一种地下土体沉降测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及地下工程技术领域，具体涉及一种地下土体沉降测量装置及测量方法。

背景技术

随着中国城市建设的跨越式发展，大规模的高层建筑地基基础与地下室、大型地下商场、地下停车场、地下车站、地下交通枢纽、地下变电站等的建设中都面临着深基坑工程的问题。由于工程地质和水文地质条件复杂多变、环境保护要求越来越高、基坑工程规模向超大面积和大深度方向发展、工期进度及资源节约等开发条件要求日益复杂。

逆作法是一种超常规的施工方法，一般是在深基础、地质复杂、地下水位高等特殊情况下采用。先沿建筑物地下室轴线或周围施工地下连续墙或其他支护结构，同时建筑物内部的有关位置浇筑或打下中间支承桩，作为施工期间于底板封底之前承受上部结构自重和施工荷载的支撑，施工作业中施工区域的土地沉降情况对支撑桩的安全稳定性非常重要，因此需要测量支撑桩施工区域土地沉降情况。

目前，常规的土地沉降监测装置主要是对地面的出现的凹坑等进行检测，计算出沉降量，但在逆作法施工中，支撑桩往往打入地下比较深，地下出现沉降后并不一定能在地面显现出来，因此，常规的测量土地沉降的方法并不能准确测量地下土体的沉降情况。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种地下土体沉降测量装置及测量方法，以解决现有技术中地下沉降不能准确测量的问题。

本发明一方面提供一种地下土体沉降测量装置，包括竖直埋在地下且单侧封闭的支撑管，所述支撑管的外壁沿轴向设有若干限位块组，所述限位块组包括若干等距设置的限位块，相邻的所述限位块之间以及靠近所述支撑管封闭端的限位块与支撑管封闭端之间设有滚动槽，所述滚动槽内设有磁轮，所述支撑管外壁的所有所述磁轮形成一磁场中心，所述限位块用于限制所述磁轮的活动范围，所述支撑管内设有与所述支撑管同轴心的测量管，所述测量管内设有磁场测量仪，所述磁场测量仪用于检测所述磁场中心的变化并根据所述磁场中心的变化计算所述支撑管地下土体的沉降量。

本发明的有益效果是：通过将支撑管打入地下，在支撑管的轴向设有限位块组，限位块组包括等距设置的若干限位块，相邻的限位块之间以及最下方的限位块与支撑管封闭端之间的均设有滚动槽，滚动槽内设有磁轮，通过限位块限制磁轮的活动范围，防止打入支撑管时，磁轮从滚动槽中滚出，支撑管外壁的所有磁轮形成一磁场中心，支撑管内设有与支撑管同轴心的测量管，测量管内设有磁场测量仪，将磁场测量仪设置在与支撑管隔离的测量管中，有效的保证磁场测量仪的测量准确性，通过磁场测量仪感应磁场中心的变化并根据磁场中心的变化计算磁轮的滚动距离，磁轮的滚动距离反应监测点的沉降量。支撑管打入地下后，磁场测量仪自动定位所有磁轮形成的磁场中心位置，具体的，支撑管地下发生沉降，封闭端附近的土体产生下降时，支撑管外侧由于泥土的作用不会产生下降，但是磁轮由于土体的沉降而缺乏支撑，会在滚动槽内向下滚动，当所有滚轮在滚动槽内的新位置达到平衡时，磁场测量仪重新定位所有磁轮形成的磁场中心位置，计算前后两次磁场中心的差值，即可计算出支撑管地下的沉降量。本发明通过测量磁场中心的变化测量地下土体的沉降量，方便准确。适合大范围推广。

优选的，所述限位块为直角三角形限位块，所述直角三角形限位块的第一直角面与所述支撑管抵接，所述直角三角形限位块的第二直角面在所述第一直角面的下方，并与所述支撑管的轴向垂直。

