CN214583185U - 一种公路改扩建填方路基剖面沉降监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种公路改扩建填方路基剖面沉降监测装置，包括柔性管、钢丝绳、压差式剖面沉降仪、基点组合装置、储液箱和无线接收装置；基点组合装置包括若干根螺纹钢和筒状钢筋；螺纹钢底部插设在坑槽底部的新建路基中；筒状钢筋套设在若干根螺纹钢外周，且与每根螺纹钢均相连接；柔性管有四根，分别为一号柔性管、二号柔性管、三号柔性管和四号柔性管；储液箱和无线接收装置均安装在一号柔性管内的混凝土材料顶端；在四号柔性管内设若干个压差式剖面沉降仪，相邻两个间均通过气管、液管和电缆线相连接。本申请将基点选择在填方路基一侧的坡顶，埋设线路短，施工方便；同时，每个监测剖面单独引出线路，方便后期维修保养。

Description

一种公路改扩建填方路基剖面沉降监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种路基沉降测量装置及方法，特别是一种公路改扩建填方路基剖面沉降监测装置。

背景技术

对于小量程压差式剖面沉降仪，基点与测点需要保持在一定高差范围（基点需要保持高程不变）。

对于非改扩建新建路基，也即路基填方不高或挖方路基或新建路基，现有剖面沉降测量装置的布设方法通常为：

将PVC管埋置在新建路基的监测剖面中，将小量程压差式剖面沉降仪放置在埋置的PVC管中，若干小量程压差剖面沉降仪间均通过气管、液管和电缆线相连接，气管和液管的引出端与储液箱相连接。另外，为方便小量程压差剖面沉降仪在PVC管内的收放，通常采用一根钢丝绳，将所有小量程压差剖面沉降仪相连接，钢丝绳的两端分别从PVC管两端伸出。

在非改扩建新建路基中，基点的常规选择方法是：将基点即压差式沉降仪埋设在新建路基以外高程不变的位置处，同时还需保证储液箱具有一定的液面高程差。因而，所需引出的气管、液管、电缆线以及钢丝绳长度长，既不经济也不利于后期保养维修。经常，为降低成本，通常会几个监测剖面共用一个储液箱。

对于公路改扩建拼接段路基填方较高或高填方路基，上述埋设方法实际操作困难，主要在于：基点难以选择，若是将基点选择在与测点高程接近的位置（附近山坡），线路埋设较长，既不经济也不利于后期保养维修；公路改扩建拼接段，仪器出线仅能由一端而出，另一端为老路基，无法出线。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种公路改扩建填方路基剖面沉降监测装置，该公路改扩建填方路基剖面沉降监测装置能将基点选择在填方路基一侧的坡顶，埋设线路短，施工和维修操作方便；同时，每个监测剖面单独引出线路，方便后期维修保养。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种公路改扩建填方路基剖面沉降监测装置，包括柔性管、钢丝绳、压差式剖面沉降仪、基点组合装置、储液箱和无线接收装置。

