路桥沉降差实时监测系统及其方法
【专利摘要】本发明公开了一种路桥沉降差实时监测系统，主要由连通管系统和静力水准数据实时采集装置组成，连通管系统包括桥梁端液位计、路基端液位计及其相互连通的连通管，静力水准数据实时采集装置连接液位。据此，利用连通管原理和液位计对路桥沉降差进行实时监测，推导得到了路桥沉降差的科学计算公式式，并利用液位计传感器和远程采集系统建立了相应的路桥沉降差实时监测方法。将本发明应用于桥梁健康监测领域，可实现高精度、自动化、实时动态地测量桥头路基与桥梁的沉降差，为桥头沉降差的研究提供基础数据。
【专利说明】
路桥沉降差实时监测系统及其方法
技术领域
[0001] 本发明属于桥梁监测技术领域，尤其设及一种路桥沉降差实时监测系统及其方 法。
【背景技术】
[0002] 桥头跳车是目前我国公路质量通病之一，它是指在桥梁与路基交界处由于桥台与 路堤沉降不一致，而导致桥头处出现错台，致使车辆行驶在运一位置时，产生颠鑛、跳跃的 现象。特别是近年来随着我国高等级公路的迅速发展，行车速度不断提高，交通密度不断增 加，荷载不断加重，桥头跳车现象尤为普遍，高等级公路对路桥过渡段的要求也越来越高。 桥头跳车不仅严重影响行车的速度、安全、舒适，同时也会对汽车产生危害，降低车辆使用 寿命，而且由于产生过大的冲击荷载，会对桥涵结构造成危害，影响其正常工作性能，并且 对桥涵与路面连接处造成频繁破坏。因此，综合分析和讨论桥头跳车问题，提出防治桥头跳 车处理措施，对我国公路建设有着重大的理论和现实意义。国内外众多学者都对运个问题 进行了大量理论与试验研究，认为引起桥头跳车的主要原因之一是桥梁的沉降与桥头路基 的沉降不一致。一般地，路基是由填±构成的，在路面车辆荷载的反复作用下，其沉降量通 常要比桥梁的沉降量大很多，运时在桥头路基与桥梁的交接处，就会产生一个沉降差，进而 引起桥头跳车。对路与桥沉降差进行实时监测，获得沉降差的发展规律，是研究桥头跳车产 生的原因 W及如何提出处理措施的基础工作。从工程应用现状来看，目前还缺乏有效的路 桥沉降差实时监测的技术手段。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题是提供一种安装方便、精度较高的路桥沉降差实时监测 系统及其方法，W实现对路桥沉降差的实时监测。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用W下技术方案：
[0005] 路桥沉降差实时监测系统，主要由连通管系统和远程采集箱组成，连通管系统包 括桥梁端液位计、路基端液位计及其相互连通的连通管，远程采集箱连接液位计。
[0006] 连通管系统中灌注防冻液，连通管为PVC纤维增强软网管，静力水准数据实时采集 装置通过数据传输线连接液位计。
[0007] 液位计具有安装支架，安装支架由调节螺杆、固定螺栓、固定钢板和调节螺母组 成。
[000引路桥沉降差实时监测方法，包括W下步骤：
[0009] (1)在桥梁靠近梁端的主梁上安装桥梁端液位计，通过调节螺母将液位计安装调 节水平；
[0010] (2)在路桥交界处的路基上安装路基端液位计，通过调节螺母将液位计安装调节 水平；
[0011] (3)利用PVC纤维增强软网管及Ξ通连接桥梁端液位计、路基端液位计组成连通管 系统；
[0012] (4)利用4忍电缆线将桥梁端液位计、路基端液位计的数据线连接至远程采集箱；
[0013] (5)利用压力累往连通管系统中灌注防冻液；
[0014] (6)测量灌注完成后的桥梁端液位计、路基端液位计的传感器初始读数；
[0015] (7)在后期监测过程中，利用远程采集箱实时测量桥梁端液位计、路基端液位计的 传感器读数，采用公式计算出路桥沉降差，公式为：
[0016] 路桥沉降差=(桥梁端液位计传感器初始读数-路基端液位计传感器初始读数)- (桥梁端液位计传感器实时读数-路基端液位计传感器实时读数）。
