CN210917286U - 一种磁环式分层沉降测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于岩土工程变形监测领域，并公开了一种磁环式分层沉降测试装置。该装置包括水平导管、沉降导管、探头、信号接收仪和长度测量仪，水平导管和沉降导管连接，水平导管中设置有小车、探头和传动机构，小车用于承载探头，传动机构带动小车在水平导管中左右运动以及在沉降导管中上下移动，传动机构的一端与长度测量仪连接，该长度测量仪用于测量探头移动距离，探头用于探测沉降导管外部设置的磁环，探头在沉降导管中向下降至管底后上升，当与磁环接触靠近时，信号接收仪发出报警，记录此时长度测量仪中显示的探头上升高度，以此实现该磁环处沉降的测量。通过本实用新型，可避免工程施工的影响，操作简单地实现沉降的测量。

Description

一种磁环式分层沉降测试装置

技术领域

本实用新型属于岩土工程变形监测领域，更具体地，涉及一种磁环式分层沉降测试装置。

背景技术

在堆载预压、机场/路堤修筑、洼地平整和围垦造地等填方工程中，为保证填筑体稳定性，确保施工质量，施工人员需要对填方工程下方地基各土层的分层沉降量进行监测与记录。目前常用的测定方法为分层沉降仪法。分层沉降仪的主要工作原理是电磁感应，具体方法是将一根PVC管下端固定在相对稳定的地下深土层中，并由下向上在管上依次套上磁环，当土体发生沉降时，磁环会跟着邻近土体一起沉降，用探头测出并记录各磁环的位置，与上一次的测量结果比照，即可知道相应土层的沉降。

上述方法的优点是操作简单，仪器便携，但从目前的实际使用情况来看，也存在着如下缺点：(1)沉降导管需伸出填筑体，在上部机械化施工过程中容易受到损坏，技术人员需要及时对沉降管进行修复，影响施工进度和质量，导致施工成本上升；(2)在施工过程中，由于机器碾压等原因，填筑土体易发生不均匀沉降，造成沉降导管大变形倾斜，从而导致后续探头无法顺畅滑入；(3)随着上部填方工程的施工，沉降导管的长度需要及时加长，操作繁琐；(4)沉降导管周围一定范围内机械碾压会受到干扰，影响施工质量。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种磁环式分层沉降测试装置，其通过对沉降装置整体结构的设计和布局，提供一种不影响上部施工的、能够精确监测整个施工过程中各土层沉降值的测试装置和测试方法。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种磁环式分层沉降测试装置，该装置包括水平导管、沉降导管、探头、信号接收仪和长度测量仪，其中：

所述水平导管和沉降导管连接，水平导管中设置有传动机构与小车，用以携带与运送所述探头。所述小车用于承载所述探头，所述传动机构用于带动所述小车在所述水平导管中左右运动以及在所述沉降导管中上下移动，所述传动机构的一端与长度测量仪连接，该长度测量仪用于测量所述探头移动的距离，所述探头用于探测所述沉降导管外设置的磁环，所述探头在所述沉降导管中向下降至管底后上升，当与所述磁环接触靠近时，所述信号接收仪发出报警，记录此时所述长度测量仪中显示的所述探头上升的高度，以此实现该磁环处沉降的测量，

所述传动机构包括水平传动单元和竖直传动单元，水平传动单元用于带动所述探头在水平导管中左右运动，包括牵引绳和换向滑轮，所述换向滑轮设置在所述水平导管靠近所述沉降导管一侧的末端，所述牵引绳一端设置在所述水平导管的外部，该牵引绳绕在所述换向滑轮上，使得所述牵引绳的另一端与所述小车连接，所述小车上设置有滑托，所述水平导管中设置有与所述滑托相配合的滑槽，当拉动所述水平导管外牵引绳的一端时，使得所述小车沿所述滑槽朝所述沉降导管的一端运动；

所述竖直传动单元用于带动所述探头在所述沉降管中上下运动，其中设置有电缆和定滑轮，该定滑轮与所述小车上的大滑轮连接，电缆的一端与所述长度测量仪连接，另一端通过所述定滑轮和所述大滑轮与所述探头连接。

进一步优选地，所述小车的下方设置有L型运送架，该运送架的末端设置有上窄下宽的环套，宽处半径大于所述探头半径，当完成测量拉动所述探头在沉降管中向上运动时，方便所述探头进入所述环套，窄处半径小于所述探头半径，当所述探头进入所述环套后，避免所述探头穿过所述环套高出该环套，以此限制所述探头上升的最大高度。

