一种沉降监测装置的制作方法

本发明专利涉及一种路基施工监测领域，特别涉及一种沉降监测装置。

背景技术：

《软土路堤设计与施工规范》中要求：高速和一级公路工后沉降应小于15cm，二级公路工后沉降应小于30cm，三级公路工后沉降应小于50cm。为了确定工后沉降，道路施工中一般会埋设路基沉降板，来进行施工监测。

现有技术中应用最多的沉降监测装置如图1所示，包括沉降板1、加劲肋2、沉降管3、管箍4，路基沉降时，沉降板1和沉降管3会随着路基的沉降而沉降，因此只需要测定沉降管口的高程即可，此外，随着路基填土不断增加，沉降管3需要加高时，通过管箍4不断加高。申请人通过长期的实践，发现上述沉降监测装置中存在以下问题：

1.工程赶工期期间，填土速率较快，将沉降管3掩埋，再次监测时花费大量时间和人力寻找沉降管；

2.填土的不断增加，沉降管也需要不断的加高，沉降管在加高过程中，由于管顶螺纹连接的原因，往往会使得加高的沉降管是倾斜的，进而造成了监测的数据有误.

通过检索现有的专利文献与非专利文献，上述2个问题、尤其是第1个问题并未记载，也没有现成的技术来解决该问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种沉降监测装置及其安装方法，以便解决现有技术中接管复杂的问题，特别是被填土掩埋时不易接管的问题。

一种沉降监测装置，包括沉降板(1)、外管(3)、内管(4)、第一卡接装置(6)、控制构件(9-1)、第一连接构件(9-2)；外管固定在沉降板上；

内管(4)能够在外管(10)中拉伸，内管(4)与外管(10)能够通过第一卡接装置(6)固定；

控制构件设置在内管(4)的顶部区域，第一连接构件(9-2)分别与控制构件(9-1)和第一卡接装置(6)的第一卡接件(6-2)连接；控制构件(9-1)通过第一连接构件(9-2)能够控制第一卡接件(6-2)的卡合；

所述第一连接构件(9-2)采用绳或者索或者弹性杆。

进一步，内管(4)的顶部安装有杆顶紧固件(8)，杆顶紧固件(8)的设置有通孔(8-3)，控制构件(9-1)螺纹连接在通孔(8-3)中，旋转拉起控制构件(9-1)时通过第一连接构件(9-2)带动第一卡接装置(6)滑动，使得内管(4)能够自由滑动。

进一步，控制构件(9-1)设置在内管的侧壁，控制构件(9-1)包括旋转件(9-1-1)以及转动轴(9-1-2)；第一连接构件(9-2)缠绕在转动轴(9-1-2)上，通过转动旋转件(9-1-1)来控制第一连接构件(9-2)，进而控制卡接件；其中，所述转动轴的轴线方向(9-1-2)在与滑轮(4-2)的转轴方向垂直。

进一步，第一卡接装置(6)包括设置在内管(4)中的活动槽(4-3)，第一卡接件(6-2)以及与其连接的弹簧(6-1)设置在所述活动槽中，弹簧的一端(6-1)固定在活动槽中，在所述活动槽的表面设有孔，所述第一连接构件(9-2)穿过上述活动槽表面的孔与第一卡接件连接。

进一步，所述与第一卡接件(6-2)的对应的活动槽的正内侧(4-1)设置孔，在活动槽的正内侧(4-1)的背面固设有滑轮(4-2)，第一连接构件绕过滑轮(4-2)将第一卡接件(6-2)与控制构件(9-1)连接起来。

进一步，内管与外管之间还设置有第二卡接装置(12)，所述第二卡接装置(12)包括第二卡接件(12-2)、压缩弹簧、活动槽；第二卡接装置(12)的第二卡接件(12-2)的下表面设置有斜面；第二连接构件(13)包括中空的竖向的钢管(13-1)、水平的钢管(13-2)、以及斜块(13-3)；第二连接构件(13)在向上运动时：斜块(13-3)与第二卡接件的下表面的斜面配合，使得第二卡接件(12-2)从外管的卡孔中抽出，斜块(13-2)所对应的活动槽设置开口，以便斜块在上升时能与第二卡接件的斜面配合使用；

