CN214893095U - 一种混凝土道面层间相对位移的监测结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及道路工程领域，特别是涉及一种混凝土道(路)面层间相对位移的监测结构。本实用新型一方面提供一种混凝土道(路)面层间相对位移的监测结构，包括道面本体，所述道面本体包括面层、基层、以及位于面层表面的切缝，所述面层中设有第一位移监测装置和第二位移监测装置，所述第一位移监测装置用于监测道面延伸方向上切缝两侧的面层之间的相对位移变化，所述第二位移监测装置用于监测道面延伸方向上面层的自身体积变形。本实用新型所提供的混凝土道(路)面层间相对位移的监测结构，为混凝土道(路)面面层与基层相对位移的监测提供一种直接可行的方法，具有良好的产业化前景。

Description

一种混凝土道面层间相对位移的监测结构

技术领域

本实用新型涉及道路工程领域，特别是涉及一种混凝土道(路)面层间相对位移的监测结构和方法。

背景技术

随着我国公路与机场建设的发展，其建设规模不断扩大，对于公路(跑道)的要求也不断提高。路(道)面结构的完整性对于公路(跑道)的正常运行极为重要，随着运行时间的增加，路(道)面面层与基层之间可能由于变形等原因产生相对的位移，这样的相对位移可能导致路(道)面结构完整性的损害，给运行安全带来严重的威胁。但是，由于面层与基层的交界处是隐藏在路(道)面内部的，无法通过常规的监测手段直接获得，目前尚无测试混凝土路(道)面层与基层相对位移的有效方法，也无法实现对于其相对位移实时反馈的有效途径。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种混凝土道(路)面层间相对位移的监测结构和方法，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种混凝土道面层间相对位移的监测结构，包括道面本体，所述道面本体包括面层、基层、以及位于面层表面的切缝，所述面层中设有第一位移监测装置和第二位移监测装置，所述第一位移监测装置用于监测道面延伸方向上切缝两侧的面层之间的相对位移变化，所述第二位移监测装置用于监测道面延伸方向上面层的自身体积变形。

在本实用新型一些实施方式中，所述面层的厚度为20～50cm；

和/或，所述基层的厚度为20～50cm。

在本实用新型一些实施方式中，所述切缝的深度为10～20cm；

和/或，所述切缝的深度为面层厚度的40～60％；

和/或，所述切缝的延伸方向与道面本体的延伸方向相配合，优选的，所述切缝竖直设置，且切缝的延伸方向与道面本体的延伸方向之间的角度为85～90°。

在本实用新型一些实施方式中，所述第一位移监测装置由切缝一侧的面层延伸至切缝另一侧的面层，所述第一位移监测装置的延伸方向与道面本体的延伸方向一致，在高度方向上接近于面层底部，在宽度方向上位于面层中部5～10％的区域。

在本实用新型一些实施方式中，所述第二位移监测装置位于切缝一侧的面层中，所述第二位移监测装置的延伸方向与道面本体的延伸方向一致，所述第二位移监测装置的测试端端部在延伸方向上与切缝之间的间距为5～10cm，所述第二位移监测装置在高度方向上接近于面层底部，在宽度上与第一位移监测装置的间距为5～15cm。

在本实用新型一些实施方式中，所述第一位移监测装置包括第一监测部和第一固定部，所述第二位移监测装置包括第二监测部和第二固定部，所述固定部被固定于基层上，所述监测部位于面层中。

附图说明

图1显示为本实用新型所提供的混凝土道面层间相对位移的监测结构的俯视结构示意图。

图2显示为本实用新型所提供的混凝土道面层间相对位移的监测结构中第一位移监测装置的侧视结构示意图。

图3显示为本实用新型所提供的混凝土道面层间相对位移的监测结构中第二位移监测装置的侧视结构示意图。

图4显示为本实用新型所提供的混凝土道面层间相对位移的监测方法的流程示意图。

图5显示为本实用新型实施例中所使用的位移计的结构示意图。

元件标号说明

1 道面本体

11 面层

12 基层

13 切缝

2 第一位移监测装置

21 第一监测部

22 第一固定部

3 第二位移监测装置

31 第二监测部

32 第二固定部

4 位移计

41 加长杆

42 测试端

43 固定端

44 测试端保护套

45 固定端支架

46 固定螺栓

具体实施方式

为了使本实用新型的发明目的、技术方案和有益技术效果更加清晰，以下结合实施例对本实用新型进行进一步详细说明，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容容易地了解本申请实用新型的其他优点及功效。

