CN211824391U - 一种静力水准系统的日常评价装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种静力水准系统的日常评价装置，包括由参考水准仪和工作水准仪串联形成的至少一组的静力水准系统；还包括多个子容器；多个子容器通过其各自顶面的子进水阀和管道并联后与供水系统连通；多个子容器通过其各自底面的子排水阀和管道并联后与静力水准系统通过分水器连通；静力水准系统位于子容器的下方，且与子容器所在的水平面具有固定的高差值。本实用新型通过静力水准系统的日常评价装置能够实现系统日常工作期间多次反复定量灌水以满足静力水准系统基准测量与评价的需要。评价装置通过每次试验结束放水，再次试验经与供水系统连接的子容器组合并同等工艺实现等量灌水，操作便捷，反复定量，本实用新型使用的功能和效果更强。

Description

一种静力水准系统的日常评价装置

技术领域

本实用新型涉及静力水准测量技术领域，更具体的说是涉及一种多管道静力水准系统的日常检测评价装置。

背景技术

静力水准是一种精密液位测量系统，该系统设计用于测量两个或多个测点的相对沉降。精力水准系统是根据连通器的使用原理，系统液面在无压静力情况下公用系统液面始终保持水平的静力特性，每个测点沉降变化导致系统内各个测点液位高程的变化，这种液面高度变化通过测量仪表来感知。

静力水准测量系统广泛应用于核电、大坝、桥梁、隧道等大型工程和民用建筑中。根据工程使用要求，水准测量系统有临时使用，如桥梁验收荷载试验；也有永久性使用，如核电站核岛安全壳公共筏基的不均匀沉降全寿期监测；其使用时多固定于坝体、桥墩上或其支撑架上，永久使用的则多预埋在混凝土中。

静力水准仪的几种基本结构如附图1至附图3所示，附图1为参考水准仪的结构图，由储水桶、浮桶、接触杆、力传感器、进水导管、排气出口、观察管和测量电缆组成。附图2为具有力传感器的工作水准仪，由储水桶、浮桶、接触杆、力传感器、进水导管和排气出口、测量电缆组成。附图3为不具有力传感器的工作水准仪，由储水桶、进水导管和排气出口组成。根据使用用途与测试精度要求不同，设计的静力水准系统有共用一个参考点的多点并联测试系统，如附图4所示；也有两两串联的多组独立测试系统，如附图5所示，也有上述两种的混合系统，如附图6所示。其中，如附图5所示的两两独立串联的测试系统的工作水准仪，有如附图2具备力传感器的结构，也有如附图3 不具备力传感器的结构两种形式之分。对于预埋在混凝土内的工作水准仪，力传感器如果出现异常情况，又无法取出替换，可以组建两两独立串联的工作水准仪没有力传感器的测试系统。

显然在上述几种静力水准测试系统中，对于工作水准仪没有设置力传感器的测试系统，其测试严格要求系统内的液体是稳定的、体量是不变的，而对于长期使用而言，为了获得高精度的沉降变形测量，是很难做到测试系统内的液体长期不变，因为液体正常的气化是不可缺的。那么针对这种系统，往往设计出发点主要是用于短期内打压试验结构变形的验证，对于长期运营状态，结构没有试验荷载，结构的沉降变形状态就无从衡量。当然如果能做到给系统补水，使得系统内的液体体量维持不变，就可以实现对长期沉降变形很好的分析与评价。

现有技术还没有涉及给现有测试系统管道或容器实现精确补水的装置。测试系统随着时间的延长，液体的气化等多重因素等都可能造成系统内液体体积的变化，一方面失水的规律无法获得，失水量不知情；另一方面测试系统对液体体积变化要求极其严格，定量甚至是微量补水没有相关的计量器具和实现途径。因此，作为此类高精度静力水准测试系统在非试验的日常期间无法使用，结构性能的评判无法获取科学数据。

对于实际工程中各种静力水准系统确有工作点的工作水准仪存在力传感器异常无法读数情况，导致测量系统功能退化，对于日常期间的结构沉降监测无从评判，目前已成为困扰着测试领域的一大难题。

此前有人提出试图用高精度量筒、量杯等量器具来灌水，实验表明操作性繁琐，现有市场的液体量器具容积有限，不适合工程大量程使用，并且多次反复使用人工读数累积误差不能满足要求。

因此，如何通过静力水准的原理，研发一套组合容积的精确定量灌水装置并组建一种静力水准日常评价系统，是本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种静力水准系统的日常评价装置，旨在解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种静力水准系统的日常评价装置，包括由参考水准仪和工作水准仪串联形成的至少一组的静力水准系统；还包括多个子容器；多个所述子容器的容积不等；多个所述子容器通过其各自顶面的子进水阀和管道并联后与供水系统连通；多个所述子容器通过其各自底面的子排水阀和管道并联后与所述静力水准系统通过分水器连通；所述静力水准系统位于所述子容器的下方，且与所述子容器所在的水平面具有固定的高差值。