优选的，所述磁轮的中心设有磁轮孔，同一平面内的所述磁轮通过穿过所述磁轮孔的环形条连接。

优选的，所述支撑管的开口端设有与所述支撑管同轴心且两端开口的延伸管，所述延伸管与所述支撑管固定连接，所述测量管依次穿过所述延伸管和所述支撑管。

优选的，所述支撑管的开口端向外延伸有第一连接凸起，所述延伸管靠近所述支撑管的一端向外延伸有第二连接凸起，所述第一连接凸起与所述第二连接凸起通过若干螺栓螺纹连接。

优选的，所述延伸管外壁沿轴向对称设有若干与所述螺栓对应的拧紧管，所述拧紧管靠近所述第二连接凸起的一端设有与所述螺栓相适配的套筒。

优选的，所述延伸管的外壁沿轴向设有与所述拧紧管对应的若干固定器组，所述固定器组包括沿所述拧紧管轴向设置的若干固定器，所述拧紧管设于所述固定器内并相对所述固定器活动。

优选的，所述固定器包括固定块和固定管，所述固定块的两端分别与所述拧紧管和所述固定管固定连接，所述固定管的轴向与所述拧紧管的轴向平行，所述固定管的内径大于所述拧紧管的内径。

优选的，所述延伸管与所述第二连接凸起之间设有加强筋。

本发明第二方面提供一种基于上述测量装置的测量方法，所述测量方法包括：

将所述支撑管的封闭端打入地下，以使得所述磁轮与对应的所述限位块的底部接触；

在所述支撑管内安装与所述支撑管同轴心的所述测量管，并在所述测量管内安装所述磁场测量仪；

通过所述磁场测量仪实时监测所述支撑管外的所有磁轮形成的磁场中心的位移变化；

根据磁场中心的位移变化计算所述支撑管地下的沉降量。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的地下土体沉降测量装置的结构示意图；

图2为图1标识A处局部放大示意图；

图3为图1标识A处局部放大正视图；

图4为本发明第一实施例提供的地下土体沉降测量装置的俯视图；

图5为图2标识B处局部放大示意图；

图6为本发明第二实施例提供的地下土体沉降测量装置的结构示意图

图7为图6标识C处局部放大示意图；

图8为图6标识C处局部放大正视图；

图9为本发明第二实施例提供的地下土体沉降测量装置的俯视图；

图10为图8标识D处局部放大示意图。

主要元件符号说明：

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明提供一种地下土体沉降测量装置，将支撑管打入地下，通过在支撑管的外壁布置若干磁轮，支撑管外壁的所有磁轮形成一个磁场中心，当支撑管地下的土体产生沉降时，磁轮由于缺乏支撑会整体在滚动槽内向下滚动，达到平衡后，所有磁轮在新的位置重新形成一个磁场中心，通过磁场测量仪检测两个磁场中心位移的变化，即可测出支撑管地下土体的沉降量，方便准确。适合大范围推广。

如图1至图5所示，本发明第一实施例提供一种地下土体沉降测量装置，测量装置包括：包括垂直埋在地下且单侧封闭的支撑管10，具体的，在本实施例中，将支撑管10打入地下的方式为：首先在地面打一个比支撑管的管径略大的孔，然后将支撑管自封闭端开始竖直插入孔中，支撑管打入指定位置后，调整支撑管的垂直度，使其满足要求，然后在孔与支撑管的间隙中采用中砂回填，回填时要慢，以免回填的不够密实而影响测量的结果。支撑管10的外壁沿轴向设有若干限位块组，限位块组包括等距设置的若干限位块20，相邻的限位块之间以及靠近支撑管10封闭端的限位块20与支撑管10封闭端之间设有滚动槽30，滚动槽30内设有磁轮31，支撑管10外壁的所有磁轮31形成一磁场中心，限位块20用于限制磁轮31的活动范围。具体的，通过设置限位块20，在将支撑管10打入地下的过程中，磁轮31相对于支撑管10在滚动槽30内向上滚动，当磁轮31与限位块20的下方接触时，限位块20阻挡了磁轮31的进一步滚动，从而防止磁轮31从滚动槽30中脱落。支撑管10内设有与支撑管10同轴心的测量管40，测量管40内设有磁场测量仪41。磁场测量仪41用于感应磁场中心的变化并根据磁场中心的变化计算磁轮31在滚动槽30内的滚动距离，磁轮31的滚动距离反应监测点的沉降量。