本实用新型发明人经过大量实践研究，提供了一种混凝土道(路)面层间相对位移的监测结构和方法，上述监测结构和方法能够实时反馈道(路)面中相关位置的位移变化，且具有安装方便、测量数据稳定性高、可以实时反馈等特点，在此基础上完成了本实用新型。

本实用新型第一方面提供一种混凝土道(路)面层间相对位移的监测结构，包括道面本体1，所述道面本体1包括面层11、基层12、以及位于面层11表面的切缝13，所述面层11中设有第一位移监测装置2和第二位移监测装置3，所述第一位移监测装置2用于监测道面延伸方向上切缝13两侧的面层11之间的相对位移变化，所述第二位移监测装置3道面延伸方向上面层11的自身体积变形。上述混凝土道面层间相对位移的监测结构中，第一位移监测装置2和第二位移监测装置3均设置于面层11中、且分别可以提供其对应的位移监测结果，即道面延伸方向上切缝13两侧的面层11之间的相对位移变化和道面延伸方向上切缝13一侧的面层11与基层12之间的相对位移变化，第一位移监测装置2和第二位移监测装置3通常可以与外部设备(例如，解调仪、计算机等)信号连接(例如，通过光缆连接等)，从而可以将位移监测结果输送至外部设备，进一步进行计算以后，即可获得混凝土道面层间相对位移。

本实用新型所提供的混凝土道面层间相对位移的监测结构中，可以包括道面本体1，道面本体1自上而下可以包括面层11、基层12，还可以包括位于面层11表面的切缝13。在道面本体1中，面层11通常的作用是直接承受飞机或行车荷载的垂直力、水平力或冲击荷载。面层11的材料通常可以是水泥混凝土等，面层11的厚度可以为20～50cm、20～30cm、30～40cm、或40～50cm。在道面本体1中，基层12通常的作用是作为整个道路的承重层，起稳定路面的作用。基层12的材料通常可以是水泥稳定碎石等，基层12的厚度可以为20～40cm、20～25cm、 25～30cm、30～35cm、或35～40cm。通常来说，道面本体1中的切缝13是竖直设置的(即按重力方向向下开设)，其开设的深度通常可以为面层厚度的40～60％、40～45％、45～50％、50～55％、或55～60％，也可以为10～20cm、10～12cm、12～14cm、14～16cm、16～18cm、或18～20cm。切缝13通常沿面层11表面延伸，其延伸方向通常与道面本体1的延伸方向是相配合，例如，切缝13的延伸方向与道面本体1的延伸方向之间基本上是互相垂直的，具体的角度可以为 85～90°、85～86°、86～87°、87～88°、88～89°、或89～90°。

本实用新型所提供的混凝土道面层间相对位移的监测结构中，第一位移监测装置2和第二位移监测装置3的布设通常与道面本体1的延伸方向相配合，且通常位于道面本体1中的合适位置，从而可以监测所需监测的位置处的相对位移变化。第一位移监测装置2和第二位移监测装置3通常可以作为一组监测装置，通过两个监测装置的差值以消除混凝土道(路) 面由于自身变形对层间相对位移产生的影响。例如，第一位移监测装置2可以由切缝13一侧的面层11延伸至切缝13另一侧的面层11，且延伸方向可以与道面本体1的延伸方向一致，其在高度方向(即垂直于道面表面的方向)上可以接近于(即接近于基层12，甚至底部可以与基层12的上表面接触)面层11底部，在宽度方向(即垂直于高度方向和道面延伸方向的方向)上可以位于面层11中部，具体可以是中部5～10％、5～6％、6～7％、7～8％、8～9％、或 9～10％的区域(即宽度方向上，面层11的中间段范围，其宽度占面层11总宽度的5～10％)，固定端和测试端通常可以跨切缝平衡布设，从而可以用于监测该处的道面延伸方向上切缝13 两侧的面层11之间的相对位移变化。再例如，第二位移监测装置3可以位于切缝13一侧的面层中，且延伸方向可以与道面本体1的延伸方向一致，其位置可以在高度方向上接近于面层11底部，在宽度方向上位于面层11中部20～35％的区域，测试端端部在延伸方向上通常可以距离切缝水平向5～10cm、5～6cm、6～7cm、7～8cm、8～9cm、或9～10cm，从而可以用于监测该处的道面在其延伸方向上的自身变形。再例如，第一位移监测装置2和第二位移监测装置3之间的间距可以为5～15cm、5～7cm、7～9cm、9～11cm、11～13cm、或13～15cm，以减少测量误差。

