CN115950396B - 一种地表与地下一体式沉降监测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地表与地下一体式沉降监测装置及方法，属于岩土工程监测技术领域，具体包括以下步骤：首先预钻埋设孔及组装地表与地下一体式沉降监测装置，然后将地表与地下一体式沉降监测装置吊放至埋设孔并进行固定后回填压实；最后安装北斗监测系统并通过地表与地下一体式沉降监测装置进行数据采集与处理；所述地表与地下一体式沉降监测装置，包括地面上自动化数据采集箱、地下沉降监测设备及地表沉降监测设备，所述地表沉降监测设备及地下沉降监测设备分别与地面上自动化数据采集箱连接；本发明解决了现有监测技术中存在连续性、实时性、自动化监测程度不足且地表与地下无法协同的问题。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程监测技术领域，具体涉及一种地表与地下一体式沉降监测方法。本发明还提供了一种地表与地下一体式沉降监测装置。
背景技术
在机场、堤坝、公路及铁路等工程中，为了掌握地基土的有效压缩层厚度及压缩层范围内各层土的变形特性，常需要在地基表面和地下不同深度内安装沉降监测仪器，根据沉降监测结果分析土体的压缩特性并指导现场施工及验证设计参数的合理性。
现有地表沉降监测一般采用精密水准测量法、液体静力水准测量法和全站仪法等方法，上述方法因为观测不连续、人工临时布测、受环境条件限制以及连续性、实时性和自动化监测程度的不足，难以及时发现工程安全隐患和分析场地变形演化趋势。
当前地下沉降监测方法主要有分层沉降标法、电磁式沉降仪法和不动杆法等。分层沉降标法是通过在监测区域内钻探不同深度的埋设孔，在孔内放入底端带沉降板的测杆，测杆力求垂直，外加护管保护，逐段逐节引出地面并回填钻孔与护管之间的空隙，然后在地面采用水准仪观测不同深度分层沉降标的测杆高程变化。该方法中每个标点埋设在不同钻孔中，不同钻孔之间的地层存在差异，无法准确代表同一位置处的分层沉降变形情况，存在测标埋设、观测的工作量大，人工观测时效性差、观测频次低等不足；电磁式沉降仪法是在土体监测深度范围内钻探沉降管及磁环埋设孔，再按分层测量间距，在沉降管外套磁环，下放至埋设孔内，当沉降磁环下沉至预定高程后打开叉簧片，使其插（抓）在土壁上，然后对钻孔进行回填，采用测尺和测头对磁环位置进行观测，进而可获得土体的分层沉降量。该方法中磁环簧片（爪）锚固力较弱，难以紧密抓牢钻孔壁，磁环与周围土体的协调变形难以保证，此外还存在着观测误差大、时效性差和观测频次低等问题；不动杆法是在观测点位置采用钻机钻孔，埋入刚度较大、带套管的不动杆，杆下端插入硬土体，上端引出地面以上，将特殊的沉降标安设在不动杆上，沉降标与周围土体同步沉降，其相对不动杆的位移即为此处的沉降量。当前沉降标与不动杆的相对位移采用滑动电阻式沉降仪观测，由于地基土的沉降量由下向上逐渐增大，现有监测仪器量程难以满足观测要求。此外，现有地表沉降监测和地下沉降监测常常分开进行，二者之间的联系性较差，不利于监测数据的协同分析、相互校验。因此，亟待开发一种地表与地下一体式沉降监测装置及方法，实现对同一监测点从地表到地下多测点、高精度、连续和自动化监测。
发明内容
为了克服现有监测技术中存在连续性、实时性、自动化监测程度不足且地表与地下无法协同的缺陷，本发明提供了一种结构合理、测试方法步骤简单、实现方便且使用效果好，同时能实现对同一监测点处土体的多测点、高精度、连续、自动化监测的地表与地下一体式沉降监测方法；本发明还提供了一种地表与地下一体式沉降监测装置。
本发明为了实现上述目的所采用的技术方案是：
一种地表与地下一体式沉降监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）预钻埋设孔及组装地表与地下一体式沉降监测装置：采用钢丝绳顺次连接锚固头顶部及底部的安装吊环，使锚固头在吊放时的位置固定，自上而下采用液压管连接各锚固头的液压管接头，相邻锚固头的中心点间距H i 与分层沉降监测点间距相同，在埋设孔底稳固地层中设置一个锚固头作为基准点，每一沉降监测分层之间的液压管长度预留有变形余量，防止埋设孔内下放过程中液压管接头脱离，预留长度为(1.05～1.1) H i ；