在进行逆作法施工中，支撑管内后续会灌入混凝土以形成支撑桩，因此，为了不影响磁场测量仪41的测量，在支撑管10内设有测量管40，然后将磁场测量仪41设于测量管40内，通过测量管40可以有效的保护磁场测量仪41。具体的，在本实施例中，测量管40可以为塑料管，另外，将支撑管10的底端设置成封闭的，也可以有效的防止在打入支撑管10时泥浆进入支撑管内而影响后面向支撑管10内部灌注混凝土时的混凝土强度。打入支撑管10后，通过磁场测量仪41自动定位所有磁轮形成的磁场中心位置，当支撑杆10的地下发生沉降时，支撑管10外侧由于泥土的作用不会产生下降，但是磁轮31由于土体的沉降而缺乏支撑，会在滚动槽30内向下滚动，当所有滚轮31在滚动槽30内的新位置达到平衡时，磁场测量仪41重新定位所有磁轮新形成的磁场中心位置，具体的，磁场测量仪41包括深层沉降磁环，深层沉降磁环通过导线与外界的显示器连接，通过显示器即可直接读出测量数据。计算前后两次磁场中心的差值，即可计算出支撑管地下的沉降量。具体的，由于支撑管10地下发生沉降，所有磁轮31整体向下移动，在新平衡位置，磁场中心变化的位移为磁轮向下滚动的位移，也即支撑管地下的沉降位移。

另外，在本实施例中，如图3所示，限位块20为直角三角形限位块，直角三角形限位块有两个相互垂直的直角面，具体的，直角三角形限位块的第一直角面与支撑管10抵接，第二直角面在上一直角面的下方，并与支撑管10的轴线垂直，具体的，在打入支撑管10后，磁轮31与限位块的第二直角面接触限位进一步滚动，通过将限位块设置成直角三角形的限位块，使得限位块20与磁轮31接触时，产生的压力与支撑管的轴向平行，可以减少限位块20与磁轮31接触时产生的径向力。进一步的，在本实施例中，如图5所示，为了防止提高磁轮31在滚动槽内滚动的稳定性，在磁轮31的中心设有磁轮孔311，同一平面的内的磁轮通过一环形条32连接，具体的，在本实施例中，环形条32为钢丝绳。

具体的，在本实施例中，在进行地下沉降测量时，首先在测量点的地面向地下打一个比支撑管10略大的孔，然后将通过环形条32连接的磁轮组分别安装在对应的滚动槽内，再将支撑管10打入该孔内，然后通过将与支撑管10同轴心的测量管40伸入支撑管10内，通过将磁场测量仪41装入测量管40内，磁场测量仪41测量所有磁轮形成的磁场中心位置，当支撑管10的地下发生沉降时，磁轮31在滚动槽30内向下滑动，磁轮31在新的位置稳定后形成一个新的磁场中心，磁场测量仪41测量新的磁场中心的位置，比较两次磁场中心的变化即可测量出地下的沉降量。

本发明第二实施例也提供一种测量装置，本实施例提供的测量装置与第一实施例提供的测量装置的不同之处在于：

如图6至图10所示，在支撑管10的开口端设有与支撑管10同轴心且两端开口的延伸管50，延伸管50与支撑管10固定连接，测量管40依次穿过支撑管10和延伸管50。可以理解的是，通过设置延伸管50，可以对更深的地下土体进行测量，而且不需要单独增加支撑管10的长度，可以理解的是，过长的支撑管在打入地下时，垂直度更难保证。具体的，在本实施例中，地下沉降监测点的深度比第一实施例中的深度要深，而且支撑管10的开口端在地面以下，本实施例为了对支撑管10地下的沉降进行测量，通过在支撑管10的开口端固定连接一延伸管50，测量管40依次穿过延伸管50和支撑管10，磁场测量仪41设于测量管40内，对所有磁轮形成的磁场中心进行测量。

