CN102620715A - 一种基于液位差的地基沉降的观测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于液位差的地基沉降的观测方法。在地基中埋入折叠式软管，在软管内放置液位传感器，通过导线引出，与地基一侧的液位观测仪器相连。软管的一端连接单向阀门并固定在地基表面，另一端与地基一侧的储液箱相连，储液箱内注满液体；通过软管内的液位传感器测量液位差变化，即可换算出液位传感器所处沉降点与储液箱内液体的液位差，进而计算出地基的沉降量。此外，在测量结束后可通过预留在软管内的软绳将传感器全部拉出回收。本发明结构简单、操作方便、测量精准，液位传感器可循环利用，监测成本低廉。

Description

一种基于液位差的地基沉降的观测方法

技术领域

本发明属于土木水利工程技术领域，特别涉及一种基于液位差的地基沉降观测方法。

 

背景技术

地基的沉降观测问题已经成为高速公路、市政公路、铁路等工程建设施工和既有线路运营的技术难题，准确测量出地基的沉降量是一个值得重视的问题，通过监测地基的沉降量可以减少甚至防止不均匀沉降或沉降过大给施工运营带来的巨大损失。在本发明之前，常规的沉降观测方法主要有沉降板法、剖面沉降管法、埋入式沉降观测装置等。

沉降板测量法是一种较传统的监测方法，观测装置是由钢底板、金属测杆及保护套管组成。该方法在实际应用中有以下的弊端：（1）沉降管必须伸出地面，很容易被施工车辆撞弯或撞倾斜，这就直接影响了观测结果的准确性；（2）在实际施工过程中，为了避免沉降管遭到破坏，施工车辆要绕过沉降管，也就导致沉降管周围土体压实度不够，这不仅给施工车辆带来很大不便，还容易引起地基的不均匀沉降；（3）沉降管的护管直径较大，由于碾压次序的问题，护管会受到两侧不等的侧向土压力而被挤歪，引起测量误差，且这种误差随着填筑高度的增加而增加；（4）这种方法的数据观测费时费工，每测量一点都需要人工采用水准仪进行读数。

剖面沉降测试法在地基沉降监测中也有所应用，尤其在小断面测量中应用较多。剖面沉降测试装置主要由探头、充液管道（测斜管）、信号电缆、储液箱及测度仪器组成。这种观测方法有如下缺陷：（1）测斜管自身强度较大，在较软的地基土体内就可能不会随着土体发生变形，也就无法准确测出地基的沉降；（2）测斜管本身没有伸缩性，当沉降较大时，测斜管连接处可能会发生断裂，导致泥土进入，从而影响测斜仪深入测量，一旦测斜管发生断裂，那么整个断面都无法进行测量；（3）剖面沉降观测的结果是整个剖面的沉降，而实际工程中可能只需要测路中和路肩的沉降，这也就相当于增加了观测成本；（4）剖面沉降观测的成本较高且观测质量较难控制，这也是该方法尚未得到普遍应用的重要原因。（5）剖面沉降仪测量时也是很费事的，要将探头从断面的一端穿过整个路堤拉到另一端，有时还需要进行两次观测才能得到路堤沉降。因此只能适用于断面宽度较小的工程，不适宜大面积推广应用于施工观测中。

中国专利（专利号ZL02218324.8）公开了一种埋入式沉降观测装置，主要是由沉降管、沉降容器、观测仪及电表组成，该装置在施工中得到了一定的应用。该装置相对于前面两种有一定的优越性，其优点在于地基在建筑过程中和完成使用后的沉降是在地基一侧的观测管进行观测，不影响施工，结构简单。但工程实践表明，该装置在具体应用中存在以下的缺陷：（1）只能进行单点测量，沉降管埋在对应的待测点与外部电表相连，如果要测多点的沉降，就需要埋入相应个数的该装置；（2）该装置是通过管道将沉降容器和观测管相连，只有当沉降管内充满水，才能保证沉降管的水位跟观测管是一致的，在地基沉降过程中，装置的连接部分（如管道连接部分）可能会转动被拉开，若连接处发生渗漏，则该装置就完全失去了测量地基沉降的功能，不适合做长期观测；（3）该装置的测量精度也是不能保证的，因为在观测过程中，观测管的帽盖是要解开的，其中的水会蒸发，尤其在夏天，观测管的水位是得不到保证的。

