一种高填方路基内部沉降变形监测装置和方法

技术领域

本发明涉及路基沉降观测技术领域，更具体地说，它涉及一种高填方路基内部沉降变形监测装置和方法。

背景技术

高填方路基应采用分层填筑和分层压实的方法施工，每层填筑厚度根据所采用的填料决定，而路基沉降与稳定观测是路基施工中不可缺少的环节，通过观测数据，一方面可以控制填土速率保证路基稳定，同时可以进行高效率的路基施工；另一方面可以利用观测数据推测路基沉降变形规律，以验证是否可以达到设计要求。

目前沉降与稳定观测有多种方法，主要分为竖直和水平位移观测。竖直沉降观测常用的方法有监测桩、沉降杯、沉降板等方法；水平位移监测方法主要有观测地表水平位移的边桩和观测土体深度水平位移的测斜仪等。

沉降板由钢底板、金属测杆和保护套杆组成，钢底板埋入路基或地基中，随着路基施工可以接高金属测杆和保护套杆，使用水准测量的方法可以测得测杆顶端的沉降量，即钢底板埋设位置的沉降量。

但目前常见的竖直沉降设备多是只能够检测沉降量，对路基内部复杂的沉降、偏移等参数无法精准的获取，且检测数据仅限于沉降板所在的区域，易产生误差，并且在路基后续施工中，会对施工造成影响，无法在后续过程对路基沉降参数进行持续性的监测。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种高填方路基内部沉降变形监测装置和方法。

本发明提供了一种高填方路基内部沉降变形监测装置，包括设于地基上的底部支撑管道、可拆卸式连接在底部支撑管道上的若干个倾角检测机构、连接在倾角检测机构上的拼接式连接组件、连接在拼接式连接组件上的沉降量检测机构以及连接在沉降量检测机构上的同步沉降组件，拼接式连接组件用于调节沉降量检测机构和倾角检测机构之间的距离，沉降量检测机构用于检测同步沉降组件朝向倾角检测机构移动的距离，倾角检测机构用于检测拼接式连接组件的倾斜方向以及拼接式连接组件与水平面之间的倾斜夹角；

所述倾角检测机构包括基准组件、设于基准组件内的倾斜组件、连接在倾斜组件上的数据检测机构以及设于基准组件内的初始限位组件，初始限位组件与倾斜组件可拆卸式连接，路基未填土时，倾斜组件垂直于水平面，倾斜组件与拼接式连接组件可拆卸式连接，数据检测机构用于检测倾斜组件的倾斜方向以及倾斜组件与水平面之间的倾斜夹角，基准组件、倾斜组件、拼接式连接组件、沉降量检测机构以及同步沉降组件均同轴设置。

作为本发明的进一步优化方案，所述基准组件包括定位底座、设于定位底座上端的球形偏转槽、设于定位底座内部的安装腔室，安装腔室与球形偏转槽相连通，初始限位组件安装于安装腔室内，初始限位组件的一端延伸至球形偏转槽内并与倾斜组件可拆卸式连接。

作为本发明的进一步优化方案，所述倾斜组件包括残球状限位支架、活动连接在残球状限位支架上的若干个滚珠、固定连接在残球状限位支架中部位置处的偏转轴体，残球状限位支架的球心与球形偏转槽的球心重合，若干个滚珠均与球形偏转槽内壁接触。

作为本发明的进一步优化方案，所述球形偏转槽内壁靠近底部的位置处设有限位环槽，限位环槽与滚珠相匹配设置，所述定位底座和偏转轴体之间连接有柔性密封防护套。

作为本发明的进一步优化方案，所述初始限位组件包括安装在安装腔室内的液压伸缩杆以及连接在液压伸缩杆上的导液管，偏转轴体的底部设有与液压伸缩杆输出端相配合的限位方孔，导液管的另一端贯穿安装腔室并延伸至底部支撑管道内，导液管在底部支撑管道内的部分沿着底部支撑管道的长度方向布设。

作为本发明的进一步优化方案，所述数据检测机构包括连接在偏转轴体底部的陀螺仪传感器、连接在陀螺仪传感器上的螺旋式伸缩电缆，螺旋式伸缩电缆的另一端贯穿安装腔室并延伸至底部支撑管道内，螺旋式伸缩电缆在底部支撑管道内的部分沿着底部支撑管道的长度方向布设。

