挡土墙背后填土密实状态检测装置和方法与流程

本发明涉及挡土墙背后土体检测技术领域，尤其涉及一种挡土墙背后填土密实状态检测装置和方法。

背景技术：

挡土墙是一种用于支挡山坡土体或填土，防止山体变形或填土失稳的构筑物。在铁路、公路、工业及民用建筑等工程建设中，为防止土坡或填土发生滑坡和坍塌，需采用挡土墙等支挡结构物加以支挡，以维持挡土墙后土体的稳定。

挡土墙及其墙后填土的密实状态关系到相关工程或建筑物的安全和稳定。作为一种挡土构筑物，挡土墙所承受的主要荷载为土压力，即挡土墙墙后的土体对墙背所产生的侧向压力；土压力越小，挡土墙的稳定性越高，反之，稳定性越低。土压力的大小与多种因素有关，墙后填土密实状态则是影响土压力值的重要因素；其密实状态不足，可能导致其上建筑物不均匀沉降、裂缝、墙体移位，甚至垮塌。

挡土墙在施工时，墙背后填土密实状态常采用灌水或灌砂等方法检测其压实系数。对于既有挡土墙，墙背后填土密实状态一般采用钻探、声波反射及地质雷达等方法检测。钻探检测的方法，费时费力，检测效率低；地质雷达检测速度快，但检测结果只能反映路基结构状况，不能与土的物理力学性质关联；声波反射法可无损、快速检测墙背土体状态，但分辨率低，是一种间接、定性的检测方法。

技术实现要素：

本发明要解决的是现有检测挡土墙背后土体密实程度的方式操作不便、不准确的技术问题。

为解决上述问题，本发明提供了一种挡土墙背后填土密实状态检测装置，包括：

数据处理与结果显示装置；

引导装置，所述引导装置通过第一支架架设在被检测挡土墙的前方；

贯入杆，所述贯入杆的前端穿过所述导向装置、并穿入到所述挡土墙中；

压力传感器，所述压力传感器的一端与所述贯入杆的尾端可拆卸连接，所述压力传感器与所述数据处理与结果显示装置通信连接；

锤击力传递装置，所述锤击力传递装置与所述压力传感器的另一端连接；

拉线位移传感器，所述拉线位移传感器连接在所述锤击力传递装置与所述引导装置之间；

拉力传感器，所述拉力传感器的一端与所述贯入杆的尾端可拆卸连接、并与所述数据处理与结果显示装置通信连接；以及

拉拽手柄，所述拉拽手柄与所述拉力传感器的另一端连接。

优选的，所述贯入杆的前端为锥形。

优选的，所述引导装置包括架设在所述第一支架上的引导装置本体和转动连接在所述引导装置本体上的导向筒，所述贯入杆穿过所述导向筒、并插入到所述挡土墙中。

优选的，所述引导装置本体通过转盘与所述第一支架转动连接。

优选的，所述贯入杆的数量为多个，多个所述贯入杆首尾可拆卸连接。

优选的，所述拉力传感器通过套环套接在所述贯入杆上。

优选的，还包括架设在挡土墙上的第二支架，所述拉拽手柄的中部与所述支架转动连接，所述拉拽手柄的一端为手持部、另一端与所述拉力传感器的相应端连接。

优选的，所述数据处理与结果显示装置具有无限通信模块。

优选的，还包括用于敲击锤击力传递装置的敲击锤。

本发明还提供了一种挡土墙背后填土密实状态检方法，该方法为：将一根贯入杆的前端插入到被测挡土墙中，锤击贯入杆的尾端、并记录每次锤击时锤击力度及贯入杆的贯入量，待贯入杆贯入到设定深度后，向外拔出所述贯入杆、并记录拔出力及贯入杆的拔出量，根据锤击力与拔出力之差计算贯入杆前端阻力，再根据计算单位面积贯入杆贯入单位深度的贯入阻力，其中，qd为单位面积贯入贯入单位深度的贯入阻力、f为贯入杆前端阻力、a为贯入杆的横截面积、e为每次锤击时贯入杆的贯入量；根据单位面积贯入杆贯入单位深度的贯入阻力评价挡土墙背后填土的密实状态。

本发明提供的一种挡土墙背后填土密实状态检测装置及方法，通过贯入杆前端所受阻力和贯入量两个数据，计算得出单位面积探头贯入单位深度所需力的大小，即贯入阻力，根据贯入阻力的大小可以进一步判断挡土墙墙后填土密实状态。通过锤击加载方式，不需要反力装置，整个过程操作方便、高效，且对挡土墙背后填土质量评价更为准确，；锤击和拔出贯入杆的能量采用拉压力传感器检测，并利用相关公式计算得出贯入阻力，获得的数据更为准确。