在第一卡接装置(6)的活动槽以及第二连接构件(13)的管壁上均设置开口，第一连接构件(9-2)通过上述开口进入第二连接构件(13)的竖向的钢管(13-1)内部，控制构件(9-1)设置在第二连接构件的顶部。

进一步，外管(3)上设置有与第一卡接件(6-2)和第二卡接件相配合的卡孔，第一卡接件(6-2)以及第二卡接件突出于卡孔，且在卡孔的外侧设置卡接外套(3-1)；或者内管的第一卡接件(6-2)和第二卡接件插入外管的管壁内部。

进一步，外管及其固定在外管中的内管构成一层监测管；在下一层监测管的内管顶部上部固定上一层监测管；上一层的监测管的外管通过螺纹与下一层的监测管的内管连接，上一层的监测管的外管伸出上一层的监测管的内管下面一段距离，以便下一层的监测管的内管能够旋入上一层的监测管的外管内部。

采用上述技术方案，与现有技术相比，优点在于：第一，发现并解决了沉降管被填土掩埋时如何加管的问题；第二，采用柔性的连接构件与控制构件控制内管提升，能够实现拉伸控制构件来将卡接件拉开的方案；第三，设计了2套卡接件(两者是协同工作)，使得内管在拉伸时更加方便、而且可以到达合适的卡孔；第四，针对高填土路基，采用现有技术类似的方式，“内管+外管”层接设计。

附图说明：

图1：现有技术的沉降板结构图；

图1中附图标记表示：沉降板1、加劲肋2、沉降管3、管箍4

图2：对比例1的沉降板结构图；

图3：对比例1的转动盘5的结构细图；

图2-3中附图标记表示：沉降板1、加劲肋2、外管3、内管4、转动盘5；

图4：实施例一的沉降装置结构图；

图5：实施例一的a点细节图；

图6：实施例一的连接构件与控制构件的连接结构图；

图7：实施例一的沉降装置的使用图；

图8：实施例二的内管与外管的卡接装置结构图；

图9：实施例三的连接构件与控制构件的连接结构图；

图10a：实施例四的连接构件与控制构件的连接结构图；

图10b：实施例四的b-b截面图；

图11：实施例五的内管设计图；

图12：c-c截面图(卡接件未示出)；

图13：实施例五的沉降装置的使用图；

图14：实施例五的斜块与第二卡接件细部图；

图15：实施例六的上、下管材连接图；

图4-15中：1沉降板，1-1加强钉，2加劲肋，3外管，4内管，4-1活动槽的正内侧，4-2滑轮，4-3活动槽，6第一卡接装置，6-1压缩弹簧，6-2第一卡接件，7卡孔，8杆顶紧固件，9-1控制构件，9-1-1旋转件，9-2第一连接构件，10外管，11限位槽，12第二卡接装置，12-2第二卡接件，13第二连接构件，竖向的钢管13-1，水平的钢管13-2，斜块13-3。

具体实施方式

对比例1：如图2-3所示，沉降监测装置，包括沉降板(1)、沉降管；沉降管由外管(3)、内管(4)、内管(4)的顶部设置的转动盘(5)组成，转动盘(5)包括中心板和在中心板周向均布的突出于中心板的转动杆，内管(4)与外管(3)采用螺纹连接，转动盘(5)的上表面为观测立尺的放置部位；随着填土的增加，当需要加高沉降管时，通过旋转转动盘来使得内管从外管中伸出。当施工单位填土过快，沉降管被埋，通过挖掘找到转动盘后，只需要旋转转动盘，使得内管带动转动盘升高。内管预设在外管中，免去了管箍连接时上、下沉降管可能不处于同一轴线上的问头，使得内管-外管始终处于同一轴线上。在升高转动盘时只需要转动即可。

