CN216049654U - 用于监测河床土体变形的分体式浮标装置 - Google Patents

Abstract

一种用于监测河床土体变形的分体式浮标装置，防水浮力板与太阳能防水顶盖固定连接；传输天线与太阳能防水顶盖固定连接；GPS/北斗定位天线与太阳能防水顶盖固定连接；步进电机与防水浮力板固定连接；转轴与步进电机的输出轴连接；绕线盘与转轴固定连接；挡板与绕线盘固定连接；拉力传感器与防水浮力板固定连接；电池与防水浮力板固定连接；单片机与电池连接；轻质玻璃纤维缆绳与绕线盘连接，轻质玻璃纤维缆绳穿过拉力传感器与土体嵌固式锚头连接。本实用新型提供了用于监测河床土体变形的分体式浮标装置，不但可以应用于河道、海洋深层土体的变形监测，而且具有智能预警功能，能够保障沿河沿海建设工程施工的安全性。

Description

用于监测河床土体变形的分体式浮标装置

技术领域

本实用新型属于岩土监测技术领域，尤其是涉及一种适用于河道，采用分体式设计，实现河道河床深层土体的水平位移和沉降监测与预警的装置。

背景技术

城市的发展离不开建设，为了充分利用有限的土地资源，人们开始尝试在河道、海岸等不利位置建造高楼大厦、开挖地下空间。河道、海岸等地土质较软、质地松散，为施工和长期使用带来了安全隐患，严重影响广大人民群众的安全和利益。土体的变形是岩土监测中的重要指标，在这类不利位置进行建设时，需要对周边的河道、海岸的土体变形进行监测。目前在陆地上主要使用水准仪、全站仪等进行沉降监测，主要使用测斜管进行水平位移监测，但是针对河道底部深层土体沉降和水平变形的监测手段较少，且国内外学者对其的研究较少，对河道深层土体变形规律不太清楚。目前现有的河床土体变形监测装置无法实现长周期的无人值守监测，不能适应河道水面和海平面高度的变化，且受水流作用影响误差较大，无法实现对河道深层土体变形的监测。为克服现有的土体变形监测装置的缺点与不足，实现长周期河道深部土体水平位移与沉降的无人值守监测与预警，发明了用于监测河床土体变形的分体式浮标装置。

发明内容

为了克服已有技术的不足，本实用新型提供了实现长周期河道深部土体水平位移与沉降的无人值守监测与预警，为沿河、沿江、沿海的建设工程提供更加精确的监测数据，为河道深层土体形变规律的研究提供有力的支撑，本实用新型提供了用于监测河床土体变形的分体式浮标装置，能有效地克服上述土体变形监测装置的缺点。本装置不但可以应用于河道、海洋深层土体的变形监测，而且具有智能预警功能，能够保障沿河沿海建设工程施工的安全性。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于监测河床土体变形的分体式浮标装置，包括浮式监测平台、防水浮力板、太阳能防水顶盖、传输天线、GPS/北斗定位天线、步进电机、转轴、绕线盘、挡板、拉力传感器、电池、单片机、轻质玻璃纤维缆绳和土体嵌固式锚头，防水浮力板与太阳能防水顶盖固定连接；传输天线与太阳能防水顶盖固定连接；GPS/北斗定位天线与太阳能防水顶盖固定连接；步进电机与防水浮力板固定连接；转轴与步进电机的输出轴连接；绕线盘与转轴固定连接；挡板与绕线盘固定连接；拉力传感器与防水浮力板固定连接；电池与防水浮力板固定连接；单片机与电池连接；轻质玻璃纤维缆绳与绕线盘连接，轻质玻璃纤维缆绳穿过拉力传感器与土体嵌固式锚头连接。

进一步，所述装置还包括土体嵌固式锚头，所述土体嵌固式锚头包括防滑外壳、吊装孔和配重内芯，吊装孔与防滑外壳固定连接；配重内芯固定连接在防滑外壳的内部。

再进一步，所述防水浮力板与太阳能防水顶盖通过粘合剂连接；传输天线与太阳能防水顶盖通过焊接连接；GPS/北斗定位天线与太阳能防水顶盖通过焊接连接；步进电机与防水浮力板通过粘合剂连接；转轴与步进电机通过焊接连接；绕线盘与转轴通过焊接连接；挡板与绕线盘通过焊接连接；拉力传感器与防水浮力板通过粘合剂连接；电池与防水浮力板通过粘合剂连接；单片机与电池通过粘合剂连接；轻质玻璃纤维缆绳与绕线盘通过粘合剂连接，并穿过拉力传感器，与土体嵌固式锚头连接。