（2）吊放地表与地下一体式沉降监测装置于埋设孔内并进行锚固固定，锚固固定完成后将埋设孔回填压实：提拉钢丝绳将锚固头吊放入埋设孔内，在吊放过程中将位移计拉开到限位环的位置，在两个锚固头之间顺次连接位移计和位移传递杆，同时在位移计、位移传递杆均外部套接伸缩波纹管；当地层锚固单元、沉降传递与测量单元吊放至预定位置后，液压泵卸压，在弹簧的作用下活塞杆带动锚固板扎入埋设孔壁土体，锚固头与埋设孔孔壁锚固为一体；采用干细砂自埋设孔孔口倒入埋设孔内，对埋设孔进行回填处理，在近地表1m深度范围内采用膨润土回填，防止地表水沿埋设孔渗入地下；
（3）地表沉降监测系统的安装：所述地表沉降监测系统为北斗监测系统，包括监测站、基准站两大部分；监测站安装时将北斗天线的底座通过螺纹固定在引出杆上，线缆接入地面上自动化数据采集箱；基准站设置在监测场地外的稳定区域；
（4）通过地表与地下一体式沉降监测装置进行数据采集与处理:将位移计所有线缆线引入地面上自动化数据采集箱内，监测数据由无线传输模块传输至监控中心服务器，监控中心服务器的监测软件对接收到的数据进行处理，并绘制沉降时程曲线，其它远程终端可登陆监控中心服务器查看、读取监测结果。
进一步的，所述埋设孔采用干钻法成孔，埋设孔的孔径D根据锚固头的锚固板收缩后最大外缘直径d 1和锚固头的锚固板扩张后最大外缘直径d 2确定，要求d 1+40 ≤ d 2，孔径D为(d 1+20) mm ≤ D ≤ (d 2－20) mm。
进一步的，所述位移计、位移传递杆在与锚固头连接的过程中，通过全螺纹丝杆微调尺寸，保证位移计张拉至限位环的位置，然后采用螺栓锁死。
地表与地下一体式沉降监测装置，包括用于实现对同一监测点从地表到地下进行自动化监测的地面上自动化数据采集箱、用于监测地下土体分层沉降的地下沉降监测设备及用于观测地表沉降的地表沉降监测设备，所述地下沉降监测设备顶部装设有用于观测地表沉降的地表沉降监测设备，所述地表沉降监测设备及地下沉降监测设备分别与地面上自动化数据采集箱连接；所述地表沉降监测设备包括引出杆、北斗天线及北斗信号采集箱，所述北斗天线固定安装于引出杆上方且对准于引出杆中轴线，所述北斗天线接入北斗信号采集箱内，北斗信号采集箱将地表沉降数据传递给地面上自动化数据采集箱内；所述地下沉降监测设备包括多个用于监测地下土体分层沉降情况的地层锚固单元、多个沉降传递与测量单元，每个所述地层锚固单元将监测的地下土体分层情况通过各自的沉降传递与测量单元进行测量并实时传输给位于地面上自动化数据采集箱内；最后地面上自动化数据采集箱内的数据采集和处理单元进行解析计算，获得土体的分层沉降数据。
进一步地，所述北斗信号采集箱内有数据采集与解析模块、三维坐标解算模块、北斗接收板模块、电源模块、无线通信模块。
进一步地，所述地层锚固单元包括锚固头、液压管和液压泵，所述锚固头外侧分别通过锚固板固定在埋设孔内壁上，锚固头通过液压管与液压泵连接；所述锚固头由三个油缸组成，三个油缸的封闭端通过油缸固定块及固定螺栓固定在同一平面内，两两之间互成120度，三个油缸另一端分别安装在锚固板内侧，每个油缸分别通过液压管与液压泵连接，所述油缸固定块位于三个油缸中央且自上至下设置有位移传递杆接头连接孔及沉降传递杆接头，油缸固定块的顶部及底部分别设有安装吊环。
更进一步地，所述油缸包括缸体，所述缸体由活塞分成两侧，一侧设置有供活塞杆伸出的通道及液压腔，另一侧设有弹簧和排气孔，在液压腔的顶部及底部分别设有液压管接头并且连通，液压管接头分别通过液压管与液压泵连接以提供液压力。所述弹簧一端与活塞背面相连，可为锚固板提供刺入土中的驱动力。所述排气孔可排出油缸运动过程中产生的气压；所述活塞外周设置布设有密封圈和导向环，密封圈可以保证液压力传递给活塞帽并防止液油渗漏，导向环可保证活塞线性运动。加压时，首先将油压传递给所述活塞，活塞推动所述活塞杆缩回缸体，压紧弹簧，此时可保证仪器顺利放入埋设孔中；当压力释时，受压的弹簧释放弹力，带动活塞杆，进而将所述锚固板压入孔壁土体中，在活塞杆与活塞面内侧连接处设有缓冲块。
进一步地，所述沉降传递与测量单元包括位移计、位移传递杆、伸缩波纹管、全螺纹丝杆，所述位移计上端与沉降传递杆接头连接，下端通过全螺纹丝杆与位移传递杆顶部连接，位移传递杆底部位于位移传递杆接头连接孔内，位移计通过电缆连接到地面上自动化数据采集箱中，所述位移计及位移传递杆外套接伸缩波纹管。
进一步地，所述位移计采用电感调频式位移计，所述位移计为电感调频式位移计，主要包括壳体、衔铁与外套筒，所述壳体内置螺管线圈，所述衔铁插入到螺管线圈内并可往复移动，衔铁位于外套筒中心，与外套筒同轴螺纹固定连接，可沿壳体内部自由滑动；所述壳体沿外套筒内部自由滑动，在外套筒口处设置有滑动环，滑动环上内嵌密封环，外套筒底端设置有用于阻止外套筒与壳体分离的限位器。