新建路基具有若干个监测剖面，每个监测剖面均设置有沿路基横向的沟槽。

新建路基的边坡坡顶开挖有与沟槽相连通的坑槽，且坑槽深度大于沟槽深度。

新建路基的边坡坡顶或边坡外侧设置有放绳辊和收绳辊。

基点组合装置包括若干根螺纹钢和筒状钢筋。螺纹钢底部插设在坑槽底部的新建路基中。筒状钢筋套设在若干根螺纹钢外周，且与每根螺纹钢均相连接。

柔性管具有四根，分别为一号柔性管、二号柔性管、三号柔性管和四号柔性管。

一号柔性管竖直插设在坑槽中，且底端同轴套设在筒状钢筋外周。

三号柔性管和四号柔性管均埋设在沟槽中，且均伸入一号柔性管内。

二号柔性管竖直插设在沟槽上方的一号柔性管内，

位于一号柔性管内的二号柔性管、三号柔性管和四号柔性管通过三通相连接。

位于二号柔性管、三号柔性管和四号柔性管外侧的一号柔性管内填充有混凝土材料。

储液箱和无线接收装置均安装在混凝土材料顶端。

在四号柔性管内沿长度方向布设有若干个压差式剖面沉降仪，在一号柔性管内至少布设一个压差式剖面沉降仪。

相邻两个压差式剖面沉降仪均通过气管、液管和电缆线相连接。气管、液管和电缆线均从二号柔性管内伸出，且气管、液管的输出端与储液箱相连接，电缆线的输出端与无线接收装置相连接。

背离坑槽一侧的四号柔性管内设置有定滑轮。

钢丝绳具有两根，分别为回收钢丝绳和放入钢丝绳。

放入钢丝绳套设在定滑轮上，放入钢丝绳的一端与邻近定滑轮的压差式剖面沉降仪相连接，放入钢丝绳的另一端从三号柔性管的尾端伸出后，套设在放绳辊上。

回收钢丝绳的一端与邻近新建路基边坡坡顶的压差式剖面沉降仪相连接，回收钢丝绳的另一端从三号柔性管尾端伸出后，套设在收绳辊上。

基点组合装置还包括防护罩，防护罩安装在一号柔性管外周的新建路基上。

防护罩为砖砌结构。

坑槽的深度为0.8~1.0m，沟槽的深度为0.4~0.5m。

筒状钢筋为钢筋网，钢筋网高度为0.08~0.1m。

布设在四号柔性管的压差式剖面沉降仪，称为监测点压差式剖面沉降仪。布设在一号柔性管内的压差式剖面沉降仪称为基点压差式剖面沉降仪。其中，基点压差式剖面沉降仪的数量为一个，布设在位于一号柔性管内的三号柔性管、四号柔性管或三通内。

从二号柔性管内伸出的气管、液管和电缆线外周设置有绑扎带。

本实用新型具有如下有益效果：

（1）对于填方路基，特别是高填方路基，为避免线路路由过长，可直接在路基边坡坡顶处架设水箱等仪器，减少后期线路穿PVC管时间，提高埋设仪器效率，降低劳动强度。基点可选择在填方路基的边坡坡顶，埋设线路短，施工和维修操作方便。同时，后期可远程读取监测数据，实现实时监测。

（2）每个监测剖面单独引出线路，方便后期维修保养。

（3）PVC管价格便宜，经济且可操作性强。

（4）对于公路改扩建路基拼接段，线路只能由一端引出，从而方便检修仪器，操作性强。

附图说明

图1显示了本实用新型一种公路改扩建填方路基剖面沉降监测装置的结构示意图。

图2显示了本实用新型中柔性管的剖面放大示意图。

图3显示了柔性管的俯视放大示意图。

其中有：

11.既有路基；12.新建路基；121.沟槽；122.坑槽；

20.边坡；

30.柔性管；31.一号柔性管；32.二号柔性管；33.三号柔性管；34.四号柔性管；35.三通；

40.钢丝绳；41.定滑轮；42.放绳辊；43.收绳辊；

50.压差式剖面沉降仪；51.气管；52.液管；53.电缆线；

60.基点组合装置；61.螺纹钢；62.筒状钢筋；63.防护罩；

70.储液箱；

80.无线接收装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本实用新型的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，一种公路改扩建填方路基剖面沉降监测装置，包括柔性管30、钢丝绳40、压差式剖面沉降仪50、基点组合装置60、储液箱70和无线接收装置80。

新建路基可以是全部新建，也可以是在既有路基11上的扩建路基，其具有若干个监测剖面，每个监测剖面均设置有沿路基横向的沟槽121。

新建路基的边坡坡顶开挖有与沟槽相连通的坑槽122，坑槽深度大于沟槽深度。本实施例中，坑槽的深度优选为0.8~1.0m，沟槽的深度优选为0.4~0.5m，沟槽的宽约15~20cm。

