CN202170504U

CN202170504U - 原位土体分层冻胀量观测仪

Info

Publication number: CN202170504U
Application number: CN 201120232737
Authority: CN
Inventors: 陈继; 盛煜; 李静; 吴吉春; 杜文涛
Original assignee: Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute of CAS
Current assignee: Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute of CAS
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2021-06-30

Abstract

本实用新型公开一种原位土体分层冻胀量观测仪，其结构特征是由冻胀观测管、基准桩立杆、顶部保护套、冻胀量观测标尺、承载环和止水环构成。基准桩立杆与底部的承载板连接，基准桩立杆的顶部固定冻胀量测量标尺，顶端遮有保护套，在冻胀量测量标尺下，基准桩立杆外围设置不同直径、不同高度的冻胀观测管，冻胀观测管底部外壁连有承载环、内壁置有止水环。本实用新型操作简单，占地面积小，施工成本较低，采用可变孔径和承载环的方式，确保了观测结果可以准确反映相应深度的冻胀变形量。

Description

原位土体分层冻胀量观测仪

技术领域

本实用新型涉及季节冻土区和多年冻土区内，建筑物地基不同层位土壤的冻胀变形测量。

背景技术

观测分层冻胀量在基础冻害研究中是一个经常用到而且非常重要的方法。即在观测部位的不同深度处埋设冻胀量观测尺，每层土的冻胀量可以通过计算该层土上下冻胀尺顶端的高程变化量之差得到。在不同的地区冻胀尺的埋设要求不同：季节冻土地区，最下面的冻胀尺要埋设在最大冻结深度以下；多年冻土地区，最底层的冻胀尺要埋设在季节活动层以下。一般在最大冻深或融深以上要布设3～4层冻胀观测尺。根据所观测到的分层冻胀量，可以对基础的冻害做出如下分析：(1)地基中主要变形土层的位置；(2)基础的填土是否压密；(3)基础填土的含水量是否控制得当；(4)天然土层是否处理得合适。可见，分层冻胀量的确定对于分析已建建筑物基础的冻害、防治已有的冻害、预防在建和待建工程可能出现的冻害具有积极而重要的意义。

根据冻胀尺的埋设方法可以分为单体冻胀尺法、叠合冻胀尺法和磁环法。

①单体冻胀尺法是最早使用也是最经常使用的一种方法，如果土体性质在水平方向上比较均匀、冻结是一维的，用这个方法获得的分层冻胀量观测数据准确可靠，但是该方法需要较多的钻孔，劳动量大，施工时间长、费用高，而且最为重要的是，当在已运行道路上使用该法时，对路面的破坏较大，并且随着分层数的增多，对道路的破坏程度也随之加重(见图1)。

②对于叠合冻胀尺方法而言，一个测点位置处只需要一个大直径钻孔或者一个人工挖的孔就可以埋设不同层位的冻胀观测管。该方法减少了钻孔的数量和时间，费用相对较低，对现有地基的破坏与单体法相比也比较小，但是对施工的质量要求较高。如果施工质量不能得到很好控制，或者土质条件不好，那么很难保证冻胀管的沉降变形量与所测土层的变形量保持一致，最终导致观测失败。

③磁环法也是测量冻胀变形的方法之一，观测时需要借助磁信号探头，当探头经过磁环时，会发出声音或光信号以标识磁环的位置。与前面通过观测冻胀尺顶端高程变化计算冻胀量的方法有所不同，磁环法是通过观测各个磁环与孔口的间距来计算分层冻胀量。磁环套在芯管上，呈一定间距布置，芯管用来放置磁信号探测器。这种方法除了具有和单孔多段冻胀尺法一样的优点，还有埋设简单、测量方便的优点，但是也有不足之处。首先设备本身存在误差，探头对磁环信号感应的精度一般在1cm，探头上行和下行时所测得的数据是不同的，往往要采用平均值；其次，磁环的升降不容易和土体的变形保持一致，因为磁环一方面要能够在芯管外壁自由滑动，另一方面还要和周围土体结合良好，很难两者兼得。青藏铁路北麓河的实际应用表明，磁环法测得的数据很不理想，数据比较零乱且没有规律，与同段用单体冻胀尺法测得的数据并不能很好的吻合。

虽然分层冻胀量具有很大的应用价值，但是获取分层冻胀量的方法却一直没有大的变化，基本上都在沿用三个古老的方法——单体冻胀尺法、叠合冻胀尺法和磁环法，这三种方法在实际应用中均存在不同的缺点。

发明内容

鉴于上述，本实用新型的目的在于提供一种原位土体分层冻胀量观测仪。利用该观测仪，更有效、准确获得更多土层的分层冻胀量观测值，尽量减小观测设施对工程结构物的破坏，节约获取分层冻胀量值所需的费用。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种原位土体分层冻胀量观测仪，是由冻胀观测管、基准桩立杆、保护套、冻胀量观测标尺和止水环构成。基准桩立杆顶部为冻胀量观测标尺，基准桩立杆底部与承载板连接，顶端遮有保护套，在冻胀量观测标尺下部，基准桩立杆外围设置不同深度的冻胀观测管，冻胀观测管底端外壁连有承载环，冻胀观测管底端内壁置有止水环。

