CN218932796U - 一种寒区公路抗拔冻深基础水准点装置 - Google Patents

Abstract

一种寒区公路抗拔冻深基础水准点装置，属于公路测绘技术领域。它提供一种适用于寒区、大地标准冻深<1.5m、抗冻拔、“先打入成孔后安装”式的水准点装置。测点钢球固定在支撑管上端管口上，支撑管下端插入地下成孔中，支撑管下端固定有增阻丝，并在地下成孔与支撑管下端之间灌注有填充层，盖板套装在支撑管上。本实用新型采用“先打入成孔后安装”的方式，克服了传统的“开挖—埋置”式水准点几乎全部的缺点，同时，解决了“简单打入式”水准点敷设后的冻拔问题，同时具备以下优点，①敷设过程临时占用和破坏土地面积小；②敷设周期短，简便快捷；③成本较低；④地质条件适应性强；⑤不受冻结期限制；⑥基础水平和竖直方向均比较稳定。

Description

一种寒区公路抗拔冻深基础水准点装置

技术领域

本实用新型属于公路测绘技术领域，具体涉及一种寒区公路抗拔冻深基础水准点装置。

背景技术

公路测绘专业的水准测量，在公路工程勘察设计、施工和运营期高程监测等阶段，工程路段范围内需要间隔1.5km～2km左右布设一处固定水准测量水准点(基准点)。全路段内各水准点之间通常需要整体联测。根据工程特点和实际需要，水准点保留时间通常为3年左右。

1、寒区水准点通常采用埋设的方式，即“开挖—埋置”式水准点；

将提前预制的水准点及其基础埋入事先开挖的基坑内，再用原土回填，将水准点顶头或帽露出地面即可。以大地标准冻深1.5m、水准点埋置深度2.2～2.5m为例，具体步骤及细节依次为——①预制水准点立柱及其基础：通常采用长度略大于计划埋置深度2.2～2.5m、径25mm左右钢筋作为立柱，其下部0.7～1.0m长(即计划埋置深度2.2～2.5m减去标准冻深1.5m＝0.7～1.0m下部不冻层内长度)外包25cm*25cm水泥混凝土；②在需要设置水准点位置开挖基坑：通常为人工开挖。基坑上口为矩形，短边通常为80cm(人工作业适宜宽度)，长边通常采用总埋置深度(本例中为2.2～2.5m)。向下可以采用阶梯式逐渐缩小长边尺寸，保证坑底尺寸大约预制水准点平面尺寸即可，阶梯式也便于人工升降作业；③将预制的水准点整体构件(立柱钢筋及其下部外包水泥混凝土)竖向立置于坑底，并尽量调整竖直；④采用开挖的原土回填：回填过程尽量保持水准点整体构件竖直、钢筋顺直不弯曲，回填尽量缓慢并配合适当的小型机具夯实。基坑填平后钢筋出露5cm左右即可；⑤一周左右时间根据回填土自然下沉情况，补充回填并适当补充夯实；⑥钢筋出露周边可以采用现浇少量(边长约25cm厚度10cm)水泥混凝土予以简单保护。

这种常用开挖埋置式水准点的缺点——①埋设过程破坏土地面积大；②人工挖填土方工作量大、埋设周期长；③回填夯实很难保证，易使水准点上部立柱钢筋或整体构件发生倾斜，从而使水准点上部端头(高程基准点)高程发生较大变化而失效；④成本较高，在粘土条件下整体构件埋设深度2m左右时约需500元/处；⑤比“大地标准冻深1.5m、水准点埋置深度2.5m”更深的情况下，人工挖基难度增加较大；⑥遇有浅层碎石土，人工挖基难度和基坑尺寸加大；⑦每年12月至次年4月的大地季节性冻结期，人工挖基难度较大(用镐作业基坑尺寸加大、工时增加3倍以上)。