本实用新型所提供的混凝土道面层间相对位移的监测结构中，合适的可以作为位移监测装置的仪器对于本领域技术人员来说应该是已知的，例如，可以是光纤光栅位移计等。位移监测装置可以包括监测部(例如，加长杆、测试端、测试端保护套等)和固定部(例如，固定端、固定端支架、固定螺栓等)。例如，第一位移监测装置2可以包括第一监测部21和第一固定部22，第二位移监测装置3可以包括第二监测部31和第二固定部32。位移监测装置的固定部可以被固定于基层12上，但是固定部其本身则可以位于面层11中，而监测部则基本上位于面层11中。

本实用新型第二方面提供本实用新型第一方面所提供的混凝土道面层间相对位移的监测结构的构建方法，在知晓上述混凝土道面层间相对位移的监测结构的前提下，合适的构建上述监测结构的方法对于本领域技术人员来说应该是已知的。例如，可以将第一位移监测装置 2和第二位移监测装置3固定于道面的基层上，进一步进行面层的施工，即可将第一位移监测装置2和第二位移监测装置3埋设在面层的合适位置中，从而构建获得上述监测结构。

本实用新型第三方面提供一种混凝土道面层间相对位移的监测方法，通过本实用新型第一方面所提供的混凝土道面层间相对位移的监测结构对道面层间相对位移进行监测，包括：

S1：提供第一位移监测装置2和第二位移监测装置3所提供的位移监测结果；

S2：根据第一位移监测装置2和第二位移监测装置3所提供的位移监测结果，获取混凝土道面层间相对位移。如上所述，第一位移监测装置2和第二位移监测装置3通常可以与外部设备信号连接，从而可以将位移监测结果输送至外部设备，监测装置可以将位移信号转换为光信号，通过光缆传输给解调仪，解调仪再将光信号转化为位移信号，并进行存储，还可以用于进一步的计算，即可获得混凝土道面层间相对位移。

上述混凝土道面层间相对位移的监测方法中，获取混凝土道面层间相对位移的方法可以包括：根据如下公式，获取混凝土道面层间相对位移：

D＝D_A+D_B

D_A＝K_p×[(P_s-P_o)-K_t(P_t-P_to)]

D_B＝K'_p×[(P'_s-P'_o)-K'_t(P'_t-P'_to)]

其中，D为混凝土道面层间相对位移，单位可以为mm；

D_A为第一位移监测装置的监测结果，单位可以为mm；

D_B为第二位移监测装置的监测结果，单位可以为mm；

K_p、K'_p为位移计位移与波长变化量的比例系数，单位可以为mm/nm；

K_t、K'_t为位移计波长变化的温补系数；

P_o、P'_o为位移光栅的初始波长值，单位可以为nm；

P_s、P'_s为位移光栅的测量波长值，单位可以为nm；

P_t、P'_t为温补光栅的测量波长值，单位可以为nm；

P_to、P'_to为温补光栅的初始波长值，单位可以为nm；

K_p、K'_p、K_t、K'_t、P_o、P'_o、P_to、P'_to等这些参数通常为传感器的标定参数，各传感器通常有其相对应的参数，其获取方法对于本领域技术人员来说应该是已知的，这些参数通常可以由供应商提供。P_s、P'_s和P_t、P'_t则通常是由第一位移监测装置和第二位移监测装置所读取的波长数值，通过上述公式，可以计算获得D_A和D_B，并根据D_A和D_B计算获得混凝土道面层间相对位移。

