一种填土分层沉降监测装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于岩土工程监测技术领域，尤其是涉及一种填土分层沉降监测装置及方法。
【背景技术】
[0002]填方路基、堤坝、机场和城镇建设用地平整工程中，内部分层沉降监测是岩土工程监测的主要内容。在填土施工期和工后期的沉降监测数据，对控制施工速率、保证施工质量与优化设计参数均具有指导性作用。
[0003]目前，常用的分层沉降监测设备主要包括分层沉降标、电磁式沉降仪、静力水准仪、水平固定式测斜仪、振弦式沉降仪等。其中，分层沉降标监测方法是在地层不同深度埋设分层沉降标，标底安装在被测土层上，通过标杆将被测土层的沉降变化引至地面测量，该方法需要随填筑施工将标杆逐节接到地面，采用水准测量方法观测沉降，施工过程的沉降监测较为困难；电磁式沉降仪方法是在填土内部垂直埋设套管，沿套管外部每间隔一定深度设置一个磁环，采用电磁感应探头确定每个磁环的位置，根据管口高程计算填土中不同土层沉降量和总沉降量，该方法需人工测量，测量结果受到配套钢尺测量精度和人为误差影响，每次测量需要采用水准测量对管口高程进行校测，增加了测量工作量，影响测量精度；静力水准仪是利用连通管内液面高度处于同一平面的原理，在基准点和各观测点处分别设置一台静力水准仪，基准点需要设置在稳定区域，液体和气体连通管将各静力水准仪连通起来并通过外套保护管埋设在填土当中，该方法的设备安装埋设工作量大、影响填筑施工、测试管路保护难度大；水平固定式测斜仪是在埋设高程水平布设测斜管，若干水平固定式测斜仪按照一定间距设置在管内，通过固定式测斜仪测定垂直方向的倾角，根据传感器间距和所测倾角计算传感器安装位置处的沉降变形，当填土发生沉陷或错位后，对测量系统的影响大；振弦式沉降仪是将仪器固定在沉降盘上，通过通液管将蒸馏水输入到沉降仪中，形成蒸馏水柱，水柱产生的压力直接作用在传感器的承力膜上，通过测量传感器的频率变化计算出压力变化，经过换算可得到水柱高度，进而可计算沉降盘高程，该方法存在管路的堵塞和防冻问题，若水柱高度过高，测量精度达不到规范要求。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种填土分层沉降监测装置，其结构简单、设计合理且使用操作简便、设备埋设方便、测量精度高，能有效解决现有分层沉降监测设备存在的设备埋设工作量大、测量精度较低等问题。
[0005]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种填土分层沉降监测装置，其特征在于:包括由下至上埋设于待监测土层内且均呈竖直向布设的底部沉降监测单元、中部沉降监测单元和地表沉降监测单元，所述待监测土层为填土层且所述待监测土层内开有一个呈竖直向布设的埋设孔，所述底部沉降监测单元、所述中部沉降监测单元和所述地表沉降监测单元均布设在所述埋设孔内且三者均布设在同一竖直线上，所述底部沉降监测单元的正下方设置有锚固于所述埋设孔底部的锚固头；
[0006]所述底部沉降监测单元、所述中部沉降监测单元和所述地表沉降监测单元的结构均相同且三者均为填土沉降监测单元；所述填土沉降监测单元包括呈竖直向布设的测斜管、同轴套装在测斜管外侧的伸缩管和安装于测斜管内侧上部的位移传感器，所述底部沉降监测单元、所述中部沉降监测单元和所述地表沉降监测单元的测斜管的管径均相同且三者的测斜管均位于同一竖直线上；所述中部沉降监测单元连接于所述底部沉降监测单元与所述地表沉降监测单元之间，所述底部沉降监测单元和所述地表沉降监测单元的测斜管与所述中部沉降监测单元的测斜管之间均通过第一沉降板进行连接，所述地表沉降监测单元的测斜管顶部设置有第二沉降板，所述第一沉降板和第二沉降板均呈水平布设；所述底部沉降监测单元的位移传感器连接于锚固头与第一沉降板之间，所述中部沉降监测单元的位移传感器连接于上下两个所述第一沉降板之间，所述地表沉降监测单元的位移传感器连接于第一沉降板与第二沉降板之间。
[0007]上述一种填土分层沉降监测装置，其特征是:所述待监测土层为填土层，所述填土层由下至上分为底部沉降监测层、中部沉降监测层和地表沉降监测层，所述底部沉降监测单元埋设于底部沉降监测层内，所述中部沉降监测单元埋设于中部沉降监测层内，所述地表沉降监测单元埋设于地表沉降监测层内；所述中部沉降监测单元的数量为多个，多个所述中部沉降监测单元由下至上连接于所述底部沉降监测单元与所述地表沉降监测单元之间，所述中部沉降监测层由下至上分为多个中部监测土层，多个所述中部沉降监测单元分别埋设于多个所述中部监测土层内；多个所述中部沉降监测单元的结构均相同，上下相邻两个所述中部沉降监测单元的测斜管之间均通过第一沉降板进行连接，每个所述中部沉降监测单元的位移传感器均连接于上下相邻两个所述第一沉降板之间；所述第二沉降板上部设置有沉降观测标。
[0008]上述一种填土分层沉降监测装置，其特征是:所述填土沉降监测单元还包括安装于测斜管内的扶正器，所述扶正器位于位移传感器下方；