进一步优选地，所述L型运送架水平方向的长度与所述环套的半径之和等于所述大滑轮沟槽的半径，以此保证所述探头上方连接所述探头的电缆沿竖直方向。

进一步优选地，所述水平导管中设置有挡板，所述挡板设置在水平导管的末端，用于限制所述小车向所述沉降导管运动时的最远位置，与此同时，所承载的所述探头位于所述沉降导管的正上方，以避免所述探头在上下移动的过程中与所述沉降导管管壁发生碰撞。

进一步优选地，所述水平导管沿水平方向设置，所述沉降导管沿竖直方向设置，二者通过连接弯头连接。

进一步优选地，所述水平导管和沉降导管均采用PVC塑料管。

进一步优选地，所述水平导管在测量时埋在距离地面至少0.5米以下处。

按照本实用新型的另一个方面，还公开了上述所述的沉降测试装置的测试方法，该方法包括下列步骤：

(a)将所述探头套进所述小车的环套中，拉动所述水平导管外的牵引绳，小车带动所述探头向右运动至所述沉降管的上方，所述探头在重力作用下下降至所述沉降管的底部；

(b)所述长度测量仪转动拉动所述探头在沉降管中上升，当所述探头感应到第一个所述磁环时，所述信号接收仪发出声音，记录此时长度测量仪上的刻度D¹，所述探头继续上升，获得第n个磁环处的长度测量仪上的刻度h¹ _n，计算△h¹ _n＝D¹－h¹ _n，其中，△h¹ _n是第一次测量时第n个磁环到第一个磁环的距离，D¹是第一次测量时第一个磁环的高度，h¹ _n是第一次测量时第n个磁环的高度，n＝2，3，…，n为大于1的正整数；

(c)返回步骤(a)，直至获得第a次测量的第一个磁环的高度D^a、第a次测量时第n个磁环的高度h^a _n和第a次测量时第n个磁环到第一个磁环的距离△h^a _n，a＝1,2，3，…，a为大于0的正整数；

(d)计算每个磁环处的沉降值。

进一步优选地，在步骤(d)中，所述计算每个磁环处的沉降值优选按照下列表达式进行：

δ^a1 _n＝丨△h^a _n－△h¹ _n丨

其中，δ^a1 _n是第a次测量时第n个磁环处的总沉降值。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1、本实用新型提供的测试装置通过采用水平导管和沉降导管，可使得其中的部件不受外界环境的影响，即可埋在施工地点的地下进行测量，不影响上部结构的施工，不会造成沉降管的损坏和倾斜，保证了施工的顺利进行，提高了测量的精确性；

2、本实用新型提供的测试装置结构简单，易拆卸与携带，探头、信号接收仪、长度测量仪、小车与电缆都能够重复使用，成本低，经济效益高。

附图说明

图1是按照本实用新型的优选实施例所构建的沉降测试装置的结构示意图；

图2是按照本实用新型的优选实施例所构建的水平导管的横截面示意图；

图3是按照本实用新型的优选实施例所构建的水平导管的剖面图；

图4是按照本实用新型的优选实施例所构建的连接弯头的示意图；

图5是按照本实用新型的优选实施例所构建的小车正视图；

图6是按照本实用新型的优选实施例所构建的小车侧面示意图；

图7是按照本实用新型的优选实施例所构建的测试装置水平导管中的局部放大图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1－水平导管，2－沉降导管，3－连接弯头，4－磁环，5－探头，6－信号接收仪，7－长度测量仪，8－滑槽，9－小车，10－牵引绳，11－电缆，12－地面，13－路堤，14－测量工作站，15－挡板，16－定滑轮，17－换向滑轮，18－大滑轮，19－滑托，20－运送架，21－牵引架，22－连接轴，23—环套。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本实用新型提供一种新型磁环式分层沉降测试装置，包括水平导管1、沉降导管2、连接弯头3、磁环4、探头5、信号接收仪6、长度测量仪7、小车9、牵引绳10、电缆11。

磁环4套在沉降导管2上并能沿管上下自如移动，探头5可随着小车9，在牵引绳10的牵引作用下在水平导管1中左右移动，探头5亦能在电缆11的牵引作用下在沉降导管2中上下自如移动。

导管由一根沿水平方向布置的水平导管1、一根沿竖直方向布置的垂直沉降导管2以及相互之间的连接弯头3组成，导管采用特制的PVC塑料管，水平导管1与竖直沉降导管皆由多节导管通过外接头连接而成，水平导管埋深为0.5m左右。

