采用的技术方案是：将所述加固圈套装在待测管桩顶部并使其中的一个测斜表与邻近的待施工管桩对齐，调整加固圈处于水平状态并通过圆形水准仪进行水平校准，然后通过螺纹杆使金属护托紧贴待测管桩外表面并使加固圈固定在待测管桩顶部；邻近的管桩进行沉桩施工时，通过读取两块测斜表的指针与表盘上指针初始指示刻度之间的角度，即为管桩的倾斜角度
Figure 365378DEST_PATH_IMAGE001
，通过下式可求得待测管桩的偏转位移量：
Figure 877586DEST_PATH_IMAGE002
式中：
Figure 684392DEST_PATH_IMAGE003
为管桩的x、y方向位移量，单位为cm；
Figure 309978DEST_PATH_IMAGE004
为管桩的长度，单位为cm；
Figure 98199DEST_PATH_IMAGE005
为管桩x、y方向倾斜角度的正弦值。
当管桩施工过程中引起管桩周围土体产生水平位移时，产生水平位移的土体会进一步挤压安装有监测装置的管桩并使其产生变位，因监测装置与所监测的管桩固定为一体，所以监测装置中除测斜表的指针保持竖直外，其余部分随管桩一体倾斜，保持竖直的两个指针在表盘刻度的指向会发生变化，由此可根据公式求得管桩的偏转位移量。本发明通过两个测斜表即可实现对管桩位移的正交监测，准确测出已贯入桩在邻近桩体挤土效应作用下桩体x方向与y方向的偏转位移量。通过定量的确定管桩的偏位值，可进一步确定施工中管桩成桩质量是否达到相关设计要求以及被加固处理的软土地基是否达到相关的承载力要求。
本发明的有益效果是：本发明中的监测装置结构简单，采用加固圈和螺纹杆的结构，可将监测装置快速可靠固定在待测管桩上，且可适用于多种规格的管桩，操作方便；本发明通过在监测装置的加固圈上设置圆形水准器和两个测斜表，可以方便的实现对管桩x方向与y方向位移的监测，测量简单，测量结果可靠，且监测装置造价低；本发明通过将监测装置安装在沉桩完毕的管桩桩顶，即可准确监测出已贯入桩在邻近桩体挤土效应作用下桩身产生的偏转位移量，操作方便，有效解决了现有技术中管桩偏转位移量大小无法直接获得的技术问题。
附图说明
图1是监测装置的立体结构示意图；
图2是监测装置的俯视示意图；
图3是监测装置中的加固圈的主视图；
图4是图3的俯视图；
图5是监测装置中的加固圈的立体结构示意图；
图6是监测装置中的螺纹杆的结构示意图；
图7是监测装置中的螺纹杆的立体结构示意图；
图8是监测装置中的金属护托的立体结构示意图；
图9是监测装置中的螺纹杆和金属护托的连接结构示意图；
图10是监测装置中的圆形水准器的立体结构示意图；
图11是监测装置中的测斜表的立体结构示意图；
图12是监测装置中的测斜表的表盘的主视图；
图13是图12的俯视图；
图14是监测装置中的测斜表的指针的结构示意图；
图15是监测装置中的测斜表的挡帽的立体结构示意图；
图中，1、加固圈，1-1、水准器凹槽，1-2、螺栓孔，1-3、测斜表安装凹槽，1-4、螺母，2、测斜表，2-1、表盘，2-2、指针，2-3、外罩，2-4、悬针管，2-5、套环，2-6、挡帽，3、圆形水准器，3-1、水准圈，3-2、气泡，4、螺纹杆，4-1、金属扭棒，4-2、金属帽，4-3、“十”字型开口，5、金属护托，6、十字架，7、金属杆。
具体实施方式
下面通过非限定性的实施例并结合附图对本发明作进一步的说明：
如附图所示，一种监测管桩施工过程中邻近桩体偏转位移量的装置，该监测装置包括固定装置、校准装置、测量装置。
所述固定装置包括圆环形的加固圈1、螺纹杆4，加固圈1是截面形状为矩形的硬质塑料圆环，加固圈1的侧面沿环向均匀布置有四个贯穿其侧壁的螺栓孔1-2，四个螺栓孔1-2的中心线均指向圆环的圆心位置，且四个螺栓孔1-2的中心线位于同一个平面。每个所述螺栓孔1-2的外侧均嵌设有一个螺母1-4，螺栓孔1-2的外侧设置螺母槽，螺母1-4嵌设在螺母槽内。每个螺栓孔1-2内均设有一根螺纹杆4，螺纹杆4与螺母1-4螺纹连接，所述螺纹杆4的内侧端可拆卸地连接有弧形的金属护托5。金属护托5的截面为矩形，矩形宽度、高度以1cm左右为宜。本实施例中，螺纹杆4的后端固定连接有金属扭棒4-1，金属扭棒4-1与螺纹杆4形成T型，螺纹杆4的前端固定连接有空心的金属帽4-2，金属帽4-2为空心圆柱形结构，其采用两端封闭的形式，金属帽4-2后端与螺纹杆4的前端焊接连接，金属帽4-2的前端部带有“十”字型开口4-3。所述金属护托5后端连接有金属杆7，金属杆7的另一端连接有十字架6，金属护托5通过十字架6与金属帽4-2前端部的“十”字型开口4-3配合连接。十字架6由金属帽4-2前端部的“十”字型开口4-3伸入金属帽4-2内后，通过旋转螺纹杆4将十字架6嵌入其前端的金属帽4-2中，即可完成螺纹杆4与金属护托的连接。本发明中，可根据所要监测的管桩直径采用不同规格的金属护托5，通过更换金属护托5可使监测装置适应不同直径的管桩。
