专利名称：多点沉降观测方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于检测人工填筑体及其地基沉降的方法、这种方法所使用的装置以及这种装置的设置方法。该仪器尤其适合沿一垂线同时对人工填筑体内的分层沉降及其地基某一深度处施工期的变形和工后沉降进行观测，并能在几乎不影响施工的情况下进行仪器的安装。本发明所述的人工填筑体包括利用各类填料经人工修筑而成的路基、堤坝等构筑物，如铁路或公路的路基、水坝等。
背景技术：
在路基、堤坝等人工填筑体的建设期间和投入使用之后，填筑体的沉降量往往是控制其施工速度、判断其功能使用状态的首要指标。
目前对人工填筑体及其地基的沉降观测有以下几种仪器或方法①人工水准观测；②用激光观测或位移计类仪器观测；③磁环沉降仪；④水平测斜仪。以上这些沉降观测方法有如下不足①采用人工水准观测仅能观测外露表面的沉降，无法进行填筑体分层、地基深部和施工期的沉降观测；②用激光观测或位移计类仪器观测时，其精度虽较高，但价格昂贵，而且存在与水准测量相同的不足之处；③磁环沉降仪可量测分层沉降，但这种观测方法只能对施工完成后的填筑体进行观测，而不能量测施工期变形；④水平测斜仪通过特别布置测点可达到量测填筑体的分层沉降的目的，但它不能量测施工期间的变形和地基深部的变形。后叙的两种观测方法的实际精度在cm级，如在高速铁路等对路基沉降控制标准仅为1～2cm的工程中，往往不能满足高测量精度的要求。从现有技术中尚未见有关对填筑体施工过程中进行沉降观测的任何方法以及可以用于类似观测的仪器。
发明内容
本发明提供了一种对人工填筑体及其地基沉降情况进行观测的方法，同时提供这种方法所使用的装置，以及这种装置设置的方法。本发明的方法可以在已完成的填筑体中使用，以观测填筑体及其地基的工后沉降；也可以在几乎不影响施工的情况下，在填筑体施工期间沿一垂线同时对填筑体内的任意位置及其地基某一深度处的沉降进行观测，以监测施工期填筑体的分层沉降，以及竣工后的工后沉降。本发明的装置成本较为低廉，可达毫米级甚至更高的观测精度。利用本发明可以达到对人工填筑体及其地基从施工开始至投入使用全过程的变形监测的目的，为填筑体变形的分析和预测提供技术支持。
本发明对人工填筑体沉降的观测方法，是在人工填筑体中需要进行沉降观测的位置沿同一垂线在各检测层中埋设由带有中空管状结构的浅层沉降检测构件和连接管构成的浅层沉降检测装置，在最靠近填筑体表层的浅层沉降检测构件的上端设置与其连接配合的连接管，且这根连接管的上端至少与填筑体表层平齐，各连接管与浅层沉降检测构件之间的配合应可使连接管与浅层沉降检测构件间相互沿垂线方向自由滑动，埋设于填筑体中的浅层沉降检测构件与连接管随填筑体土体的沉降产生同步的位置变化，将测量器具或测量介质引入由浅层沉降检测构件和连接管形成的测量通道内，量测浅层沉降检测构件的位置变化，再通过量测位于表层处的连接管上端的高程，即可确定各检测层的沉降量。
对于既需要检测地基沉降量、也需要检测填筑体的沉降量的情况下，本发明的方法是在地基和人工填筑体中需要进行沉降观测的位置，沿同一垂线在地基处设置由深部沉降检测构件和柔性支护装置构成的深部沉降检测装置、在人工填筑体中设置浅层沉降检测装置，其中的深部沉降检测构件为在一底板上垂直固定直测杆的结构，深部沉降检测构件的底板放置于地基要求测量深度处，柔性支护装置套于深部沉降检测构件外，柔性支护装置中的护管上端配合于与其相邻的浅层沉降检测构件的下端。在最靠近填筑体表层的浅层沉降检测构件的上端设置与其连接配合的连接管，且这根连接管的上端至少与填筑体表层平齐。各连接管与浅层沉降检测构件之间的配合应可使连接管与浅层沉降检测构件间相互沿垂线方向自由滑动。设置于地基处的深部检测构件可随地基检测层的沉降而产生同步的沉降，埋设于填筑体中的浅层沉降检测构件与连接管随填筑体土体的沉降产生同步的位置变化，将测量器具或测量介质引入由深部沉降检测装置和浅层沉降检测装置形成的测量通道内，量测位于深部沉降检测构件的测量杆上端可得到地基的沉降变化情况，量测浅层沉降检测构件的位置变化，再通过量测位于表层处的连接管上端的高程，可确定地基与各检测层的沉降量。
以上所述内容中的连接配合是指两者相互套合，如沉降检测构件的直管套于连接管外，或者连接管套于沉降检测构件的直管外，或者深部沉降检测构件上的杯状物套于浅层沉降检测构件的直管外，或者是浅层沉降检测构件的直管套于深部沉降检测构件的杯状物外。
本发明的深部沉降检测装置由深部沉降检测构件和柔性支护装置构成，其中的深部沉降检测构件是在一底板上垂直固定直测杆，整个构件呈一T型截面的构件，本发明的柔性支护装置由护管和充填于护管与孔壁间的柔性填充材料组成，其中的护管为柔性材料制成的直管，柔性填充材料可以为细沙，当然也可以采用粒状的高分子材料，例如粒状的PVC。