2、工程技术人员也尝试使用了“简单打入式”水准点；

采用1.5寸左右钢管，长度大于标准冻深1.0～1.5m，使用人工将钢管垂直打入地下，地面上出露5cm左右即可。出露部分上部可以采用管箍加焊圆球的方式与钢管相连，以便于水准测量。这种打入式水准点简便快捷，可以克服埋置式水准点几乎全部的缺点，但也面临着一个新的技术难题——冻拔。

冻拔：桩基类结构，桩长较短，桩的入土深度较小，其上部荷载、桩自重及桩与未冻土地之间的摩擦力不足以平衡总切向冻胀力，因此产生整体上抬，上拔量逐年累积。冻拔的根源在于，冬季桩周土质冻结后，会产生较大的、向上的切向冻胀力。地表浅层粘土较常见，其切向冻胀力较大，季节性冻土层切向冻胀力标准值往往可达融化层摩阻力标准值的4～6倍。如地表浅层土质为砾类土、碎石土等粗粒土，该比值可降为2倍左右。

大于标准冻深1.5m左右、打入较长(可达4.0m左右)的水准点钢管基础可以防止冻拔。但，一是打入难度增大较多，二是不经济，三是仍不是非常可靠。所以，这种简便快捷的打入式水准点，在打入深度不足4.0m时，遇到常见的浅层为粘土的地质条件，基本会因为冻拔问题导致水准点失效；遇到砾类土、碎石土等粗粒土地质条件，可靠性也很差，甚至需要进行全路段联测校核。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种适用于寒区、大地标准冻深<1.5m、抗冻拔、“先打入成孔后安装”式的简便、易行、可靠的寒区公路抗拔冻深基础水准点装置。

本实用新型所采取的技术方案是：一种寒区公路抗拔冻深基础水准点装置，包括测点钢球、固定层、盖板、支撑管、填充层、封堵板及增阻丝；所述测点钢球固定在支撑管上端管口上，支撑管的下端管口由封堵板封闭，支撑管下端插入地下成孔中，支撑管下端固定有增阻丝，并在地下成孔与支撑管下端之间灌注有填充层，所述盖板套装在支撑管上且用于封盖地面上的成孔，盖板上部覆盖固定层。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

本实用新型采用“先打入成孔后安装”的方式，克服了传统的“开挖—埋置”式水准点几乎全部的缺点，同时，解决了“简单打入式”水准点敷设后的冻拔问题，同时具备以下优点，①“先打入成孔后安装”的敷设过程临时占用和破坏土地面积小；②敷设周期短，简便快捷；③成本较低，在粘土条件下整体构件埋设深度小于2.5m时仅需300元/处；④砾类土、碎石土等粗粒土基本不增加成孔难度，地质条件适应性强；⑤大地季节性冻结期成孔难度增加不大、不受冻结期限制；⑥基础水平和竖直方向均比较稳定；⑦三维方向的稳定保证了水准点的可靠性。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图；

图2是本实用新型成孔器结构示意图；

图3是本实用新型击打锤结构示意图；

图4是本实用新型敷设工具工作示意图；

其中：1、测点钢球；2、固定层；3、盖板；4、支撑管；5、填充层；6、封堵板；7、增阻丝；8、地下成孔；9、成孔器；10、击打锤；91、成孔钻头；92、成孔钻杆；93、丝扣；94、槽孔；101、锤头板；102、导向杆。

具体实施方式

为了更好地了解本实用新型的目的、结构及功能，下面结合附图，对本实用新型的做进一步详细的描述。

参照图1所示，本实用新型提供一种寒区公路抗拔冻深基础水准点装置，包括测点钢球1、固定层2、盖板3、支撑管4、填充层5、封堵板6及增阻丝7；所述测点钢球1固定在支撑管4上端管口上，支撑管4的下端管口由封堵板6封闭，支撑管4下端插入地下成孔8中，支撑管4下端固定有增阻丝7，并在地下成孔8与支撑管4下端之间灌注有填充层5，所述盖板3套装在支撑管4上且用于封盖地面上的成孔，盖板3上部覆盖固定层2。