进一步地，所述数据采集与处理单元的解析计算方法包括以下步骤：当土体发生沉降变形时，土体将带动所述锚固头同步下沉，相邻两锚固头之间产生相对位移，锚固头通过位移传递杆将相对位移传递给位移计进行单独测量，相对位移量为该锚固头所监测单元上下界面之间土体的竖向压缩沉降变形量
, i=1, 2, …, n，设各监测深度处的绝对沉降量为s j ，j=1, 2, …, n,，n为分层数量，则有：/>
，其中，s 0表示北斗监测系统观测的地表绝对沉降量。
进一步的，所述位移传递杆采用玻璃纤维杆制作，具有刚度高、质量轻、线膨胀系数低等特点，所述位移传递杆两端均带有外螺纹，由带有内螺纹的接头进行连接接长。
进一步的，所述伸缩波纹管为金属材质，沿纵向能自由伸缩，套在位移传递杆外部，可减少周围土体对位移传递杆的影响，伸缩波纹管的内径大于位移计壳体外径2～4mm。
所述数据采集和处理单元包括数据采集控制模块、无线传输模块、太阳能供电系统、监控中心服务器等。
所述数据采集控制模型通过RS485总线和沉降传递与测量单元的位移计连接，通过数据采集控制模块读取沉降传递与测量单元中位移计监测数据。
所述无线传输模块通过移动通信网络将采集模块测量的数据传输至所述监控中心服务器。
所述太阳能供电系统有太阳能板、蓄电池、太阳能控制器组成，用于向所述数据采集控制模块和无线传输模块供电。
所述监控中心服务器的监测软件对接收到的数据进行处理，得到土体分层沉降量和总沉降量，其它远程终端可访问所述监控中心服务器查看监测结果，从而实现了分层沉降的远程、自动化监测。
本发明采用北斗系统监测观测地表沉降、位移计观测地下沉降，在同一个钻孔中多测点、连续、自动监测不同地层的沉降，监测数据可自动化采集传输至监控服务中心进行计算机处理，可实现远程、实时和动态监测，节省了大量的人力，并可消除人工测量误差；采用的锚固头通过弹力驱动活塞将锚固板压入埋设孔孔壁土体，锚固头与埋设孔孔壁土体之间具有持久稳定的锚固力，可保证锚固头与孔壁土体协调变形，能够真实反映锚固处土体真实的沉降变化特征；采用在位移传递杆、位移计外套伸缩波纹管，减少了周围土体对位移传递杆和位移计的影响，改善了位移传递杆、位移计的工作状态，使得测试数据更加可靠。本发明结构简单、操作简便、造价低廉、方法实用，使用效果好。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步描述，其中：
图1为本发明一种地表与地下一体式沉降监测装置及方法结构示意图。
图2为数据采集与处理单元系统示意图。
图3为锚固头结构示意图。
图4为锚固头的剖视图。
图5为油缸固定块示意图。
图6为锚固板示意图。
图7为活塞示意图。
图8为位移计结构示意图。
附图标记说明：1、锚固头，1-1、缸体，1-2、锚固板，1-2-1、锯齿状，1-3、固定螺栓，1-4、油缸固定块，1-4-1、传递杆接头，1-5、安装吊环，1-6、液压管接头，1-7、弹簧，1-8、活塞，1-8-1、密封圈，1-8-2、活塞面，1-8-3、缓冲块，1-8-4、活塞杆，1-8-5、螺栓，1-8-6、导向环，1-9、排气孔，1-10、液压腔，2、液压管，3、液压泵，4、位移计，4-1、连接块，4-2、电缆，4-3、限位器，4-4、壳体，4-5、滑动环，4-6、密封环，4-7、外套筒，4-8衔铁，5、位移传递杆，6、伸缩波纹管，7、全螺纹丝杆，8、地面上自动化数据采集箱，9、引出杆，10、埋设孔，11、北斗天线，12、北斗基准站。
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做出创造性劳动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。
如图1所示，本发明的地表与地下一体式沉降监测方法，包括以下步骤：
一、预钻埋设孔：采用干钻法成孔，埋设孔10的孔径D根据锚固头的锚固板收缩后最大外缘直径d 1和锚固头的锚固板扩张后最大外缘直径d 2确定，要求d 1+40≤d 2，孔径D为(d 1+20) mm ≤D ≤(d 2－20) mm。
二、监测装置预组装：锚固头1的间距根据监测方案进行设置，相邻锚固头1的中心点间距H i 与分层沉降监测点间距相同，采用钢丝绳顺次连接锚固头顶部及底部的安装吊环，使锚固头在吊放时的位置进行固定，自上而下采用液压管2连接各锚固头1的液压管接头，多个锚固头1的液压管2串联接到地面的液压泵3。接着通过液压泵加压，使活塞收缩，压紧弹簧。每一沉降监测分层之间的液压管2长度留有变形余量，防止埋设孔内下放过程中液压管接头1-6脱离，预留长度宜为(1.05～1.1)H i。