本发明的深部沉降检测装置中的深部沉降检测构件也可以是由底板、在一底板上垂直固定直测杆、以及在直测杆的上端部固定有一个杯状物构成，其中底板的面积至少等于杯状物的横截面积，杯状物的下底与直测杆的上端部固定，杯状物的内壁上固定有设置测量器具的装置或可与测量介质相作用的装置，杯状物的外径应当稍小于与其相配合的浅层沉降检测构件的直管的内径，以使两者配合时杯状物可相对浅层沉降检测构件做垂直滑动位移，显然这一实施例使用中深部沉降检测构件的杯状物是插于浅层沉降检测构件的直管内的。如果测杆上的杯状物杯底内固定有设置测量器具的装置或可与测量介质相作用的装置，而使杯状物的内径稍大于与其相配合的浅层沉降检测构件的中空管的外径，在并使两者配合时杯状物可相对浅层沉降检测构件做垂直滑动位移，即构成本发明的深部沉降检测构件的又一个实施例。本发明的深部检测构件的另一个实施例是在前述的基础之上，将直测杆制成由至少两段相互分离的其端部各带有螺纹的直杆，通过带有内螺纹的管箍将各段直杆联接在一起，这一结构可以便于在使用中对深部沉降检测构件进行组装和高度调整。
本发明的深部沉降检测装置中的护管最好采用PVC材料制成。
本发明的浅层沉降检测装置由浅层沉降检测构件与连接管构成。浅层沉降检测构件由一段直管、设置于直管内的固定测量器具的装置或可与测量介质相作用的装置，以及在直管外壁上固定的刚性平板构成，浅层沉降检测构件上的平板板面与直管的轴线垂直，且平板的板面面积等于或大于直管横截面积的2倍，直管的长度至少等于被测检测层理论最大沉降量与平板厚度之和；连接管为直管，其长度等于检测层厚度减去检测层理论最大沉降量的差再减去至少3厘米的差；且连接管的管径与浅层沉降检测构件的直管管径间有可保证连接管与浅层沉降检测构件配合连接后两者可沿连接管轴向相互自由滑动的间隙。
本发明的浅层沉降检测构件上的平板可固定于直管长度的二分之一至距直管的一个管端间的距离为检测层最大沉降量的二分之一处间的任一位置，在直管的两管端外壁上固定有密封圈，密封圈的外径能与连接管的内径相配合，以使直管管端插入连接管后两者可以沿管轴向相互自由滑动。
或者本发明的浅层沉降检测构件的直管内设置的固定设置测量器具的装置或可与测量介质相作用的装置的位置位于直管长度的二分之一至距直管的一个管端间的距离为检测层最大沉降量的二分之一处间的任一位置，直管的内径稍大于连接管的管端设置密封圈处的最大直径，以使连接管插入浅层沉降检测构件的直管内后两者可以沿管轴向相互自由滑动，连接管的管端外壁上设置有密封圈。密封圈的外径能与连接管的内径相配合，以使直管管端插入连接管后两者可以沿管轴向相互自由滑动。
在本发明的沉降检测构件的直管内可以设置有用于勾挂测量尺测头部分的凸台，也可以在沉降检测构件的直管内设置有固定测杆的装置，或者在沉降检测构件的直管内设置有固定测量绳一端的装置，或者在沉降检测构件的直管中设置有可反射激光的反射物。当采用沉降检测构件的直管内设置有固定测量绳一端的装置时，在沉降检测装置设置好后应当使测量绳的另一端绕过固定于地面的定滑轮后固定有重锤，同时在测绳上设有位置指示机构，以指示出沉降量的变化。
前述本发明装置中的连接管可采用金属制造，也可采用高分子材料制造，如PVC管，甚至可以采用无机材料制造，如水泥管等，但要求连接管的内壁或者外壁比较光滑，可以满足与其配合的配合件，如浅层沉降检测构件的直管或深部沉降检测构件上的杯状物，能相互自由滑动的要求即可。
另需说明的是当采用本发明时，在同一垂线位置需设置多个沉降检测构件时，应使各沉降检测构件在直管内设置的测量器具围绕沿同一圆周均匀设置，如固定测杆的装置或测绳，或与测量介质相作用的装置，如反射激光的反射物时，将其绕同一圆周均匀分布，以便于对各检测层的检测点进行观测与计量，并避免相互间产生干扰。
实施本发明的方法时设置本发明的装置的方式如下一、用在施工同时设置观测人工填筑体的浅层沉降检测装置的方法先在地基需设置观测装置的位置向下开一深度至设计要求、直径略大于浅层沉降检测构件平板直径的孔洞，孔底找平，再在孔洞底部向下开挖一深度稍大于的浅层沉降检测构件的直管长度、直径略大于浅层沉降检测构件直管外径的孔洞，将浅层沉降检测构件在开好的孔洞内安放平稳，在浅层沉降检测构件直管上端盖上管帽，然后将孔洞回填原土至地基表面并夯实，再按设计施工要求填第一检测层，填筑好第一检测层的人工填筑体后，在第一检测层表面沿检测垂线向下挖一深度至管帽、直径略大于连接管的孔，经孔洞中取出管帽，再在孔中置入连接管并使连接管的下端与埋设于地基内的浅层沉降检测构件的上端套接配合，在连接管上端加盖管帽，将连接管周围的空隙回填密实，连接管上口以上部分土体扩孔至直径稍大于浅层沉降检测构件的平板外径，取出管帽，安装第一级浅层沉降检测构件，使浅层沉降检测构件上的平板置于孔洞上缘的台阶平面上，然后在第一级浅层沉降检测构件的直管的上端盖上管帽以防止填料进入直管，之后在浅层沉降检测构件上覆土填埋，按填筑体要求正常施工至第一检测层的填筑体的设计高度；再填入第二检测层的填筑体至设计高度，重复以上作业，将各级浅层沉降检测构件和连接管分别埋设在预定位置，并使配合于末级浅层沉降检测构件上端的末级连接管上管端至少与最上一检测层的表层平齐，整个施工中保持浅层沉降检测构件的直管和连接管的轴线与水平面垂直，各浅层沉降检测构件直管的管端与连接管间的配合深度由工艺决定，并应保证使浅层沉降检测构件上的平板与连接管的管端留有不小于相应回填层理论最大沉降量二分之一的间隙，在埋设过程中用全站仪跟踪定位，检测器具随浅层沉降检测构件和连接管接入并顺接至地表。
