一种基坑变形测量装置及其测量方法制造方法及图纸

一种基坑变形测量装置及其测量方法，所述测量装置包括钢丝、弹簧、倾角传感器、位移传感器，上固定板和下固定板，所述上固定板固定于基坑侧壁上边缘处且垂直于基坑侧壁，所述钢丝底端固定于靠近基坑侧壁的基坑底部，下固定板固定于钢丝顶部且垂直于钢丝，弹簧和位移传感器的一端与下固定板上表面连接，弹簧和位移传感器的另一端与上固定板的下表面连接；所述弹簧的弹性系数为1～2N/mm；所述倾角传感器固定于钢丝顶端，垂直于钢丝放置，可用于测量钢丝的偏转角度；测量开始前，对弹簧和钢丝进行预紧，并使钢丝和弹簧处于竖直拉伸状态。该装置可代替现有全站仪等测量方法，节省了人力成本。

A foundation pit deformation measuring device and its measuring method

A deformation measuring device for foundation pit and its measuring method are provided. The measuring device includes steel wire, spring, inclination sensor, displacement sensor, upper fixing plate and lower fixing plate. The upper fixing plate is fixed at the upper edge of the side wall of the foundation pit and perpendicular to the side wall of the foundation pit. The bottom end of the steel wire is fixed at the bottom of the foundation pit near the side wall of the foundation pit. The lower fixing plate is fixed at the top of the steel wire and perpendicular to the steel wire, one end of the spring and the displacement sensor is connected with the surface of the lower fixing plate, and the other end of the spring and the displacement sensor is connected with the lower surface of the upper fixing plate; the elastic coefficient of the spring is 1-2N/mm; the inclination sensor is fixed at the top of the steel wire and perpendicular to the steel wire. Place, can be used to measure the deflection angle of the steel wire; measure the beginning of the spring and steel wire pre-tightening, and make the steel wire and spring in a vertical tension state. The device can replace the existing total station and other measuring methods and save manpower cost.