内、外管的设计用于沉降板装置，着重解决的是沉降管始终保持在同一轴线上，提高监测数据的有效性。虽然转动盘转动能够方便，但是旋转速度太慢。

实施例1：如图4所示，一种沉降监测装置，包括沉降板(1)、外管(3)、内管(4)、第一卡接装置(6)、控制构件(9-1)、第一连接构件(9-2)；

内管(4)能够在外管(10)中拉伸，内管(4)与外管(10)能够通过第一卡接装置(6)固定；

控制构件设置在内管(4)的顶部区域，第一连接构件(9-2)分别与控制构件(9-1)和第一卡接装置(6)的第一卡接件(6-2)连接；

其中，内管(4)的顶部安装有杆顶紧固件(8)，杆顶紧固件(8)的设置有通孔(8-3)，控制构件(9-1)螺纹连接在通孔(8-3)中，旋转拉起控制构件(9-1)时通过第一连接构件(9-2)带动第一卡接装置(6)滑动，使得内管(4)能够自由滑动；

如图6所示，其中，第一卡接装置(6)包括设置在内管(4)中的活动槽(4-3)，第一卡接件(6-2)以及与其连接的弹簧(6-1)设置在所述活动槽中，弹簧的一端(6-1)固定在活动槽中，优选的，固定在与第一卡接件(6-2)的对应的活动槽的正内侧(4-1)，在所述活动槽的表面设有孔，卡接件固定连接有第一连接构件(9-2)，所述第一连接构件(9-2)采用绳(如钢丝)或者索或者弹性杆(如弹簧)，所述第一连接构件(9-2)穿过上述活动槽表面的孔；

如图6所示，其中，外管(3)上设置有与第一卡接件(6-2)相配合的卡孔，需要注意的是：第一卡接件(6-2)突出于卡孔，且在卡孔的外侧设置卡接外套(3-1)，卡接外套(3-1)用于包括卡孔，以避免土体从卡孔中进入外管内部、或者堵塞卡孔；

如图7所示：实施例一的沉降装置在使用时，包括以下步骤：

第一，路基土工织物(土工格栅或土工布)铺设完成后，将沉降监测装置置于土工织物表面；

第二，优选的，内管的管口高于外管管口；将标尺置于内管管口处，获取内管管口首次高程；

第三，按照监测频率进行量测内管管口高程；

第四，在填土接近内管管口或者填土已经将内管管口埋设后，提升内管：拉起控制按钮、第一卡接件从外管的卡孔中抽出，然后抓升内管，内管抽起后，放开控制按钮；

第五：重新固定内管：内管抓升直至内管的第一卡接装置插入外管的卡孔。

实施例2：如图8所示，与实施例1的不同之处在于：外管的管壁加厚，内管的第一卡接件(6-2)插入外管的管壁内部；实施例2的设计思路在于：外管设置卡接外套，在沉降装置下降时，卡接外套会提高外管和填土之间的拱效应，可能使得沉降装置测量的沉降偏小；并且，外管管壁没有突起物，也进一步降低了与施工机械发生碰撞的可能性。需要说明的是：实施例1和2在制作外管的卡孔时，外管的结构除了一体成型外；还可以采用打穿孔的形式，然后在孔外粘贴卡接外套(实施例1)，或者在孔内粘贴闭孔套(实施例2)的方式来成型，这种方式更适合于施工单位自制。

对比例2：实施例1的内管较外管的管径小，外管与沉降板固定在一起，提升时提升内管；发明人在改进对比例1的方案上，提出了与实施例1平行的方案：内管与沉降板固定在一起，提升时提升外管，量测时以外管的管口高程为准，控制按钮设置在外管的顶部。对比例2的方案与实施例1的不同之处在于：实施例1是提升内管，而对比例2是提升外管。对比例2的方案较实施例1更容易制作，并且在不填土的情况下，外管的管径更大，手更容易接触，所以提升起来更加容易。但是，在外管接触填土的情况下，特别是填土将外管管口埋设的情况下，情况完全相反，外管提升难度相当大，其提升过程的力学原理实质上就是“拔桩”。