二、用在施工同时设置观测地基和人工填筑体沉降量的深部检测构件和浅层沉降检测装置的方法填筑前先在地基上向下开一深度至设计要求放置浅层沉降检测构件的深度、直径略大于浅层沉降检测构件平板直径的孔洞。再在孔洞底部向下开挖一深度稍大于的设计设置深部沉降检测装置深度、直径略大于深部检测装置构件中直径最大的构件直径的孔洞。这里所述的深部沉降检测装置构件中直径最大的构件是指深部沉降检测构件或柔性支护装置中两者直径最大者，因为根据不同的应用要求，柔性支护装置的直径可以小于深部沉降检测构件的底板直径，也可以大于底板的直径，选其直径最大者开孔才可能保证相关的构件、装置能从孔洞中置入。在孔洞底部充入砂找平。将深部沉降检测构件的底板放置在孔洞底的砂上，再将柔性支护装置套于深部检测构件外，在深部沉降检测构件的底板上设置用于重力补偿的配重体。在柔性支护装置上端盖上管帽，将柔性支护装置的外壁与孔洞的内壁间用柔性材料充填，取出管帽。将第一个浅层沉降检测构件的下端置入孔洞内，使该浅层沉降检测构件的直管下端与柔性支护装置上端相配合，浅层沉降检测构件的平板位于地基上形成的台阶上，然后在浅层沉降检测构件的直管的上端盖上管帽以防止填土进入直管，在浅层沉降检测构件上回填原土至地基表面，然后按照在人工填筑体中埋设方法埋设浅层沉降检测装置，将各级浅层沉降检测构件和连接管分别埋设在预定位置，并使配合于末级浅层沉降检测构件上端的末级连接管上管端至少与填层表层平齐，整个施工中保持浅层沉降检测构件的直管和连接管的轴线与水平面垂直，各浅层沉降检测构件直管的管端与连接管间的配合深度由工艺决定，并应保证使浅层沉降检测构件上的平板与连接管的管端留有不小于相应回填层理论最大沉降量二分之一的间隙，在埋设过程中用全站仪跟踪定位，检测器具随深部沉降检测装置、浅层沉降检测构件和连接管接入并顺接至地表。
以上的埋设方式只是一个原则。在实际的埋设过程中可以根据填筑工艺逐层(实际的填筑工艺多是分层填筑的)埋设的同时将连接管埋入填筑体内，并在需要埋设浅层沉降检测构件的位置直接开出可以埋设浅层沉降检测构件的孔，再在孔底开设直径略大于连接管外径的孔至连接管管帽处。用这种方式将浅层沉降检测构件埋入其中。这样可以减少埋设工序，提高效率。
三、在已完成的人工填筑体设置观测地基和人工填筑体沉降量的深部检测构件和浅层沉降检测装置的方法在已经完成的人工填筑体内设置用于观测地基和人工填筑体的深部沉降检测构件和浅层沉降检测装置的方法，可以在人工填筑体上开设深度达地基要求检测部位、直径稍大于护管外径的孔洞，参考用前述的在施工同时设置观测地基和人工填筑体沉降量的深部检测构件和浅层沉降检测装置的方法进行施工。
但在已经完成的人工填筑体内设置相关的检测装置时，即使在各检测层中设置沉降检测构件，由于各检测层与设置检测装置时的新回填土间难于保持为一致，也难于有相同的密实程度，因此各浅层沉降检测装置将不能反映各个检测层的真实沉降情况。因此本发明建议在已完成的人工填筑体内只设置一个深部检测构件和一个浅层沉降检测构件。
前述设置方法中所述开孔过程中的“直径略大”是为保证所开孔可以保证相关的构件能置入孔中，并无特殊的要求，因为当孔洞过大时会造成回填量的增加，也会使内置构件的放置产生不便，除此外没有太多的影响。
在实际工作中，一般情况下各浅层沉降检测构件的平板均设置于被观测的填筑体层的表面以下适当位置即可，根据发明人的经验，平板设置的位置在检测层表面以下直管顶端至平板间高度再加上10至20厘米为最好。在这种设置情况下浅层沉降检测构件埋设后不会影响检测层表面的夯、碾作业。
本发明还提供与本发明的装置配合使用的辅助器具，如测量用测尺，用于在设置施工中封盖相应构件的管帽。
与本发明的深部沉降检测构件和浅层沉降检测装置配合使用的测尺为一钢卷尺，其尺端设置一T型的测头，T形测头的横端上表面和下表面为测量基准面。
本发明所述的管帽是一其边缘带有向下折边的凹形盖，凹形盖的直径略大于与其配合的柔性支护装置或浅层沉降检测构件的直管或连接管的外径，在凹形盖的外缘设有用于取出的把环。
本发明的方法可以解决现有技术的不足，对人工填筑体及地基的沉降进行适时观测，能在已完成的人工填筑中设置也能在人工填筑体施工同时进行设置，既能对施工中的沉降变形进行观测，又能在工后适时观测地基、各检测层的沉降变形。本发明的观测方法以及所用的装置成本也远低于现有技术，而检测精度却高于现有技术。根据实际使用结果表明，本发明的量测精度可达毫米级，而当使用激光测量时，其量测精度将优于毫米级。
图1至图5为本发明的几种浅层沉降检测构件实施例的结构剖面示意图。
图6为本发明深部沉降检测构件的一个实施例的示意图。图7为本发明所用的一种测量尺的结构示意图。图8为本发明具体应用于有三个检测层的人工填筑体的剖面示意图。图9为在已完成的人工填筑体中埋设沉降检测装置的示意图。图10至图15为在施工同时设置本发明装置的剖面示意图。