 

发明内容

本发明的目的就是在于克服上述传统沉降观测方法的缺陷，发明一种新型基于液位差的地基沉降的观测方法。

本发明采用的技术方案是：

一种基于液位差的地基沉降观测方法，其步骤在于：

（1） 在具有一定刚度的折叠式软管内放置多个液位传感器，将导线从软管一端引出； 

（2） 将该软管埋入被测地基相应位置，软管在路堤施工过程中不会被压坏，同时也有一定的伸缩性，当地基发生较大沉降时软管可以自由伸长；

（3） 将软管的一侧安装单向阀门，另一侧与储液箱相连，并在储液箱中放入一定量的液体；

（4） 打开单向阀门，将管内充满液体；

（5） 引出的导线与地基一侧的液位观测仪器相连；

（6） 在地基的沉降过程中，软管随之沉降，并发生相应的变形导致管内的液压发生变化，通过外部液位观测仪器读出液位的变化；

（7） 算出波纹管内部各液位传感器位置对应的液位传感器位置处与储液箱内液面的液位差；

（8） 计算地基的沉降。公式如下：

式中：

即液位传感器位置处与储液箱内液面的液位差；

为液位传感器位置处与储液箱内液面的液位差；为液体的密度。

 

本发明的优点和效果在于：

（1） 本发明是一种基于液位差的沉降观测方法，相对于沉降板观测方法而言，本方法在地基的一侧进行观测读数，不会影响施工；

（2） 相对于目前已有的埋入式沉降观测装置（专利号ZL02218324.8），该方法可以实现多点测量，地基需要测几处，就在软管相应的位置放置对应个数的液位传感器，通过导线连接地基一侧的液位观测仪器，就可以一次性测出多个点的沉降量；

（3） 相对于已有的埋入式沉降观测装置（专利号ZL02218324.8）和剖面沉降观测装置，本发明所用的装置是一个整体，软管是可以直接从市场购买的，不需要加工，也不需要在软管上开孔引出导线，也就不存在开孔处断开的隐患，软管也起到了保护液位传感器的作用，适合做长期观测；

（4） 过去观测装置都是不可回收的，本发明中的液位传感器分别连接三个薄钢片，不仅可以固定住传感器，还可以使得传感器在观测结束后沿着一个方向拉出，用于下一待测的地基中去，这很大程度上节约了观测成本；

（5） 相对于上述的观测装置，本方法具有很高的测量精度，使用的液位传感器精度很高，可以精确到1 mm，能够满足工程要求。

附图说明

图1 本发明的结构示意图

图2  A-A截面剖面图

图中：

1 软管

2 路堤

3 软绳

4 液位传感器

5 薄钢片

6 导线

7 液位观测仪器

8 单向阀门

9 储液箱

10 地基

11 液体

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。本发明的保护范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求加以限定。

 

具体实施方式：

如图1所示：本发明是通过放置在软管（1）内的液位传感器（4）的读数变化来计算得出地基（10）的沉降量。

具体实施方法是：用一根软绳（3）将液位传感器（4）连在一起，间距与地基（10）待测点之间的距离相当，由于软管（1）是可折叠的，先将软管（1）折叠起来，在软绳（3）的一头系一重物从软管（1）一侧滑出，然后展开软管（1），拖动软绳（3），将液位传感器（4）拖入软管（1）内，由于传感器（4）之间软绳（3）的距离是预先测好，因此各个传感器（4）就可以对应地基（10）待测的点的位置，软绳（3）需要有一定的强度，防止在拖拉传感器（4）的时候被拉断；本方法中的液位传感器（4）需要在表面焊接三个薄钢片（5），这样将液位传感器（4）拖到对应位置后，这三个钢片（5）就能把液位传感器（4）固定住，每个液位传感器（4）上连接导线（6），用于与液位观测仪器（7）相连；导线（6）和软绳（3）要预留一定的长度来适应沉降过程中的软管（1）的伸长变形。