图2是按照本实用新型的优选实施例所构建的水平导管1的横截面示意图；图3是按照本实用新型的优选实施例所构建的水平导管1的剖面图，如图2和图3所示，水平导管1中有可供小车9通过的滑槽8，滑槽8端部有挡板15，当小车9携带探头5行至挡板15处时，小车受阻无法继续前行，此时探头5正好位于沉降导管2的正上方；水平导管1入口端有一可拆卸定滑轮16，在测量时安装在导管口，测量完成后可取下。

如图4所示，连接弯头3内部安装一换向滑轮17，用以改变牵引绳10的牵引方向，在左拉牵引绳时使小车能够向右移动。换向滑轮17外设一圈保护套，以防止牵引绳10在存放和使用过程中滑出定滑轮。

长度测量仪7内装有电动控制绕线轮，本实施例中，长度测量仪7采用钢尺仪，在测量过程中，可以通过控制长度测量仪7的旋转方向与速度，使电缆11在使用过程中处于绷紧状态；长度测量仪7正转时，电缆11逐渐伸长，长度测量仪7反转时，电缆11逐渐缩短。

如图5所示，小车9，由大滑轮18、两个滑托19、运送架20、牵引架21、连接轴22、环套23组成。两个滑托19可嵌入水平导管1内的滑槽8并平稳滑动，其他构件通过连接轴22相连；运送架20的环套23上窄下宽，宽处半径大于探头5的半径，以便探头在上拉过程中顺利进入环套23，窄处半径小于探头半径，以确保探头在上拉过程中，不会超出运送架20的高度，避免与其他构件的碰撞；牵引架21与牵引绳10相连，控制小车9向右移动；电缆11跨过大滑轮18的沟槽与探头5相连，可控制小车9在水平导管1内向左移动、探头5在沉降导管2内上下移动。

探头5通过电缆11与长度测量仪7和信号接收仪6相连，探头5到达沉降导管2正上方后，能够克服电缆11与可拆卸定滑轮16、大滑轮18间的摩擦阻力与空气阻力，在自重作用下下滑，并通过长度测量仪7控制下滑速度。

如图7所示，电缆11用以控制小车9在水平导管1内向左移动、探头5在沉降导管2内上下移动；牵引绳10用以控制小车9在水平导管1内向右移动，挡板15用以控制小车9可在水平导管1内到达的最远位置。

牵引绳10的一端跨过连接弯头3上的换向滑轮17连接小车9的牵引架21，另一端伸出水平导管1，以供测量工作站14内的工作人员牵引，控制小车9向右移动；电缆11在可拆卸定滑轮16与大滑轮18间移动，其一端连接探头5，另一端连接测量工作站14内的长度测量仪7与信号接收仪，既可控制小车9在水平导管1内向左移动，又可在定位成功后，控制探头5在沉降导管2内上下移动。

长度测量仪7内装有电动控制绕线轮，可以控制旋转方向与速度，保证电缆11在需要时处于绷紧状态。

探头5上设有电磁感应点，可与磁环4发生电磁感应，信号接收仪6可接受探头5与磁环4发出的电磁感应信号。

如图6所示，小车运送架20的环套23上窄下宽，宽处半径大于探头5的半径，以便探头5在上拉过程中顺利进入环套23，窄处半径小于探头尺寸，以便探头5在上拉过程中进行定位，不会超出运送架20的高度，避免与其他构件的碰撞；当探头5在上拉过程中进入环套23并定位成功时，继续回拉电缆11，电缆会处于紧绷状态，方便下一步操作。

小车9的运送架20伸出长度经过设计，其水平伸出长度与环套23半径之和等于大滑轮18的沟槽半径，以确保探头5上方连接探头5的电缆11沿竖直方向。

水平导管2内滑槽8的长度与挡板15的位置皆经过设计，确保当小车9受阻停下时，小车9的运送架20上的探头5正好位于沉降导管2的正上方。

下面提供本实用新型的详细安装和测量步骤：

【导管与磁环组装】

步骤一：用钻机在地基上沿垂直方向钻孔到设计深度(相对稳定地层深度)，将多节沉降导管连接拼装成沉降导管2，并按照一定间隔在沉降导管外安装磁环4，然后将带有磁环4的沉降导管2垂直下降至孔底。