新建路基的边坡坡顶或边坡外侧设置有放绳辊42和收绳辊43。

基点组合装置包括若干根螺纹钢61、筒状钢筋62和防护罩63。

螺纹钢优选为三根，其底部插打在坑槽底部的新建路基中。每根螺纹钢的直径均优选为14mm。

筒状钢筋套设在若干根螺纹钢外周，且与每根螺纹钢均相连接。

防护罩安装在一号柔性管外周的新建路基上，且优选为砖砌结构。

如图2和图3所示，柔性管具有四根，分别为一号柔性管31、二号柔性管32、三号柔性管33和四号柔性管34。本实用新型中的柔性管均优选为具有一定刚度的PVC管。

一号柔性管竖直插设在坑槽中，且底端同轴套设在筒状钢筋外周，并作为固定基点。筒状钢筋优选为钢筋网，但也可以为钢管，钢筋网高度优选为0.08~0.1m。

三号柔性管和四号柔性管均埋设在沟槽中，且均伸入一号柔性管内。另外，三号柔性管的外侧端优选从新建路基的边坡中伸出，形成悬空段，从而方便后期维修。

二号柔性管竖直插设在沟槽上方的一号柔性管内。

位于一号柔性管内的二号柔性管、三号柔性管和四号柔性管通过三通35相连接。三通优选放置于螺纹钢顶部，且通过一号柔性管内现浇的混凝土材料，形成一个整体，作为固定基点。

位于二号柔性管、三号柔性管和四号柔性管外侧的一号柔性管内填充有混凝土材料。

储液箱70和无线接收装置80均安装在混凝土材料顶端。

在四号柔性管内沿长度方向布设有若干个监测点，每个监测点布设一个压差式剖面沉降仪50，也称为监测点压差式剖面沉降仪。

在一号柔性管内至少布设一个压差式剖面沉降仪，且称为基点压差式剖面沉降仪。其中，基点压差式剖面沉降仪的数量优选为一个，优选布设在位于一号柔性管内的三号柔性管、四号柔性管或三通内。本实施例中，优选布设在三通中。

相邻两个压差式剖面沉降仪均通过气管51、液管52和电缆线53相连接。气管、液管和电缆线均从二号柔性管内伸出，且气管、液管的输出端与储液箱相连接，电缆线的输出端与无线接收装置相连接。二号柔性管内伸出的气管、液管和电缆线外周优选设置有绑扎带54，将三者绑扎在一起。

背离坑槽一侧的四号柔性管内设置有定滑轮。

钢丝绳具有两根，分别为回收钢丝绳和放入钢丝绳。

放入钢丝绳套设在定滑轮上，放入钢丝绳的一端与邻近定滑轮的压差式剖面沉降仪相连接，放入钢丝绳的另一端从三号柔性管的尾端伸出后，套设在放绳辊上。

回收钢丝绳的一端与邻近新建路基边坡坡顶的压差式剖面沉降仪相连接，回收钢丝绳的另一端从三号柔性管尾端伸出后，套设在收绳辊上。

一种公路改扩建填方路基剖面沉降监测装置的施工方法，包括如下步骤。

1）按照设计要求开挖沟槽和坑槽，清槽，一般坑槽尺寸略大于一号PVC管，坑槽开挖深度优选为0.8~1.0m，在坑槽底面优选插打3根直径为14mm的螺纹钢，每根螺纹钢底部均伸入路基填土中。然后，将和坑槽形状相同的钢筋网与3根螺纹钢绑扎或焊接，钢筋网距离坑底约10cm。沟槽一般深40~50cm，宽约15~20cm。

