CN214372774U - 一种施工过程中地下水位的监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种施工过程中地下水位的监测装置，包括：两根平行且间隔设置的测线，各根测线中均包括一根线芯，两根线芯相互平行；在各根线芯上且沿长度方向均螺旋缠绕一电阻丝，各电阻丝均与对应的线芯紧密贴合，两根电阻丝的末端均用于连接导线；各根测线外均各同轴套设有一线壳，各线壳均为两端封闭的圆筒体。两个线壳间一体连接有一导电隙壳体，导电隙壳体的长度与各线壳的长度相同；导电隙壳体内腔为导电隙，导电隙与两个线壳的内腔均相连通。在导电隙壳体上，且沿其长度方向间隔开设有多个进水孔，用于使地层中的水流入导电隙中，并通过导电隙导入两个线壳内腔中。以降低测点布设和测点维护的成本和难度，简化日常测量工作。

Description

一种施工过程中地下水位的监测装置

【技术领域】

本实用新型属于地下工程监控量测技术领域，尤其是涉及一种施工过程中地下水位的监测装置。

【背景技术】

在地下工程中，地下水的存在，是影响工程安全、工程进度和工程质量最重要的因素之一，所以需要在施工的全过程中，严密监测地下水的赋存状态，以便及时调整施工措施，科学合理的应对地下水，避免安全事故和工程延期。其中应用最广泛的监测标的即地下水位，通过地面钻孔，下入PVC管，而后通过卷尺水位计测量，测量时向PVC管内放入探头，探头接触管内水面后鸣响，记录下卷尺长度，即为地下水位埋深。

该方法直观易懂，但在实际施工过程中存在不足：一是测点布设不易，需要钻孔和下管，综合成本较高；二是测点布设完毕后，随着工程施工的进行，设备、物料、渣土频繁运转，很容易破坏测点或者堵塞测点，维护工作比较繁重；三是测量慢，不便捷，测量员需手提较重的卷尺水位计，逐渐下放探头直至水面，读数后逐渐收回。

因此，在地下工程施工过程中，需要一种更快更便捷的地下水位测量方法，降低测点布设和测点维护的成本和难度，同时更快、更便捷地进行测量工作。

【实用新型内容】

本实用新型的目的是提供一种施工过程中地下水位的监测装置，以降低测点布设和测点维护的成本和难度，简化日常测量工作。

本实用新型采用以下技术方案：一种施工过程中地下水位的监测装置，该监测装置用于竖直埋设于土体中，监测地层中水位的变化；包括：

两根平行且间隔设置的测线，各根测线中均包括一根线芯，两根线芯相互平行，且均采用不导电材质制成；

在各根线芯上且沿长度方向均螺旋缠绕一电阻丝，各电阻丝均与对应的线芯紧密贴合，两根电阻丝的末端均用于连接导线；各根测线外均各同轴套设有一线壳，各线壳均为两端封闭的圆筒体。

两个线壳间一体连接有一导电隙壳体，导电隙壳体的长度与各线壳的长度相同；导电隙壳体内腔为导电隙，导电隙与两个线壳的内腔均相连通。在导电隙壳体上，且沿其长度方向间隔开设有多个进水孔，用于使地层中的水流入导电隙中，并通过导电隙导入两个线壳内腔中。

进一步地，该导电隙壳体为长方体状，且其长度与两个线壳的长度相一致。

进一步地，该导电隙壳体的宽度小于5mm。

进一步地，在各根线芯上，电阻丝缠绕的间距均相等。

进一步地，该两根电阻丝的材质相同，长度相同，且缠绕方式相同。

本实用新型还公开了一种施工过程中地下水位的监测方法，使用上述的一种施工过程中地下水位的监测装置，该方法如下：

步骤一、将该监测装置竖直埋设于土体中；

步骤二、采取初始值：将两根电阻丝末端的导线分别与欧姆表的两个测针连接，由欧姆表测得初始电阻值为R₁；计算得初始地下水位深度为：h₁＝R₁/2ab；移除欧姆表；

步骤三、再次监测：施工过程中，按施工监测频率再次监测时，将两根电阻丝末端的导线分别与欧姆表的两个测针连接，由欧姆表测得此时电阻值R₂；移除欧姆表；计算得此时地下水位深度为：h₂＝R₂/2ab；

其中：a为电阻丝的单位长度电阻值；

b为电阻丝1的长度与线芯长度的比值，

L为电阻丝缠绕一圈的长度，S为缠绕间距，d为线芯直径。

还包括：

步骤四、由步骤二和步骤三中的地下水位深度，计算得出地下水位的变化值为：h₂-h₁＝(R₂-R₁)/2ab。

进一步地，在进水孔处填塞有棉球或纸团，用于阻挡过滤泥沙。

进一步地，在步骤一中，该监测装置竖直插入土体测斜孔或土体分层沉降孔中，绑扎在土体测斜管或分层沉降管外，随对应的管垂直向下插入底部土中；埋设的测线长度大于地下水位的最大变化深度。

