一种防波堤护岸地基表层及分层沉降自动化监测装置的制作方法

1.本发明涉及岩土工程中地基土体表层及深部分层沉降监测技术领域，具体为一种防波堤护岸地基表层及分层沉降自动化监测装置。


背景技术：

2.在岩土工程施工过程中和运营期对地基土体沉降和深部土体的分层沉降监测是非常重要的，应用也非常普遍。在海上防波堤护岸施工过程中，通过监测地基沉降速率控制加载速率，保证施工过程安全，同时也为施工计量提供数据支持，根据沉降情况研究土层固结状况，判断工后沉降量，而验证理论计算的准确性，指导工程设计预留高度。
3.地基土体分层沉降监测通常采用电磁式分层沉降仪，根据电磁感应原理设计，采用测尺测量预埋沉降磁环深度，每次通过测量孔口标高根据磁环深度，换算为磁环标高变化，计算各土层沉降量。现有技术中的分层沉降仪大多用于陆上土层沉降的检测，该方法为人工监测，受人员、天气、周边环境影响，无法保证测量精度及监测频率。
4.目前，陆地上分层沉降自动化监测方法主要包括以下几种：
5.(1)位移计法：即在监测位置钻孔埋设多点位移计，各分层位置埋设锚固探头，当土层发生沉降时，通过传递杆传递到地表处位移计，测量各土层沉降量。该方法受限于钻孔大小，当同时监测点位太多时，需增加钻孔分别埋设；另外地表传感器位置还需进行标高测量。
6.(2)传统电磁式分层沉降仪的改进，将电磁式分层沉降仪加装电机及控制程序，是测量电缆定时在沉降管内收放，记录磁环深度。该方法同样未考虑沉降管本身沉降及弯曲变形带来的误差，需要测量沉降管管口标高，线缆易卡住，对周边环境要求高，不适用于水下环境。
7.(3)在本专利之前，专利“深水区土体分层沉降监测装置”(公开号：cn 204418149u)公开了一种深水区土体分层沉降监测装置，其原理是在身下打入一根基准桩，在基准桩内固定多个磁致位移传感器，每个位移传感器测杆上配置一个磁环，通过磁环的变化监测沉降量。该方法的前提是基准桩必须稳定，且该方法无法监测到地基表层的沉降，对于防波堤护岸的地基，泥面以上有厚层拋石或堆积砂袋，当这些荷载施加到基准桩桩顶时，基准桩势必会发生沉降，进而导致监测数据不准确。
8.除了上述问题外，防波堤护岸项目具有与陆地监测完全不同的难点，如防波堤护岸监测地基位于水下，同时地基以上需要加载块石或充填砂袋，这就无法每次直接测量沉降管标高，同时上部载荷施加过程中容易损坏监测设备。另外，传统防波堤护岸监测中，将表层沉降及分层沉降分开进行，这就造成埋设工作量大、仪器保护难度大等，因此发明一种适合防波堤护岸特点的地基表层及分层沉降自动化监测装置具有重要意义。