（2）连接所有压差式剖面沉降仪（相邻压差式剖面沉降仪的线路距离，具体根据设计位置进行确定），注入防冻液，排出气泡。

（3）利用放入钢丝绳将所有压差式剖面沉降仪分别拉入设计位置。

（4）引出两股钢丝绳（一股钢丝绳的引出端绕设在回收辊上，负责后期维修时拉出仪器；另一股钢丝绳的引出端绕设在放绳辊上，用于将检修完的仪器再次拉入至设计位置），通过三号PVC管，同时将气管、水管、电缆线一起引出通过二号PVC管，二号PVC管放置在沟槽中，一号PVC管埋入坑槽，架在钢筋网上。

（5）向一号PVC管内浇筑混凝土，固定储液箱，注液。

（6）将气管、液管连接到储液箱，电缆线连接无线接收装置；调整储液箱内液面高度，利用液面高度压差调试监测点仪器初始读数a₀、b₀、c₀等以及基点位置处仪器初始读数x₀。

（7）将引出的三管线用绑扎带简单固定，方便后期维修时将管线拉出和拽回。

（8）将各个端头堵住，最后做一圈保护储液箱和线路的砖砌防护装置。其中二号、三号、四号PVC管通过三通在一号PVC管内连接。

一种公路改扩建填方路基剖面沉降监测方法，包括如下步骤。

步骤1、调节储液箱液面高度：根据压差式剖面沉降仪的量程P，调节储液箱液面高度，使液面高度位于1/2P~2/3P之间。

步骤2、初始沉降监测：假设在四号柔性管内沿长度方向布设有三个压差式剖面沉降仪，称为监测点压差式剖面沉降仪。在一号柔性管内布设有一个压差式剖面沉降仪，称为基点压差式剖面沉降仪。

在新建路基填完下一层土并碾压完成12h之后，利用无线接收装置读取三个测点压差式剖面沉降仪的初始读数分别为a₀、b₀、c₀。读取基点压差式剖面沉降仪的初始读数x₀。

步骤3、一次沉降监测：根据监测频率及现场施工实际情况，利用无线接收装置读取三个测点压差式剖面沉降仪的一次监测读数分别为a₁、b₁、c₁。读取基点压差式剖面沉降仪的一次基点读数x₁。

