一种冻土冻胀融沉变形监测单体及其实现的监测预警方法技术

本发明专利技术提供了一种冻土冻胀融沉变形监测单体及其实现的监测预警方法。目前缺少对严寒地区各类建筑所在区域冻土冻胀量实时监控及预警方法，导致相关的应急措施滞后，补救处理方式被动。本发明专利技术中下钢柱下端固接在检测板上，下钢柱上端穿设在管状外壳内，复合电极设在管状外壳内，复合电极设在下钢柱的上端处，连接钉设在复合电极的上端，第一导线的上端与电阻测量仪相连接，第一导线下端穿过管状外壳的顶端与连接钉相接，滑环套装在复合电极上，滑环外圆周壁与管状外壳内壁固接，滑环的内壁加工有多个盲孔，每个盲孔内对应设有一个钢珠，每个钢珠通过一个压缩弹性件与盲孔孔底相接，每个钢珠通过一根第二导线与电阻测量仪相连接，每个钢珠贴靠在复合电极的外壁上。每个钢珠贴靠在复合电极的外壁上。每个钢珠贴靠在复合电极的外壁上。

【技术实现步骤摘要】
一种冻土冻胀融沉变形监测单体及其实现的监测预警方法


[0001]本专利技术具体涉及一种冻土冻胀融沉变形监测单体及其实现的监测预警方法。

技术介绍

[0002]由于气候寒冷导致冻土的形成。冻土按照冻土是否被融化，可以分为季节冻土与多年冻土。冻土影响的面积占我国陆地总面积的75％，其中多年冻土为21.5％，其余为季节性冻土。冬季土体在冻结过程中的冻胀变形以及春季土体的融化下沉都会导致土木工程的基础受到破坏，进而影响土木工程的服役寿命。预防建筑物基础冻胀的技术措施主要有换砂法、物理化学法、保温法以及排水隔水法等。而评价上述方法的可行性及有效性，就需要对建筑物下季节性冻土的冻胀及融沉变形进行长期监测获得第一手数据，对于土体大的冻胀变形发生起到预警的作用，因此，必须对工程所在地区土体的冻胀融沉变形进行监测，以便采取相应措施，确保工程构筑物的安全可靠。
[0003]目前，现场观测季节性冻土区土层冻胀的方法及装置，主要通过各种位移传感器入测杆位移计、拉线位移计以及电涡流位移传感器等，监测上下锚盘之间距离的变化量来反映季节冻土的变形量，如(CN201510174071.8、CN201910240855.4、CN201910240917.1、CN201910240849.9、CN201910240916.7)，还有一种无外接电源的土冻胀检测装置及其检测方法CN201910240854.X利用拉力传感器将冻胀变形转换力值实现无外界电源的监测，通过土冻胀检测装置获取不同时段各个测点所在冻胀层的冻胀量数据，根据各个测点反馈的冻胀量数据汇总得到测试区域内冻土冻胀变形情况。该专利技术由于表头需裸露在地表，因而更适用于冻土冻胀量的现场勘查监测。
[0004]与上述大多数季节性冻土区土层冻胀现场监测装置不同的是建筑物基础季节冻土冻胀变形监测需要考虑地表上已有建筑物，由于采用换砂法、物理化学法、保温法等预防技术，冻胀变形监测装置需要布置在冻土层上表面和地表以下，一方面不宜从地表上直接观察；另一方面受降雨、地表排水、空气湿度及温度的影响较大，此外缺少对建筑所在区冻土冻胀量实时监控并预警的相关方法，目前仅能实现建筑基础沉降后再补救的措施，应急性差，处理方式被动且补救代价大。