如图9所示为实施例3：控制构件(9-1)设置在内管的侧壁，在活动槽的正内侧(4-1)的背面固设有滑轮(4-2)，第一连接构件(9-2)采用柔性的绳/索时，连接构件绕过滑轮(4-2)将第一卡接件(6-2)与控制构件(9-1)连接起来。

如图10a、10b所示，实施例4是在实施例3的基础上修改的，控制构件运动的方式改为旋转方式；控制构件(9-1)包括旋转件(9-1-1)以及转动轴(9-1-2)；第一连接构件(9-2)缠绕在转动轴(9-1-2)上，通过转动旋转件(9-1-1)来控制第一连接构件(9-2)，进而控制卡接件。其中，所述转动轴的轴线方向(9-1-2)在与滑轮(4-2)的转轴方向垂直。

实施例1中的技术方案，在发生路基填土将其掩埋的情况后，其仍然需要人工进行挖掘，相比而言，优势在于：1)控制构件可以采用15-20cm的杆状，方便确定装置的方位；2)在填土将装置掩埋的情况下，免去了在填土下方(路基填土已经经过碾压，再次挖掘对于此处的施工质量不利)接管的繁琐；3)挖掘深度不需要太深，因为在拉起控制构件时，内外管卡接装置相分离，此时继续拉起控制构件，控制构件通过连接构件(绳索)作用于内管固接的活动槽，使得内管能够直接拉起，即只需要通过向上拉控制构件就可以拉起内管。

但是，其在实际过程中，实施例1中的连接构件采用柔性的绳索，通过拉-控制构件，来提升内管时，虽然可以拉起内管，但是:第一，在拉起内管时，实际上利用的是绳索-(滑轮)-活动槽的作用力，绳索存在摩擦，存在损坏的隐患；第二，由于外管卡接孔预先设置，在填土将其掩埋的情况下，若掩埋较深，一直通过控制构件(控制构件采用50cm杆状)拉内管时，有可能出现内管从外管抽出的可能性。

如图11-13所示，实施例5：内管与外管之间还设置有第二卡接装置(12)，其包括第二卡接件(12-2)、压缩弹簧、活动槽(4-3)；第二卡接装置(12)的第二卡接件(12-2)的下表面设置有斜面；第二连接构件(13)包括中空的竖向的钢管(13-1)、水平的钢管(13-2)、以及斜块(13-3)；第二连接构件(13)在向上运动时：斜块(13-3)与第二卡接件的下表面的斜面配合，使得第二卡接件(12-2)从外管的卡孔中抽出，相应的，斜块(13-2)所对应的活动槽(4-3)设置开口，以便斜块在上升时能与第二卡接件的斜面配合使用；

在内管与外管也设置有第一卡接装置(6)，第一卡接装置(6)、第一连接构件(9-2)、控制构件(9-1)；第一连接构件(9-2)也采用绳索，控制构件(9-1)通过第一连接构件(9-2)来控制第一卡接装置(6)的第一卡接件(6-2)的伸缩状态；在第一卡接装置(6)的活动槽以及第二连接构件(13)的管壁上设置开口，以便第一连接构件(9-2)通过上述开口进入第二连接构件(13)内部，控制构件(9-1)设置在第二连接构件的顶部。

实施例五采用“第一连接构件+第一卡接件”、“第二连接构件+第二卡接件”的双控制手段，其效果在于：由于施工速度较快，沉降监测装置被掩埋在土体下面，监测人员通过开挖找到第二连接构件(第二连接构件可设置成高于内管管顶30-50cm，以便于操作)，此时，通过“拉起第二连接构件+拉起控制构件”两个动作，第一卡接件和第二卡接件均压缩在内管和外管中，此时，可通过拉起第二连接构件带动内管上升，此时，放开控制构件，此时：由于第二连接构件一直处于拉起状态，斜块(13-3)与第二卡接件(12-2)配合，第二卡接件(12-2)一直处于收缩状态，此时通过第一卡接件也能够卡合内管和外管；若此时内管的高度仍然不符合要求，例如内管仍然在填土下侧或者稍高于填土，可拉起控制构件，然后拉起第一连接构件，使得内管继续增高，直到第一卡接件与下一个预设的外管的卡孔卡接；如上述操作方式，直到内管到达合适的位置，第一卡接件插入卡孔，放开第二连接构件，在重力作用下，第二连接构件下落，第二卡接件插入卡孔中；第二连接构件突出与内管的表面设置突出物，使得第二连接构件固定在内管上。