步骤4、计算一次沉降值：对三个测点压差式剖面沉降仪所在的三个监测点，分别计算一次沉降值A₁、B₁和C₁，具体计算公式为：

A₁ =（a₁-a₀）-（x₁-x₀）。

B₁ =（b₁-b₀）-（x₁-x₀）。

C₁ =（c₁-c₀）-（x₁-x₀）。

步骤5、计算一次剖面坡度：根据各个监测点一次沉降值的差异，计算相邻两个监测点A和B之间的一次剖面坡度Q₁，具体计算公式为：

Q₁ = {（a₁-a₀）-（b₁-b₀）}/ L₁×100%

其中，L₁为A和B两个监测点之间的水平距离。

步骤6、二次沉降监测：利用无线接收装置读取三个测点压差式剖面沉降仪的二次监测读数分别为a₂、b₂、c₂。读取基点压差式剖面沉降仪的一次基点读数x₂。

步骤7、计算二次沉降值：二次沉降值包括二次累计沉降值和二次相对沉降值。

步骤7A、计算二次累计沉降值：对三个测点压差式剖面沉降仪所在的三个监测点，分别计算二次累计沉降值A₂、B₂和C₂，具体计算公式为：

A₂ =（a₂-a₀）-（x₂-x₀）。

B₂ =（b₂-b₀）-（x₂-x₀）。

C₂ =（c₂-c₀）-（x₂-x₀）。

步骤7B、计算二次相对沉降值：对三个测点压差式剖面沉降仪所在的三个监测点，分别计算二次相对沉降值M₁、N₁和O₁，具体计算公式为：

M₁ =（a₂-a₁）-（x₂-x₁）。

N₁ =（b₂-b₁）-（x₂-x₁）。

O₁ =（c₂-c₁）-（x₂-x₁）。

步骤8、计算二次剖面坡度：根据各个监测点二次沉降值的差异，计算相邻两个监测点A和B之间的二次剖面坡度Q₂，具体计算公式为：

Q₂ = {（a₂-a₀）-（b₂-b₀）}/ L₁×100%

其中，L₁为A和B两个监测点之间的水平距离。

步骤9、计算二次累计沉降速率：根据对应监测点的二次累计沉降值，计算二次累计沉降速率V₂，具体计算公式为：

V₂ = {（a₂-a₀）-（x₂-x₀）}/t₁

其中，t₁为第二次测量与第一次测量之间的时间间隔。

步骤10、重复步骤6，对每次监测，均计算对应次的累计沉降值和相对沉降值。当监测频率为y次时，则监测点A的y次累计沉降值A_y、y次相对沉降值M_y-1、监测点A和B之间的y次剖面坡度Q_y和监测点A的y次累计沉降速率V_y的计算公式分别为：

A_y =（a_y-a₀）-（x_y-x₀）。

M_y-1 =（a_y-a_y-1）-（x_y-x_y-1）。

Q_y= {（a_y-a₀）-（b_y-b₀）}/ L₁×100%

V_y= {（a_y-a₀）-（x_y-x₀）}/ t₂

其中，x_y、a_y和b_y分别表示基点压差式剖面沉降仪、监测点A和监测点B在第y次监测所读取的沉降监测数据。a_y-1和x_y-1分别表示监测点A的测点压差式剖面沉降仪、基点压差式剖面沉降仪在第y-1次监测时所读取的沉降监测数据。t₂为第y次测量与第一次测量之间的时间间隔。

步骤11、仪器修正后的监测：当y次监测后，对其中任一台压差式剖面沉降仪进行维修时，则重复步骤1至步骤10，具体重复方法为：

（1）在仪器维修之前，仪器正常读数，第y次监测的监测数据为：监测点累计沉降值分别为A _y，B _y，C _y等。

（2）进行仪器维修之后，再次读取各个监测点位初始读数a₀₀、b₀₀、c₀₀等及基点初始读数x₀₀。

（3）根据监测频率及现场施工实际情况，第二次读取监测点位数据a_y+2、b_y+2、c_y+2等及基点数据x _y+2，则维修之后A、B、C三个监测点位的沉降值分别为（a _y+2-a₀₀）-（x _y+2-x₀₀）、（b _y+2-b₀₀）-（x_y+2-x₀₀）、（c_y+2-c₀₀）-（x_y+2-x₀₀）等，其中测点数据全部都减去（x _y+2-x₀₀）数值，是为了消除系统误差。

（4）A、B、C三个监测点位实际累计沉降值为A _y +{（a _y+2-a₀₀）-（x _y+2-x₀₀）}、B _y +{（b _y+2-b₀₀）-（x_y+2-x₀₀）}、C _y +{（c_y+2-c₀₀）-（x_y+2-x₀₀）}等。

（5）在第z次监测时，监测点A的z次累计沉降值A_z、z次相对沉降值M_z-1、监测点A和B之间的z次剖面坡度Q_z和监测点A的z次累计沉降速率V_z计算公式分别为：

Az= A_y +（a_z-a₀₀）-（x_z-x₀₀）。

M_z-1 =（a_z-a_z-1）-（x_z-x_z-1）。

Q_y= {{ A_y +（a_z-a₀₀）}-{B _y +（b_z-b₀₀）}}/ L₁×100%

V_z = { A_y +{（a_z-a₀₀）-（x_z-x₀₀）}}/ t₃

其中，x₀₀、a₀₀和b₀₀分别表示基点压差式剖面沉降仪、监测点A和监测点B处测点压差式剖面沉降仪在维修后监测所读取的初始沉降监测数据。a_z-1和x_z-1分别表示监测点A的测点压差式剖面沉降、基点压差式剖面沉降仪在第z-1次监测时所读取的沉降监测数据。x_z、a_z和b_z分别表示基点压差式剖面沉降仪、监测点A和监测点B处测点压差式剖面沉降仪在第z次监测所读取的沉降监测数据，且Z＞y+1。B_y表示监测点B处测点压差式剖面沉降仪的y次累计沉降值。t₃为第z次测量与第一次测量之间的时间间隔。