附图说明

图1是本发明实施例的一种挡土墙背后填土密实状态检测装置贯入时的示意图；

图2是本发明实施例的引导装置的示意图；

图3是本发明实施例的一种挡土墙背后填土密实状态检测装置拔出时的示意图。

附图标记：

1、敲击锤；2、锤击力传递装置；3、压力传感器；4、贯入杆；5、拉线位移传感器；6、引导装置本体；7、导向筒；8、前端；9、转盘；10、第一支架；11、数据处理与结果显示装置；12、拉拽手柄；13、第二支架；14、拉力传感器；15、套环。

具体实施方式

为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，术语“上”、“下”、“顶”、“底”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。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。

结合图1至图3所示，本发明提供了一种挡土墙背后填土密实状态检测装置，本装置包括数据处理与结果显示装置11、引导装置、贯入杆4、压力传感器3、锤击力传递装置2、拉线位移传感器5、拉力传感器14以及拉拽手柄12。

引导装置通过第一支架10架设在被测挡土墙的前方，贯入杆4的前端8穿过导向装置、并穿入到挡土墙中，引导装置用于对贯入杆4穿入挡土墙起到导向的作用，以使贯入杆4垂直或以特定的角度穿入挡土墙；压力传感器3的一端与贯入杆4的尾端可拆卸连接，另一端与锤击力传递装置2连接，用于在锤击力传递装置2受到锤击时检测锤击力，从而反映出贯入杆4贯入挡土墙后土体的阻力；压力传感器3与数据处理与结果显示装置11通信连接，以将检测到的锤击力传输给数据处理与结果显示装置11；拉线位移传感器5连接在锤击力传递装置2与引导装置之间，用于检测锤击力传递装置2与引导装置之间的距离，以此反应贯入杆4的贯入量；拉力传感器14的一端与贯入杆4的尾端可拆卸连接、并与数据处理与结果显示装置11通信连接，拉拽手柄12与拉力传感器14的另一端连接。

本发明实施例拟基于上述装置根据贯入杆4贯入时前端8所受阻力的大小判断挡土墙背后填土密实状态，贯入杆4前端8所受到的阻力越大，说明填土质量越好，反之越差。贯入时检测到的阻力包括杆侧摩擦力和前端8阻力，拔出时检测到的仅是杆侧摩擦力，由于贯入时和拔出时摩擦力相等，因此将贯入时所检测到的合力减去拔出时的摩擦力，即得到贯入时杆端前端8阻力。

具体的，通过一定质量的敲击锤1连续锤击贯入杆4尾端的锤击力传递装置2，使贯入杆4贯入土中，此过程中压力传感器3检测每次锤击所作用在贯入杆4上的力，此力也就是贯入杆4杆侧摩擦力与前端8阻力之和；拉线式位移传感器可以检测每次锤击后贯入杆4的贯入量，贯入到预定深度后，将锤击力传递装置2、压力传感器3及除贯入杆4之外的所有装置拆除。

贯入杆4拔出的过程中，将数据处理与结果显示装置11连接拉压力传感器3，通过拉力传感器14检测贯入杆4的杆侧摩擦力，而此时贯入杆4的杆侧摩擦力和贯入杆4贯入时的杆侧摩擦力相等，数据处理与结果显示装置11自动将对应的贯入杆4贯入时传感器的总力值减去拔出时的摩擦力力值，自动计算得到贯入杆4前端8所受阻力，而贯入杆4前端8所受阻力的大小即反应挡土墙背后填土密实状态。

最终数据处理与结果显示装置11通过贯入杆4前端8所受阻力和贯入量这两个数据，计算得出单位面积的前端8贯入单位深度所需的力的大小，也就是使单位面积锥形前端8、贯入单位深度的贯入阻力，根据贯入阻力的大小可以进一步判断挡土墙墙后填土密实状态，整个过程操作方便、高效，且对挡土墙背后填土质量评价更为准确。

在一些实施例中，贯入杆4的前端8优选为锥形，锥形的尖端并不会使土体在贯入杆4前端8形成堆积，也就是说不会改变土体的密实情况，因此可以获得更准确的贯入阻力，进而更准确的反映填土的密实情况。

引导装置包括架设在第一支架10上的引导装置本体6和转动连接在引导装置本体6上的导向筒7，在引导装置本体6上开设有转动槽，导向筒7通过枢轴安装在转动槽中，并优选为沿纵向平面旋转，且转动角度可以锁定；贯入杆4穿过导向筒7、并插入到挡土墙中，以此使贯入杆4以设定的角度贯入挡土墙背后的土体。

进一步的，引导装置本体6通过转盘9与第一支架10转动连接，由此使引导装置本体6可做水平方向的转动，由此，在导向筒7可在竖直平面旋转的基础上，可使贯入杆4的贯入角度做任意调整，因此，无论挡土墙的倾斜程度和地面的倾斜程度如何，都能保证贯入杆4以设定角度贯入挡土墙。

另外，贯入杆4的数量可以为多个，多个贯入杆4首尾可拆卸连接，以此根据不同的贯入量需求，选取适当数量的贯入杆4，相比于整体式的贯入杆4，分体式的贯入杆4敲击操作和运输都更为方便。