步骤二：当沉降导管2的上端口距离地面大约0.5m时，安装连接弯头3，将导管的走向改为水平方向，按图4所示，在连接弯头3内部安装换向滑轮17，并将牵引绳10穿过换向滑轮17。

步骤三：根据连接弯头3水平端的深度，向左侧水平方向分阶段挖槽。每一阶段挖槽完成后，及时组装水平导管，确保牵引绳10始终在水平导管内，且两端伸出导管口。重复此步骤，直至水平槽伸出路基坡脚一定距离，水平导管1组装完成，并在槽的端口挖出能够容纳单人工作空间的测量工作站14。

【测量准备】

步骤四：测量开始前，工作人员站在测量工作站14内，按以下步骤依次进行操作：

(一)打开信号接收仪6，用一磁环套住探头5并沿探头移动，当磁环移至探头5上的电磁感应点时，观察信号接收仪6是否发出蜂鸣声，仪表是否产生反应，若是，则仪器正常，可开始测量准备工作，若仪器无反应，则应检查仪器状态，并及时修理(仪器测试)。

(二)将电缆11从可拆卸定滑轮16的上部沟槽穿过，继而从小车9的大滑轮18上部沟槽穿过，穿过运送架20的环套23与探头5相连；

(三)将水平导管1内的牵引绳10的一端系牢在小车牵引架21顶部的水平环上；

(四)反转长度测量仪7，直至电缆11绷紧，探头5在电缆牵引作用下嵌入小车运送架20的环套23内。

步骤五：组装完成后，将小车9的滑托19嵌入水平导管1内的滑槽8，放入水平导管1内，将可拆卸定滑轮16按图3所示安装于水平导管1的入口端管壁上，利用长度测量仪7的电动控制绕线轮，调整电缆11直至在可拆卸定滑轮16与小车大滑轮18间处于绷紧状态。

【测量工作】

步骤六：工作人员缓慢向左拉动牵引绳10伸出水平导管口的一端，在换向滑轮17的作用下，牵引绳10的另一端将牵引小车9缓慢向右移动；同时通过长度测量仪7控制电缆11的移动速度，使其与牵引绳10速度一致，保持电缆11在随小车移动的过程中始终处于紧绷状态。

步骤七：当小车9行至挡板15时，受阻停下，此时小车运送架20正好将探头5运送至沉降导管2的正上方；拉紧牵引绳10，缓慢正转长度测量仪7，放松电缆11，使探头5在自重作用下沿沉降导管2缓慢下落，直至临近管底。

步骤八：缓慢反转长度测量仪7，在两组定滑轮(16与18)的作用下，电缆11在水平导管1内向左移动，在沉降导管2内向上移动，带动探头5在沉降导管2内缓慢上移，当探头5到达第一个磁环(即最接近沉降管底的磁环，用以测量标高)4的深度时，探头5上的电磁感应点与磁环4发生感应，信号接收仪6接受电磁信号发出蜂鸣声，仪表也会产生反应，此时停止转动长度测量仪7，并记录电缆11在此时的刻度，作为第一次测量的标高D¹。

步骤九：继续缓慢反转长度测量仪7，使探头5在沉降导管2内继续上移，直至到达下一个磁环(即第二个磁环)4的深度，信号接受仪6发出蜂鸣声，停止转动长度测量仪7，记录下电缆11在此时的刻度，作为第二个磁环的测量值h¹ ₂，并取记录值△h¹ ₂＝D¹－h¹ ₂，分别填入记录表格中。(上标1表示第1次测量，下标2表示第二个磁环)。

步骤十：重复步骤九，直至完成所有磁环的测量，记录下测量标高D¹、测量值h¹ ₂，……，h¹ _n、记录值△h¹ ₂，……，△h¹ _n，本次测量结束。(上标表示测量次数编号，下标表示磁环编号，n为磁环个数，且n为大于1的正整数)。

步骤十一：测量结束后，继续反转长度测量仪7，探头5在电缆11的牵引作用下继续上移，直至嵌入小车运送架20的环套23内，上移过程受阻结束。继而放松牵引绳10，继续反转长度测量仪7，电缆11将牵引小车9在水平导管1内向左移动，当小车移至水平导管1的管口处时，先取下管口的可拆卸定滑轮16，继而从管中取出小车，取下探头5、牵引绳10与电缆11，收起可拆卸定滑轮16、小车9、探头5与电缆11，将牵引绳10留在水平导管内，确保牵引绳两端皆伸出管口，留待下次测量使用。