其中：测点钢球1为直径5～8cm的成品空心钢球，其材质宜为镀锌钢。

固定层2采用覆土或水泥砼，20cm方形，厚度为7～9cm，优选为8cm。

盖板3为地面标高处防落土简易盖板，可采用厚铁皮、薄钢板、优质硬塑料等，采用适当按入地表或其他简易方法固定。该盖板3主要是防止地面土坍塌并滑落至支撑管4与地下成孔8之间的空隙。

支撑管4为直径1.0～1.5寸成品钢管，其材质宜采用镀锌钢，壁厚3～3.5mm，优选为3.25mm左右。测点钢球1和支撑管4采用焊接而成。

填充层5为水泥砂浆或细石混凝土，可采用1.5倍用水量(稀)M10水泥砂浆，在地下成孔8孔底深约50～70cm范围，约0.03m³用量。

封堵板6采用10mm厚钢板，且与支撑管4是焊接固定。

增阻丝7由6～8块的直径为10mm左右钢筋或碎铁构成，与支撑管4是焊接固定。

水准点通常使用寿命3年左右，普通钢材类足以满足要求。如需特殊延长使用周期，各部分构造可适当增强抗锈蚀(腐蚀)能力，例如采用镀锌钢、刷防锈漆等措施。

参照图2、图3所示，寒区公路抗拔冻深基础水准点装置还包括敷设工具，通过敷设工具在地面钻出地下成孔8。

所述敷设工具包括击打锤10及成孔器9；所述成孔器9由成孔钻头91和成孔钻杆92焊接而成，成孔钻头91和成孔钻杆92均采用管体结构，成孔钻头91和成孔钻杆92的管体同轴异径设置，且成孔钻头91的直径大于成孔钻杆92的直径，成孔钻头91的外圆周壁上沿其轴向开设一至两个4cm*40cm的槽孔94，以便配合将成孔过程中管内挤密的土抠出。

其中：成孔钻头91采用直径2.5～3.0寸、长50～60cm的钢管，通过成孔钻头91钻出地下成孔8；

成孔钻杆92采用直径1.5寸的钢管，单节长1m，各节之间可用管箍接长。事先需在钢管端头加工丝扣93。

所述击打锤10由锤头板101和导向杆102焊接而成。

锤头板101为直径30cm、厚4mm、重约20kg左右的钢板，

导向杆102为直径20mm左右、长80cm的光圆钢筋。

敷设步骤和方法

1)成孔：如图4所示，使用击打锤10(导向杆102插入成孔器9钢管内芯)采用夯击的方式，将成孔器9垂直钻入地面以下。每打下30-50cm时将成孔器9起出一次，并抠除成孔钻头91钢管中的土质。反复多次锤钻后，可出现一个略大于钻头直径2.5～3.0寸的竖直芯孔。孔深按“大地标准冻结线深度”以下1.0m控制。

2)芯孔底部填水泥砂浆：地下成孔8下部灌注水泥砂浆(或细石混凝土)，通过普通塑料导向管灌至芯孔底部。可采用1.5倍用水量(稀)M10水泥砂浆，在孔底深约50～70cm范围，约0.03m³。

3)水准点主体构件敷设：将事先制作完成的水准点主体构件，即已焊接完成的测点钢球1和支撑管4(管口下端封闭)，穿过底部水泥砂浆放入地下成孔8内并落入孔底，测点钢球1露出地面以上15cm左右为宜。

4)地面口封闭及保护：将盖板3套在地面口支撑管4上(也可以在上一步水准点主体构件敷设时先穿套)，并将其边缘扣在地面上(也可以去掉5-10cm地表土壤)，然后其上部覆盖土或水泥砼，方形边长20cm、厚度8cm左右。