如图13所示：实施例五的沉降装置在使用时，包括以下步骤：

第一，路基土工织物(土工格栅或土工布)铺设完成后，将沉降监测装置置于土工织物表面；

第二，优选的，内管的管口高于外管管口；将标尺置于内管管口处，获取内管管口首次高程；

第三，按照监测频率进行量测内管管口高程；

第四，提升内管：拉起控制按钮、第一卡接件从外管的卡孔中抽出；抓升第二连接件，第二卡接件从外管的卡孔中抽出；直接拉升第二连接构件可提升内管；放开控制按钮，提升内管直至第一卡接件与外管的卡孔卡合。

在正常状态下，第二连接构件通过其表面的突出物放置在内管上，以避免其落下；或者在内管的下部区域固定一封盘，第二连接构件放置在其表面。

实施例5是在实施例1-4的基础上发展而来，由于第二连接构件高于内管的高度，并且第一连接构件穿在第二连接构件内部，通过两个连接构件的配合(不需要内管)即可控制内管的提升，即开挖时只需要开挖至第二连接构件即可。发明人在试验时，发现：柔性连接构件+刚性连接构件、柔性设置在刚性内部的方案是便捷和可行的；若采用双刚性连接构件，这两个连接构件是相互分离的，相当于在内管的表面设置2个第二连接构件，但是，如此的设计使得内管表面大部分被连接构件所占据，无法放置测量尺；若采用双柔性连接构件的方案，在内管中在设置一个管(与内管固定，否则在提升该管时无法提起内管)、柔性连接构件设置在该管中，这一设计实际上只是在内管延伸一段管而已。第一卡接件和第二卡接件对应的卡孔不在同一竖直轴线上。

实施例1-5而言，以内管管口为观测点，其初始距沉降板高度为h，内管的提升高度为h1(即内管在外管中的提升高度，对应于同一卡接件的最下面的卡孔至最上面的卡孔的距离)，路基沉降深度s，路基填土高度s1；对于沉降装置而言，h+h1>s+s1+0.3m(余量高度)，才能满足内管高程突出于填土表面，即实施例1-5的技术方案适用范围为h+h1>s+s1。此外，在实际测量过程中，h的高度需要考虑测量仪器高度，一般取为1.5m，h1的高度受限于外管的高度，一般为1.2m，由此计算可知：实施例1-5的适用范围在s+s1<2.4m的情况。

实施例6：为了能够应用于高填土情况，与现有技术的思路类似，采用叠加的方式来实现。在实施例5的第一层监测管的内管顶部上部固定第二层监测管：“外管+内管”，安装时，内管收缩在内管中，然后随着填土的增加，然后运用实施例5的方法，拉起内管；然后，在第二层监测管的内管顶部安装固定第三层监测管，以此类推，以便解决。本实施例的改进之处在于：上一层的外管通过螺纹与下一层的内管连接，上一层的外管伸出上一层的内管下面一段距离，以便下一层的内管能够旋入上一层的外管内部，且此段距离以保证上、下相接管材的稳定性为准。

此外，为了提高沉降板与地面的摩擦力，在沉降板的底部设置加强钉(1-1)或者加强槽等；外管(3)与沉降板之间间隔均匀设置4块或6块加劲肋(2)。

表1对比了各个方案的优缺点，而且表1中的列表的顺序也是发明人的技术方案研发演变的顺序：

表1各个方案的优缺点对比

以上已详细描述了本方面的较佳实施例，但应理解到，在阅读了本发明的上述讲授内容后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。这些等价形式同样落入本申请所附权利要求书的保护范围中。