技术实现思路

[0005]为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种冻土冻胀融沉变形监测单体及其实现的监测预警方法，以解决上述问题。
[0006]一种冻土冻胀融沉变形监测单体，包括检测板、下钢柱、管状外壳、复合电极、滑环、连接钉、第一导线、多个钢珠、多个压缩弹性件和多根第二导线，所述检测板水平设置，管状外壳竖直设置在检测板的上方，所述下钢柱的下端固定连接在检测板上，所述下钢柱的上端穿设在管状外壳内，复合电极设置在管状外壳内，复合电极设置在下钢柱的上端处，连接钉设置在复合电极的上端，第一导线的上端与电阻测量仪相连接，第一导线的下端穿过管状外壳的顶端与连接钉相连接，滑环套装在复合电极上，滑环的外圆周壁与管状外壳
的内壁固定连接，滑环的内壁沿其圆周方向加工有多个盲孔，每个盲孔的长度方向与滑环的径向方向同向，每个盲孔内对应设置有一个钢珠，每个钢珠通过一个压缩弹性件与盲孔的孔底相连接，每个钢珠通过一根第二导线与电阻测量仪相连接，每个钢珠贴靠在复合电极的外壁上。
[0007]作为优选方案：所述复合电极的外圆周壁上加工多个条形凹槽，每个条形凹槽的长度方向与复合电极的高度方向同向，条形凹槽与钢珠一一对应设置，每个钢珠设置在其对应的条形凹槽内，每个钢珠沿其对应条形凹槽的长度方向往复滑动。
[0008]作为优选方案：下钢柱为多节柱体，下钢柱包括底柱体、第一管节、中间管和第二管节，底柱体的下端固定连接在检测板的顶面上，底柱体的上端通过第一管节与中间管的下端同轴连接，中间管的上端通过第二管节与复合电极的下端同轴连接。
[0009]作为优选方案：管状外壳的下端和上端分别设置有第一堵板和第二堵板。
[0010]利用具体实施方式一、二、三或四中任一项所述的一种冻土冻胀融沉变形监测单体实现的监测预警方法，所述监测预警方法为根据建造图纸中建筑跨度、建筑基础面积以及建筑所在区域土体冻胀类型确定测点群位置、个数以及每个测点群内多个测点之间布置稠密度，每个测点处对应设置有一个冻土冻胀融沉变形监测单体，通过对多个冻土冻胀融沉变形监测单体获取不同时段各个测点所在冻胀层的冻胀量数据进行汇总分析，完成实时评价建筑所在冻胀层的冻胀情况的过程。
[0011]作为优选方案：根据建筑所在区域土体冻胀率平均值确定土体冻胀类型的确定过程为查阅建筑所在地5年内的土体冻胀率平均值，根据土体的冻胀率0～1％、1～3.5％、3.5～6％、6～10％和10％以上区间将土体分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀。冻胀、强冻胀和特强冻胀均属于冻胀敏感冻土，而不冻胀、弱冻胀属于冻胀非敏感冻土，确定建筑所在区内冻胀敏感型冻土区和冻胀非敏感型冻土区的个数和所在位置后，在冻胀敏感型冻土区和/或冻胀非敏感型冻土区内对应布置测点群以及每个测点群内的测点个数，冻胀非敏感型冻土区内的测点布置稠密度小于冻胀敏感型冻土区的测点布置稠密度。
[0012]作为优选方案：根据建造图纸中建筑跨度和建筑基础面积确定测点群位置的方式有两种，具体为：
[0013]测点群位置的第一种布置方式：测点群沿建筑所在区四周地梁布置：
[0014]当建筑所在区的跨度为单侧宽度在60m以内或双侧宽度在30m以内时，在建筑四周的地梁上间隔布置多个测点群和/或多个测点，多个测点群或多个测点沿柱下独立基础周向布置，当多个测点群或多个测点处于稀松状态布置时，建筑所在区四角处每隔4
‑
6m布置一个测点群或一个测点，建筑所在区地梁中间部分每隔7
‑
8m布置一个测点群或一个测点；当多个测点群或多个测点处于密集状态布置时，建筑所在区四角处每隔1
‑
1.5m布置一个测点群或一个测点，建筑所在区在地梁中间部分每隔1.5
‑
2m布置一个测点群或一个测点，确保所有测点群和/或所有测点布置完毕后覆盖建筑基础所处四周面积即可。
[0015]测点群位置的第二种布置方式：测点群沿建筑四周地梁布置和基础底板布置：
[0016]当建筑所在区的跨度为单侧宽度在60m以上或双侧宽度在30m以上时，建筑四周地梁布置和基础底板处进行多个测点群和/或多个测点布置，当多个测点群和/或多个测点处于稀松状态布置时，建筑所在区靠近四角每隔4
‑
6m布置一个测点群或一个测点，在建筑所在区地梁中间部分每隔7
‑
8m布置一个测点群或一个测点；当多个测点群和/或多个测点处
