CN215114406U - 一种弹性置中环及正垂钢管预埋结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种弹性置中环及正垂钢管预埋结构，使得正垂孔有效孔径能满足规范要求，保证预埋正垂管成功率。弹性置中环包括设置在中心位置的固定台以及沿圆周方向连接在四个90°等分处的四根伸缩杆，固定台下部连接有定位针，定位针用于连接钢丝及铅锤，定位针可活动地与固定台连接；每根伸缩杆通过相同弹性系数的弹簧与固定台拉紧，伸缩杆末端设置有定位钩或球头。本实用新型通过预埋正垂保护钢管和优越的置中定心方式，减少对混凝土结构整体破坏，避免后期正垂钻孔破坏坝体结构完整性，降低损伤坝内预埋的管线风险，尽早取得大坝变形初始值，不需要钻孔工程量及相应费用，节约安全监测项目投资，降低工程造价，具有较高的实用价值。

Description

一种弹性置中环及正垂钢管预埋结构

技术领域

本实用新型属于工程安全监测技术领域，涉及一种弹性置中环及正垂钢管预埋结构。

背景技术

大坝水平位移监测是混凝土大坝安全监测中最重要的项目之一。水平监测的方式一般为人工光学观测，对直线型坝，往往采用引张线-垂线方式实现自动化监测，垂线作为引张线两端的基准点。对拱坝来说，在左右拱座，拱冠梁，左右1/4拱，会设置正、倒垂线结合测量大坝水平位移，如图7所示。

正垂线1003是在大坝1001顶部通过垂线孔悬挂一根Φ1.2~Φ1.6的高强不锈钢丝，钢丝底部悬挂重锤，在大坝中部或底部廊道分别测量坝体相对于正垂线的位移。倒垂线1004是在坝基相对不动点锚固钢丝，在倒垂孔上部廊道设浮筒，将钢丝张紧，形成一条铅直线作为基线，在坝基廊道内测量坝体相对于该铅直线的位移。正倒垂线相结合，通过一定的换算就可以得到大坝不同高程廊道、坝顶的绝对水平位移。

正、倒垂线孔一般只能在大坝建设后期钻孔形成。倒垂孔是在基础廊道1005形成后，钻孔至坝基相对不动处，埋设垂线保护管1002形成倒垂孔。钻孔深度有设计单位根据坝基地质情况、结合有限元计算成果确定坝基相对不动处，缺少该项计算结果时，钻孔深度可取坝高的1/4～1/2，钻孔深度不宜小于建基面以下10m。正垂孔一般在坝体形成后通过钻孔至基础廊道形成，与倒垂线联合起来测量大坝不同高程处的绝对位移。

垂线孔的保护管常用Φ168mm的无缝钢管，按照规范要求，垂线孔有效孔径必须大于75mm。这要求保护管安装精度很高，同样对钻孔铅直度要求也很高，一般1-2m就需要测量钻孔偏斜值、有效孔径，因此垂线钻孔效率低、施工周期长。其每米垂线钻孔大概需0.3万元左右，一座大坝按照100m垂线孔深考虑的话，这部分造价就需要30万，对安全监测系统来说，成本很高。

正垂孔后期钻孔，难度高，获取的大坝变形初始值有所滞后。从坝顶钻孔至廊道，坝顶孔口部位需要一定的平面位置，防浪墙等建筑物的影响，导致钻机架设难度加大；钻孔穿过坝体时，需要避开预埋的管线，避免不可挽回的损失。另外，大坝施工至坝顶后再钻孔安装正垂线，这需要几个月的施工周期，对大坝变形的初始值有所滞后，甚至造成在蓄水前，正垂施工尚未完成，无法按照规范取得初始值。

预埋正垂管相较于后期的钻孔安装能节约成本，提高工作效率，但保证正垂孔的有效孔径是一大难题。为减小对建筑物结构影响，预埋正垂管的直径不会太大，一般采用外径φ168mm、φ273mm壁厚6mm、8mm的无缝钢管。对于30~50m深度的正垂孔来说，要保证预埋正垂孔的有效孔径满足规范要求，难度更大，一旦预埋过程中出现较大的安装误差，将缩减垂线孔有效孔径，甚至无法适应大坝变形的范围，导致预埋失败。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型提供一种弹性置中环，并设计了相关预埋结构，使得正垂孔有效孔径能满足规范要求，保证预埋正垂管成功率。

为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种弹性置中环，包括设置在中心位置的固定台以及沿圆周方向连接在四个90°等分处的四根伸缩杆，固定台下部连接有定位针，定位针用于连接钢丝及铅锤，定位针可活动地与固定台连接；