具体实施例方式
以下结合附图与各实施例对本发明作进一步解说图1为本发明装置的第一个实施例。图中1为盖于最上面的末级连接管管上端的管帽，当本发明装置在填筑体内埋设好后，应当在末级连接管上端盖上管帽，以防止雨水或杂物落入测量通道内。2为连接管，在本图上这个连接管是处于末级的连接管。3为设于沉降检测构件4上的直管6的管端部的密封圈。4为浅层沉降检测构件。5为沉降检测构件4上固定于直管6外的刚性平板。6为直管。7为固定于直管6内的用于勾挂测量尺测头部分的凸台。通过图1可见，本实施例中连接管2的内径稍大于直管6的管端所设置的密封圈3的外径，在具体的使用中是将构件6套入连接管2的管内。一般来讲刚性平板5在直管6上固定的位置可以在直管长度的二分之一处至距一个管端的距离为检测层最大沉降量的二分之一处之间的任一位置。当本发明装置采用这一方式设置刚性平板时，可以为连接管与沉降检测构件间的沿轴线方向的相互运动提供足够的空间。在本实施例中刚性平板2是设于直管6长度的二分之一处。平板2的面积一般应等于或大于直管横截面积的2倍。平板2面积的大小取决于填充层的情况。一般情况下填层物越质密，所用的平板面积就可越小，反之，填充物质密度小，所用的平板面积就应相应大一些。如检测层材料为密度较大的改良土时，平板2的面积可以相对小一点，而当检测层填料为砂或松软粘土等密度较小的物质时，所用的平板2的面积则应当相对大一些。更为特殊的情况下，如检测层为混凝土时，也可以使用面积更小的刚性平板2，甚至平板2的面积可以小于直管面积的2倍。直管的长度应当至少等于被测检测层理论最大沉降量与平板厚度之和，这样才能使沉降检测构件随检测层沉降形成同步等距的移动。
图2为本发明装置的第二个实施例。在本实施例中2仍为连接管，3为设于沉降检测构件4上的直管6的管端上的密封圈，5为刚性平板。在直管6的内壁设置有测杆的固定装置8，装置8上可固定测杆9。在埋设使用时测杆9伸至末级连接管处，以实现直接量测。
图3给出的本发明装置的实施例与图2给出的结构基本上是相同的，但本实施例中沉降检测构件4的直管内径稍大于连接管2的管端的最大外径。由此可以看出本实施例在应用时，连接管2是插入沉降检测构件4上的直管6内实现两者的配合连接。另外，由于在管6的内部设置有固定测杆的装置8，为防止装置8对连接管2运动的影响，应当将装置8设置于直管长度的二分之一至距直管的一个管端间的距离为检测层最大沉降量的二分之一处间的任一位置，以给连接管2在配合连接时留有充分的运动位置。另外从图3中可见，在浅层沉降检测构件的直管6的端部与连接管2的端部未设置有密封圈。这种结构在具体的应用时，应防止填料从连接管与直管的间隙处落入，影响后续的量测作业进行，因此其效果要稍差于设置密封圈的结构。
图4为本发明装置的又一个实施例，它与图1的结构基本上类似，而且在图中示意出用测尺量测的情况。在图4中，2仍为连接管，3为密封圈，4为沉降检测构件，5为刚性平板，6为直管，7为固定于直管6内的用于勾挂测量尺测头部分的凸台，10为测量用的钢圈尺，11为测头。
图5为本发明装置的又一个实施例。本实施例中其沉降检测构件下连接管的基本结构与图1给出的实施例是相同的。但本实施例中在直管内不设置用于勾挂测量尺测头部分的凸台，而是设置用于固定测绳的装置12。测绳15的一端固定于12上，另一端绕过固定于末级连接管的定滑轮13后固定在重锤14上，在测绳上还设有位置指示机构。采用这一结构实现沉降适时量测时还应当在测绳系统上设置记录机构，使本发明的装置具有自动量测的功能。
如果在图1或图4给出的实施例中，在凸台7上固定一个小的镜子，即可为本发明装置的另一种实施例，在进行量测时用激光束照射到所设的小镜子上，利用被镜子反射回来的激光可实现激光测距，获得更为精确的测量精度。
图6为本发明所用的深部沉降检测构件的一个实施例，图中30为深部沉降检测构件。由图可见，深部沉降检测构件是由一个底板25、垂直固定于底板25上的直测杆26以及固定于直测杆26上的杯状物28构成。在杯状物28的内壁上固定有用于固定测量装置机构29。在该实施例中直测杆26为上下两段其外带有螺纹的管子构成，并用一个带有内螺纹的管箍27将上下两段直测杆联为一体。采用多段管连接形成所需长度的直测杆可以满足不同场合需要不同长度的直测杆的需求。当然也可以用一根合适长度的直杆或直管作为测杆。
图7为本发明所用的专用测尺，它由普通的钢卷尺改造而成。具体的做法是将现有卷尺的尺端加设一个倒T形的测头11，同时使测头11的倒T形横端的上表面，也就是图7中标引17所指的位置为测量的基准面。由于这一测尺尺端的测头为重物，可以确保测尺能送达至测量通道的深部，而T形的横端又可使其较为方便地勾挂于设于沉降检测构件直管内的凸台，以实现量测作业。