于密集状态布置时，建筑所在区靠近四角每隔1
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1.5m布置一个测点群或一个测点，建筑所在区地梁中间部分每隔1.5
‑
2m布置一个测点群或一个测点。测点群或测点在建筑所在区中间基础底板部分采用间隔布置，将中间部分按照网格划分，间隔布置测点群或测点，测点位置与地梁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种冻土冻胀融沉变形监测单体，其特征在于：包括检测板(1)、下钢柱(2)、管状外壳(3)、复合电极(4)、滑环(5)、连接钉(6)、第一导线(7)、多个钢珠(8)、多个压缩弹性件(9)和多根第二导线(10)，所述检测板(1)水平设置，管状外壳(3)竖直设置在检测板(1)的上方，所述下钢柱(2)的下端固定连接在检测板(1)上，所述下钢柱(2)的上端穿设在管状外壳(3)内，复合电极(4)设置在管状外壳(3)内，复合电极(4)设置在下钢柱(2)的上端处，连接钉(6)设置在复合电极(4)的上端，第一导线(7)的上端与电阻测量仪相连接，第一导线(7)的下端穿过管状外壳(3)的顶端与连接钉(6)相连接，滑环(5)套装在复合电极(4)上，滑环(5)的外圆周壁与管状外壳(3)的内壁固定连接，滑环(5)的内壁沿其圆周方向加工有多个盲孔(11)，每个盲孔(11)的长度方向与滑环(5)的径向方向同向，每个盲孔(11)内对应设置有一个钢珠(8)，每个钢珠(8)通过一个压缩弹性件(9)与盲孔(11)的孔底相连接，每个钢珠(8)处通过一根第二导线(10)与电阻测量仪相连接，每个钢珠(8)贴靠在复合电极(4)的外壁上。2.根据权利要求1所述的一种冻土冻胀融沉变形监测单体，其特征在于：所述复合电极(4)的外圆周壁上加工多个条形凹槽(12)，每个条形凹槽(12)的长度方向与复合电极(4)的高度方向同向，条形凹槽(12)与钢珠(8)一一对应设置，每个钢珠(12)设置在其对应的条形凹槽(12)内，每个钢珠(8)沿其对应条形凹槽(12)的长度方向往复滑动。3.根据权利要求1所述的一种冻土冻胀融沉变形监测单体，其特征在于：下钢柱(2)为多节柱体，下钢柱(2)包括底柱体(2
‑
1)、第一管节(2
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2)、中间管(2
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3)和第二管节(2
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4)，底柱体(2
‑
1)的下端固定连接在检测板(1)的顶面上，底柱体(2
‑
1)的上端通过第一管节(2
‑
2)与中间管(2
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3)的下端同轴连接，中间管(2
‑
3)的上端通过第二管节(2
‑
4)与复合电极(4)的下端同轴连接。4.根据权利要求1所述的一种冻土冻胀融沉变形监测单体，其特征在于：管状外壳(3)的下端和上端分别设置有第一堵板(13)和第二堵板(14)。5.利用权利要求1
‑
4所述的一种冻土冻胀融沉变形监测单体实现的监测预警方法，其特征在于：所述监测预警方法是根据建造图纸中建筑跨度、建筑基础面积以及建筑所在区域土体冻胀类型确定测点群位置、个数以及每个测点群内多个测点之间布置稠密度，每个测点处对应设置有一个冻土冻胀融沉变形监测单体(30)，通过对多个冻土冻胀融沉变形监测单体(30)获取不同时段各个测点所在冻胀层的冻胀量数据进行汇总分析，完成实时评价建筑所在冻胀层的冻胀情况的过程。6.根据权利要求5所述的监测预警方法，其特征在于：根据建筑所在区域土体冻胀率平均值确定土体冻胀类型的确定过程为查阅建筑所在地5年内的土体冻胀率平均值，根据土体的冻胀率0～1％、1～3.5％、3.5～6％、6～10％和10％以上区间将土体分为不冻胀、弱冻胀、冻胀、强冻胀和特强冻胀。冻...

【专利技术属性】
技术研发人员：左卫锋，胡阿平，冯小建，张海亮，张伟，熊华兵，刘金果，杨克武，杨东雷，杨志明，孙华阳，霍彦霖，徐智超，
申请(专利权)人：中铁一局集团有限公司，
类型：发明
国别省市：