【技术实现步骤摘要】
一种基坑变形测量装置及其测量方法
本专利技术涉及一种可实时监测基坑变形的测量装置及测量方法，属于基坑变形测量领域。
技术介绍
随着城市化进程的不断推进，现代城市的空间利用率越来越高，城市的拥堵现象越来越严重，城市地下空间的开发利用成为城市发展的必然趋势。地下停车场、地下商场和地下隧道等大量的地下空间利用出现了必不可少的地下深基坑的开挖现象。基坑开挖后使土体的水平支撑力减小，基坑开挖的降水引起地下水位降低与坑外水位不平衡，产生水压差较大，使土中自重应力增大等诸多因素均可能导致周边重要建筑物及地面下沉、出现侧向变形、倾斜、位移，甚至开裂，影响重要建筑物和人员、施工安全；此外，考虑到现有基坑支护设计方法以及地质条件，支护方案不能完全保证基坑工程的绝对安全。因此，监测基坑施工对周边重要建筑物和人员以及基坑工程本身的安全是十分必要的。目前基坑监测大部分使用的方法为全站仪坐标变化法。全站仪坐标变化法是在基坑施工影响外的任意稳定牢固的地方设置几个差分基准点，在差分基准点和变形监测点上安装永久性反射棱镜。根据基坑的形状任意设一测站用方向观测各点的三维坐标。采用多次观测的数据经差分和平差后，作为以后变形监测数据处理的基准。按每天一个或几个周期进行水平位移和垂直位移三维方向观测；从第二次观测开始，每次测站不要求和上一次重合，但必须利用差分基准点测量出本次测量的测站三维坐标。尔后，测量计算出该次各监测点坐标值。差分平差计算出每一监测点在水平位移两个方向的变形值和沉降方向变形值，即三维方向的变形值。再按不同基坑边缘形状，将3维方向的位移值中的，值换算成基坑边缘法线方向水平位移值和垂直沉降值。基坑监测对数据精度和监测频率的要求都较高，全站仪坐标变化法虽然操作简单，但是由于是人工操作，需要工作人员每天一个或几个周期进行观测，劳动量十分大，不能实现实时测量，且易产生测量误差。而且，全站仪坐标变化法只能测量基坑的水平位移，无法测量基坑的竖向沉降，而基坑的竖向沉降也是十分重要的安全指标。在现代化的城市建设中，这些缺点带来了深基坑施工的安全隐患，由于这些检测系统的不完善已经造成了很多工程事故。因此，研究、设计出一种高效、精确稳定、实时的基坑变形监测技术成为本领域技术人员迫切需要解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基坑变形的测量装置及其测量方法。该基坑测量装置和测量方法可高效、精确稳定、监测基坑的变形情况。本专利技术实现其专利技术目的首先提供了一种基坑变形测量装置，包括钢丝、弹簧、倾角传感器、位移传感器，上固定板和下固定板，所述上固定板固定于基坑侧壁上边缘处且垂直于基坑侧壁，所述钢丝底端固定于靠近基坑侧壁的基坑底部，下固定板固定于钢丝顶部且垂直于钢丝，弹簧和位移传感器的一端与下固定板上表面连接，弹簧和位移传感器的另一端与上固定板的下表面连接；所述弹簧的弹性系数为1～2N/mm；所述倾角传感器固定于钢丝顶端，垂直于钢丝放置，可用于测量钢丝的偏转角度；测量开始前，对弹簧和钢丝进行预紧，并使钢丝和弹簧处于竖直拉伸状态。进一步，本专利技术所述位移传感器包括磁致伸缩位移传感器、拉杆式直线位移传感器和电容式位移传感器。磁致伸缩传感器拥有高精度，能承受高温、高压和强振动；无磨损运行，稳定性好。拉杆式直线位移传感器，体积小，安装方便，输出信号多样化，精度高，响应速度快。电容式线性位移传感器，结构简单、耐高温、耐辐射、分辨率高、动态响应特性好，成本低廉。经实验，上述三种位移传感器应用于本测量装置中用于对竖向位移的测量测量结果精确，安装方便，适配性强。专利技术实现其专利技术目的还提供了两种使用上述基坑变形测量装置对基坑变形进行测量的方法，其中一种方法是：实时监测倾角传感器所测得角度值θ和位移传感器所测得的位移值d，并根据所测得的角度值θ和位移值d判定基坑的水平位移X和竖向位移Y，其具体判定方法是：如果角度值θ≠0，位移值d≥0，则判定基坑仅发生水平位移X，X＝2πh*θ/360°，其中，h为初始基坑深度；如果角度值θ＝0，位移值d≠0，则判定基坑仅发生竖向位移Y，Y＝d；如果角度值θ≠0，位移值d＜0，则判定基坑既发生了水平位移X，又发生了竖向位移Y，水平位移X＝2π(h-d)*θ/360°，竖向位移Y＝d，其中，h为初始基坑深度。另一种方法是：实时监测倾角传感器所测得角度值θ和位移传感器所测得的位移值d，并根据所测得的角度值θ和位移值d判定基坑的水平位移X和竖向位移Y，其具体判定方法是：如果角度值θ≠0，位移值d≥0，则判定基坑仅发生水平位移X，X＝h*tanθ，其中，h为初始基坑深度；如果角度值θ＝0，位移值d≠0，则判定基坑仅发生竖向位移Y，Y＝d；如果角度值θ≠0，位移值d＜0，则判定基坑既发生了水平位移X，又发生了竖向位移Y，水平位移X＝(h-d)*tanθ，竖向位移Y＝d，其中，h为初始基坑深度。本专利技术的原理是：如果角度值θ≠0，位移值d≥0，则判定基坑仅发生水平位移X，因为当基坑仅发生水平位移时，基坑侧壁上边缘会通过上固定板带动弹簧及钢丝发生整体偏转，而钢丝底端固定，所以钢丝会发生相对于竖直方向的偏转，倾角传感器显示的角度即为旋转角度θ。钢丝偏转过程可能会产生十分微小的拉伸，可忽略不计(d≥0)。由于水平位移量与基坑深度h相比十分微小，所以可通过弧长公式X＝2πh*θ/360°近似求得水平位移X，也可以通过正弦公式近似求得水平位移X，X＝h*tanθ。基坑发生竖向位移(基坑沉降)时，钢丝和弹簧整体在竖直方向的变形会集中在弹簧部分，所以通过位移传感器测量弹簧的伸缩量，可得到基坑的竖向位移。如果角度值θ＝0，位移值d≠0，则判定基坑仅发生竖向位移，通过位移传感器测量弹簧的伸缩量，可得到基坑的竖向位移Y，Y＝d；d为位移传感器的测量值。如果角度值θ≠0，位移值d＜0，则判定基坑既发生了水平位移X，又发生了竖向位移Y。基坑的水平位移X通过弧长公式求得，X＝2π(h-d)*θ/360°，也可通过正弦公式近似求得，X＝h*tanθ竖向位移Y＝d，其中，h为初始基坑深度。经计算，采用精度为0.01°的倾角传感器，当基坑深度为15米时，上述两种测量方法在水平位移上的测量精度为2.5mm左右。工程中15米基坑所需检测的预警值为3mm，因此，本测量装置完全符合基坑测量要求。竖向位移的测量精度取决于位移传感器，可根据需要选用。与现有技术相比，上述基坑变形测量装置的有益效果是：一、该装置可代替现有全站仪等测量方法，大大降低了工作人员的工作强度，节省了人力成本，检测精度高，成本低；通过倾角传感器测量可将数据直观展示给检测人员，对检测人员没有专业要求；且可开发形成远程自动监控，无需工作人员到现场监测。二、通过配合使用倾角传感器和位移传感器，可实时测得水平位移和竖直位移量，并可根据测量数据，判定位移类型以及位移数据，综合判定基坑在各个方向的变形量。四、选用弹性系数为1～2N/mm的弹簧既可以保证初始状态时弹簧和钢丝可充分预紧，基坑侧壁上边缘处产生水平位移时钢丝和弹簧整体发生倾斜，以利用倾角传感器测得角度，计算基坑侧壁上边缘处的水平位移；又可以保证基坑发生竖向位移(基坑沉降)时，钢丝和弹簧整体在竖直方向的变形会集中在弹簧部分，可以通过位移传感器测量弹簧的伸缩量，得到基坑的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基坑变形测量装置，包括钢丝(1)、弹簧(2)、倾角传感器(3)、位移传感器(4)，上固定板(5)和下固定板(6)，所述上固定板(5)固定于基坑侧壁上边缘处且垂直于基坑侧壁；钢丝(1)底端固定于靠近基坑侧壁的基坑底部，下固定板(6)固定于钢丝(1)顶部且垂直于钢丝(1)，弹簧(2)和位移传感器(4)的一端与下固定板(6)上表面连接，弹簧(2)和位移传感器(4)的另一端与上固定板(5)的下表面连接；所述弹簧(3)的弹性系数为1～2N/mm；所述倾角传感器(3)固定于钢筋(1)顶端，垂直于钢丝(1)放置，可用于测量钢丝(1)的偏转角度；测量开始前，对弹簧(2)和钢丝(1)进行预紧，并使钢丝(1)和弹簧(2)处于竖直拉伸状态。