以下是本发明用于由三层检测层构成的填筑体的实例，其填筑体内部的剖面图参见图8。其中第一检测层为改良土层，第二检测层为普通土层，第三检测层为砾石层。图6中23为设于地基表层上的第一个浅层沉降检测构件，21为设于第一检测层上的第一级浅层沉降检测构件，19为设于第二检测层上的第二级浅层沉降检测构件，24为设于第三检测层上的属于末级的第三级浅层沉降检测构件，22为连接第一与第二沉降检测构件的第一连接管，20为连接第一与第二级沉降检测构件的第二连接管，18为连接第二级浅层沉降检测构件19与第三浅层沉降检测构件24的第三连接管。30为深部沉降检测构件，28为30上的杯状物，32为地基上开设的孔，31为柔性支护装置，35是柔性支护装置的护管，33为护管35与地基孔32间充填的砂，34为重力补偿物。
本发明提供一个与施工的同时设置深部和浅层沉降检测装置的实例，在本实例中深部沉降检测构件的底板直径大于柔性支护装置的管外径，所用浅层沉降检测构件的直管外径小于连接管内径。
第一步设计埋设安装之前，应根据埋设位置、路基高度等情况，确定各沉降检测构件的几何尺寸，设置位置以及之间的距离，计算并确定所需连接管的长度，以及各沉降检测构件、连接管的埋设高程。
第二步定位根据设计要求确定埋设位置，在装置各部件埋设之前和埋设之后，用全站仪对埋设位置精确定位。
第三步深部沉降检测装置和地基表层浅层沉降检测构件的埋设将地基地底整平、碾压工序完成后，在地基表面预定位置掏一个直径略大于浅层沉降检测构件平板直径的孔洞，孔洞的深为浅层沉降检测构件的顶端至平板的高度再加上15厘米。孔开好后，先在洞底充细砂找平，再将深部沉降检测构件底板置于洞底的细砂上，再将柔性支护装置套在深部检测构件外，柔性支护装置的下端是放置于深部沉降检测构件底板之上。在深部沉降检测构件的底板上设置用于重力补偿的配重体。然后在柔性支护装置上端盖上管帽，将柔性支护装置的外壁与孔洞的内壁间用砂充填。注意，在此应当以砂充填，这样才可以克服柔性支护装置的外壁与孔壁间产生负摩擦影响测量沉降测量。接着取出管帽，将第一个浅层沉降检测构件的下端置入孔洞内，并使这个浅层沉降检测构件的直管下端套于柔性支护装置内。将管帽盖于浅层沉降检测构件的上管端，用原土回填至地基面，并夯实，此深部沉降检测装置埋设完毕，参见图10、11、12。
第四步第一级浅层沉降检测装置的埋设在地基上按填筑体正常施工要求填筑第一检测层至设计高度，并按施工要求夯实填土。然后在第一检测层表面沿检测垂线向下开挖深度至管帽处、直径略大于连接管外径的孔洞，经孔洞将管帽取出，再将一连接管置入孔洞中，并使该连接管的下端与浅层沉降检测构件的上端相配合，其配合的深度取决于施工工艺设计。在连接管上端盖上管帽，再在连接管周围按施工要求覆土回填至第一检测层设计高度，夯实连接管外的回填土，再在第一检测层表面沿检测垂线向下挖一深度等于浅层沉降检测构件的直管顶端至平板的高度再加上15厘米、直径稍大于浅层沉降检测构件的平板外径的孔洞，再在洞底向下开挖深度至所埋的连接管管帽处(实际上要稍挖的深一点)、直径稍大于浅层沉降检测构件直管外径(更准确讲应当是略大于所埋管帽外径)的孔洞，经孔洞取出所埋设的管帽。再将第一级浅层沉降检测构件置入孔中，并使其下端与连接管的上端相配合。然后再在第一级浅层沉降检测构件上加填第一检测层的填料至第检测层设计高度，并夯实。
按设计要求施工，在第一检测层上填第二检测层的填料并夯实至第二检测层的设计高度，在第二检测层表面沿检测垂线向下开挖直径略大于连接管外径，深度达所埋管帽处的孔洞。先取出管帽，再将第一连接管置入孔中，并使连接管的下端与已经埋设的浅层沉降检测构件的直管上端相配合。再在连接管顶端盖上管帽，然后在孔内同填第二检测层的填料并夯实。至此第一浅层沉降检测装置埋设完毕，参见图14、15。
第五步后级浅层沉降检测装置的埋设在第二检测层表面沿检测垂线向下开挖一深度等于浅层沉降检测构件的直管顶端至平板的高度再加上15厘米、直径稍大于浅层沉降检测构件的平板外径的孔洞，再在洞底向下开挖深度至所埋的连接管管帽处、直径稍大于浅层沉降检测构件直管外径的孔洞，经孔洞取出所埋设的管帽。再将第二级浅层沉降检测构件置入孔中，并使其下端与连接管的上端相配合。然后再在第二级浅层沉降检测构件上加填第二检测层的填料至第二检测层的设计高度，并夯实。
按设计要求施工，在第二检测层上填第三检测层的填料并夯实至第三检测层的设计高度，在第三检测层表面沿检测垂线向下开挖直径略大于连接管外径，深度达所埋管帽处的孔洞。先取出管帽，再将第二连接管置入孔中，并使连接管的下端与已经埋设的浅层沉降检测构件的直管上端相配合。再在连接管顶端盖上管帽，然后在孔内回填第二检测层的填料并夯实。至此第二浅层沉降检测装置埋设完毕。
根据检测设计的要求，可按上述方法在要求检测检测的位置重复以上作业，以完成后级其他浅层沉降检测装置的安装，参见图16。
在从事以上的埋设工艺进也可采用先挖一个较小的孔，再将孔口扩出一个较大孔的方式进行，如图10至16中所示的情况。例如，在设置第一级浅层沉降检测装置时，先在第一检测层表面沿检测垂线向下挖一深度至管帽、直径略大于连接管外径的孔，再将孔口直径扩至稍大于浅层沉降检测构件的平板外径的孔洞，所扩孔的深度为浅层沉降检测构件的平板至直管的高度加上15厘米，再取出管帽，进行后续的作业，其效果也是相同的。