作为本发明的进一步优化方案，所述拼接式连接组件包括若干个首尾相连的中联管，中联管的两端分别设有相配合的外螺纹和内螺纹，偏转轴体的上端设有连接槽、连接槽开口处设有内螺纹。

作为本发明的进一步优化方案，所述沉降量检测机构包括第一连接管、连接在第一连接管上的伸缩波纹管、连接在伸缩波纹管上的第二连接管、连接在第一连接管和第二连接管之间的若干个多节式伸缩杆和一个弹簧、安装在连接槽内的测距仪、设于偏转轴体内部并与连接槽相连通的布线穿孔以及连接在测距仪上的数据传输电缆，弹簧包裹在若干个多节式伸缩杆外围，伸缩波纹管包裹在弹簧的外围，数据传输电缆的另一端依次穿过球形偏转槽、安装腔室并延伸至底部支撑管道内，数据传输电缆在底部支撑管道内的部分沿着底部支撑管道的长度方向布设。

作为本发明的进一步优化方案，所述同步沉降组件包括可拆卸式连接在第二连接管上的第三连接管以及固定连接在第三连接管上的沉降板。

一种高填方路基内部沉降变形监测方法，采用如上述的高填方路基内部沉降变形监测装置，包括以下步骤：

在进行路基填土前，布设底部支撑管道，并在底部支撑管道上设定位置处安装倾角检测机构；

根据每一个倾角检测机构所在位置处对应的监测高度进行选择相应长度的拼接式连接组件，拼接式连接组件在填土过程中进行节段之间的连接；

在拼接式连接组件上连接沉降量检测机构，在沉降量检测机构上连接同步沉降组件，随后继续进行填土，直至填土完成；

控制初始限位组件与倾斜组件断开连接，使得倾斜组件不再被限位，在设定时间点，通过数据检测组件检测倾斜组件的倾斜方向以及倾斜组件与水平面之间的夹角度数，并计算相应同步沉降组件的沉降量以及偏移距离。

本发明的有益效果在于：本发明采用的倾角检测机构可以精准的获取同步沉降组件在路基中相应位置处的沉降量以及偏移量，且检测的偏移量是综合了倾角检测机构和同步沉降组件之间的路基区域所对整个拼接式连接组件、沉降量检测机构以及同步沉降组件所产生的影响因素，可以有效的提高检测位置所在的纵向沉降综合参数，更加符合检测处的真实沉降参数，对后续路基施工无影响，且可持续性的收集路基的沉降参数。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明倾角检测机构与沉降量检测机构的相配合视图；

图3是本发明图2中A处的放大视图；

图4是本发明图2中B处的放大视图；

图5是本发明图2中C处的放大视图；

图6是本发明的倾角检测机构的立体结构示意图。

图中：1、底部支撑管道；2、倾角检测机构；201、定位底座；202、球形偏转槽；203、安装腔室；204、残球状限位支架；205、偏转轴体；2050、限位方孔；2051、布线穿孔；2052、数据传输电缆；2053、连接槽；206、滚珠；207、陀螺仪传感器；208、螺旋式伸缩电缆；209、限位环槽；210、导液管；211、柔性密封防护套；212、测距仪；213、液压伸缩杆；3、中联管；4、沉降量检测机构；401、第一连接管；402、伸缩波纹管；403、第二连接管；404、多节式伸缩杆；405、弹簧；5、同步沉降组件；501、第三连接管；502、沉降板。

具体实施方式

现在将参考示例实施方式讨论本文描述的主题。应该理解，讨论这些实施方式只是为了使得本领域技术人员能够更好地理解从而实现本文描述的主题，可以在不脱离本说明书内容的保护范围的情况下，对所讨论的元素的功能和排列进行改变。各个示例可以根据需要，省略、替代或者添加各种过程或组件。另外，相对一些示例所描述的特征在其他例子中也可以进行组合。