[0009]所述底部沉降监测单元、所述中部沉降监测单元和所述地表沉降监测单元的位移传感器分别为第一位移传感器、第二位移传感器和第三位移传感器，所述第一位移传感器和所述第二位移传感器的上部均安装在位于其上方的第一沉降板上，所述第三位移传感器上部安装在位于其上方的第二沉降板上；所述第一位移传感器与锚固头之间、所述第二位移传感器与位于其下方的第一沉降板之间以及所述第三位移传感器与位于其下方的第一沉降板之间均通过多个由下至上布设在同一竖直线上的连接杆进行连接，上下相邻两个所述连接杆之间均通过一个扶正器进行连接。
[0010]上述一种填土分层沉降监测装置，其特征是:所述填土沉降监测单元中测斜管的底端与伸缩管的底端相平齐，所述测斜管的顶端高度低于伸缩管的顶端高度；
[0011]所述第一沉降板和第二沉降板均包括呈水平布设的法兰盘、固定安装在法兰盘中部且呈竖直向布设的丝杆和与丝杆呈同轴布设的下滑管，所述丝杆与法兰盘呈同轴布设，所述下滑管位于法兰盘的正下方且其顶端外侧设置有固定于法兰盘底部的上固定环；
[0012]所述底部沉降监测单元和所述中部沉降监测单元的伸缩管顶端均支顶在位于其上方的第一沉降板的上固定环底部，每个所述第一沉降板的下滑管均由上至下插入至位于其下方的测斜管内；所述地表沉降监测单元的伸缩管顶端支顶在第二沉降板的所述上固定环底部，所述第二沉降板的下滑管由上至下插入所述地表沉降监测单元的测斜管内；
[0013]所述第一沉降板还包括位于法兰盘正上方的上滑管，所述上滑管的管径与下滑管的管径相同，所述上滑管与丝杆呈同轴布设且其底端外侧设置有固定于法兰盘顶部的下固定环；所述中部沉降监测单元和所述地表沉降监测单元的伸缩管和测斜管底端均支撑于位于其下方的第一沉降板的所述下固定环上。
[0014]上述一种填土分层沉降监测装置，其特征是:所述扶正器为滑轮导向扶正杆；所述滑轮导向扶正杆包括导向杆和多个由上至下安装在导向杆上且能在测斜管内进行上下滑动的滑轮组，所述导向杆与测斜管呈同轴布设，多个所述滑轮组的结构和尺寸均相同且其均安装在导向杆上；每个所述滑轮组均包括一个倾斜布设的轮架、能在测斜管内侧壁上进行上下滑动的滑轮和两个分别位于轮架上下两侧的压缩弹簧，两个所述滑轮分别安装在轮架的上下两端，两个所述滑轮和两个所述压缩弹簧均位于同一竖直面上，两个所述压缩弹簧的外端均固定在导向杆上且其内端均支顶在轮架上，所述轮架通过铰接轴安装在导向杆上。
[0015]上述一种填土分层沉降监测装置，其特征是:所述填土沉降监测单元中扶正器位于位移传感器的正下方，且扶正器和位移传感器均与测斜管呈同轴布设；所述测斜管和伸缩管的管壁上均开有供与位移传感器连接的数据传输线穿过的穿线孔；
[0016]所述滑轮导向扶正杆中滑轮组的数量为两个，两个所述滑轮组位于同一竖直面上或呈垂直布设；所述测斜管的内侧壁上开有两组导槽，两组所述导槽呈垂直布设；每组所述导槽均包括两个分别布设在测斜管内侧壁上且供所述滑轮组中的两个所述滑轮上下滑动的导槽，两个所述导槽均呈竖直向布设。
[0017]上述一种填土分层沉降监测装置，其特征是:所述位移传感器为电感调频式位移传感器；所述电感调频式位移传感器包括内置电感线圈且下部内侧设置有空腔的测杆、盖装在测杆顶部的顶盖、同轴套装在测杆外侧且能在测杆外侧上下滑动的外套管和由下至上插入测杆内且能随外套管同步进行上下移动的活塞杆，所述测杆呈竖直向布设，所述外套管和活塞杆均与测杆呈同轴布设，所述活塞杆由导磁材料加工而成且其底部固定在外套管上。
[0018]上述一种填土分层沉降监测装置，其特征是:所述埋设孔的孔径比伸缩管的外径大40mm?60mm，所述埋设孔的底部伸入至基岩或坚硬土层内且其伸入基岩或坚硬土层内的深度不小于30cm ;所述埋设孔底部伸入基岩或坚硬土层内的孔段为底部锚固段，所述锚固头位于所述底部锚固段内，且所述底部锚固段内填充有对锚固头进行锚固的混凝土或锚固砂浆；所述底部沉降监测单元的伸缩管和测斜管均位于所述底部锚固段上方；所述待监测土层中位于第二沉降板上方的土层为地表土层，所述地表土层的厚度为25cm?35cm，所述第二沉降板通过由混凝土灌注而成的混凝土层与地表土层紧固连接为一体。
[0019]同时，本发明还公开了一种方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好的填土分层沉降监测方法，其特征在于该方法包括以下步骤:
[0020]步骤一、埋设孔钻探:在所述待监测土层内钻取所述埋设孔；
[0021]步骤二、底部沉降监测单元安装:先将锚固头下放至所述埋设孔底部，并对下放到位的锚固头进行锚固；之后，将预先组装好的所述底部沉降监测单元下放至所述埋设孔内，再在下放到位的所述底部沉降监测单元上部安装第一沉降板，并使得所述底部沉降监测单元的位移传感器连接于锚固头与第一沉降板之间；
[0022]步骤三、中部沉降监测单元安装:将预先组装好的所述中部沉降监测单元下放至所述埋设孔内，再在下放到位的所述中部沉降监测单元上部安装第一沉降板，并使得所述中部沉降监测单元的位移传感器连接于上下两个所述第一沉降板