上述混凝土道面层间相对位移的监测方法中，整个方法可以是实时的、长时间持续的。通过位移监测装置，可以实时地将相关位移监测结果持续地传输至外部设备，从而可以实时地、长时间持续地反应出道面中相关位置的位移变化。

本实用新型第四方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现本实用新型第三方面所提供的混凝土道面层间相对位移的监测方法。

本实用新型第五方面提供一种设备，包括：处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述设备执行本实用新型第三方面所提供的混凝土道面层间相对位移的监测方法的步骤。

本实用新型所提供的混凝土道(路)面层间相对位移的监测结构和方法，为混凝土道(路) 面面层与基层相对位移的监测提供一种直接可行的方法，从而可以及时监测到由于各种道面内部隐性变化可能带来的道面结构性问题以及产生的安全隐患，且相关监测装置与外部设备相连的方式，可以实现监测数据的连续采集和即时传输，实现道面内部结构变化的可视化，为混凝土道(路)面结构性问题的发现预留充分的时间，具有良好的产业化前景。

下面通过实施例对本申请的实用新型予以进一步说明，但并不因此而限制本申请的范围。

实施例1

实施例中相关实验位于江苏省徐州市铜山区户外某公路，时间为2020年11月20日。

一、根据混凝土路(道)面面层板施工图的分仓情况，在基层上标记出与面层板板块分仓切缝相对应的切缝线位置，并且确定出被监测区域切缝线的中点。沿切缝线方向，在距其中点两侧各10cm，分别标记一个安装位移计的位置A和位置B。位置A为第一位移计的安装位置，位置B为第二位移计的安装位置。位置A平行于道面板延伸方向，与切缝的距离为传感器总长的一半(25cm)；位置B平行于于道面板延伸方向，与切缝的距离传感器总长加10cm，即60cm。

在道面延伸方向上，第一位移计跨切缝，固定端和测量端平衡布设，第二位移计的测量端距切缝水平向10cm。

二、安装位移计

a、安装面准备

混凝土道面采用橡胶集料水泥混凝土，道面板尺寸为4×5m，厚度为20cm；基层采用水泥稳定碎石，厚度为20cm。按照施工规范要求进行水泥稳定碎石基层的施工和养护，在基层养护满足要求后，根据位移计固定端支架上的螺栓孔位置排布，采用钻孔机在确定好的安装位置A和位置B处打孔并安装固定螺栓(膨胀螺栓)，固定螺栓周围采用素水泥浆加固。

b、光纤光栅位移计的安装

传感器采用苏州南智传感有限公司生产的NZS-FBG-DPG型光纤光栅位移计，如图5所示为L型，固定端与固定端支架之间焊接与一体，测试端与加长杆采用螺栓形式相连。

将两位移计的直角点(即L型的折点)分别布设于确定的位置A和B处，第一位移计对应于位置A，第二位移计对应于位置B。在位置A和位置B处，将位移计固定端的固定端支架通过固定螺栓安装于基层上。第一位移计测试端跨越切缝线与固定端分别位于切缝线两侧，相对应于面层相邻的两块板下。第二位移计测试端和固定端在切缝线的同侧，相对应与面层的同一块板下。两位移计布设时测试端同向平行，并且均与道路延伸方向一致垂直于切缝方向，以保证监测数据为同一方向。位移计测试端与加长杆形成竖向的L型，加长杆现浇于面层内部，使其与面层混凝土紧密粘结。

c、位移计保护

安装过程中，位移计固定端采用河沙进行覆盖保护，使其在面层混凝土浇筑时不会与面层混凝土粘结为一体。位移计测试端采用软橡胶保护套保护，防止面层混凝土浇筑时浆液侵蚀位移计测试端，影响监测结果。在面层混凝土施工过程中，注意避免振捣棒破坏位移计。

三、使用连续式光纤光栅解调仪进行数据采集和处理

通过光缆将位移计与光纤光栅解调仪相连接，电源采用太阳能系统供电，实现全天候自动数据采集。

四、数据分析处理

以监测时间段内的某24小时为例，对传感器获取的数据进行分析处理。如表1所示为某 24小时内的监测数据。

表1传感器监测数据处理结果

如表1所示，利用Excel软件和位移计算公式，将光纤光栅解调仪获取的传感器波长变化数据进行处理和分析，从而得到混凝土路(道)面层间的相对位移。

位移计算如下：D＝D_A+D_B

D_A＝K_p×[(P_s-P_o)-K_t(P_t-P_to)]