仅需在工后检测人工填筑体的各检测层沉降，可在施工同时只在各人工填筑体内埋设浅层沉降检测装置，而不埋设深部沉降检测装置。其具体的做法可参考前述的方式进行埋设。应当注意的是这里的第一个浅层沉降检测构件的下端是置于在地基处开的孔内。
另外对于已经完成的人工填筑体内埋设深部检测构件和浅层沉降检测装置可以在地基内埋设一个深部检测构件，在人工填筑体的表层附近只埋设一个浅层沉降检测构件。其具体的埋设的方法为先在人工填筑体上开挖深度等于浅层沉降检测构件设置深度、直径略大于浅层沉降检测构件平板直径的孔，再在孔底开挖直径稍大于深部沉降检测装置构件中直径最大的直径的孔洞，孔洞底部充入砂找平，将深部沉降检测构件的底板放置在孔洞底的砂上，再将深部检测构件套于柔性支护装置内，并使柔性支护装置的护管上端处于最上一层填筑体所开的孔台阶附近，在深部沉降检测构件的底板上设置用于重力补偿的配重体，在柔性支护装置的护管上端盖上管帽，再在护管的外壁与孔洞的内壁间用柔性材料填实，将浅层沉降检测构件置入孔洞中，护管的上端与浅层沉降检测构件的直管下端相配合，浅层沉降检测构件上的平板位于开孔形成的台阶平面上，在浅层沉降检测构件上端管口盖上管帽，再将浅层沉降检测构件进行回填至填筑体原始高度并夯实，整个施工中保持深部沉降检测装置、浅层沉降检测构件以及连接管的轴线与水平面垂直，浅层沉降检测构件直管管端与护管间的配合深度由工艺决定，并应保证使浅层沉降检测构件上的平板与柔性支护装置间留有不小于相应回填层理论最大沉降量的间隙，在埋设过程中用全站仪跟踪定位，检测器具随深部沉降检测构件、浅层沉降检测构件和连接管接入并顺接至地表，参见图9。
经如上所述的方式设置深部沉降检测构件和浅层沉降检测装置后，所设置的沉降检测构件可捕捉到地基土体的变形，而浅层沉降检测装置中的浅层沉降检测构件可以随其所设置的土体同步运动，反映出相应检测层的沉降变化量。在进行检测时通过由浅层沉降检测装置形成的测量通道可以将量测器具引入其中量测，如图4的情况；或者直接读出固定于各浅层沉降检测构件上的测尺上的刻度；或者利用测绳测量机构进行测量；或者将测量激光引入由浅层沉降检测装置形成的测量通道，通过设于各浅层沉降检测构件上所设的小镜子反射，得到测量参数，最终获得填筑体以及地基沉降变化的参数。
权利要求
1.人工填筑体沉降的观测方法，其特征是在人工填筑体中需要进行沉降观测的位置沿同一垂线在各检测层中埋设由带有中空管状结构的浅层沉降检测构件和连接管构成的浅层沉降检测装置，在最靠近填筑体表层的浅层沉降检测构件的上端设置与其连接配合的连接管，且这根连接管的上端至少与填筑体表层平齐，各连接管与浅层沉降检测构件之间的配合应可使连接管与浅层沉降检测构件间相互沿垂线方向自由滑动，埋设于填筑体中的浅层沉降检测构件与连接管随填筑体土体的沉降产生同步的位置变化，将测量器具或测量介质引入由浅层沉降检测构件和连接管形成的测量通道内，量测浅层沉降检测构件的位置变化，再通过量测位于表层处的连接管上端的高程，即可确定各检测层的沉降量。
2.人工填筑体及其地基沉降的观测方法，其特征是在人工填筑体中需要进行沉降观测的位置，沿同一垂线在地基处设置由深部沉降检测构件和柔性支护装置构成的深部沉降检测装置、在人工填筑体中设置由带有中空管状结构的浅层沉降检测构件和连接管组成的浅层沉降检测装置，其中的深部沉降检测构件为在一底板上垂直固定直测杆的结构，深部沉降检测构件的底板放置于地基处所开的孔中，柔性支护装置套于深部沉降检测构件外，柔性支护装置中的护管上端配合于与其相邻的浅层沉降检测构件的下端，在最靠近填筑体表层的浅层沉降检测构件的上端设置与其连接配合的连接管，且这根连接管的上端至少与填筑体表层平齐，各连接管与浅层沉降检测构件之间的配合应可使连接管与浅层沉降检测构件间相互沿垂线方向自由滑动，设置于地基内的深部检测构件可随地基的运动产生同步的沉降，埋设于填筑体中的浅层沉降检测构件与连接管随填筑体土体的沉降产生同步的位置变化，将测量器具或测量介质引入由沉降检测构件和连接管形成的测量通道内，量测位于深部沉降检测构件的测量杆上端可得到地基的沉降变化情况，量测浅层沉降检测构件的位置变化，再通过量测位于表层处的连接管上端的高程，可确定地基与各检测层的沉降量。
3.用于实现权利要求2所述的人工填筑体及其地基沉降观测方法的深部沉降检测装置，其特征是深部沉降检测装置由深部沉降检测构件和柔性支护装置构成，其中的深部沉降检测构件是在一底板上垂直固定直测杆，整个构件呈一T型截面的构件，本发明的柔性支护装置由护管和充填于护管与孔壁间的柔性填充材料组成，其中的护管为柔性材料制成的直管，柔性填充材料为沙。
4.用于实现权利要求2所述的人工填筑体及其地基沉降观测方法的深部沉降检测装置，其特征是深部沉降检测装置由深部沉降检测构件和柔性支护装置构成，其中的深部沉降检测构件为一底板上垂直固定直测杆，在直测杆的上端部固定有一个杯状物，底板的面积至少等于杯状物的横截面积，杯状物的下底与直测杆的上端部固定，杯状物的内壁上固定有设置测量器具的装置或可与测量介质相作用的装置，杯状物的外径应当与其相配合的浅层沉降检测构件中空管的内径相配合，以使两者配合时杯状物可相对浅层沉降检测构件做垂直滑动位移，本发明的柔性支护装置由护管和充填于护管与孔壁间的柔性填充材料组成，其中的护管为柔性材料制成的直管，柔性填充材料为沙。