技术实现要素：

9.本发明中技术方案的发明构思是，将基准磁环设置于土层深处不受土层沉降影响
的位置，这样做的好处一是使基准磁环的位置不受土层沉降的影响，测量的数据更加精准，而现有技术中应用于陆面的检测结构均将分层沉降管为基准，视分层沉降管的高度不变，但实际上该处的高度是会随着土层沉降发生变化的，因此需要定期对分层沉降管的高度进行人工测量校正，或假设其不动从而引起明显误差；二是由于本发明中的技术方案主要应用于水底，无法像应用于陆面上的检测结构那样可以方便的对分层沉降管上的基准高度进行校正，本技术方案免去了校正的步骤。
10.为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种防波堤护岸地基表层及分层沉降自动化监测装置，包括沉降板、水底泥面以下的钻孔、传感器固定件、多个沉降磁环和自动化数据采集发射机构；
11.所述钻孔的深度大于泥面上的荷载造成的地基变形影响深度，所述沉降磁环自上而下间隔固定于钻孔内壁上，其中一个所述沉降磁环位于所述钻孔内的所述地基变形影响深度以下处，以该所述沉降磁环作为基准磁环；
12.所述沉降板覆盖于所述钻孔的孔口上；
13.所述传感器固定件的上端与所述沉降板连接，下端伸入所述钻孔的底部，所述传感器固定件上间隔设置多个磁致位移传感器，所述磁致位移传感器与所述沉降磁环一一对应，所述磁致位移传感器与所述自动化数据采集发射机构电连接。
14.上述结构中，根据设计要求及地勘资料确定分层沉降监测位置，然后根据地勘资料结合泥面处的荷载，通过理论计算确定地基变形影响深度，其中基准磁环设置于该地基变形影响深度以下，其位置可保持相对不变，不受土层沉降的影响，其余各沉降磁环根据所需测量的位置确认其安装高度，然后根据设计要求合理选择每个磁致位移传感器的安装高度，保证每个沉降磁环对应位置上的磁致位移传感器具有足够量程，测量时，测量基准磁环下沉量为l1即为地基表层沉降量，某个分层沉降监测点位对应的磁致位移传感器测出的分层沉降磁环的下沉量为l2，则两者差值(l1-l2)即为该分层沉降磁环的沉降量。
15.可选的，所述传感器固定件包括多个连接杆，所述连接杆与所述磁致传感器一一对应，所述连接杆与所述磁致传感器自上而下交替设置，最上层的所述连接杆的上端与所述沉降板可拆卸连接，下端与一个所述磁致传感器连接，其余所述连接杆的上端均通过一个转接头与一个磁致传感器连接。各磁致传感器通过连接杆相互串联。
16.可选的，各所述磁致传感器上与所述自动化数据采集发射机构连接的电线在所述沉降板下汇集成线束后，在所述沉降板侧面引出与所述自动化数据采集发射机构连接，所述线束外套设线缆护管。
17.可选的，所述钻孔内设置分层沉降管，所述传感器固定件位于所述分层沉降管内。
18.可选的，所述分层沉降管由多段单元管体串联而成，各单元管体之间可拆卸连接。
19.可选的，所述分层沉降管与所述沉降板之间设置波纹管，所述波纹管的上端与所述水底泥面齐平，下端与所述分层沉降管连接。波纹管的设置起到缓冲作用，避免泥面上的荷载直接压迫分层分层沉降管造成护管变形，从而导致分层沉降管内设备的损坏。
20.可选的，所述波纹管的内径大于所述分层沉降管的外径，所述波纹管与所述分层沉降管相互套接。
21.本发明具有的优点和积极效果是：1.同时可以测量防波堤护岸地基的表层及分层沉降；2.解决了虽然分层沉降管或埋设基准桩埋设在稳定土层，但由于上部加载以及上部
土层沉降带动分层沉降管或基准桩下沉带来的测量误差，或者由于分层沉降管或基准桩底部相对稳定，上部作用力使得沉降管或基准桩弯曲变形带来测量误差甚至变形过大损坏内部传感器；3.解决了人工监测的各种弊端，及其他发放设备保护难度大的问题，采用自动化监测方法，指导现场信息化施工，保证防波堤护岸的安全。其推广使用具有巨大的现实意义，经济、社会效益显著。
附图说明
22.图1是本发明具体实施方式的整体结构示意图；
23.图中：1-防波堤护岸；2-自动化数据采集发射机构；3-浮漂或其他立柱装置；4-线缆护管；5-土层；6-分层沉降管；7-信号线；8-沉降磁环；9-基准磁环；10-专用磁致位移传感器；11-转接头；12-连接杆；13-波纹管；14-沉降板；15-水。
具体实施方式
24.以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
25.以下以海上拋石防波堤为例详细说明地基表层及分层沉降自动化监测装置的具体结构和实施过程。