三、监测装置吊放：提拉钢丝绳将锚固头吊放入埋设孔10内，将最下端的锚固头设置在稳固的孔底作为基准点（相对不动点），在吊放过程中将位移计4拉开至限位环位置。在两个锚固头之间顺次连接位移计4和位移传递杆5，同时在位移计4、位移传递杆5外套接伸缩波纹管6，位移计4、位移传递杆5在与锚固头1连接过程中，通过全螺纹丝杆7微调尺寸，保证位移计张拉至限位环的位置，然后采用螺栓锁死。
四、锚固固定：当地层锚固单元、沉降传递与测量单元吊放至预定位置后，液压泵3卸压，受压的弹簧1-7释放弹力，带动活塞杆运动，进而将所述锚固板1-2压入埋设孔10孔壁中，锚固头与埋设孔壁锚固为一体，即完成锚固固定。
五、埋设孔回填：采用干细砂自埋设孔口倒入埋设孔10内，对埋设孔10进行回填压实，在近地表1m深度范围内采用膨润土回填，防止地表水沿孔渗入地下。
六、地表沉降监测系统安装：所述地表沉降监测系统为北斗监测系统，主要包括监测站、基准站两大部分，监测站安装时将北斗天线11的底座通过螺纹固定在引出杆9上，线缆接入地面上自动化数据采集箱；基准站12设置在监测场地外的稳定区域。
七、数据采集与处理：将位移计4所有线缆线接入地面上自动化数据采集箱8，监测数据由所述无线传输模块传输至所述监控中心服务器，由监控中心服务器的监测软件对接收到的数据进行处理，并绘制沉降时程曲线，其它远程终端可登陆监控中心服务器查看监测结果。
如图1至8所示，本发明的地表与地下一体式沉降监测装置，地表与地下一体式沉降监测装置，包括用于实现对同一监测点从地表到地下进行自动化监测的地面上自动化数据采集箱、用于监测地下土体分层沉降的地下沉降监测设备及用于观测地表沉降的地表沉降监测设备，所述地下沉降监测设备顶部装设有用于观测地表沉降的地表沉降监测设备，所述地表沉降监测设备及地下沉降监测设备分别与地面上自动化数据采集箱连接；所述地表沉降监测设备包括引出杆9、北斗天线11及北斗信号采集箱，所述北斗天线11固定安装于引出杆9上方且对准于引出杆9中轴线，所述北斗天线11接入北斗信号采集箱内，北斗信号采集箱将地表沉降数据传递给地面上自动化数据采集箱内；所述地下沉降监测设备包括多个用于监测地下土体分层沉降情况的地层锚固单元、多个沉降传递与测量单元，每个所述地层锚固单元将监测的地下土体分层情况通过各自的沉降传递与测量单元进行测量并实时传输给位于地面上自动化数据采集箱内；最后地面上自动化数据采集箱内的数据采集和处理单元进行解析计算，获得土体的分层沉降数据。
进一步地，所述北斗信号采集箱内有数据采集与解析模块、三维坐标解算模块、北斗接收板模块、电源模块、无线通信模块。
进一步地，所述地层锚固单元包括锚固头1、液压管2和液压泵3，所述锚固头1外侧分别通过锚固板1-2固定在埋设孔10内壁上，锚固头1通过液压管2与液压泵3连接；所述锚固头1由三个油缸组成，三个油缸的封闭端通过油缸固定块1-4及固定螺栓1-3固定在同一平面内，两两之间互成120o，三个油缸另一端分别安装在锚固板1-2内侧，每个油缸分别通过液压管2与液压泵3连接，所述油缸固定块1-4位于三个油缸中央自上至下设置有位移传递杆接头连接孔及沉降传递杆接头，油缸固定块1-4的顶部和底部上设有安装吊环1-5，所述安装吊环1-5包括六个，上下侧各3个安装吊环1-5，同一侧安装吊环1-5两两之间互成120o，用于将监测装置吊放至埋设孔监测位置。
所述缸体1-1为圆柱形，由活塞1-8分成两侧，一侧设置有供活塞杆1-8-4伸出的通道、液压管接头1-6、缓冲块1-8-3、液压腔1-10，另一侧内置弹簧1-7和排气孔1-9，液压管2与液压管接头1-6连通以为液压腔1-10提供液压力，所述弹簧1-7一端与活塞1-8背面相连，可为锚固板1-2提供正向压力。所述排气孔1-9可排出油缸运动过程中产生的气压。所述活塞1-8包括活塞杆1-8-4、密封圈1-8-1、导向环1-8-6、缓冲块1-8-3、螺栓1-8-5组成，活塞1-8外周设置布设有一道密封圈1-8-1和两道相对于密封圈对称分布的导向环1-8-6，密封圈1-8-1可以保证液压力传递给活塞1-8并防止液油渗漏，两道导向环1-8-6可保证活塞1-8线性运动；加压时，液油压力传递给所述活塞1-8，所述活塞1-8推动所述活塞杆1-8-4缩回缸体1-8，压紧弹簧1-7，此时可保证仪器顺利放入埋设孔中；当压力释放时，受压的弹簧1-7释放弹力，带动活塞杆1-8-4，进而将所述锚固板1-2压入埋设孔10孔壁中，所述锚固板1-2设置为锯齿状1-2-1，以减小其插入周围土体时的阻力，进一步限制了锚固板的移动。
