一种地表与地下一体式沉降监测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种地表与地下一体式沉降监测装置及方法，属于岩土工程监测技术领域，具体包括以下步骤：首先预钻埋设孔及组装地表与地下一体式沉降监测装置，然后将地表与地下一体式沉降监测装置吊放至埋设孔并进行固定后回填压实；最后安装北斗监测系统并通过地表与地下一体式沉降监测装置进行数据采集与处理；所述地表与地下一体式沉降监测装置，包括地面上自动化数据采集箱、地下沉降监测设备及地表沉降监测设备，所述地表沉降监测设备及地下沉降监测设备分别与地面上自动化数据采集箱连接；本发明专利技术解决了现有监测技术中存在连续性、实时性、自动化监测程度不足且地表与地下无法协同的问题。无法协同的问题。无法协同的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种地表与地下一体式沉降监测装置及方法


[0001]本专利技术属于岩土工程监测
，具体涉及一种地表与地下一体式沉降监测方法。本专利技术还提供了一种地表与地下一体式沉降监测装置。

技术介绍

[0002]在机场、堤坝、公路及铁路等工程中，为了掌握地基土的有效压缩层厚度及压缩层范围内各层土的变形特性，常需要在地基表面和地下不同深度内安装沉降监测仪器，根据沉降监测结果分析土体的压缩特性并指导现场施工及验证设计参数的合理性。
[0003]现有地表沉降监测一般采用精密水准测量法、液体静力水准测量法和全站仪法等方法，上述方法因为观测不连续、人工临时布测、受环境条件限制以及连续性、实时性和自动化监测程度的不足，难以及时发现工程安全隐患和分析场地变形演化趋势。
[0004]当前地下沉降监测方法主要有分层沉降标法、电磁式沉降仪法和不动杆法等。分层沉降标法是通过在监测区域内钻探不同深度的埋设孔，在孔内放入底端带沉降板的测杆，测杆力求垂直，外加护管保护，逐段逐节引出地面并回填钻孔与护管之间的空隙，然后在地面采用水准仪观测不同深度分层沉降标的测杆高程变化。该方法中每个标点埋设在不同钻孔中，不同钻孔之间的地层存在差异，无法准确代表同一位置处的分层沉降变形情况，存在测标埋设、观测的工作量大，人工观测时效性差、观测频次低等不足；电磁式沉降仪法是在土体监测深度范围内钻探沉降管及磁环埋设孔，再按分层测量间距，在沉降管外套磁环，下放至埋设孔内，当沉降磁环下沉至预定高程后打开叉簧片，使其插（抓）在土壁上，然后对钻孔进行回填，采用测尺和测头对磁环位置进行观测，进而可获得土体的分层沉降量。该方法中磁环簧片（爪）锚固力较弱，难以紧密抓牢钻孔壁，磁环与周围土体的协调变形难以保证，此外还存在着观测误差大、时效性差和观测频次低等问题；不动杆法是在观测点位置采用钻机钻孔，埋入刚度较大、带套管的不动杆，杆下端插入硬土体，上端引出地面以上，将特殊的沉降标安设在不动杆上，沉降标与周围土体同步沉降，其相对不动杆的位移即为此处的沉降量。当前沉降标与不动杆的相对位移采用滑动电阻式沉降仪观测，由于地基土的沉降量由下向上逐渐增大，现有监测仪器量程难以满足观测要求。此外，现有地表沉降监测和地下沉降监测常常分开进行，二者之间的联系性较差，不利于监测数据的协同分析、相互校验。因此，亟待开发一种地表与地下一体式沉降监测装置及方法，实现对同一监测点从地表到地下多测点、高精度、连续和自动化监测。