更进一步，吊装孔与防滑外壳通过焊接连接；配重内芯通过粘合剂连接在防滑外壳的内部。

本实用新型的有益效果主要表现在：(1)监测数据精确度高。本装置采用轻质玻璃纤维缆绳与预先配重完成的土体嵌固式锚头相连，并通过拉力传感器、GPS/北斗定位装置进行数据修正，能够获得土体嵌固式锚头在河道底部土中的深层沉降与水平位移。(2)装置运行寿命长。本装置的电气部分均位于浮式监测平台中，并由防水浮力板和防水太阳能顶盖包裹，能够保证其在水中运行的可靠性。同时，本装置采用太阳能充电电池方案供电，实现了昼夜不间断的连续监测。(3) 部署简便、适应性强。本装置采用分体式设计，其水面和水下部分可独立安装后再连接，部署过程简便。且水面与水下部分通过轻质玻璃纤维缆绳连接，受波浪、水流影响较小，能够适应多种水文条件下的持续监测。

附图说明

图1是用于监测河床土体变形的分体式浮标装置的主视图。

图2是浮式监测平台主视图。

图3是浮式监测平台左视图。

图4是浮式监测平台俯视图。

图5是土体嵌固式锚头主视图。

图6是土体嵌固式锚头左视图。

图7是土体嵌固式锚头俯视图。

图8是图1的A-A截面图。

图9是图1的B-B截面图。

图10是下放土体嵌固式锚头的状态图。

图11是安装土体嵌固式锚头的状态图。

图12是安装浮式监测平台的状态图。

图13是安装轻质玻璃纤维缆绳的状态图。

图14是装置复位、开始监测的状态图。

图15是实施例示意图，(a)是整体图，(b)是浮式监测平台的示意图，(c)是土体嵌固式锚头的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

参照图1～图15，一种用于监测河床土体变形的分体式浮标装置，包括浮式监测平台1、防水浮力板2、太阳能防水顶盖、传输天线4、 GPS/北斗定位天线5、步进电机6、转轴7、绕线盘8、挡板9、拉力传感器10、电池11、单片机12、轻质玻璃纤维缆绳13、土体嵌固式锚头14、防滑外壳15、吊装孔16、配重内芯17、河道18和河床19，其中，防水浮力板2与太阳能防水顶盖3通过粘合剂连接；传输天线 4与太阳能防水顶盖3通过焊接连接；GPS/北斗定位天线5与太阳能防水顶盖3通过焊接连接；步进电机6与防水浮力板2通过粘合剂连接；转轴7与步进电机6通过焊接连接；绕线盘8与转轴7通过焊接连接；挡板9与绕线盘8通过焊接连接；拉力传感器10与防水浮力板 2通过粘合剂连接；电池11与防水浮力板2通过粘合剂连接；单片机 12与电池11通过粘合剂连接；轻质玻璃纤维缆绳13与绕线盘8通过粘合剂连接，并穿过拉力传感器10，与吊装孔16连接；吊装孔16与防滑外壳15通过焊接连接；配重内芯17通过粘合剂连接在防滑外壳 15的内部。

某地铁车站基坑开挖工程，基坑北侧8m处有一既有河流，河流宽15米，水深5米。在车站基坑开挖过程以及后续使用期间会对河道原有的受力平衡产生影响，造成围护结构与河床土体的变形，需要进行密切的监测。传统的监测预警装置一般不能用于河道河床深层土体变形的监测，且精确度、抗干扰性以及使用寿命等性能较差，无法应用于本工程。采用用于监测河床土体变形的分体式浮标装置可以实现本基坑工程的监测与预警。

装置部署过程如下：

(a)在基坑工程施工前，对基坑附近河道18进行勘察，获得河道18的宽度、深度等基本参数。

(b)监测装置设计。根据河道18的深度参数，设计装置浮式监测平台1的直径为600mm，高度为300mm；土体嵌固式锚头14的直径为200mm，高度为300mm，如图所示。