通过上述技术方案，本实用新型根据各静力水准系统正常工作中间量程液位确定的灌水量设计子容器的分级容积，各个水准测量系统的名义灌水量可通过多个子容器组合灵活实现，即某组静力水准系统灌入的名义灌水量等于某个或某几个子容器的容积之和，也就是通过某个或某几个子容器的灌水量可以实现某组静力水准系统工作水位处在正常工作中间量程处，在保证子容器注满水的前提下，可以实现灌水精确定量的问题；同时，子容器与静力水准系统的高差值恒定，从而可实现多次反复对静力水准系统恒量灌水，流程简单易操作，成本低，人工手动即可，无需其它电动设施驱动，可靠性高。

优选的，在上述一种静力水准系统的日常评价装置中，多个所述子容器和所述供水系统之间安装有统一控制的总进水阀。便于对管道供水系统进水进行统一控制。

优选的，在上述一种静力水准系统的日常评价装置中，多个所述子容器和所述分水器之间安装有统一控制的总排水阀。便于对子容器排水进行统一控制。

优选的，在上述一种静力水准系统的日常评价装置中，所述子排水阀和所述总排水阀之间的并联管道的水平总管道的高程不低于所述静力水准系统之水准仪的排气出口的高程；所述子排水阀和所述总排水阀之间的并联管道的竖向总管道高程涵盖所述参考水准仪和所述工作水准仪的储水桶高程。从而可以实现名义定水量灌入静力水准系统后其液面处于子排水阀和所述总排水阀之间的竖向管道范围内，而不至于引入过大误差。

优选的，在上述一种静力水准系统的日常评价装置中，所述子容器的顶面还具有排气阀。在通水前进行排气，防止内部产生气泡，不会造成静力不平衡。

优选的，在上述一种静力水准系统的日常评价装置中，所述分水器的总管道与所述总排水阀之间安装有统一控制的总控阀；所述分水器的支管道上安装有对每组串联的所述参考水准仪和所述工作水准仪进行控制的分控阀。便于对每组串联的所述参考水准仪和所述工作水准仪的进水进行统一和分别控制。

优选的，在上述一种静力水准系统的日常评价装置中，所述分水器的总管道在水平方向倾斜布置，且高度较高的一端具有放气阀，高度较低的一端具有放水阀。既能够方便排气，又能够方便排水。

本实用新型的静力水准系统的日常评价装置的评价方法具体包括以下步骤：

S1、设计子容器的容积，首次通过子容器的容积组合向每组静力水准系统灌入能够达到正常工作中间量程处的水量，对参考水准仪进行初次测量，获取液位初始状态；灌水前确保子容器、分水器及其间连接管道内液体充满，没有混入气泡。

S2、若工作水准仪所在的工作点发生沉降时，在系统液量没有变化的情况下，再次对参考水准仪进行测量，获取液位当前状态；通过参考水准仪前后获取的数据对工作点的沉降量△H进行计算，并对测试结构进行性能评价；

S3、当步骤S1的情况发生后，且S2中系统液量已有变化的情况下，或测试结束后，通过分水器的放水阀将静力水准系统中的水排出；再利用同等工艺重新通过子容器的容积组合向静力水准系统中灌入与步骤S1中等同的水量，继续进行测试并分析。

通过上述技术方案，本实用新型通过静力水准系统的日常评价装置能够实现在每次测试结束放水后，灌入此前同等水量。子容器组合能通过供水系统实现便捷灌水，实现反复灌水容积精确等量，且灌水工艺流畅，不产生气泡，水路系统能实现静力测量。精确等量通过子容器灌注满水来实现，标准统一；不产生气泡，不给外部空气注入机会；而且实际工程中，静力水准仪的沉降变形测量，测试系统内的液体都是试验之前灌进去的，在试验结束后需要将液体排空，做好干燥保护也是从测试系统的耐用性方面考虑的。

在S2、S3中，△H通过以下公式进行计算：

△H＝(A_a+A_b+A_c)/A_a*△H_b

其中：

A_a：工作水准仪储水筒的内截面积；

A_b：参考水准仪储水筒与浮筒之间环带的截面积；

A_c：总排水阀所在的竖向管道的内截面积；

△H_b：参考水准仪的液面变化值，通过参考水准仪的力传感器直接测出；

正值表示上升，负值表示下降。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本实用新型公开提供了一种静力水准系统的日常评价装置，具有以下有益效果：