以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种公路改扩建填方路基剖面沉降监测装置，用于新建路基的沉降监测，其特征在于：包括柔性管、钢丝绳、压差式剖面沉降仪、基点组合装置、储液箱和无线接收装置；

新建路基具有若干个监测剖面，每个监测剖面均设置有沿路基横向的沟槽；

新建路基的边坡坡顶开挖有与沟槽相连通的坑槽，且坑槽深度大于沟槽深度；

新建路基的边坡坡顶或边坡外侧设置有放绳辊和收绳辊；

基点组合装置包括若干根螺纹钢和筒状钢筋；螺纹钢底部插设在坑槽底部的新建路基中；筒状钢筋套设在若干根螺纹钢外周，且与每根螺纹钢均相连接；

柔性管具有四根，分别为一号柔性管、二号柔性管、三号柔性管和四号柔性管；

一号柔性管竖直插设在坑槽中，且底端同轴套设在筒状钢筋外周；

三号柔性管和四号柔性管均埋设在沟槽中，且均伸入一号柔性管内；

二号柔性管竖直插设在沟槽上方的一号柔性管内，

位于一号柔性管内的二号柔性管、三号柔性管和四号柔性管通过三通相连接；

位于二号柔性管、三号柔性管和四号柔性管外侧的一号柔性管内填充有混凝土材料；

储液箱和无线接收装置均安装在混凝土材料顶端；

在四号柔性管内沿长度方向布设有若干个压差式剖面沉降仪，在一号柔性管内至少布设一个压差式剖面沉降仪；

相邻两个压差式剖面沉降仪均通过气管、液管和电缆线相连接；气管、液管和电缆线均从二号柔性管内伸出，且气管、液管的输出端与储液箱相连接，电缆线的输出端与无线接收装置相连接；

背离坑槽一侧的四号柔性管内设置有定滑轮；

钢丝绳具有两根，分别为回收钢丝绳和放入钢丝绳；

放入钢丝绳套设在定滑轮上，放入钢丝绳的一端与邻近定滑轮的压差式剖面沉降仪相连接，放入钢丝绳的另一端从三号柔性管的尾端伸出后，套设在放绳辊上；

回收钢丝绳的一端与邻近新建路基边坡坡顶的压差式剖面沉降仪相连接，回收钢丝绳的另一端从三号柔性管尾端伸出后，套设在收绳辊上。

2.根据权利要求1所述的公路改扩建填方路基剖面沉降监测装置，其特征在于：基点组合装置还包括防护罩，防护罩安装在一号柔性管外周的新建路基上。

3.根据权利要求2所述的公路改扩建填方路基剖面沉降监测装置，其特征在于：防护罩为砖砌结构。

4.根据权利要求1所述的公路改扩建填方路基剖面沉降监测装置，其特征在于：坑槽的深度为0.8~1.0m，沟槽的深度为0.4~0.5m。

5.根据权利要求1所述的公路改扩建填方路基剖面沉降监测装置，其特征在于：筒状钢筋为钢筋网，钢筋网高度为0.08~0.1m。

6.根据权利要求1所述的公路改扩建填方路基剖面沉降监测装置，其特征在于：布设在四号柔性管的压差式剖面沉降仪，称为监测点压差式剖面沉降仪；布设在一号柔性管内的压差式剖面沉降仪称为基点压差式剖面沉降仪；其中，基点压差式剖面沉降仪的数量为一个，布设在位于一号柔性管内的三号柔性管、四号柔性管或三通内。

7.根据权利要求1所述的公路改扩建填方路基剖面沉降监测装置，其特征在于：从二号柔性管内伸出的气管、液管和电缆线外周设置有绑扎带。

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