在一些实施例中，拉力传感器14可通过套环15套接在贯入杆4上，具体可以采用阻尼系数较大的绳圈，通过绳圈与贯入杆4之间的摩擦力向后拉拽贯入杆4；当然，拉力传感器14也可以与压力传感器3集成为一体，即选用一种拉压力传感器，这样既能够在锤击时检测压力，又可以在拉拽时检测拉力，省去了拆装传感器的步骤。

进一步的，本装置还包括架设在挡土墙上的第二支架13，拉拽手柄12的中部与该第二支架13转动连接，拉拽手柄12的一端为手持部、另一端与拉力传感器14的相应端连接，以此通过杠杆原理为贯入杆4向后拉拽提供动力，操作起来更省力。

在一些实施例中，数据处理及显示装置主要由数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块、按键、电池和显示屏等几个部分组成。其工作原理是：拉压力传感器3和位移传感器的信号经信号放大器放大进入a/d转换器，a/d转换器将模拟信号转换成数字信号后，传送给单片微处理器进行数据采集和运算处理，最后由数据显示装置显示，并通过通信接口输出到打印机以打印测试结果，或连接计算机传输测试数据。

另外，数据处理与结果显示装置11还可以具有无线通信模块，例如通过蓝牙与智能手机等设备连接，智能手机再通过运营商的gprs、3g或4g网络将数据远程传输到计算机客户端，以此方便数据的传输，提高了效率。

本发明还提供了一种挡土墙背后填土密实状态检方法，该方法为：将一根贯入杆4的前端8插入到被测挡土墙中，锤击贯入杆4的尾端、并记录每次锤击时锤击力度及贯入杆4的贯入量，待贯入杆4贯入到设定深度后，向外拔出贯入杆4、并记录拔出力及贯入杆4的拔出量，根据锤击力与拔出力之差计算贯入杆4前端8的阻力，再根据计算单位面积贯入杆4贯入单位深度的贯入阻力，其中，qd为单位面积贯入贯入单位深度的贯入阻力、f为贯入杆4前端8的阻力、a为贯入杆4的横截面积、e为每次锤击时贯入杆4的贯入量；根据单位面积贯入杆4贯入单位深度的贯入阻力评价挡土墙背后填土的密实状态。

通过上述方法，记录每次及总的锤击力，自动检测、记录每次及总的贯入量，自动计算贯入阻力，显示贯入杆4贯入角度，根据需要可自动转换成压实系数k、动态变形模量evd或地基系数k30等检测指标，自动保存、打印检测结果等。

具体的，本发明的检测步骤为：

1.在挡土墙所需检测的位置人工开一小口，使贯入杆4的前端8能够通过即可。

2.将所述锤击力传递装置2、压力传感器3、贯入杆4依次连接，将贯入杆4引导装置安装在第一支架10上，并置于墙面附近，调节水平，将贯入杆4底部插入导向筒7，通过引导装置下部的转盘9和中间的导向筒7调整到所需贯入角度，使贯入杆4通过小口进入墙后土体，通过旋钮固定贯入方向，将压力传感器3、数据处理与结果显示装置11分别与贯入杆4引导装置连接。

3.开启数据处理与结果显示装置11的开关，用敲击锤1连续锤击锤击力传递装置2，使贯入杆4不断贯入，待第一节贯入杆4即将全部贯入到挡土墙时，将贯入杆4和压力传感器3断开，中间连接另一贯入杆4，继续锤击贯入，根据具体土体类型和需要，直至贯入到所需检测深度。

4.将锤击力传递装置2、拉压力传感器3及除贯入杆4之外的所有装置拆除。

5.重新将数据处理与结果显示装置11连接到拉力传感器14上；将第二支架13安装到位，使套环15穿过贯入杆4，一只手用力将贯入杆4向一侧倾斜，使所述套环15与贯入杆4紧密接触，另一手撬动拉拽手柄12，将贯入杆4拔出，此过程中数据处理与结果显示装置11自动采集计算杆端探头阻力。

6.读取或者打印数据处理与结果显示装置11中的检测结果，或者连接电脑进一步将分析数据，判断挡土墙背后土体密实状态。

7.检测完成后，将各部分装置拆卸并放回设备箱。

综上，本发明的有益效果可概括为以下方面：

1.采用了锤击加载方式，不需要反力装置，锤击能量通过压力传感器3检测，并利用相关公式计算得出。

2.通过拉线位移传感器5，可精确测得每次锤击后的贯入量及总贯入量。

3.该检测仪设有角度调节装置，调节该装置可使贯入杆4及锥形前端8以不同角度贯入挡土墙背后土体。

4.通过贯入杆4拔出装置可将贯入杆4轻松从土体中拔出。

5.数据采集及显示装置可自动计算检测结果、显示每一锤击的锤击能量、贯入量曲线和贯入阻力，可将结果根据相关关系公式转换为压实系数k、动态变形模量evd或地基系数k30显示。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离发明各实施例技术方案的实质和范围。