(c)土体嵌固式锚头重量配平。对河床19进行土体取样，测量其饱和重度；根据测得的重度参数，向土体嵌固式锚头14 的内部加入配重内芯17，对土体嵌固式锚头14的重量进行配平，保证其在河床19内所受浮力与其重力相等。

(d)下放土体嵌固式锚头。利用静压桩机等设备将土体嵌固式锚头14压入河道18。

(e)安装土体嵌固式锚头。继续下压土体嵌固式锚头14，使其压入河床19，最终进入河床19下1000mm位置。

(f)安装浮式监测平台。利用吊车船等工具，将浮式监测平台1 运输至指定监测点位上方，投放浮式监测平台1，缓慢调整位置。

(g)安装轻质玻璃纤维缆绳。将轻质玻璃纤维缆绳13一端连接土体嵌固式锚头14上的吊装孔16，另一端穿过拉力传感器 10后连接绕线盘8。

(h)装置复位。启动单片机12，检查电池11、太阳能防水顶盖3、传输天线4、GPS/北斗定位天线5以及步进电机6的可用性与完好性，并启动步进电机6，将轻质玻璃纤维缆绳13绕入绕线盘8，当拉力传感器10监测到明显的拉力升高时，说明轻质玻璃纤维缆绳13已经绷紧，关闭步进电机6。

(i)开始监测。单片机12根据拉力传感器10反馈的数据，实时调节步进电机6，使轻质玻璃纤维缆绳13时刻保持绷紧状态；根据步进电机6调节的角度计算土体嵌固式锚头14的深层沉降和水平位移，并根据GPS/北斗定位天线5反馈的数据进行河道18的深度修正。

(j)智能预警。当单片机12监测到土体嵌固式锚头14发生较大的沉降或水平位移时，通过传输天线4向外界相关人员进行预警。

本说明书的实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本实用新型构思所能想到的等同技术手段。

Claims (4)

1.一种用于监测河床土体变形的分体式浮标装置，其特征在于，所述装置包括浮式监测平台、防水浮力板、太阳能防水顶盖、传输天线、GPS/北斗定位天线、步进电机、转轴、绕线盘、挡板、拉力传感器、电池、单片机、轻质玻璃纤维缆绳和土体嵌固式锚头，防水浮力板与太阳能防水顶盖固定连接；传输天线与太阳能防水顶盖固定连接；GPS/北斗定位天线与太阳能防水顶盖固定连接；步进电机与防水浮力板固定连接；转轴与步进电机的输出轴连接；绕线盘与转轴固定连接；挡板与绕线盘固定连接；拉力传感器与防水浮力板固定连接；电池与防水浮力板固定连接；单片机与电池连接；轻质玻璃纤维缆绳与绕线盘连接，轻质玻璃纤维缆绳穿过拉力传感器与土体嵌固式锚头连接。

2.如权利要求1所述的用于监测河床土体变形的分体式浮标装置，其特征在于，所述装置还包括土体嵌固式锚头，所述土体嵌固式锚头包括防滑外壳、吊装孔和配重内芯，吊装孔与防滑外壳固定连接；配重内芯固定连接在防滑外壳的内部。

3.如权利要求1或2所述的用于监测河床土体变形的分体式浮标装置，其特征在于，所述防水浮力板与太阳能防水顶盖通过粘合剂连接；传输天线与太阳能防水顶盖通过焊接连接；GPS/北斗定位天线与太阳能防水顶盖通过焊接连接；步进电机与防水浮力板通过粘合剂连接；转轴与步进电机通过焊接连接；绕线盘与转轴通过焊接连接；挡板与绕线盘通过焊接连接；拉力传感器与防水浮力板通过粘合剂连接；电池与防水浮力板通过粘合剂连接；单片机与电池通过粘合剂连接；轻质玻璃纤维缆绳与绕线盘通过粘合剂连接，并穿过拉力传感器，与土体嵌固式锚头连接。

4.如权利要求2所述的用于监测河床土体变形的分体式浮标装置，其特征在于，吊装孔与防滑外壳通过焊接连接；配重内芯通过粘合剂连接在防滑外壳的内部。

Images