[0017] 路基端液位计安装高程与桥梁端液位计安装高程相对偏差不超过± 10mm。
[0018] 桥梁端液位计设为1个、路基端液位计设为3个，分别为液位计A、B、C、D，其传感器 初始读数记为113、山山。山，其传感器实时读数记为11/3、1^心。山<1，则路桥沉降差公式为：
[0019] Δ hi=化a-hb)-化'a-h'b) (1)
[0020] Ah2=(ha-hc)-(hVh'c) (2)
[0021] Ah3=化 a-hd)-(h'a-h'd) (3)。
[0022] 步骤(5)按W下操作进行:打开液位计通气孔，利用网管连接连通管系统与压力累 进行加压灌注，直至液位计的液位达到液位计量程的一半位置。
[0023] 针对路桥沉降研究当中缺乏沉降差监测数据的问题，发明人利用连通管液位平衡 原理，设计研制了一种路桥沉降差实时监测系统，主要由连通管系统和静力水准数据实时 采集装置组成，连通管系统包括桥梁端液位计、路基端液位计及其相互连通的连通管，静力 水准数据实时采集装置连接液位计和拉线式位移传感器。据此，利用连通管原理和液位计 对路桥沉降差进行实时监测，推导得到了路桥沉降差的科学计算公式式（1)~(3))，并利用 液位计传感器和远程采集系统建立了相应的路桥沉降差实时监测方法。该方法自动化程度 高，不用人为干预，降低了人的劳动强度，监测结果精度可达到0.1mm的级别。其中，连通系 统采用防冻液作为连通液体，可满足在负溫情况下工作，全天候实时了解路桥沉降差情况。 同时，可根据各类桥梁结构特点，调整各监测点的安装位置或增减测点，实现监测点自由组 网。将本发明应用于桥梁健康监测领域，可实现高精度、自动化、实时动态地测量桥头路基 与桥梁的沉降差，为桥头沉降差的研究提供基础数据。
【附图说明】
[0024] 图1是路桥沉降差实时监测系统组成示意图。
[0025] 图2是路液位计安装底座示意图。
[0026] 图3是实施例1的路桥沉降差计算示意图。
[0027] 图中：1路基，2桥梁，3液位计，4安装支架，5连通管，6数据传输线，7远程采集箱，8 桥台，9调节螺杆，10固定螺栓，11固定钢板，12调节螺母。
【具体实施方式】
[0028] 如图1和图2所示，本发明的监测系统主要由连通管系统和静力水准数据实时采集 装置组成，连通管系统包括桥梁端液位计、路基端液位计及其相互连通的连通管，静力水准 数据实时采集装置7通过数据传输线6连接液位计。连通管5为PVC纤维增强软网管，连通管 系统中灌注防冻液;液位计3具有安装支架4,安装支架由调节螺杆9、固定螺栓10、固定钢板 11和调节螺母12组成，Ξ根调节螺杆和调节螺母可调节液位计安装高度及调节水平，调节 范围50cm~100cm。该监测系统可根据各类桥梁结构特点，调整各监测点的安装位置或增减 测点，实现监测点自由组网。W下通过实例进一步说明本发明如何实施，其中桥梁端液位计 设为1个、路基端液位计设为3个。
[0029] 实施例1(如图3所示）
[0030] (1)选用量程Η的液位计，利用安装支架在桥梁2靠近梁端20cm的主梁上安装桥梁 端液位计A，通过调节螺母将液位计安装调节水平，安装高程为化；
[0031] (2)在距路桥交界处50(3111、150(3111、220畑1的路基1上安装路基端液位计8、(：、0，通过 调节螺母将液位计安装调节水平，安装高程调节为化、He、Hd，冊、化、Hd与化相对偏差不超 过 ± 10mm;
[0032] (3)利用PVC纤维增强软网管及Ξ通连接桥梁端液位计A、路基端液位计B、C、D组成 连通管系统；
[0033] (4)利用4忍电缆线将桥梁端液位计A、路基端液位计B、C、D的数据线连接至远程采 集箱；