之后，将软管（1）埋入地基中，软管（1）的一端安装单向阀门（8），单向阀门（8）就是止回阀，是让气流只能沿一个方向流动而不能反向流动的方向控制阀，安装止回阀时，应特别注意液体(11)（本实施方式以水为例）的流动方向，应使软管（1）内的液体(11)正常流动方向与阀体上指示的箭头方向相一致，软管（1）的另一端与储液箱（9）相通，储液箱（9）内装满水，这样就能保证软管（1）内充满了水。

使用时，向储液箱（9）中注满水，打开单向阀门（8），排出软管（1）内的空气，由于储液箱（9）是与软管（1）相通的，那么软管（1）内就能够充满液体(11)。由于在使用过程中可能会需要长时间观测，要保证储液箱（9）中的液体是满的，防止液体的蒸发导致管内水不足影响观测精度。储液箱（9）在施工现场时容易实现的，比如用砖块砌成一个水池即可。当路堤（2）施工过程中，地基（10）发生沉降，软管（1）随之发生沉降并发生一定的变形，管内的液体(11)压力也会发生变化，将液位传感器（4）的导线（6）与液位观测仪器（7）连接，得出液位的变化，一个传感器（4）读数完毕后，再依次读出各个液位传感器（4）的读数，就可以换算出液位传感器（4）位置处与储液箱（9）之间的水位差（1 m的水头对应的压强是9.81 kPa）。然后，测量出储液箱（9）的水位标高，就可以得出各液位传感器（4）处的标高，也就得出了地基（10）的沉降量，例如：储液箱（9）的水面高程定义为0.000 m，液位传感器（4）的读数为1.00 kPa，则水位差为10.2 cm，若干天后水面高程仍为0.000 m，液位传感器（4）的读数为1.10 kPa，则水位差为11.2 cm。可以计算出液位传感器位置处的沉降量为10 mm。本方法中用的液位传感器（4）精确可达到0.001 m（1 mm），能够满足工程需要。

测量完毕后，液位传感器（4）可以留置在软管内用作长期观测，也可拖动预留在软管（1）内的软绳（3），由于液位传感器（4）是通过软绳（3）串联在一起的，可将液位传感器（4）全部拉出，用于下一地基沉降的测量。

Claims (2)

1. 一种基于液位差的地基沉降观测方法，其特征在于采用如下步骤：

（1） 在具有一定刚度的折叠式软管内放置多个液位传感器，将导线从软管一端引出； 

（2） 将该软管埋入被测地基相应位置，软管在路堤施工过程中不会被压坏，同时也有一定的伸缩性，当地基发生较大沉降时软管可以自由伸长；

（3） 将软管的一侧安装单向阀门，另一侧与储液箱相连，并在储液箱中放入一定量的液体；

（4） 打开单向阀门，将管内充满液体；

（5） 引出的导线与地基一侧的液位观测仪器相连；

（6） 在地基的沉降过程中，软管随之沉降，并发生相应的变形导致管内的液压发生变化，通过外部液位观测仪器读出液位的变化；

（7） 算出波纹管内部各液位传感器位置对应的液位传感器位置处与储液箱内液面的液位差；

（8） 计算地基的沉降；公式如下：

式中：

即液位传感器位置处与储液箱内液面的液位差；为液位传感器位置处与储液箱内液面的液位差；

为液体的密度。

2.根据权利要求1所述的一种基于液位差的地基沉降的观测方法，其特征在于：所述液位传感器上焊接3个钢片，使得传感器可以在软管内固定。

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