本实用新型的有益效果是：1.测量更快速和方便，只需手持欧姆表，分别联通两根测线，测量电阻值即可，且其以电信号的方式输出，并可以随采随测，有利于进一步实现自动测量。2.测点更容易维护，只需保护好露出的测线，不需担心传统水位管的破坏和堵管。3.可利用土体位移的测量孔，在埋深土体测斜时一并布设，测点布设更为便捷，节约工效和成本。

【附图说明】

图1为地下水位监测导线横断面示意图；

图2为地下水位监测导线纵向剖面示意图；

图3为地下水位监测计算原理示意图；

其中：1电阻丝，2线芯，3线壳，4导电隙，5进水孔。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型一种施工过程中地下水位的监测装置，如图1和2所示，该监测装置用于竖直埋设于土体中，监测地层中水位的变化；包括：两根平行且间隔设置的测线，各根测线中均包括一根线芯2，两根所线芯2相互平行，且均采用不导电材质制成。

在各根线芯2上且沿长度方向均螺旋缠绕一电阻丝1，各电阻丝1均与对应的线芯2紧密贴合，两根电阻丝1的末端均用于连接导线。在各根线芯2上，电阻丝1缠绕的间距均相等。

各根所述测线外均各同轴套设有一线壳3，各线壳3均为两端封闭的圆筒体；两个线壳3间一体连接有一导电隙壳体，导电隙壳体的长度与各线壳3的长度相同；导电隙壳体内腔为导电隙4，导电隙4与两个线壳3的内腔均相连通。

在导电隙壳体上，且沿其长度方向间隔开设有多个进水孔5，用于使地层中的水流入导电隙4中，并通过导电隙4导入两个线壳3内腔中。导电隙壳体为长方体状，且其长度与两个线壳3的长度相一致。导电隙壳体的宽度小于5mm。

一种施工过程中地下水位的监测装置的使用方法如下：

步骤一、将该监测装置竖直埋设于土体中，埋设的测线长度大于地下水位的最大变化深度。

步骤二、采取初始值：埋设完毕后，将两根电阻丝1末端的导线分别与欧姆表的两个测针连接，由欧姆表测得初始电阻值为R₁；计算得初始地下水位为：h₁＝ R₁/2ab；移除欧姆表；

步骤三、再次监测：在地下工程施工工程中，按规定监测频率再次监测时，将两根电阻丝1末端的导线分别与欧姆表的两个测针连接，由欧姆表测得此时电阻值R₂；移除欧姆表；计算得此时地下水位为：h₂＝R₂/2ab；

步骤四、由步骤二和步骤三中的地下水位，计算得出地下水位的变化值为： h₂-h₁＝(R₂-R₁)/2ab；

其中：a为电阻丝1的单位长度电阻值；

b为电阻丝1的长度与线芯2长度的比值；

L为电阻丝1缠绕一圈的长度，S为缠绕间距，d为线芯2直径。

在步骤一中，所述该监测装置竖直插入土体测斜孔或土体分层沉降孔中，绑扎在土体测斜管或分层沉降管外，随对应的管垂直向下插入底部土中。

该电阻丝1为本实用新型的核心部件，材质为镍络合金，从综合成本(越细越好)、抗拉强度(越粗越好)和电阻(越细越好)三方面因素考虑，选取截面面积1mm²左右的规格，其电阻约为1Ω/m；线芯2采用不导电高分子材料，如塑料，直径约5mm；电阻丝1缠绕于线芯2上形成一条测线，电阻丝1缠绕时保持恒定的螺纹距离，使得单位长度的线芯2长度内，缠绕的电阻丝1长度增大，可测电阻值增大，测量精度提高，但电阻丝1缠绕过程中不能接触，即螺纹距离必须大于电阻丝1的直径；缠绕完毕后，将电阻丝1和线芯2快速高温烘烤，使得线芯2表面有轻微熔融，电阻丝1与其初步融固，后续搬运和弯折过程中，电阻丝1缠绕的螺纹距离不会轻易滑脱变化；线壳3为硬塑绝缘材料，分为前后两片，夹持两条测线后，进一步防止电阻丝1与线芯2相对滑脱，缠绕螺纹距离发生变化。导电隙4宽度小于5mm；线壳3前后两片纵向中轴线均设置等间距进水孔5，其直径2mm，地下水可以通过它流入导电隙4，根据连通器原理，水流平衡后，导电隙4中的水位与地下水位等高。地下水位以上的两段电阻丝1与导电隙4中的地下水连通，形成半个通电回路；通过水的导电性，使两条测线的电阻丝1发生电路联通。