如图1-2所示，一种高填方路基内部沉降变形监测装置，包括设于地基上的底部支撑管道1、可拆卸式连接在底部支撑管道1上的若干个倾角检测机构2、连接在倾角检测机构2上的拼接式连接组件、连接在拼接式连接组件上的沉降量检测机构4以及连接在沉降量检测机构4上的同步沉降组件5，拼接式连接组件用于调节沉降量检测机构4和倾角检测机构2之间的距离，沉降量检测机构4用于检测同步沉降组件5朝向倾角检测机构2移动的距离，倾角检测机构2用于检测拼接式连接组件的倾斜方向以及拼接式连接组件与水平面之间的倾斜夹角；

倾角检测机构2包括基准组件、设于基准组件内的倾斜组件、连接在倾斜组件上的数据检测机构以及设于基准组件内的初始限位组件，初始限位组件与倾斜组件可拆卸式连接，路基未填土时，倾斜组件垂直于水平面，倾斜组件与拼接式连接组件可拆卸式连接，数据检测机构用于检测倾斜组件的倾斜方向以及倾斜组件与水平面之间的倾斜夹角，基准组件、倾斜组件、拼接式连接组件、沉降量检测机构4以及同步沉降组件5均同轴设置。

需要说明的是，在进行路基填土前，根据路基设计参数，需要对其内部设定区域进行沉降参数监控，以提高路基施工的质量以及为后续的路基维护提供数据参数，在地基上布设底部支撑管道1，并在底部支撑管道1上设定位置处安装倾角检测机构2；根据每一个倾角检测机构2所在位置处对应的监测高度进行选择相应长度的拼接式连接组件，拼接式连接组件在填土过程中进行节段之间的连接；在拼接式连接组件上连接沉降量检测机构4，在沉降量检测机构4上连接同步沉降组件5，随后继续进行填土，直至填土完成；控制初始限位组件与倾斜组件断开连接，使得倾斜组件不再被限位，在设定时间点，通过数据检测组件检测倾斜组件的倾斜方向以及倾斜组件与水平面之间的夹角度数，并计算相应同步沉降组件5的沉降量以及偏移距离，其中，倾斜组件的倾斜方向、倾斜角度即拼接式连接组件、沉降量检测机构4以及同步沉降组件5的倾斜方向、倾斜角度，沉降量检测机构4可获取同步沉降组件5朝向倾角检测机构2的沉降量。

如图2、图3、图4和图6所示，基准组件包括定位底座201、设于定位底座201上端的球形偏转槽202、设于定位底座201内部的安装腔室203，安装腔室203与球形偏转槽202相连通，初始限位组件安装于安装腔室203内，初始限位组件的一端延伸至球形偏转槽202内并与倾斜组件可拆卸式连接；

其中，倾斜组件包括残球状限位支架204、活动连接在残球状限位支架204上的若干个滚珠206、固定连接在残球状限位支架204中部位置处的偏转轴体205，残球状限位支架204的球心与球形偏转槽202的球心重合，若干个滚珠206均与球形偏转槽202内壁接触；

其中，球形偏转槽202内壁靠近底部的位置处设有限位环槽209，限位环槽209与滚珠206相匹配设置，定位底座201和偏转轴体205之间连接有柔性密封防护套211；柔性密封防护套211可以有效的防止回填土时，土壤进入球形偏转槽202内；

其中，初始限位组件包括安装在安装腔室203内的液压伸缩杆213以及连接在液压伸缩杆213上的导液管210，偏转轴体205的底部设有与液压伸缩杆213输出端相配合的限位方孔2050，导液管210的另一端贯穿安装腔室203并延伸至底部支撑管道1内，导液管210在底部支撑管道1内的部分沿着底部支撑管道1的长度方向布设；可以使得倾斜组件在初始状态处于垂直状态；

其中，数据检测机构包括连接在偏转轴体205底部的陀螺仪传感器207、连接在陀螺仪传感器207上的螺旋式伸缩电缆208，螺旋式伸缩电缆208的另一端贯穿安装腔室203并延伸至底部支撑管道1内，螺旋式伸缩电缆208在底部支撑管道1内的部分沿着底部支撑管道1的长度方向布设。