D_B＝K'_p×[(P'_s-P'_o)-K'_t(P'_t-P'_to)]

其中：D——混凝土路(道)面层间相对位移(mm)；

D_A——位置A处第一位移计的监测结果(mm)；

D_B——位置B处第二位移计的监测结果(mm)；

K_p、K'_p——位移计位移与波长变化量的比例系数(mm/nm)，实施例中K_p＝15.9125，K'_p＝21.3811；

K_t、K'_t——位移计波长变化的温补系数，实施例中K_t＝1、K'_t＝1；

P_o、P'_o——位移光栅的初始波长值(nm)，实施例中P_o＝1543.137、P'_o＝1551.224；

P_s、P'_s——位移光栅的测量波长值(nm)；

P_t、P'_t——温补光栅的测量波长值(nm)；

P_to、P'_to——温补光栅的初始波长值(nm)，实施例中P_to＝1537.250、P'_to＝1545.183。

根据传感器监测数据的处理结果，可以发现在一个为期24h的监测周期内，混凝土道面层间的相对位移在实时变化，并且随着昼夜的变化，传感器获取的数据能够准确地随其变化，数据具有优异的准确性和稳定性。因此，本实用新型可以为实时地掌握混凝土道面层间相对位移提供一种行之有效的监测手段，可以准确地反应混凝土道面的层间相对位移情况。

综上所述，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种混凝土道面层间相对位移的监测结构，其特征在于，包括道面本体(1)，所述道面本体(1)包括面层(11)、基层(12)、以及位于面层(11)表面的切缝(13)，所述面层(11)中设有第一位移监测装置(2)和第二位移监测装置(3)，所述第一位移监测装置(2)用于监测道面延伸方向上切缝(13)两侧的面层(11)之间的相对位移变化，所述第二位移监测装置(3)用于监测道面延伸方向上面层(11)的自身体积变形。

2.如权利要求1所述的混凝土道面层间相对位移的监测结构，其特征在于，所述面层(11)的厚度为20～50cm。

3.如权利要求1所述的混凝土道面层间相对位移的监测结构，其特征在于，所述基层(12)的厚度为20～50cm。

4.如权利要求1所述的混凝土道面层间相对位移的监测结构，其特征在于，所述切缝(13)的深度为10～20cm。

5.如权利要求1所述的混凝土道面层间相对位移的监测结构，其特征在于，所述切缝(13)的深度为面层厚度的40～60％。

6.如权利要求1所述的混凝土道面层间相对位移的监测结构，其特征在于，所述切缝(13)的延伸方向与道面本体(1)的延伸方向相配合。

7.如权利要求6所述的混凝土道面层间相对位移的监测结构，其特征在于，所述切缝(13)竖直设置，且切缝(13)的延伸方向与道面本体(1)的延伸方向之间的角度为85～90°。

8.如权利要求1所述的混凝土道面层间相对位移的监测结构，其特征在于，所述第一位移监测装置(2)由切缝(13)一侧的面层(11)延伸至切缝(13)另一侧的面层(11)，所述第一位移监测装置(2)的延伸方向与道面本体(1)的延伸方向一致，在高度方向上接近于面层(11)底部，在宽度方向上位于面层(11)中部5～10％的区域。

9.如权利要求1所述的混凝土道面层间相对位移的监测结构，其特征在于，所述第二位移监测装置(3)位于切缝(13)一侧的面层中，所述第二位移监测装置(3)的延伸方向与道面本体(1)的延伸方向一致，所述第二位移监测装置(3)的测试端端部在延伸方向上与切缝(13)之间的间距为5～10cm，所述第二位移监测装置(3)在高度方向上接近于面层(11)底部，在宽度上与第一位移监测装置的间距为5～15cm。

10.如权利要求1所述的混凝土道面层间相对位移的监测结构，其特征在于，所述第一位移监测装置(2)包括第一监测部(21)和第一固定部(22)，所述第二位移监测装置(3)包括第二监测部(31)和第二固定部(32)，所述固定部被固定于基层(12)上，所述监测部位于面层(11)中。

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