测量原理：

假设电阻丝1的单位长度电阻值为aΩ/m，通过定螺距缠绕，使电阻丝1长度为线芯2长度的b倍；

根据立体几何知识，圆柱螺纹线长度计算公式为

其中L 为圆柱螺纹线长度，S为螺线间距，d为线芯2直径；则

如图3所示，测线垂直埋入地下后，地下水通过进水孔5流入导电隙4，由于水具有导电性，所以联通了线壳3内的左右两根电阻丝1，以水面为分界，位于地下水位以上的电阻丝长度，形成了有效电阻，此时在地面用欧姆表与两根电阻丝相连，可以测得现在的电阻为R₁，其由左右两条相等长度的电阻丝1组成，由于两根电阻丝1间距非常小，所以导电隙4中水的电阻可以小到忽略不计，于是每条电阻丝1的电阻为R₁/2，根据电阻丝的参数可知，此时：

通路中的电阻丝1总长度为：R₁/a；

通路中的线芯2总长度为：R₁/ab；

地下水位的埋深为：h₁＝(R₁/ab)/2＝R₁/2ab。

当地下水位下降后，测得电阻值为R₂，此时地下水位埋设为h₂＝R₂/2ab，两次测量之间，地下水位的变化值为h₂-h₁＝(R₂-R₁)/2ab。

(1)测点布设：

地下工程施工过程中，需要在施工范围周边布置多种监测孔，如土体测斜、土体分层沉降等，在其成孔后，可将本实用新型中的测线绑在土体测斜管或分层沉降管外侧，尽量沿管体绑扎，后随管体垂直向下插入土中。

如地层土体颗粒较细，还需在进水孔5处塞一些棉球或纸团，避免泥沙大量进入导电隙4并堆积，产生毛细效益吸水，导致测量结果失准。

管体插至孔底部后，在地面上切除多余的监测导线，将测斜剩余线头引入接线盒，妥善保护。

(2)采取初始值：

测点埋设完毕后，使用欧姆表，将其两极分别与监测导线的两条测线()相连，读出此时的电阻值，记为初始值R₁；根据测量原理中的公示，此时地下水位为h₁＝R₁/2ab；

(3)后续现场测量：

在地下工程施工工程中，按规定监测频率进行数值采集，采集方法与初始值相同，读出此时的电阻值，记为R₂；此时地下水位为h₂＝R₂/2ab。

(4)测量结果计算：

前后两次测量，可以得出地下水位的变化值为h₂-h₁＝(R₂-R₁)/2ab。

(5)测点维护：

日常保持测线端头处于接线盒内，悬挂标识牌，禁止大力拉扯，避免线被拉。

Claims (6)

1.一种施工过程中地下水位的监测装置，其特征在于，包括：

两根平行且间隔设置的测线，各根所述测线中均包括一根线芯(2)，两根所述线芯(2)相互平行，且均采用不导电材质制成；

在各根所述线芯(2)上且沿长度方向均螺旋缠绕一电阻丝(1)，各所述电阻丝(1)均与对应的所述线芯(2)紧密贴合，两根所述电阻丝(1)的末端均用于连接导线；

各根所述测线外均各同轴套设有一线壳(3)，各所述线壳(3)均为两端封闭的圆筒体；

两个所述线壳(3)间一体连接有一导电隙壳体，所述导电隙壳体的长度与各所述线壳(3)的长度相同；所述导电隙壳体内腔为导电隙(4)，所述导电隙(4)与两个所述线壳(3)的内腔均相连通；

在所述导电隙壳体上，且沿其长度方向间隔开设有多个进水孔(5)，用于使地层中的水流入导电隙(4)中，并通过导电隙(4)导入两个所述线壳(3)内腔中；

该监测装置用于竖直埋设于土体中，监测地层中水位的变化。

2.根据权利要求1所述的一种施工过程中地下水位的监测装置，其特征在于，所述导电隙壳体为长方体状，且其长度与两个所述线壳(3)的长度相一致。

3.根据权利要求2所述的一种施工过程中地下水位的监测装置，其特征在于，所述导电隙壳体的宽度小于5mm。

4.根据权利要求1或2所述的一种施工过程中地下水位的监测装置，其特征在于，在各根所述线芯(2)上，所述电阻丝(1)缠绕的间距均相等。

5.根据权利要求1或2所述的一种施工过程中地下水位的监测装置，其特征在于，两根所述电阻丝(1)的材质相同，长度相同，且缠绕方式相同。

6.根据权利要求1或2所述的一种施工过程中地下水位的监测装置，其特征在于，在埋设于土体中时，竖直插入土体测斜孔或土体分层沉降孔中。

Images