需要说明的是，如上述，在对同步沉降组件5进行沉降量的监测时，同步沉降组件5受到路基沉降影响，而发生同步沉降，沉降参数包括垂直水平面的沉降量以及偏转垂直线的偏转量，当无偏转时，垂直于水平面的沉降量即同步沉降组件5与倾角检测机构2之间的距离变化量，而当出现偏转时，则需要倾角检测机构2对偏转的方向、角度进行数据获取，结合同步沉降组件5和倾角检测机构2之间的距离变化量即可计算出相应的偏转量以及相应的垂直于水平面的沉降量，倾角方向和倾角度数的数据获取过程如下，当同步沉降组件5仅沿着垂直水平面的方向沉降，则通过沉降量检测机构4获取同步沉降组件5与倾角检测机构2之间的距离变化量，即相应的沉降量，当出现偏移时，同步沉降组件5会带动沉降量检测机构4、拼接式连接组件和倾斜组件同步偏转，具体为，倾斜组件中的偏转轴体205跟随拼接式连接组件同步偏转，偏转轴体205转动时带动与其固定连接的残球状限位支架204偏转，残球状限位支架204上活动连接的滚珠206与球形偏转槽202内壁接触，因此，偏转轴体205以及残球状限位支架204可以沿着任意方向进行偏转，偏转角度的范围为残球状限位支架204球心所在的水平面与限位环槽209之间的夹角范围，当滚珠206移动至限位环槽209处时，无法继续移动，但可复位，而在偏转轴体205偏转的过程中，通过其底部连接的陀螺仪传感器207即可准确的获知其所偏转的方向以及偏转角度，经过计算后即可获取垂直水平面的沉降量以及与水平面平行的偏转量，且整拼接式连接组件在路基中所受的不同高度的基土的影响均综合至偏转轴体205上，获取了相应区域整体的综合沉降数据，对路基维护以及研究，提供了更加准确、更加全面的沉降数据。

如图4和图5所示，拼接式连接组件包括若干个首尾相连的中联管3，中联管3的两端分别设有相配合的外螺纹和内螺纹，偏转轴体205的上端设有连接槽2053、连接槽2053开口处设有内螺纹。

需要说明的是，在根据实际检测高度进行调节同步沉降组件5的位置时，通过增加或减少相应的中联管3即可，并且中联管3的长度也可以根据实际参数进行制作。

如图5所示，沉降量检测机构4包括第一连接管401、连接在第一连接管401上的伸缩波纹管402、连接在伸缩波纹管402上的第二连接管403、连接在第一连接管401和第二连接管403之间的若干个多节式伸缩杆404和一个弹簧405、安装在连接槽2053内的测距仪212、设于偏转轴体205内部并与连接槽2053相连通的布线穿孔2051以及连接在测距仪212上的数据传输电缆2052，弹簧405包裹在若干个多节式伸缩杆404外围，伸缩波纹管402包裹在弹簧405的外围，数据传输电缆2052的另一端依次穿过球形偏转槽202、安装腔室203并延伸至底部支撑管道1内，数据传输电缆2052在底部支撑管道1内的部分沿着底部支撑管道1的长度方向布设。

需要说明的是，如上述，沉降量检测机构4在检测同步沉降组件5与倾角检测机构2之间的距离变化时，同步沉降组件5朝向倾角检测机构2的方向移动，并带动第二连接管403同步移动，第二连接管403移动时挤压弹簧405、多节式伸缩杆404以及伸缩波纹管402，使得第二连接管403和第一连接管401之间的距离发生变化，而连接在偏转轴体205上的测距仪212，可以实时的检测到第二连接管403与测距仪212之间的距离，间距变化量即第二连接管403与第一连接管401之间的变化距离，也是同步沉降组件5的沉降量。

如图2和图5所示，同步沉降组件5包括可拆卸式连接在第二连接管403上的第三连接管501以及固定连接在第三连接管501上的沉降板502。

需要说明的是，沉降板502可以通过第三连接管501与第二连接管403便捷的连接，而在初始状态时，沉降板502和第三连接管501的重量会使得弹簧405发生形变，直至弹簧405的弹力与沉降板502、第三连接管501的重量平衡，而在填土覆盖后，弹簧405会进一步的形变压缩，但弹簧405在受到上述重力影响下达到不再形变时，其仍然具有较大的形变范围，以供后续沉降检测时进行形变。

上面对本实施例进行了描述，但是本实施例并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实施例的启示下，还可做出很多形式，均属于本实施例的保护之内。