重要构件的工作原理

①事先成孔的地下成孔8尺寸明显大于支撑管4尺寸，使支撑管4与地基土质之间形成空隙。在无接触的情况下，冻结线深度以内地基土质与支撑管4管周之间不形成切向冻胀力；②支撑管4下部管周灌注水泥砂浆以及支撑管4下端加焊增阻丝7，增加了支撑管4下部管周(冻深线以下)与地基土质的密实接触和桩土二者之间的摩擦力，也增加了水准点整体构造的三维稳定性；③地面标高处防落土简易盖板3及其上部覆土或水泥砼，可以防止地面土坍塌并滑落至支撑管4与地下成孔8之间的空隙，最大限度地保证空隙完整和避免发生切向冻胀力；

总体适用条件

本实用新型适用于——①寒区、大地标准冻深<1.5m；②公路工程勘察设计、施工和运营期高程监测等阶段；③绝大部分地表浅层常见土质的地质条件，包括粘(粉)土、砂类土、“最大粒径<6cm、且该粒组含量<50％”的砾类土和碎石土等。

可以理解，本实用新型是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本实用新型的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本实用新型的精神和范围。因此，本实用新型不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本实用新型所保护的范围内。

Claims (9)

1.一种寒区公路抗拔冻深基础水准点装置，其特征在于：包括测点钢球(1)、固定层(2)、盖板(3)、支撑管(4)、填充层(5)、封堵板(6)及增阻丝(7)；所述测点钢球(1)固定在支撑管(4)上端管口上，支撑管(4)的下端管口由封堵板(6)封闭，支撑管(4)下端插入地下成孔(8)中，支撑管(4)下端固定有增阻丝(7)，并在地下成孔(8)与支撑管(4)下端之间灌注有填充层(5)，所述盖板(3)套装在支撑管(4)上且用于封盖地面上的成孔，盖板(3)上部覆盖固定层(2)。

2.根据权利要求1所述的一种寒区公路抗拔冻深基础水准点装置，其特征在于：所述寒区公路抗拔冻深基础水准点装置还包括敷设工具，通过敷设工具在地面上钻出地下成孔(8)，所述敷设工具包括击打锤(10)及成孔器(9)；所述成孔器(9)由成孔钻头(91)和成孔钻杆(92)焊接而成，成孔钻头(91)和成孔钻杆(92)均采用管体结构，成孔钻头(91)和成孔钻杆(92)的管体同轴异径设置，且成孔钻头(91)的直径大于成孔钻杆(92)的直径，成孔钻头(91)的外圆周壁上沿其轴向开设一至两个的槽孔(94)，以便配合将成孔过程中管内挤密的土抠出。

3.根据权利要求2所述的一种寒区公路抗拔冻深基础水准点装置，其特征在于：所述击打锤(10)由锤头板(101)和导向杆(102)焊接而成。

4.根据权利要求1所述的一种寒区公路抗拔冻深基础水准点装置，其特征在于：所述测点钢球(1)为直径5～8cm的成品空心钢球，其材质为镀锌钢。

5.根据权利要求1所述的一种寒区公路抗拔冻深基础水准点装置，其特征在于：所述支撑管(4)为直径1.0～1.5寸成品钢管，其材质采用镀锌钢，壁厚3～3.5mm。

6.根据权利要求1所述的一种寒区公路抗拔冻深基础水准点装置，其特征在于：所述封堵板(6)采用10mm厚钢板，且与支撑管(4)是焊接固定。

7.根据权利要求1所述的一种寒区公路抗拔冻深基础水准点装置，其特征在于：所述增阻丝(7)由6～8块的钢筋或碎铁构成，与支撑管(4)是焊接固定。

8.根据权利要求1所述的一种寒区公路抗拔冻深基础水准点装置，其特征在于：所述固定层(2)采用覆土或水泥砼，方形，厚度为7～9cm。

9.根据权利要求1所述的一种寒区公路抗拔冻深基础水准点装置，其特征在于：所述填充层(5)为水泥砂浆或细石混凝土，在地下成孔(8)孔底深约50～70cm范围。

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