1、本实用新型根据各静力水准系统正常工作中间量程液位确定的灌水量设计子容器的容积分级，各个水准测量系统的名义灌水量可通过多个子容器组合灵活实现，即某组静力水准系统灌入的名义灌水量等于某个或某几个子容器的容积之和，也就是通过某个或某几个子容器的灌水量可以实现某组静力水准系统工作水位处在正常工作中间量程处，在保证子容器注满水的前提下，可以实现灌水精确定量的问题；同时，子容器与静力水准系统的高差值恒定，从而可实现多次反复对静力水准系统恒量灌水，可实现反复精确定量灌水，流程简单易操作，成本低，人工手动即可，无需其它电动设施驱动，可靠性高。

2、本实用新型通过静力水准系统的日常评价装置能够实现在每次测试结束放水后，灌入达到以往同等水量，子容器能通过供水系统实现便捷灌水，实现反复灌水容积精确等量，且灌水工艺流畅，不产生气泡，水路系统能实现静力测量。精确等量通过子容器灌注满水来实现，标准统一；不产生气泡，不给外部空气注入机会；而且实际工程中，静力水准仪的沉降变形测量，测试系统内的液体都是试验之前灌进去的，在试验结束后需要将液体排空，做好干燥保护也是从测试系统的耐用性方面考虑的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为现有的参考水准仪的结构示意图；

图2附图为现有的带有力传感器的工作水准仪的结构示意图；

图3附图为现有的不带有力传感器的工作水准仪的结构示意图；

图4附图为共用一个参考点的多点并联静力水准测试系统；

图5附图为两两串联的多组独立的静力水准测试系统；

图6附图为图4和图5混合的静力水准测试系统；

图7附图为本实用新型提供的结构示意图；

图8附图为本实用新型提供的对静力水准系统灌水后的结构示意图；

图9附图为本实用新型提供的图8中工作点发生沉降后的静力水准系统水位变化的结构示意图。

其中：

100-静力水准系统；

101-参考水准仪；

1010-储水桶；

1011-浮桶；

1012-接触杆；

1013-力传感器；

1014-进水导管；

1015-排气出口；

1016-观察管；

1017-测量电缆；

102-工作水准仪；

1020-储水桶；

1021-浮桶；

1022-接触杆；

1023-力传感器；

1024-进水导管；

1025-排气出口；

1026-测量电缆；

103-子容器；

104-供水系统；

105-分水器；

1050-总控阀；

1051-分控阀；

1052-放气阀；

1053-放水阀；

106-子进水阀；

107-子排水阀；

108-总进水阀；

109-总排水阀；

110-排气阀。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

参见附图7，本实用新型实施例公开了一种静力水准系统的日常评价装置，包括由参考水准仪101和工作水准仪102串联形成的至少一组的静力水准系统100；还包括多个子容器103；多个子容器103的容积不等；多个子容器103通过其各自顶面的子进水阀106和管道并联后与供水系统104连通；多个子容器103通过其各自底面的子排水阀107和管道并联后与静力水准系统100通过分水器105连通；静力水准系统100位于子容器103的下方，且与子容器103所在的水平面具有固定的高差值。

为了进一步优化上述技术方案，多个子容器103和供水系统104之间安装有统一控制的总进水阀108。

为了进一步优化上述技术方案，多个子容器103和分水器105之间安装有统一控制的总排水阀109。

为了进一步优化上述技术方案，子排水阀107和总排水阀109之间的并联管道的水平总管道的高程不低于静力水准系统100之水准仪的排气出口的高程；子排水阀107和总排水阀109之间的并联管道的竖向总管道高程涵盖参考水准仪101和工作水准仪102的储水桶高程。

为了进一步优化上述技术方案，子容器103的顶面还具有排气阀110。

为了进一步优化上述技术方案，分水器105的总管道与总排水阀109之间安装有统一控制的总控阀1050；分水器105的支管道上安装有对每组串联的参考水准仪101和工作水准仪102进行控制的分控阀1051。

为了进一步优化上述技术方案，分水器105的总管道在水平方向倾斜布置，且高度较高的一端具有放气阀1052，高度较低的一端具有放水阀1053。

参见附图8和附图9，本实用新型提供的静力水准系统的日常评价装置的评价方法，具体包括以下步骤：

S1、设计子容器103的容积，首次通过子容器103的容积组合向每组静力水准系统100灌入能够达到正常工作中间量程处的水量，对参考水准仪进行初次测量，获取液位初始状态；灌水前确保子容器103、分水器105及其间连接管道内液体充满，没有混入气泡。