26.如图所示，本发明提供一种防波堤护岸地基表层及分层沉降自动化监测装置，包括沉降板14、水底泥面以下的钻孔、分层沉降管6、传感器固定件、多个沉降磁环8和自动化数据采集发射机构2；
27.钻孔的深度大于泥面上的荷载造成的地基变形影响深度，沉降磁环8自上而下间隔固定于钻孔内壁上，其中一个沉降磁环8位于钻孔内的地基变形影响深度以下处，以该沉降磁环8作为基准磁环9；
28.沉降板14覆盖于钻孔的孔口上；
29.传感器固定件的上端与沉降板14连接，下端伸入钻孔的底部，传感器固定件上间隔设置多个磁致位移传感器10，
30.传感器固定件包括多个连接杆12，连接杆12与磁致传感器10一一对应，连接杆12与磁致传感器10自上而下交替设置，最上层的连接杆12的上端与沉降板14可拆卸连接，下端与一个磁致传感器10连接，其余连接杆12的上端均通过一个转接头11与一个磁致传感器10连接。各磁致传感器10通过连接杆12相互串联。
31.各磁致传感器10上与自动化数据采集发射机构2连接的电线穿过转接头11上预留
的线孔，在沉降板14下汇集成线束后，从沉降板14侧面引出与自动化数据采集发射机构2连接，线束外套设线缆护管4。
32.分层沉降管6设置于钻孔内，传感器固定件位于分层沉降管6内。
33.分层沉降管6由多段单元管体串联而成，各单元管体之间可拆卸连接。
34.分层沉降管6与沉降板14之间设置波纹管13，波纹管13的两端分别与沉降板14和分层沉降管6连接。波纹管13的设置起到缓冲作用，避免泥面上的荷载直接压迫分层沉降护管6造成分层沉降管6变形，从而导致分层沉降管6内设备的损坏。
35.波纹管13的内径大于分层沉降管6的外径，波纹管13与分层沉降管6相互套接。
36.首先，根据设计要求及地勘资料确定分层沉降监测位置，然后根据地勘资料结合防波堤结构荷载通过理论计算确定地基变形影响深度，即确定最下端基准磁环9的埋设位置。然后根据设计要求的分层沉降监测位置，合理选择连接杆12长度，保证每个沉降磁环8对应位置的磁致位移传感器10具有足够量程。
37.然后，在防波堤护岸1施工之前，利用钻探船进行地位钻孔，考虑到海上的作业情况，钻孔前先下钻孔护管，然后进行成孔作业。钻孔深度需要比基准磁环9深度再深1-2m，根据预估表层沉降量确定。钻孔完成后，按照传统方式埋设沉降磁环8及基准磁环9，泥面以下1-2m的分层沉降管6连接采用活性可拆卸连接。分层沉降管6埋设完成后，在钻孔护管内下放比分层沉降管6直径略大的波纹管13，波纹管13长度以2m为宜，波纹管13上端与泥面齐平。
38.然后，待钻孔周围软土自密实，分层沉降管6周围回填细沙，当分层沉降管6不再上浮时，拆卸钻孔护管。钻孔护管拆卸完成后，在分层沉降管6内下放磁致位移传感器10。先下基准磁环9对应的磁致位移传感器10，然后在磁致位移传感器10上端通过预留螺纹丝扣与连接杆12连接，连接杆12再与转接头11连接，转接头11与倒数第一个沉降磁环8对应的磁致位移传感器10底部连接，重复以上，直至所有磁致位移传感器10串联起来，各磁致位移传感器上10的电线均通过转接头11侧面预留的孔引出。
39.拆卸泥面以下活口连接的分层沉降管6，拆卸完成后，将最上端连接杆12与沉降,14底部通过螺纹连接在一起，同时将各传感器的信号线7汇集穿入线缆护管4。用吊绳缓慢下放沉降板14及线缆护管4至泥面。
40.最后，将线缆护管4沿防波堤护岸1横向铺设，牵引至防波堤护岸1施工影响范围以外的浮漂或其他立柱装置3上，信号线7连接到自动化数据采集发射机构2内。整个作业完成后，施工进行砂垫层铺设，则整个设备安装完成，如果项目未设计砂垫层或其他处理措施，则需要安排潜水员进行线缆护管4的埋设保护工作，防止拋石过程中损坏线缆。
41.防波堤护岸地基表层及分层沉降自动化监测装置安装完成后，监测的基本原理如下：
42.当防波堤护岸1加载时，沉降板14下沉，与之连接的所有磁致位移传感器10同步下沉，最下端磁致位移传感器10下沉，通过基准磁环9测量出下沉量为l1即为地基表层沉降量，某个分层沉降监测点位对应的磁致位移传感器10通过分层沉降磁环8测量出下沉量为l2，则两者差值(l1-l2)即为该分层沉降磁环8的沉降量。
43.所有监测数据通过自动化数据采集发射机构2，发射到监控平台，即达到了防波堤护岸表层及分层沉降自动化监测的目的。
44.以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。