进一步地，所述沉降传递与测量单元包括位移计4、连接块4-1、电缆4-2、限位器4-3、壳体4-4、滑动环4-5、密封环4-6、外套筒4-7、衔铁4-8、位移传递杆5、伸缩波纹管6、全螺纹丝杆7，所述位移计4上端与锚固头1连接，下端与位移传递杆5连接，所述位移计4及位移传递杆5外套接伸缩波纹管6。
更进一步地，所述位移计4为电感调频式位移计，包括壳体4-4、衔铁4-8和外套筒4-7，所述衔铁4-8插入到螺管线圈内并可往复移动，衔铁4-5位于外套筒4-7中心，与外套筒4-7同轴螺纹固定连接，可沿壳体内部自由滑动；所述壳体内置螺管线圈，可沿外套筒4-7管内部自由滑动,在外套筒4-7管口处设置有滑动环，滑动环4-5上内嵌密封环4-6，可防止泥、水进入管腔内，外套筒4-7底端设置有用于阻止外套筒4-7与壳体4-5分离的限位器4-3。
进一步地，所述数据采集与处理单元的解析计算方法包括以下步骤：当土体发生沉降变形时，土体将带动所述锚固头1同步下沉，相邻两锚固头1之间产生相对位移，锚固头1通过位移传递杆5将相对位移传递给位移计4进行单独测量，相对位移量为该锚固头所监测区域上下界面之间土体的竖向压缩沉降变形量
, i=1, 2, …, n，设各监测深度处的绝对沉降量为s j ，j=1, 2, …, n,，n为分层数量，则有：/>
其中，s 0表示北斗监测系统观测的地表绝对沉降量。/>
进一步的，所述位移传递杆5采用玻璃纤维杆制作，具有刚度高、质量轻、线膨胀系数低等特点。位移传递杆5两端带有外螺纹，由带有内螺纹的接头进行连接接长。
进一步的，所述伸缩波纹管6为金属材质，沿纵向能自由伸缩，套在位移传递杆5外部，可减少周围土体对位移传递杆的影响，伸缩波纹管的内径大于位移计壳体外径(2～4)mm。
所述数据采集和处理单元包括数据采集控制模块、无线传输模块、太阳能供电系统、监控中心服务器等。
所述数据采集控制模型通过RS485总线和沉降传递与测量单元的位移计连接，通过数据采集控制模块读取沉降传递与测量单元中位移计监测数据。
所述无线传输模块通过移动通信网络将采集模块测量的数据传输至所述监控中心服务器。
所述太阳能供电系统有太阳能板、蓄电池、太阳能控制器组成，用于向所述数据采集控制模块和无线传输模块供电。
所述监控中心服务器的监测软件对接收到的数据进行处理，得到土体分层沉降量和总沉降量，其它远程终端可访问所述监控中心服务器查看监测结果，从而实现了分层沉降的远程、自动化监测。
本发明的锚固头1设置在监测土体的上下分层界面，通过弹簧1-7驱动活塞1-8进而带动弧形锚固板1-2插入孔壁土体，实现与土体协调变形；上、下锚固头与测量单元连接，两个锚固头之间产生的相对变形通过位移传递杆5传递到位移计4，由其进行单独测量；通过地面上自动数据采集箱8中的采集控制模块读取各测量单元中位移计4的监测数据，经处理单元计算分析后，可在终端设备上登陆查看监测数据，实现了被监测体分层沉降的远程自动化监测。最顶部锚固头1上端安装有引出杆9，通过水准测量可得到顶部锚固头1的高程数据。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种地表与地下一体式沉降监测装置，其特征在于，包括用于实现对同一监测点从地表到地下进行自动化监测的地面上自动化数据采集箱、用于监测地下土体分层沉降的地下沉降监测设备及用于观测地表沉降的地表沉降监测设备，所述地下沉降监测设备顶部装设有用于观测地表沉降的地表沉降监测设备，所述地表沉降监测设备及地下沉降监测设备分别与地面上自动化数据采集箱连接；所述地表沉降监测设备包括引出杆、北斗天线及北斗信号采集箱，所述北斗天线固定安装于引出杆上方且对准于引出杆中轴线，所述北斗天线接入北斗信号采集箱内，北斗信号采集箱将地表沉降数据传递给地面上自动化数据采集箱内；所述地下沉降监测设备包括多个用于监测地下土体分层沉降情况的地层锚固单元、多个沉降传递与测量单元，每个所述地层锚固单元将监测的地下土体分层情况通过各自的沉降传递与测量单元进行测量并实时传输给位于地面上自动化数据采集箱内；最后地面上自动化数据采集箱内的数据采集和处理单元进行解析计算，获得土体的分层沉降数据；