[0034] (5)利用压力累往连通管系统中灌注防冻液;打开液位计A、B、C、D通气孔，利用网 管连接连通管系统与压力累进行加压灌注(防连通管中出现气泡，避免出现因连通管气泡 影响连通液体平衡流动而导致系统失真的情况），直至液位计A、B、C、D的液位达到液位计量 程的一半位置，即液位计测量读数达到H/2。
[0035] (6)测量灌注完成后的桥梁端液位计A、路基端液位计B、C、D的传感器初始读数记 ^haNhbNhcNhd ；
[0036] (7)在后期监测过程中，利用远程采集箱实时测量桥梁端液位计A、路基端液位计 B、C、D的传感器读数，记为l·/ a、h\、h/。山/ d，采用公式计算出路桥沉降差，公式为：
[0037] Ahi=化a-hb)-化'a-h'b) (1)
[003引 Ah2=Aa-hc)-A'a-h'c) (2)
[0039] Ah3=(ha-hd)-化 Vh'd) (3)
[0040] 式中Δhl、Ah2、Ah3分别表示B、C、DΞ个测点位置处路基与桥梁的沉降差，正号表示 路基沉降大于桥梁沉降，负号表示路基沉降小于桥梁沉降，沉降差最大量程可达到Η。
[0041] 实施例1测试结果见表1。
[00创表1实施例1测试结果
[0043]
【主权项】
1. 一种路桥沉降差实时监测系统，其特征在于主要由连通管系统和远程采集箱组成， 连通管系统包括桥梁端液位计、路基端液位计及其相互连通的连通管，远程采集箱连接液 位计。2. 根据权利要求1所述的路桥沉降差实时监测系统，其特征在于:所述连通管系统中灌 注防冻液，所述连通管为PVC纤维增强软网管，所述远程采集箱通过数据传输线连接液位 计。3. 根据权利要求1所述的路桥沉降差实时监测系统，其特征在于:所述液位计具有安装 支架，安装支架由调节螺杆、固定螺栓、固定钢板和调节螺母组成。4. 一种路桥沉降差实时监测方法，其特征在于包括以下步骤： (1) 在桥梁靠近梁端的主梁上安装桥梁端液位计，通过调节螺母将液位计安装调节水 平； (2) 在路桥交界处的路基上安装路基端液位计，通过调节螺母将液位计安装调节水平； (3) 利用PVC纤维增强软网管及三通连接桥梁端液位计、路基端液位计组成连通管系 统； (4) 利用4芯电缆线将桥梁端液位计、路基端液位计的数据线连接至远程采集箱； (5) 利用压力栗往连通管系统中灌注防冻液； (6) 测量灌注完成后的桥梁端液位计、路基端液位计的传感器初始读数； (7) 在后期监测过程中，利用远程采集箱实时测量桥梁端液位计、路基端液位计的传感 器读数，采用公式计算出路桥沉降差，公式为： 路桥沉降差=(桥梁端液位计传感器初始读数-路基端液位计传感器初始读数)_(桥梁 端液位计传感器实时读数-路基端液位计传感器实时读数）。5. 根据权利要求1所述的路桥沉降差实时监测方法，其特征在于:所述路基端液位计安 装高程与桥梁端液位计安装高程相对偏差不超过± l〇mm。6. 根据权利要求1所述的路桥沉降差实时监测方法，其特征在于:所述桥梁端液位计设 为1个、路基端液位计设为3个，分别为液位计A、B、C、D，其传感器初始读数记为h a、hb、hc、hd， 其传感器实时读数记为M a、!/ b、!/d，则路桥沉降差公式为： A hi= (ha-hb)-(h/a-h7 b) (1) Δ h2= (ha_hc)_(h/ c) (2) A h3= (ha-hd)-(h/ a-h7 d) (3)〇7. 根据权利要求1所述的路桥沉降差实时监测方法，其特征在于步骤(5)按以下操作进 行:打开液位计通气孔，利用网管连接连通管系统与压力栗进行加压灌注，直至液位计的液 位达到液位计量程的一半位置。
【文档编号】G01C5/04GK106066171SQ201610526520
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年7月5日
【发明人】关敬文, 李丽琳, 肖桂元, 杜海龙, 苏湘华, 李彩霞, 吴刚刚
【申请人】广西路桥工程集团有限公司, 广西交通科学研究院