本实用新型的优点和产生的有益效果是：

1、本实用新型与现有的装置相比，最大的区别在于基准桩外围设置不同直径、不同长度的冻胀管并且在冻胀管底部增设承载环。以往，由于孔径尺寸一致、底部抗拔力不足，冻胀管可能被上层土体冻胀拔起，冻胀观测仪往往不能准确反映冻胀管下部土体的冻胀变形量。本装置采用可变孔径和底部增设承载环的方式，确保了观测结果可以准确反映相应深度的冻胀变形量。

2、本实用新型操作简单，原理清楚，测量结果准确、可靠，有效解决了以往观测装置中存在的占地面积较大、施工成本较高、测量结果偏差大、测量结果不可靠的缺点。

附图说明

图1是观测多层冻胀量时单体冻胀尺的排列情况示意图。

图2是本实用新型结构示意图。

图3是本实用新型结构冻胀管正面视图。

具体实施方式

在实施过程中，本实用新型除止水环6为橡胶材料以外，其余部件材料均为钢质或铁质材料。

下面结合附图，对本实用新型的技术方案再作进一步的说明：

本实用新型在各类土质条件下均具有较好的适用性。下面以某铁路沿线冻胀观测结果为例来说明该装置的实施过程及其效果。

该场地为季节冻土区，最大冻结深度为3m。表层0.6m为亚砂土，0.6～1.5m为亚粘土，1.5～5.0m为粘性土，为了解该场地的冻胀情况，为地基基础的埋设提供指导，计划在0.6m、1.5m、2.5m埋设分层冻胀管。

根据该装置上面提出的技术要求，在入冬前首先用130钻具开孔(直径130mm)，钻进到0.6m后换为110钻头，1.5m后换为90钻头，2.5m后换为60钻头，钻进到3.5m结束。钻孔施工完毕后，首先放置长3.7m的基准桩立杆3，桩头连接的承载板2为直径50mm，基准桩立杆3为实心钢杆，基准桩立杆3顶部为冻胀量观测标尺5，顶端设有保护套4，在冻胀量观测标尺5下，基准桩立杆3的外围设置不同深度的冻胀观测管1，每一层冻胀观测管1的底部都固定一个止水环6和一个承载环7。并在止水环6可能滑动的基准桩立杆3或冻胀观测管1外壁上涂抹润滑用凡士林，以保证止水效果和止水环的自由滑动。冻胀观测管1底部的承载环7通过焊接来固定，该承载环7的外径一般要比冻胀观测管1的外径大2cm，以保证承载环7上部有足够的荷重，和其下部的土层不会脱开。在基准桩立杆3的2.2～2.5m范围内涂抹凡士林，以保证止水效果和止水环6的自由滑动。回填土体到2.5m深度时，放置2.5m长度的冻胀观测管1，并在该管外壁1.2～1.5m范围内涂抹凡士林，同时注意止水环6和基准桩立杆3之间的接触情况，一定要做好防水以及止水环6和冻胀观测管1之间的固定；放置好以后回填土体到1.5m，再放置1.5m长的冻胀观测管1，在该管外壁0.3～0.6m范围内涂抹凡士林；再回填土体到0.6m后，再放置0.6m长的冻胀观测管1。冻胀观测管1顶部与孔口保持平齐，然后做好保护套4的安装。保护套4位于最上部，一般出露地表20cm～25cm，以保证冻胀量观测标尺5和冻胀观测管1的安装和变形空间，下部埋设深度在50cm～55cm。

第2年开春以前，各层冻胀量均达到最大。由上至下各层冻胀管的冻胀观测量分别为9.5cm、8.4cm和1.3cm，由此可以计算得到表层0.6m亚砂土的冻胀量为1.1cm、0.6～1.5m亚粘土层的冻胀量为7.1cm、1.5m到最大冻结深度的冻胀量为1.3cm。通过观测冻胀观测管1管口在冻胀量测量标尺的位置来获取该层冻胀管的冻胀变形量，然后对比不同冻胀管的冻胀变形量即可以获得不同土体的分层冻胀量该观测结果与当初的经验推算相近，从变化量大小和位置的角度更好的指导了现场工作，在该地区进行基础设计和冻害防治时需要重点考虑0.6～1.5m亚粘土层的影响。

Claims

1.一种原位土体分层冻胀量观测仪，是由冻胀观测管(1)、基准桩立杆(3)、保护套(4)、冻胀量观测标尺(5)和止水环(6)构成，其特征是基准桩立杆(3)顶部为冻胀量观测标尺(5)，基准桩立杆(3)底部与承载板(2)连接，顶端遮有保护套(4)，在冻胀量观测标尺(5)下部，基准桩立杆(3)外围设置不同深度的冻胀观测管(1)，冻胀观测管(1)底端外壁连有承载环(7)，冻胀观测管(1)底端内壁置有止水环(6)。