所述校准装置为圆形水准器3。在加固圈1的上表面设置有水准器凹槽1-1，所述圆形水准器3固定安置在水准器凹槽1-1内。应确保水准器凹槽1-1的底面平整、侧面光滑，以保证圆形水准器3水平安放在凹槽1-1内。圆形水准器3安装时，首先将加固圈1放置在一个严格水平的平面上，再将圆形水准器3带有水准圈3-1的一面向上放入水准器凹槽1-1内，此过程中应严格保证不移动加固圈1，放入圆形水准器3时，可在圆形水准器3的侧面涂抹强力胶，并严格确保圆形水准器3嵌套到底；嵌套完成后检查圆形水准器3中的气泡3-2是否处于圆形水准器3表面的水准圈3-1中心位置，如果不处于，则需取出圆形水准器3重新嵌套，直至圆形水准器3中的气泡3-2处于水准圈3-1中心位置。为保证测量准确，水准器凹槽1-1设置在加固圈1上相邻两根螺纹杆4的中间位置。
所述测量装置包括两个圆形的测斜表2，在加固圈1的侧面设置有两个测斜表安装凹槽1-3，所述测斜表2嵌设在所述测斜表安装凹槽1-3内，且两个测斜表2呈90°夹角布置。所述测斜表2包括表盘2-1、指针2-2、外罩2-3，表盘2-1为塑料圆盘，表盘2-1的周圈设置有角度刻度，角度从“0°”向“±90°”变化。表盘2-1中心垂直设置有悬针管2-4，悬针管2-4为薄壁中空的塑料管。应严格保证悬针管2-4的中心轴线与表盘2-1的圆心重合以及与表盘2-1所在平面垂直。所述指针2-2上端固定设置有套环2-5，套环2-5的内径略大于悬针管2-4的外径。所述指针2-2通过所述套环2-5可动地套装在所述悬针管2-4上。在悬针管2-4的外侧端设置有挡帽2-6，用于阻挡悬针管2-4，防止所述套环2-5从悬针管2-4脱落。挡帽2-6采用塑料材质，其包括连为一体的挡片和挡柱，挡柱设置在挡片的中心，挡柱为圆柱形，挡柱的外径与悬针管2-4的内径相同，其长度与悬针管2-4的长度相适应，挡帽2-6可通过其挡柱插入悬针管2-4内与悬针管2-4连接。所述外罩2-3为透明塑料罩，外罩2-3罩设在表盘2-1和指针2-2的外侧，外罩2-3可通过强力胶与表盘2-1外边缘固定在一起。测斜表2嵌设在测斜表安装凹槽1-3内时，应将加固圈1放置在一个严格水平的平面上，将测斜表除外罩表面外周身涂抹强力胶，缓缓嵌套进测斜表安装凹槽1-3中；此过程应不移动加固圈1，且严格保证表盘上的“0”刻度竖直向下；完成嵌套后，检查指针是否指向表盘上的“0”刻度，若指向“0”刻度，则说明嵌套合格，若未指向“0”刻度，则在竖向平面内旋转测斜表直至指针指向表盘上的“0”刻度为止。
利用所述监测装置对管桩施工过程中偏转位移量进行监测时，首先将加固圈1套装在待测管桩顶部，并且带有圆形水准器3的一侧朝上，手持加固圈使其大体处于水平状态，拧动螺纹杆4使其内侧端的金属护托5与管桩外表面接触，同时及时调整金属护托5使其处于水平位置以保证其与管桩外壁完全贴合，调整加固圈1前后左右的位置，使装置处于水平位置，并通过加固圈1上设置的圆形水准器3来校准水平。水平校准后，通过四根螺纹杆4使加固圈1固定在管桩上，此时，两个测斜表2的指针均自然下垂并指向表盘上的“0”刻度。加固圈1安装时，其中的一个测斜表2与待施工管桩对齐。与待测管桩邻近的管桩贯入时会引起邻近管桩桩周土体水平位移，产生水平位移的桩周土体会挤压待测桩使其发生水平位移。因监测装置与所监测的管桩固定为一体，所以监测装置中除测斜表的指针保持竖直外，其余部分均随管桩一体倾斜，两个倾斜测斜表2上的“0”刻度与始终处于竖直状态指针的夹角由原来的0°变为倾斜后的
Figure 176881DEST_PATH_IMAGE001
°，则该所测管桩因邻近管桩的贯入而发生的x、y方向的位移可由下式求得：
Figure 768137DEST_PATH_IMAGE002
式中：