5.根据权利要求3或4所述的人工填筑体及其地基沉降观测方法的深部沉降检测装置，其特征在于沉降检测构件的直测杆由至少两段相互分离的其端部各带有螺纹的直杆和用于将两段直杆联接的带有内螺纹的管箍组成。
6.根据权利要求3或4所述的人工填筑体及其地基沉降观测方法的深部沉降检测装置柔性支护装置，其特征是柔性支护装置的护管采用PVC材料制成。
7.用于实现权利要求1或2所述的人工填筑体沉降观测方法的浅层沉降检测装置，其特征是该装置由浅层沉降检测构件与连接管构成，其中浅层沉降检测构件由一段直管、设置于直管内的固定测量器具的装置或可与测量介质相作用的装置，以及在直管外壁上固定的刚性平板构成，浅层沉降检测构件上的平板板面与直管的轴线垂直，且平板的板面面积等于或大于直管横截面积的2倍，直管的长度至少等于被检测层理论最大沉降量与平板厚度之和；连接管为直管，管长度等于被检测层厚度减去被检测层理论最大沉降量的差再减去至少3厘米的差；且连接管的管径与浅层沉降检测构件的直管管径间有可保证连接管与浅层沉降检测构件配合连接后两者可沿连接管轴向相互自由滑动的间隙。
8.根据权利要求7所述的浅层沉降检测装置，其特征在于浅层沉降检测构件上的平板固定于直管长度的二分之一至距直管的一个管端间的距离为被检测层最大沉降量的二分之一处间的任一位置，在直管的两管端外壁上固定有密封圈，并能使密封圈的外径能与连接管的内径相配合，以使直管管端插入连接管后两者可以沿管轴向相互自由滑动。
9.根据权利要求7或8所述的任一浅层沉降检测装置，其特征在于其特征在于浅层沉降检测构件的直管内设置有用于勾挂测量尺测头部分的凸台。
10.根据权利要求7或8所述的任一浅层沉降检测装置，其特征在于浅层沉降检测构件的直管内设置有固定测杆的装置。
11.根据权利要求7或8所述的任一浅层沉降检测装置，其特征在于浅层沉降检测构件的直管内设置有固定测量绳一端的装置，测量绳的另一端绕过固定于地面的定滑轮后固定有重锤，在测绳上设有位置指示机构。
12.根据权利要求7或8所述的任一浅层沉降检测装置，其特征在于浅层沉降检测构件的直管中设置有可反射激光的反射物。
13.实现权利要求1所述的观测方法时埋设浅层沉降检测装置的方法，其特征在于先在地基需设置观测装置的位置向下开一深度至设计要求放置浅层沉降检测构件的深度、直径略大于浅层沉降检测构件平板直径的孔洞，孔底找平，再在孔洞底部向下开挖一深度稍大于的浅层沉降检测构件的直管长度、直径略大于浅层沉降检测构件直管外径的孔洞，将浅层沉降检测构件在开好的孔洞内安放平稳，并使浅层沉降检测构件的平板位于所开孔洞的台阶上。在浅层沉降检测构件直管上端盖上管帽，然后回填原土至地基表面并夯实，再按设计施工要求填第一检测层，填筑好第一检测层的人工填筑体后，在第一检测层表面沿检测垂线向下挖一深度至管帽、直径略大于连接管的孔，经孔洞中取出管帽，再在孔中置入连接管并使连接管的下端与埋设于地基内的浅层沉降检测构件的上端套接配合，在连接管上端加盖管帽，再将连接管周围的空隙回填密实，连接管上口以上部分土体扩孔至直径稍大于浅层沉降检测构件的平板外径，取出管帽，将第一级浅层沉降检测构件置入空洞内，使浅层沉降检测构件上的平板置于孔洞上缘的台阶平面上，然后在第一级浅层沉降检测构件的直管的上端盖上管帽以防止填料进入直管，之后在浅层沉降检测构件上覆土填埋，按填筑体要求正常施工至第一检测层的填筑体的设计高度，再填入第二检测层的填筑体至设计高度，然后沿检测垂线向下挖直径稍大于连接管外径的孔至管帽处，取出管帽，将第一连接管置入孔中并使连接管的下端与第一级浅层沉降检测构件的上端套接配合，在第一连接管上端加盖管帽，再将连接管周围的空隙回填密实，连接管上口以上部分土体扩孔至直径稍大于浅层沉降检测构件的平板外径，取出管帽，将第二级浅层沉降检测构件置入空洞内，使第二浅层沉降检测构件上的直管下端与第一连接管的上端相配合，第二沉降检测构件的平板置于孔洞上缘的台阶平面上，然后在第二级浅层沉降检测构件的直管的上端盖上管帽以防止填料进入直管，之后在浅层沉降检测构件上覆土填埋；重复以上作业，将各级浅层沉降检测构件和连接管分别埋设在预定位置，并使配合于末级浅层沉降检测构件上端的末级连接管上管端至少与填层表层平齐，整个施工中保持浅层沉降检测构件的直管和连接管的轴线与水平面垂直，各浅层沉降检测构件直管的管端与连接管间的配合深度由工艺决定，并应保证使浅层沉降检测构件上的平板与连接管的管端留有不小于相应回填层理论最大沉降量二分之一的间隙，在埋设过程中用全站仪跟踪定位，检测器具随浅层沉降检测构件和连接管接入并顺接至地表。