所述地层锚固单元包括锚固头、液压管和液压泵，所述锚固头外侧分别通过锚固板固定在埋设孔孔壁上，锚固头通过液压管与液压泵连接；所述锚固头由三个油缸组成，三个油缸的封闭端通过油缸固定块及固定螺栓固定在同一平面内，两两之间互成120度，三个油缸另一端分别安装在锚固板内侧，每个油缸分别通过液压管与液压泵连接，所述油缸固定块位于三个油缸中央且自上至下设置有位移传递杆接头连接孔及沉降传递杆接头，油缸固定块的顶部及底部上分别设有安装吊环；所述油缸包括缸体，所述缸体由活塞分成两侧，一侧设置有供活塞杆伸出的通道及液压腔，另一侧设有弹簧和排气孔，在液压腔的顶部及底部分别设有液压管接头并且连通，液压管接头分别通过液压管与液压泵连接，所述弹簧一端与活塞背面相连，所述活塞外周布设有密封圈和导向环，在活塞杆与活塞面内侧连接处设有缓冲块。
2.根据权利要求1所述的一种地表与地下一体式沉降监测装置，其特征在于，所述沉降传递与测量单元包括位移计、位移传递杆、伸缩波纹管、全螺纹丝杆，所述位移计上端与沉降传递杆接头连接，下端通过全螺纹丝杆与位移传递杆顶部连接，位移传递杆底部位于位移传递杆接头连接孔内，位移计通过电缆连接到地面上自动化数据采集箱中，所述位移计及位移传递杆均外部套接伸缩波纹管。
3.根据权利要求2所述的一种地表与地下一体式沉降监测装置，其特征在于，所述位移计为电感调频式位移计，包括壳体、衔铁及外套筒，所述壳体内设置螺管线圈，所述衔铁插入到螺管线圈内并可往复移动，衔铁位于外套筒中心，与外套筒同轴螺纹固定连接，所述衔铁可沿壳体内部自由滑动；所述壳体可沿外套筒内部自由滑动，在外套筒口处设置有滑动环，滑动环上内嵌密封环，外套筒底端设置有用于阻止外套筒与壳体分离的限位器。
4.根据权利要求3中所述的一种地表与地下一体式沉降监测装置，其特征在于，所述数据采集与处理单元的解析计算方法包括以下步骤：当土体发生沉降变形时，土体将带动所述锚固头同步下沉，相邻两锚固头之间产生相对位移，锚固头通过位移传递杆将相对位移传递给位移计进行单独测量，相对位移量为该锚固头所监测区域上下界面之间土体的竖向压缩沉降变形量
, i=1, 2, …, n，设各监测深度处的绝对沉降量为s j ，j=1, 2, …,n，n为分层数量，则有：/>
其中，s 0表示北斗监测系统观测的地表绝对沉降量。
5.根据权利要求4所述的一种地表与地下一体式沉降监测装置，其特征在于，所述数据采集和处理单元包括数据采集控制模块、无线传输模块、太阳能供电系统、监控中心服务器；所述数据采集控制模块通过RS485总线和沉降传递与测量单元的位移计连接，通过数据采集控制模块读取数据沉降传递与测量单元中位移计监测数据；所述无线传输模块通过移动通信网络将数据采集控制模块测量的数据传输至监控中心服务器；所述监控中心服务器的监测软件对接收到的数据进行处理，得到土体分层沉降量和总沉降量，其它远程终端可访问所述监控中心服务器查看监测结果。
6.一种使用权利要求5中地表与地下一体式沉降监测装置的地表与地下一体式沉降监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）预钻埋设孔及组装地表与地下一体式沉降监测装置：采用钢丝绳顺次连接锚固头顶部及底部的安装吊环，使锚固头在吊放时的位置固定，自上而下采用液压管连接各锚固头的液压管接头，相邻锚固头的中心点间距H i 与分层沉降监测点间距相同，在埋设孔底稳固地层中设置一个锚固头作为基准点，每一沉降监测分层之间的液压管长度预留有变形余量，防止埋设孔内下放过程中液压管接头脱离，预留长度为(1.05～1.1) H i ；
（2）吊放地表与地下一体式沉降监测装置于埋设孔内并进行锚固固定，锚固固定完成后将埋设孔回填压实：提拉钢丝绳将锚固头吊放入埋设孔内，在吊放过程中将位移计拉开到限位环的位置，在相邻锚固头之间顺次连接位移计和位移传递杆，同时在位移计、位移传递杆均外部套接伸缩波纹管；当地层锚固单元、沉降传递与测量单元吊放至预定位置后，液压泵卸压，在弹簧的作用下活塞杆带动锚固板扎入埋设孔壁土体，锚固头与埋设孔孔壁锚固为一体；采用干细砂自埋设孔孔口倒入埋设孔内，对埋设孔进行回填处理，在近地表1m深度范围内采用膨润土回填，防止地表水沿埋设孔渗入地下；
（3）地表沉降监测系统的安装：所述地表沉降监测系统为北斗监测系统，包括监测站、基准站两大部分；监测站安装时将北斗天线的底座通过螺纹固定在引出杆上，线缆接入地面上自动化数据采集箱；基准站设置在监测场地外的稳定区域；