S2、若工作水准仪102所在的工作点发生沉降时，在系统液量没有变化的情况下，再次对参考水准仪进行测量，获取液位当前状态；通过参考水准仪101前后获取的数据对工作点的沉降量△H进行计算，并对测试结构进行性能评价；

S3、当步骤S1的情况发生后，且S2中系统液量已有变化的情况下，或测试结束后，通过分水器105的放水阀1053将静力水准系统100中的水排出；再利用同等工艺重新通过子容器103的容积组合向静力水准系统100中灌入与步骤S1中等同的水量，继续进行测试并分析。

在S2、S3中，△H通过以下公式进行计算：

△H＝(A_a+A_b+A_c)/A_a*△H_b

其中：

A_a：工作水准仪102储水筒的内截面积；

A_b：参考水准仪101储水筒与浮筒之间环带的截面积；

A_c：总排水阀109所在的竖向管道的内截面积；

△H_b：参考水准仪101的液面变化值，通过参考水准仪101的力传感器直接测出；

正值表示上升，负值表示下降。

本实用新型的工作流程为：

(1)根据各支路静力水准系统100正常工作中间量程液位确定的灌水量，最终设计有效的灌水装置。

(2)现场安装灌水装置，通过分水器105与静力水准系统100相连接。子容器的安装高程很重要，使得定量灌水后液面处在静力水准正常工作量程范围内，同时处在子排水阀107和总排水阀109之间的竖向管道之间。

(3)给子容器灌满水，同时排空灌水管道以及分水器内的空气。

(4)根据选定的名义容量对应的子容器103，给对应的静力水准系统100 进行灌水。

(5)进行数据测量与历次数据对比分析，计算工作点沉降变化，评价结构安全。

(6)依次对其它支路的静力水准系统100进行灌水、测量、计算与分析。

本实用新型的装置很好的解决了实际工程中某类静力水准测量系统存在的不足问题，可用于日常结构性能评估，亦可用于压力试验过程中静力水准的沉降测量的备用测量方案。其优点是开创了历史之先河，全面的解决了静力水准系统于各类复杂工况及长期使用情况下的工作有效性问题，弥补了原有系统的过失或者拓宽了原有系统的使用功能。

本装置一次安装就位，可实现反复精确定量灌水，流程简单易操作，成本低，人工手动即可，无需其它电动设施驱动，可靠性高。本项实用新型拓展了静力水准系统的使用条件，填补了该领域国内外空白，尤其是工作水准仪不再设置力传感器，即空罐结构，可以节省丰厚的投资成本，经济效益极其显赫。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种静力水准系统的日常评价装置，包括由参考水准仪(101)和工作水准仪(102)串联形成的至少一组的静力水准系统(100)；其特征在于，还包括多个子容器(103)；多个所述子容器(103)的容积不等；多个所述子容器(103)通过其各自顶面的子进水阀(106)和管道并联后与供水系统(104)连通；多个所述子容器(103)通过其各自底面的子排水阀(107)和管道并联后与所述静力水准系统(100)通过分水器(105)连通；所述静力水准系统(100)位于所述子容器(103)的下方，且与所述子容器(103)所在的水平面具有固定的高差值。

2.根据权利要求1所述的一种静力水准系统的日常评价装置，其特征在于，多个所述子容器(103)和所述供水系统(104)之间安装有统一控制的总进水阀(108)。

3.根据权利要求1所述的一种静力水准系统的日常评价装置，其特征在于，多个所述子容器(103)和所述分水器(105)之间安装有统一控制的总排水阀(109)。

4.根据权利要求3所述的一种静力水准系统的日常评价装置，其特征在于，所述子排水阀(107)和所述总排水阀(109)之间的并联管道的水平总管道的高程不低于所述静力水准系统(100)之水准仪的排气出口的高程；所述子排水阀(107)和所述总排水阀(109)之间的并联管道的竖向总管道高程涵盖所述参考水准仪(101)和所述工作水准仪(102)的储水桶高程。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种静力水准系统的日常评价装置，其特征在于，所述子容器(103)的顶面还具有排气阀(110)。

6.根据权利要求1所述的一种静力水准系统的日常评价装置，其特征在于，所述分水器(105)的总管道与所述总排水阀(109)之间安装有统一控制的总控阀(1050)；所述分水器(105)的支管道上安装有对每组串联的所述参考水准仪(101)和所述工作水准仪(102)进行控制的分控阀(1051)。

7.根据权利要求1所述的一种静力水准系统的日常评价装置，其特征在于，所述分水器(105)的总管道在水平方向倾斜布置，且高度较高的一端具有放气阀(1052)，高度较低的一端具有放水阀(1053)。

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