Figure 181319DEST_PATH_IMAGE003
为管桩的x、y方向位移量，单位为cm；
Figure 725128DEST_PATH_IMAGE004
为管桩的长度，单位为cm；
Figure 961943DEST_PATH_IMAGE005
为管桩x、y方向倾斜角度的正弦值。
本发明中的监测装置结构简单、操作方便，可以准确监测管桩在施工过程中所产生的偏转量，可有效解决现有技术中管桩偏转位移量大小无法直接获得的技术问题。通过定量的确定管桩的偏位值，可进一步确定工程中管桩成桩的质量控制是否达到相关设计要求以及被加固处理的软土地基是否达到相关的承载力要求。
本发明所提供的监测装置除能用于施工现场管桩的监测外，亦能用于与管桩相关的室内模型试验，可使用本发明所提供的监测装置测定管桩在不同长度、直径、土体性质等因素下的位移值，并进行相关因素影响规律的分析与研究。
本实施例中的其他部分均为现有技术，在此不再赘述。

Claims (5)

1.一种监测管桩施工过程中邻近桩体偏转位移量的装置，其特征是：包括固定装置、校准装置、测量装置，所述固定装置包括圆环形的加固圈（1）、螺纹杆（4），所述加固圈（1）的侧面沿环向均匀布置有四个贯穿其侧壁的螺栓孔（1-2），每个所述螺栓孔（1-2）的外侧均嵌设有螺母，每个所述螺栓孔（1-2）内均螺纹连接有一根所述螺纹杆（4），所述螺纹杆（4）的内侧端可拆卸地连接有弧形的金属护托（5）；所述校准装置为设置在所述加固圈（1）上表面的圆形水准器（3），所述加固圈（1）的上表面设置有水准器凹槽（1-1），所述圆形水准器（3）固定设置在所述水准器凹槽（1-1）内；所述测量装置包括两个圆形的测斜表（2），所述加固圈（1）的侧面设置有两个测斜表安装凹槽（1-3），所述测斜表（2）嵌设在所述测斜表安装凹槽（1-3）内，且两个所述测斜表（2）呈90°夹角布置，所述测斜表（2）包括带有角度刻度的表盘（2-1）、指针（2-2）、外罩（2-3），所述表盘（2-1）中心垂直设置有悬针管（2-4），所述指针（2-2）上端设置有套环（2-5），所述指针（2-2）通过所述套环（2-5）可动地套装在所述悬针管（2-4）上，所述悬针管（2-4）的外侧端设置有挡帽（2-6），所述外罩（2-3）罩设在表盘（2-1）和指针（2-2）的外侧。
2.根据权利要求1所述的监测管桩施工过程中邻近桩体偏转位移量的装置，其特征是：所述测斜表（2）布置在加固圈（1）的相邻两根螺纹杆（4）的中间位置。
3.根据权利要求1所述的监测管桩施工过程中邻近桩体偏转位移量的装置，其特征是：所述水准器凹槽（1-1）设置在加固圈（1）的相邻两根螺纹杆（4）的中间位置。
4.根据权利要求1或2或3所述的监测管桩施工过程中邻近桩体偏转位移量的装置，其特征是：所述螺纹杆（4）的后端固定连接有金属扭棒（4-1），所述螺纹杆（4）的前端固定连接有空心的金属帽（4-2），所述金属帽（4-2）的前端部带有“十”字型开口，所述金属护托（5）后端通过金属杆（7）连接有十字架（6），所述金属护托（5）通过所述十字架（6）与所述金属帽（4-2）前端部的“十”字型开口配合连接。
5.一种采用权利要求1-4中任一项所述的装置监测管桩施工过程中邻近桩体偏转位移量的方法，其特征是：将所述加固圈（1）套装在待测管桩顶部并使其中的一个测斜表（2）与邻近的待施工管桩对齐，调整加固圈处于水平状态并通过圆形水准仪进行水平校准，然后通过螺纹杆（4）使金属护托（5）紧贴待测管桩外表面并使加固圈（1）固定在待测管桩顶部；邻近的管桩进行沉桩施工时，通过读取两块测斜表（2）的指针（2-2）与表盘（2-1）上指针（2-2）初始指示刻度之间的角度，即为管桩的倾斜角度
Figure 154802DEST_PATH_IMAGE001
，通过下式可求得待测管桩的偏转位移量：
Figure 497491DEST_PATH_IMAGE002
式中：
Figure 806506DEST_PATH_IMAGE003
为管桩的x、y方向位移量，单位为cm；
Figure 775335DEST_PATH_IMAGE004
为管桩的长度，单位为cm；
Figure 745083DEST_PATH_IMAGE005
为管桩x、y方向倾斜角度的正弦值。
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