（4）通过地表与地下一体式沉降监测装置进行数据采集与处理：将位移计所有线缆线引入地面上自动化数据采集箱内，监测数据由无线传输模块传输至监控中心服务器，监控中心服务器的监测软件对接收到的数据进行处理，并绘制沉降时程曲线，其它远程终端可登陆监控中心服务器查看、读取监测结果。
7.根据权利要求6所述的一种地表与地下一体式沉降监测方法，其特征在于，所述埋设孔采用干钻法成孔，埋设孔的孔径D根据锚固头的锚固板收缩后最大外缘直径d 1和锚固头的锚固板扩张后最大外缘直径d 2确定，要求d 1+40≤d 2，孔径D为(d 1+20) mm≤ D ≤(d 2－20)mm。
8.根据权利要求6所述的一种地表与地下一体式沉降监测方法，其特征在于，所述位移计、位移传递杆在与锚固头连接的过程中，通过全螺纹丝杆微调尺寸，保证位移计张拉至限位环的位置，然后采用螺栓锁死。
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Families Citing this family (6)
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|---|---|---|---|---|
| CN116255962B (zh) * | 2023-05-10 | 2023-08-04 | 山东省地质矿产勘查开发局第二水文地质工程地质大队(山东省鲁北地质工程勘察院) | 一种埋入式地面沉降监测装置 |
| CN116295256B (zh) * | 2023-05-22 | 2023-08-15 | 天津市北洋水运水利勘察设计研究院有限公司 | 一种全自动深层土体沉降测量方法及装置 |
| CN116299724B (zh) * | 2023-05-22 | 2023-08-08 | 山东科技大学 | 全断面覆岩结构与离层调频周期脉冲式电磁装置及方法 |
| CN117513289A (zh) * | 2023-11-23 | 2024-02-06 | 陕西建工集团股份有限公司 | 一种地基与基础一体化沉降监测装置及方法 |
| CN117570920B (zh) * | 2023-11-23 | 2024-05-10 | 陕西华山路桥集团有限公司 | 一种可回收式分层沉降测量装置及方法 |
| CN117552483B (zh) * | 2024-01-10 | 2024-04-16 | 山西金宝岛基础工程有限公司 | 一种强夯处理地基加固影响范围的测试方法 |
Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4044563A (en) * | 1973-01-26 | 1977-08-30 | The Dow Chemical Company | Subsidence control |
| CN101016733A (zh) * | 2007-01-08 | 2007-08-15 | 中铁西北科学研究院有限公司 | 多点沉降观测方法及装置 |
| CN102721407A (zh) * | 2012-07-06 | 2012-10-10 | 中国石油大学(华东) | 地下盐穴储气库地表沉降测量装置及测量方法 |
| CN102878980A (zh) * | 2012-09-19 | 2013-01-16 | 北京交通大学 | 一种地铁隧道施工诱发地下管线沉降的间接测试方法 |
| CN102878979A (zh) * | 2012-09-14 | 2013-01-16 | 中交天津港湾工程研究院有限公司 | 自动电测式分层沉降仪 |
| CN103850237A (zh) * | 2012-12-03 | 2014-06-11 | 同济大学 | 一种刃刀切入式软土多点位移计锚头 |
| CN104296721A (zh) * | 2014-11-01 | 2015-01-21 | 机械工业勘察设计研究院 | 基于卫星定位与静力水准测量的分层沉降监测系统及方法 |
| JP2015200096A (ja) * | 2014-04-08 | 2015-11-12 | 大成建設株式会社 | 層別沈下計の設置方法および層別沈下計測システム |
| CN105350509A (zh) * | 2015-10-10 | 2016-02-24 | 机械工业勘察设计研究院有限公司 | 一种填土分层沉降监测装置及方法 |