每根伸缩杆通过相同弹性系数的弹簧与固定台拉紧，伸缩杆末端设置有定位钩或球头。

进一步的，所述伸缩杆包括固定套管和活动杆，固定套管与固定台连接，活动杆一端伸入套管内，并通过弹簧与固定套管连接。

进一步的，所述弹簧为可拉伸弹簧或可压缩弹簧，各伸缩杆的弹簧同步受拉伸长或同步受压缩短。

进一步的，所述定位针下连接有夹子。

进一步的，本实用新型还提供了正垂钢管预埋结构，包括若干通过螺纹连接的正垂钢管，所述正垂钢管上端设有外螺纹，下端设有内螺纹；正垂钢管顶部管口或管内设置有弹性置中环。

进一步的，当弹性置中环设置有定位钩时，定位钩勾住正垂钢管顶部管口，四根弹簧同步受拉伸长。

进一步的，当弹性置中环设置有球头时，球头抵住正垂钢管内壁，四根弹簧同步受压缩短。

进一步的，位于顶端的正垂钢管通过槽钢与混凝土顶面连接。

进一步的，位于顶端的正垂钢管顶部设有保护罩。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和有益效果：

1.本实用新型通过预埋正垂保护钢管和优越的置中定心方式，可以减少对混凝土结构整体破坏，避免后期正垂钻孔破坏坝体结构完整性，降低损伤坝内预埋的管线风险，尽早取得大坝变形初始值，不需要钻孔工程量及相应费用，节约安全监测项目投资，降低工程造价，具有较高的实用价值。

2.预埋正垂钢管结构可以很好的控制正垂线为平面位置，避免将来钻孔位置偏差；采用红外水平仪及水平靠尺初步检测、调整正垂钢管铅直度，再采用专用的弹性置中环悬挂铅锤精密检测、调整钢管铅直度，分步作业具有较好的操作性。本实用新型操作难度、专业要求低，适用于粗放的岩土工程施工。

附图说明

图1为第一弹性置中环结构剖视图。

图2为第一弹性置中环结构俯视图。

图3为第一弹性置中环结构使用状态示意图。

图4为第二弹性置中环结构剖视图。

图5为第二弹性置中环结构俯视图。

图6为第二弹性置中环结构使用状态示意图。

图7为正、倒垂线示意图。

图8为正垂管吊装示意图。

图9为二组红外水平仪对中正垂管示意图。

图10为正垂管铅直度的调整示意图。

附图标记说明：

第一弹性置中环1，正垂钢管2，铅锤4，廊道5，张紧槽钢6，第二弹性置中环7，临时横梁8，管口保护罩9。

具体实施方式

以下将结合具体实施例对本实用新型提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。

本实用新型提供两种弹性置中环的结构。如图1、图2所示，第一弹性置中环1采用圆形、梁式结构，包括设置在中心位置的固定台101，以及沿圆周方向连接在四个90°等分处的四根伸缩杆102。固定台101下部连接有定位针107，定位针107用于连接钢丝及铅锤。定位针与固定台为活动式连接，可活动铆接、通过转轴连接，或在固定台下设置一个挂环，定位针通过挂钩挂在挂环上的方式连接，也可采用其他活动连接方式。定位针下还可以设置夹子，便于固定钢丝。每根伸缩杆包括固定套管103和活动杆104，固定套管与固定台101连接，活动杆一端伸入套管内，并通过相同弹性系数可拉伸弹簧105与固定套管拉紧，当弹簧受拉伸长时，两个180°方向同步变形，四个方向拉力均等，从而能够确保悬挂钢丝自动定位正垂保护管的圆心。活动杆104末端设置有定位钩106，用于勾住正垂钢管2顶部管口边缘。在可拉伸弹簧不受外界拉力状态下，第一弹性置中环1中心位置与定位钩边缘之间的距离应小于管口外圆半径。

如图4、图5所示，第二弹性置中环7采用圆形梁式结构，包括设置在中心位置的固定台701，以及沿圆周方向连接在四个90°等分处的四根伸缩杆702。固定台701下部连接有定位针707，定位针707用于连接钢丝及铅锤。定位针与固定台为活动式连接，可活动铆接、通过转轴连接，或在固定台下设置一个挂环，定位针通过挂钩挂在挂环上的方式连接，也可采用其他活动连接方式。定位针下还可以设置夹子，便于固定钢丝。每根伸缩杆包括固定套管703和活动杆704，活动杆一端通过相同弹性系数可压缩弹簧705与固定套管压紧，当弹簧受压缩短时，两个180°方向同步变形，四个方向压力均等，从而能够确保悬挂钢丝自动定位正垂保护管的圆心。活动杆704末端设置有球头706，用于抵住正垂钢管2内壁。在可压缩弹簧不受外界压力状态下，第二弹性置中环7中心位置与球头外缘之间的距离应大于管口内圆半径。

正垂保护钢管随着混凝土浇筑分层而分节组装，用红外线水平仪与水平靠尺1008结合修正待预埋钢管的铅直度，采用内外螺纹连接正垂钢管，用张紧槽钢6固定，再用弹性置中环悬挂φ1.2mm高强钢丝悬挂铅锤，进一步细调正垂钢管在廊道底部验证待预埋其是否铅直。具体的说，按照如下步骤进行安装：