具体的，在本实施例中，如图8和图10所示，在支撑管10的开口端向外延伸有第一连接凸起11，在延伸管50靠近支撑管10的一端向外延伸有第二连接凸起51，第一连接凸起11和第二连接凸起51上对应设有若干螺纹孔，第一连接凸起11和第二连接凸起51通过螺栓52连接，进一步的，在本实施例中，在延伸管50的外壁沿轴向对称设有若干与螺栓52对应的拧紧管53，拧紧管53靠近第二连接凸起51的一端设有与螺栓52配套的套筒54。拧紧管53与套筒54共同组成为长组合套筒，优选的，拧紧管53与套筒54通过焊接连接。具体的，套筒54是根据螺栓52来选择的，用来套紧螺栓52，拧紧管53可以加长套筒作业范围。当测量地下较深的沉降量时，通过在支撑管10的开口端设置延伸管50，然后将测量仪依次经过延伸管50和支撑管10进行测量，支撑管10与延伸管50的连接部位于地面以下，工程技术人员难以到达拧紧螺栓将支撑管10与延伸管50连接，具体的，在本实施例中，通过在延伸管50的外壁沿轴向设置若干拧紧管53，在拧紧管53的端部设有与螺栓52相适配的套筒54，工程技术人员可以在地面上转动拧紧管53，带动套筒54将螺栓52拧紧。

再进一步的，在本实施例中，在延伸管50的外壁沿轴向设有与拧紧管53对应的若干固定器组，固定器组包括沿拧紧管53轴向设置的若干固定器55，拧紧管53设于固定器55内并相对固定器55活动。具体的，在本实施例中，延伸管50的外壁12根拧紧管53和对应设有12组固定器组，每一固定器组设有至少两个固定器55，固定器55可以通过焊接的方式固定在延伸管50上，拧紧管53分别穿过上下两个固定器55，拧紧管53可以在固定器55内转动或上下移动，通过设置固定器55，可以确定拧紧管53的位置，使得拧紧管53可以对准需要连接的螺栓，此外还可以在扭紧螺栓52的时候保证拧紧管53可以保持垂直状态使得螺栓可以顺利扭紧。

具体的，在本实施例中，如图9所示，固定器55包括固定块551和固定管552，固定块552的两端分别与拧紧管50和固定管551固定连接，优选的，可以通过焊接的方式固定连接，固定管552的轴向与拧紧管50的轴向平行，固定管552的内径大于拧紧管50的内径，以使得拧紧管50可以在固定管552内活动。更进一步的，在延伸管50与第二连接凸起51之间设有加强筋56。具体的，在本实施例中，加强筋56设于相邻的两拧紧管50之间，加强筋56截面为三角形，一个直角面与延伸管焊接，另一直角面与第二连接凸起51焊接，通过设置加强筋，可以有效的提高延伸管50的稳定性。

本发明第三实施例提供一种根据第一实施例或第二实施例提供的地下土体沉降测量装置进行的测量方法，具体的，测量方法包括：

将所述支撑管的封闭端打入地下，以使得所述磁轮与对应的限位块底部接触；

具体的，在本实施例中，确定测量位置后，首先在测量位置打一个比支撑管的管径略大的孔，然后将支撑管自封闭端开始竖直插入孔中，支撑管打入指定位置后，调整支撑管的垂直度，使其满足要求，然后在孔与支撑管的间隙中采用中砂回填，回填时要慢，以免回填的不够密实而影响测量的结果。将支撑管打入孔中的过程中，磁轮在滚动槽内相对于支撑管向上滚动，直至与滚动槽上方对应的限位块的底部接触。

在支撑管内安装与支撑管同轴心的测量管，并在测量管内安装磁场测量仪。

具体的，磁场测量仪包括深层沉降磁环，深层沉降磁环通过导线与外界的显示器连接，通过显示器即可直接读出测量数据。

通过磁场测量仪实时监测支撑管外的所有磁轮形成的磁场中心的位移变化。

在支撑管打入地下后，通过磁场测量仪检测支撑管外的所有磁轮形成的磁场中心，当支撑管的地下发生沉降时，磁轮在滚动槽内向下滚动，达到新的平衡位置后重新形成一磁场中心，通过磁场测量仪监测两次磁场中心位移的变化。

根据磁场中心的位移变化计算支撑管地下的沉降量。

需要说明的是，上述的实施过程只是为了说明本申请的可实施性，但这并不代表本申请的地下土体沉降测量装置及测量方法只有上述几种实施流程，相反的，只要能够将本申请的地下土体沉降测量装置及测量方法实施起来，都可以被纳入本申请的可行实施方案。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。