技术实现思路

[0005]为了克服现有监测技术中存在连续性、实时性、自动化监测程度不足且地表与地下无法协同的缺陷，本专利技术提供了一种结构合理、测试方法步骤简单、实现方便且使用效果好，同时能实现对同一监测点处土体的多测点、高精度、连续、自动化监测的地表与地下一体式沉降监测方法；本专利技术还提供了一种地表与地下一体式沉降监测装置。
[0006]本专利技术为了实现上述目的所采用的技术方案是：
一种地表与地下一体式沉降监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：预钻埋设孔及组装地表与地下一体式沉降监测装置：采用钢丝绳顺次连接锚固头顶部及底部的安装吊环，使锚固头在吊放时的位置固定，自上而下采用液压管连接各锚固头的液压管接头，相邻锚固头的中心点间距H
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与分层沉降监测点间距相同，在埋设孔底稳固地层中设置一个锚固头作为基准点，每一沉降监测分层之间的液压管长度预留有变形余量，防止埋设孔内下放过程中液压管接头脱离，预留长度为(1.05～1.1) H
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；步骤二：吊放地表与地下一体式沉降监测装置于埋设孔内并进行锚固固定，锚固固定完成后将埋设孔回填压实：提拉钢丝绳将锚固头吊放入埋设孔内，在吊放过程中将位移计拉开到限位环的位置，在两个锚固头之间顺次连接位移计和位移传递杆，同时在位移计、位移传递杆均外部套接伸缩波纹管；当地层锚固单元、沉降传递与测量单元吊放至预定位置后，液压泵卸压，在弹簧的作用下活塞杆带动锚固板扎入埋设孔壁土体，锚固头与埋设孔孔壁锚固为一体；采用干细砂自埋设孔孔口倒入埋设孔内，对埋设孔进行回填处理，在近地表1m深度范围内采用膨润土回填，防止地表水沿埋设孔渗入地下；步骤三：地表沉降监测设备的安装：所述地表沉降监测设备为北斗监测系统，包括监测站、基准站两大部分；监测站安装时将北斗天线的底座通过螺纹固定在引出杆上，线缆接入地面上自动化数据采集箱；基准站设置在监测场地外的稳定区域；步骤四：通过地表与地下一体式沉降监测装置进行数据采集与处理:将位移计所有线缆线引入地面上自动化数据采集箱内，监测数据由无线传输模块传输至监控中心服务器，监控中心服务器的监测软件对接收到的数据进行处理，并绘制沉降时程曲线，其它远程终端可登陆监控中心服务器查看、读取监测结果。
[0007]进一步的，所述埋设孔采用干钻法成孔，埋设孔的孔径D根据锚固头的锚固板收缩后最大外缘直径d1和锚固头的锚固板扩张后最大外缘直径d2确定，要求d1+40 ≤ d2，孔径D为(d1+20) mm ≤ D ≤ (d2－20) mm。
[0008]进一步的，所述位移计、位移传递杆在与锚固头连接的过程中，通过全螺纹丝杆微调尺寸，保证位移计张拉至限位环的位置，然后采用螺栓锁死。
[0009]地表与地下一体式沉降监测装置，包括用于实现对同一监测点从地表到地下进行自动化监测的地面上自动化数据采集箱、用于监测地下土体分层沉降的地下沉降监测设备及用于观测地表沉降的地表沉降监测设备，所述地下沉降监测设备顶部装设有用于观测地表沉降的地表沉降监测设备，所述地表沉降监测设备及地下沉降监测设备分别与地面上自动化数据采集箱连接；所述地表沉降监测设备包括引出杆、北斗天线及北斗信号采集箱，所述北斗天线固定安装于引出杆上方且对准于引出杆中轴线，所述北斗天线接入北斗信号采集箱内，北斗信号采集箱将地表沉降数据传递给地面上自动化数据采集箱内；所述地下沉降监测设备包括多个用于监测地下土体分层沉降情况的地层锚固单元、多个沉降传递与测量单元，每个所述地层锚固单元将监测的地下土体分层情况通过各自的沉降传递与测量单元进行测量并实时传输给位于地面上自动化数据采集箱内；最后地面上自动化数据采集箱内的数据采集和处理单元进行解析计算，获得土体的分层沉降数据。
[0010]进一步地，所述北斗信号采集箱内有数据采集与解析模块、三维坐标解算模块、北斗接收板模块、电源模块、无线通信模块。
[0011]进一步地，所述地层锚固单元包括锚固头、液压管和液压泵，所述锚固头外侧分别
通过锚固板固定在埋设孔内壁上，锚固头通过液压管与液压泵连接；所述锚固头由三个油缸组成，三个油缸的封闭端通过油缸固定块及固定螺栓固定在同一平面内，两两之间互成120度，三个油缸另一端分别安装在锚固板内侧，每个油缸分别通过液压管与液压泵连接，所述油缸固定块位于三个油缸中央且自上至下设置有位移传递杆接头连接孔及沉降传递杆接头，油缸固定块的顶部及底部分别设有安装吊环。
[0012]更进一步地，所述油缸包括缸体，所述缸体由活塞分成两侧，一侧设置有供活塞杆伸出的通道及液压腔，另一侧设有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
…
, n,n为分层数量，则有：，其中，s0表示北斗监测系统观测的地表绝对沉降量。7.根据权利要求6所述的一种地表与地下一体式沉降监测装置，其特征在于，所述数据采集和处理单元包括数据采集控制模块、无线传输模块、太阳能供电系统、监控中心服务器；所述数据采集控制模块通过RS485总线和沉降传递与测量单元的位移计连接，通过数据采集控制模块读取数据沉降传递与测量单元中位移计监测数据；所述无线传输模块通过移动通信网络将数据采集控制模块测量的数据传输至监控中心服务器；所述监控中心服务器的监测软件对接收到的数据进行处理，得到土体分层沉降量和总沉降量，其它远程终端可访问所述监控中心服务器查看监测结果。8.使用权利要求7中一种地表与地下一体式沉降监测装置的地表与地下一体式沉降监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：预钻埋设孔及组装地表与地下一体式沉降监测装置：采用钢丝绳顺次连接锚固头顶部及底部的安装吊环，使锚固头在吊放时的位置固定，自上而下采用液压管连接各锚固头的液压管接头，相邻锚固头的中心点间距H
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与分层沉降监测点间距相同，在埋设孔底稳固地层中设置一个锚固头作为基准点，每一沉降监测分层之间的液压管长度预留有变形余量，防止埋设孔内下放过程中液压管接头脱离，预留长度为(1.05～1.1) H
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；步骤二：吊放地表与地下一体式沉降监测装置于埋设孔内并进行锚固固定，锚固固定完成后将埋设孔回填压实：提拉钢丝绳将锚固头吊放入埋设孔内，在吊放过程中将位移计拉开到限...

【专利技术属性】
技术研发人员：董宝志，朱建民，文哲，王小勇，文宇坤，于永堂，冯振甲，唐丽云，吴晚霞，梁谊，杨少飞，张子栋，曹静远，黄鑫，姚振旺，曾涛，杨娟，赵霞，文晨宇，成功，
申请(专利权)人：中联西北工程设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：