（1）按照每层混凝土1012浇筑厚度，将外径为φ168~273mm的无缝钢管切割同样长度（一般为1.5m左右），每层混凝土浇筑时，预埋的正垂钢管2露出仓面400~500mm左右。每根无缝钢管的两端分别设置内外螺纹攻丝（即一端内螺纹1006，另一端外螺纹1007），螺纹方式：梯形螺纹，螺距为4mm，槽宽1+(0.02~0.04)mm，牙高1+(0.1~0.2)mm，长度为60mm。

（2）按设计平面位置用全站仪对正垂管放样，第一根预埋的正垂管穿过廊道顶板（正垂最低处），先用水平靠尺初步调整正垂钢管的铅直度，同时用二组相互垂直的红外线水平仪1011射出的铅直光来检验、调整钢管铅直度。

（3）每层混凝土模版绑扎完毕，如图8所示，用吊车将单根正垂钢管吊装到位，与前期预埋的正垂管用内、外丝扣连接，待加长安装的钢管1010下部为外螺纹，先埋的钢管上部为内螺纹，避免先埋正垂管顶部暴露在外丝扣被外力撞击破坏，保证连接部位平稳过渡。用水平靠尺初步调整钢管，再用二组相互垂直的红外线水平仪射出的铅直光1009来检验、调整钢管铅直度，确保预埋的正垂钢管铅直，如图9所示；

（4）正垂钢管定位后，其周边四个等分方向用槽钢焊接固定；

（5）预埋的正垂钢管2顶部管口用第一弹性置中环1进行精密铅直定位，第一弹性置中环1悬挂钢丝3及铅锤4至廊道底部，廊道底部地面固定标点，底部绘制坝轴线方向、上下游方向坐标系，作为检测正垂钢管铅直度的基点。微调待预埋钢管顶部位置，使铅锤4底部与廊道5底部固定标点1013对中，使其误差在10mm之内，正垂钢管2顶部管口设置有管口保护罩9，如图10所示，图中自上而下展示了埋设有正垂钢管2的混凝土顶面1014和各混凝土分层面1015。

（6）浇筑混凝土，每层混凝土预埋钢管时均采用步骤（5）方法，如图3所示，在廊道底部随时检测正垂钢管是否偏移，测量并记录顶部管口圆心坐标，及时调整钢管铅直度，控制圆心与廊道底部固定标点平面位置偏差在10mm之内；

（7）全部正垂钢管预埋完成后，用第二弹性置中环7从正垂钢管顶部到最底部每2m高度检测圆心位置，如图6所示，在使用第二弹性置中环7时，在正垂钢管2顶部管口设置临时横梁8，在临时横梁8中心处连接钢丝，钢丝连接至第二弹性置中环7中心固定台701。第二弹性置中环7下部悬挂钢丝3及铅锤4至廊道底部。沿钢管深度方向，每2m为一个检测高度，在每个检测高度钢管内悬挂第二弹性置中环，测量并记录一次圆心位置，最后绘制所有圆的内切圆，从而绘制整个正垂管的有效圆，得出正垂钢管的整体有效孔径，验证其是否满足规范大于75mm的要求。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种弹性置中环，其特征在于，包括设置在中心位置的固定台以及沿圆周方向连接在四个90°等分处的四根伸缩杆，固定台下部连接有定位针，定位针用于连接钢丝及铅锤，定位针可活动地与固定台连接；

每根伸缩杆通过相同弹性系数的弹簧与固定台拉紧，伸缩杆末端设置有定位钩或球头。

2.根据权利要求1所述的弹性置中环，其特征在于，所述伸缩杆包括固定套管和活动杆，固定套管与固定台连接，活动杆一端伸入套管内，并通过弹簧与固定套管连接。

3.根据权利要求1所述的弹性置中环，其特征在于，所述弹簧为可拉伸弹簧或可压缩弹簧，各伸缩杆的弹簧同步受拉伸长或同步受压缩短。

4.根据权利要求1所述的弹性置中环，其特征在于，所述定位针下连接有夹子。

5.一种正垂钢管预埋结构，其特征在于，包括若干通过螺纹连接的正垂钢管，所述正垂钢管上端设有外螺纹，下端设有内螺纹；正垂钢管顶部管口或管内设置有权利要求1-4中任意一项所述的弹性置中环。

6.根据权利要求5所述的正垂钢管预埋结构，其特征在于，当弹性置中环设置有定位钩时，定位钩勾住正垂钢管顶部管口，四根弹簧同步受拉伸长。

7.根据权利要求5所述的正垂钢管预埋结构，其特征在于，当弹性置中环设置有球头时，球头抵住正垂钢管内壁，四根弹簧同步受压缩短。

8.根据权利要求5所述的正垂钢管预埋结构，其特征在于，位于顶端的正垂钢管通过槽钢与混凝土顶面连接。

9.根据权利要求5或6所述的正垂钢管预埋结构，其特征在于，位于顶端的正垂钢管顶部设有保护罩。

Images