【第a次测量】

第a次测量时，重复测量步骤四至步骤十一，记录下第a次的测量标高D^a，测量值h^a ₂～h^a _n、记录值△h^a ₂～△h^a _n。

则对第n个磁环，δ^ab _n＝丨△h^a _n－△h^b _n丨即为a、b两次测量的时间间隔里，第n个磁环的沉降值；δ^a1 _n＝丨△h^a _n－△h¹ _n丨即为第a次测量时，第n个磁环的总沉降值。

其中，测量标高D^a是第a次测量时第一个磁环的高度，测量值h^a _n是第a次测量时第n个磁环的高度，记录值△h^a _n是第a次测量时第n个磁环到第一个磁环的距离，a、b为测量次数编号，a＝1，2，3，…，a为正整数；b＝1，2，3，…，b为正整数，且a≠b；n为磁环个数，n＝2，3，…，n为大于1的正整数。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种磁环式分层沉降测试装置，其特征在于，该装置包括水平导管(1)、沉降导管(2)、探头(5)、信号接收仪(6)和长度测量仪(7)，其中：

所述水平导管(1)和沉降导管(2)连接，水平导管(1)中设置有小车(9)、设置在该小车下端的探头(5)和传动机构，所述小车(9)用于承载所述探头(5)，所述传动机构用于带动所述小车(9)在所述水平导管(1)中左右运动以及在所述沉降导管(2)中向上或向下沉降，所述传动机构的一端与长度测量仪连接，该长度测量仪(7)用于测量所述探头(5)下降的高度，所述探头(5)用于探测所述沉降导管中设置的磁环(4)，所述探头在所述沉降导管(2)中向下降至管底后上升，当与所述磁环接触靠近时，所述信号接收仪发出报警，记录此时所述长度测量仪中显示的所述探头上升的高度，以此实现沉降的测量，

所述传动机构包括水平传动单元和竖直传动单元，水平传动单元用于带动所述探头(5)在水平导管(1)中左右运动，包括牵引绳(10)和换向滑轮(17)，所述换向滑轮(17)设置在所述水平导管靠近所述沉降导管(2)一侧的末端，所述牵引绳(10)一端设置在所述水平导管(1)的外部，该牵引绳绕在所述换向滑轮(17)上，使得所述牵引绳的另一端与所述小车(9)连接，所述小车上设置有滑托(19)，所述水平导管中设置有与所述滑托相配合的滑槽(8)，当拉动所述水平导管外牵引绳的一端时，使得所述小车沿所述滑槽(8)朝所述沉降导管的一端运动；

所述竖直传动单元用于带动所述探头在所述沉降管中上下运动，其中设置有电缆(11)和定滑轮(16)，该定滑轮与所述小车上的大滑轮(18)连接，电缆的一端与所述长度测量仪连接，另一端通过所述定滑轮和所述大滑轮与所述探头连接。

2.如权利要求1所述的一种磁环式分层沉降测试装置，其特征在于，所述小车(9)的下方设置有L型运送架(20)，该运送架(20)的末端设置有上窄下宽的环套(23)，宽处半径大于所述探头半径，当完成测量拉动所述探头在沉降管中向上运动时，方便所述探头进入所述环套(23)，窄处半径小于所述探头半径，当所述探头进入所述环套后，避免所述探头穿过所述环套高出该环套，以此限制所述探头上升的最大高度。

3.如权利要求2所述的一种磁环式分层沉降测试装置，其特征在于，所述L型运送架(20)水平方向的长度与所述环套(23)的半径之和等于所述大滑轮(18)沟槽的半径，以此保证所述探头上方连接所述探头的电缆(11)沿竖直方向。

4.如权利要求1所述的一种磁环式分层沉降测试装置，其特征在于，所述水平导管中设置有挡板(15)，所述挡板位于水平导管的末端，用于限制所述小车向所述沉降导管运动时的最远位置，与此同时，所承载的所述探头位于所述沉降导管的正上方，以避免所述探头在上下移动的过程中与所述沉降导管管壁发生碰撞。

5.如权利要求1所述的一种磁环式分层沉降测试装置，其特征在于，所述水平导管沿水平方向设置，所述沉降导管沿竖直方向设置，二者通过连接弯头(3)连接。

6.如权利要求1所述的一种磁环式分层沉降测试装置，其特征在于，所述水平导管和沉降导管均采用PVC塑料管。

7.如权利要求1所述的一种磁环式分层沉降测试装置，其特征在于，所述水平导管(1)在测量时埋在距离地面至少0.5米以下处。

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