【技术特征摘要】
1.一种基坑变形测量装置，包括钢丝(1)、弹簧(2)、倾角传感器(3)、位移传感器(4)，上固定板(5)和下固定板(6)，所述上固定板(5)固定于基坑侧壁上边缘处且垂直于基坑侧壁；钢丝(1)底端固定于靠近基坑侧壁的基坑底部，下固定板(6)固定于钢丝(1)顶部且垂直于钢丝(1)，弹簧(2)和位移传感器(4)的一端与下固定板(6)上表面连接，弹簧(2)和位移传感器(4)的另一端与上固定板(5)的下表面连接；所述弹簧(3)的弹性系数为1～2N/mm；所述倾角传感器(3)固定于钢筋(1)顶端，垂直于钢丝(1)放置，可用于测量钢丝(1)的偏转角度；测量开始前，对弹簧(2)和钢丝(1)进行预紧，并使钢丝(1)和弹簧(2)处于竖直拉伸状态。2.根据权利要求1所述的一种基坑变形测量装置，其特征在于：所述位移传感器(4)包括磁致伸缩位移传感器、拉杆式直线位移传感器和电容式位移传感器。3.一种权利要求1-2任一所述的基坑变形测量系统的测量方法，其特征在于：实时监测倾角传感器(3)所测得角度值θ和位移传感器(4)所测得的位移值d，并根据所测得的角度值θ和位移值...

【专利技术属性】
技术研发人员：永远，李盼召，贺正琦，高远瞩，张仲瑞，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51