14.实现权利要求2所述的观测方法时埋设深部检测构件和浅层沉降检测装置的方法，其特征在于填筑前先在地基上向下开一深度至设计要求、直径略大于浅层沉降检测构件平板直径的孔洞，再在孔洞底部向下开挖一深度稍大于的设计设置深部沉降检测装置浓度、直径略大于深部检测装置构件中直径最大的直径的孔洞，在孔洞底部充入砂找平，将深部沉降检测构件的底板放置在孔洞底的砂上，再将护管套于深部检测构件外，在深部沉降检测构件的底板上设置用于重力补偿的配重体，在护管上端盖上管帽，将护管的外壁与孔洞的内壁间用柔性材料充填，取出管帽，将一个浅层沉降检测构件的下端置入孔洞内，使该浅层沉降检测构件的直管下端与护管上端相配合，浅层沉降检测构件的平板位于地基扩孔形成的台阶上，然后在浅层沉降检测构件的直管的上端盖上管帽以防止填土进入直管，在浅层沉降检测构件上回填原土至地基表面，在地基上按填筑体正常施工要求填筑第一检测层至设计高度，并按施工要求夯实填土，在第一检测层表面沿检测垂线向下开挖深度至管帽处、直径略大于连接管外径的孔洞，将一连接管置入孔洞中，并使该连接管的下端与浅层沉降检测构件的上端相配合，在连接管上端盖上管帽，再将连接管周围的空隙回填密实，连接管上口以上部分土体扩孔至直径稍大于浅层沉降检测构件的平板外径，取出连接管上端的管帽，将第一级浅层沉降检测构件置入空洞内，使第一级浅层沉降检测构件上的直管下端与连接管的上端相配合，第一级沉降检测构件的平板置于孔洞上缘的台阶平面上，然后在第一级浅层沉降检测构件的直管的上端盖上管帽以防止填料进入直管，之后在浅层沉降检测构件上覆土填埋，并按设工要求夯实填土，再填入第二检测层的填筑体至设计高度，然后沿检测垂线向下挖直径稍大于连接管外径的孔至管帽处，取出管帽，将第一连接管置入孔中并使连接管的下端与第一级浅层沉降检测构件的上端套接配合，在第一连接管上端加盖管帽，再将第一连接管周围的空隙回填密实，第一连接管上口以上部分土体扩孔至直径稍大于浅层沉降检测构件的平板外径，取出管帽，将第二级浅层沉降检测构件置入空洞内，使第二级浅层沉降检测构件上的直管下端与第一连接管的上端相配合，第二级沉降检测构件的平板置于孔洞上缘的台阶平面上，然后在第二级浅层沉降检测构件的直管的上端盖上管帽以防止填料进入直管，之后在浅层沉降检测构件上覆土填埋；重复以上作业，将各级浅层沉降检测构件和连接管分别埋设在预定位置，并使配合于末级浅层沉降检测构件上端的末级连接管上管端至少与填层表层平齐，整个施工中保持浅层沉降检测构件的直管和连接管的轴线与水平面垂直，各浅层沉降检测构件直管的管端与连接管间的配合深度由工艺决定，并应保证使浅层沉降检测构件上的平板与连接管的管端留有不小于相应回填层理论最大沉降量二分之一的间隙，在埋设过程中用全站仪跟踪定位，检测器具随深部沉降检测装置、浅层沉降检测构件和连接管接入并顺接至地表。
15.在已完成的人工填筑体内实现权利要求2所述的观测方法时埋设深部检测构件和浅层沉降检测装置的方法，其特征在于先在人工填筑体上开挖深度等于浅层沉降检测构件设置深度、直径略大于浅层沉降检测构件平板直径的孔，再在孔底开挖直径稍大于深部沉降检测装置构件中直径最大的直径的孔洞，孔洞底部充入砂找平，将深部沉降检测构件的底板放置在孔洞底的砂上，再将深部检测构件套于柔性支护装置内，柔性支护装置的上端处于最上一层填筑体所开的孔台阶附近，在深部沉降检测构件的底板上设置用于重力补偿的配重体，在柔性支护装置上端盖上管帽，再在护管的外壁与孔洞的内壁间用柔性材料填实，将浅层沉降检测构件置入孔洞中，护管的上端与浅层沉降检测构件的直管下端相配合，浅层沉降检测构件上的平板位于开孔形成的台阶平面上，在浅层沉降检测构件上端管口盖上管帽，再将浅层沉降检测构件进行回填至填筑体原始高度并夯实，并使配合于末级浅层沉降检测构件上端的末级连接管上管端至少与填层表层平齐，整个施工中保持深部沉降检测装置、浅层沉降检测构件以及连接管的轴线与水平面垂直，浅层沉降检测构件直管管端与护管间的配合深度由工艺决定，并应保证使浅层沉降检测构件上的平板与柔性支护装置间留有不小于相应回填层理论最大沉降量的间隙，在埋设过程中用全站仪跟踪定位，检测器具随深部沉降检测构件、浅层沉降检测构件和连接管接入并顺接至地表。
16.与权利要求3至12所述的装置配合使用的测尺，其特征是在一钢卷尺的尺端设置一T型的测头，T形测头的横端上表面和下表面为测量基准面。
全文摘要
本发明公开用于检测人工填筑体及其地基沉降的方法、这种方法所使用的装置以及这种装置的设置方法。本发明的方法是在人工填筑体中需要进行沉降观测的位置沿同一垂线在各检测层中埋设由带有中空管状结构深部沉降检测装置和浅层沉降检测装置，将测量器具或测量介质引入由浅层沉降检测构件和连接管形成的测量通道内，量测浅层沉降检测构件的位置变化，再通过量测位于表层处的连接管上端的高程，即可确定各检测层的沉降量。
文档编号E01C3/00GK101016733SQ20071001728
公开日2007年8月15日 申请日期2007年1月8日 优先权日2007年1月8日
发明者楚华栋, 熊治文, 王小军, 达益正, 薛春晓, 杨晓明, 方建生, 郑静, 屈耀辉, 杨印海, 杨永鹏 申请人:中铁西北科学研究院有限公司