| CN112411513A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-02-26 | 机械工业勘察设计研究院有限公司 | 一种土体分层沉降监测装置及方法 |
| CN112484693A (zh) * | 2020-11-19 | 2021-03-12 | 河南理工大学 | 一种煤矿采空区地表沉降监测装置 |
| CN214893072U (zh) * | 2021-07-26 | 2021-11-26 | 机械工业勘察设计研究院有限公司 | 一种地质体三维变形监测系统 |
| CN115655211A (zh) * | 2022-10-25 | 2023-01-31 | 华土木(厦门)科技有限公司 | 一种表层沉降、分层沉降及水位一体监测装置及监测方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110411408A (zh) * | 2019-07-11 | 2019-11-05 | 浙江大学 | 一种基于计算机视觉的地表沉降监测方法 |
-
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Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4044563A (en) * | 1973-01-26 | 1977-08-30 | The Dow Chemical Company | Subsidence control |
| CN101016733A (zh) * | 2007-01-08 | 2007-08-15 | 中铁西北科学研究院有限公司 | 多点沉降观测方法及装置 |
| CN102721407A (zh) * | 2012-07-06 | 2012-10-10 | 中国石油大学(华东) | 地下盐穴储气库地表沉降测量装置及测量方法 |
| CN102878979A (zh) * | 2012-09-14 | 2013-01-16 | 中交天津港湾工程研究院有限公司 | 自动电测式分层沉降仪 |
| CN102878980A (zh) * | 2012-09-19 | 2013-01-16 | 北京交通大学 | 一种地铁隧道施工诱发地下管线沉降的间接测试方法 |
| CN103850237A (zh) * | 2012-12-03 | 2014-06-11 | 同济大学 | 一种刃刀切入式软土多点位移计锚头 |
| JP2015200096A (ja) * | 2014-04-08 | 2015-11-12 | 大成建設株式会社 | 層別沈下計の設置方法および層別沈下計測システム |
| CN104296721A (zh) * | 2014-11-01 | 2015-01-21 | 机械工业勘察设计研究院 | 基于卫星定位与静力水准测量的分层沉降监测系统及方法 |
| CN105350509A (zh) * | 2015-10-10 | 2016-02-24 | 机械工业勘察设计研究院有限公司 | 一种填土分层沉降监测装置及方法 |
| CN112411513A (zh) * | 2020-10-26 | 2021-02-26 | 机械工业勘察设计研究院有限公司 | 一种土体分层沉降监测装置及方法 |
| CN112484693A (zh) * | 2020-11-19 | 2021-03-12 | 河南理工大学 | 一种煤矿采空区地表沉降监测装置 |
| CN214893072U (zh) * | 2021-07-26 | 2021-11-26 | 机械工业勘察设计研究院有限公司 | 一种地质体三维变形监测系统 |
| CN115655211A (zh) * | 2022-10-25 | 2023-01-31 | 华土木(厦门)科技有限公司 | 一种表层沉降、分层沉降及水位一体监测装置及监测方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 浅埋采空区顶板应力变形与地表沉降的动态关系分析;任敏 等;金属矿山(第01期);全文 * |
| 高填方地基内部沉降监测装置的研制;于永堂 等;应用基础与工程科学学报(第03期);全文 * |
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