一种基坑围护侧向变形多点同步自动化测量方法

技术领域

本发明属于建筑施工监控领域，特别涉及一种基坑围护侧向变形多点同步自动化测量方法。

背景技术

现有基坑土体侧向变形多采用测斜仪法。该测斜仪法由测斜仪(带滑轮)安装在测斜管中，周边土体发生侧向位移后，带动测斜管发生侧向变形，测斜仪由测杆和滚轮组成，测杆与测斜管通过轨道扣紧，测杆中带有角度传感器，能够测量测杆相对于重力垂线的角度，通过角度与测杆之间距离，就可以计算出测斜管的侧向变形，从而达到测量深层土体位移的目的。该种测量方法简单方便，但传感器精度、测斜管埋设质量、传感器与测斜管夹紧情况等多方面因素的影响。另外，该种方法由于需要单个传感器多次测量或安装多个传感器才能获得深度方向土体的整体位移情况，这样势必带来较大的累计误差。

该方法采用单个仪器测量时需要外力进行下放和提升，不能实现实时测量。当采用多个传感器同时进行测量以实现实时测量时，由于传感器为并联安装形式，每个传感器都需要独立的电缆进行信号传输，而受限于测斜管的直径限制，因此传感器布设数量也就受到限制，这在一定程度上对深度较大的基坑土体测量带来影响。

发明内容

本发明旨在提供一种基坑围护侧向变形多点同步自动化测量方法，解决基坑开挖过程中围护全深度范围变形多点同步测量难题，提升围护变形测量精度以及测量实时性，降低基坑开挖施工风险。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种基坑围护侧向变形多点同步自动化测量方法，包括如下步骤

步骤1，按基坑围护结构的深度设置管道的长度，将管道绑扎于地下连续墙的钢筋笼上，使得管道的一个侧边与基坑围护结构的侧壁相平行，管道做好密封后跟随钢筋笼下放至地下连续墙槽中，然后浇筑混凝土，形成基坑围护结构；

步骤2，根据管道长度确定测量装置的数量，将测量装置由下至上依次放入管道内，每个测量装置包括一支撑架、一斜杆以及一传感器，所述支撑架包括四根杆件，所述四根杆件包括两根长度相等的横杆与两根长度相等的竖杆，相邻杆件之间通过转轴连接形成一个矩形结构，相邻杆件之间能够相互转动，支撑架的对角线上设置一所述斜杆，所述斜杆的两端分别与支撑架的对角铰接，所述斜杆上设有用于测量所述斜杆长度变化的所述传感器，给每个传感器编号，记录每个传感器的编号和顺序，每个传感器通过数据线与总线相连，放置于管道内的支撑架与基坑围护结构的侧壁垂直；

步骤3，将一采集传输装置与总线连接，使得各传感器与所述采集传输装置连接，测试所述传感器和采集传输装置之间的连接以及各自的功能是否正常；

步骤4，基坑围护结构稳定后，基坑开挖前，读取各测量装置的传感器的初始值，并设定一定频率自动采集数据，假定最下方测量装置的底部未发生水平移动，根据实时数据进行计算分析，根据分析数据绘制基坑围护结构深度方向的实时水平变形曲线。

优选的，在上述的基坑围护侧向变形多点同步自动化测量方法中，管道内的测量装置由下至上依次为第1测量装置、第2测量装置、······、以及第n测量装置,所有测量装置的尺寸大小一致，其中任意第i测量装置的顶部相对自身底部的侧向水平变形量x

x

其中，M是横杆的长度，N是竖杆的长度，L是每个测量装置的斜杆初始状态时的长度，L

优选的，在上述的基坑围护侧向变形多点同步自动化测量方法中，任意第i测量装置的顶部相对最下方测量装置的底部的侧向水平总位移量Xi为

X

其中，由下至上各测量装置的顶部相对自身底部的侧向水平变形量分别为x

优选的，在上述的基坑围护侧向变形多点同步自动化测量方法中，深度为Q位置的侧向总水平变形量A的获取方法如下：

计算每个测量装置变形后的自身高度，第i测量装置变形后的自身高度h

计算每个测量装置顶部变形后的总高度，第i测量装置顶部变形后的总高度H

H

将深度Q与所有测量装置顶部变形后的总高度进行比较，找到H

则深度Q总体侧向水平变形量A为

A＝x

其中，x

优选的，在上述的基坑围护侧向变形多点同步自动化测量方法中，所述支撑架的四个角部位置分别设置一弹性支撑点。

优选的，在上述的基坑围护侧向变形多点同步自动化测量方法中，所述斜杆分为两根杆段，两根杆段通过所述传感器连接成整体。

优选的，在上述的基坑围护侧向变形多点同步自动化测量方法中，所述传感器能够压缩和伸长，所述传感器的弹性系数远小于斜杆的弹性模量。

优选的，在上述的基坑围护侧向变形多点同步自动化测量方法中，相邻测量装置之间通过螺栓连接，所述横杆上开设一对用于连接相邻测量装置的横杆的螺栓孔。

由以上公开的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明提供一种基坑围护侧向变形多点同步自动化测量方法，包括：按基坑围护结构的深度设置管道的长度，将管道绑扎于地下连续墙的钢筋笼上，使得管道的一个侧边与基坑围护结构的侧壁相平行，管道做好密封后跟随钢筋笼下放至地下连续墙槽中，然后浇筑混凝土，形成基坑围护结构；根据管道长度确定测量装置的数量，将测量装置由下至上依次放入管道内，每个测量装置包括一支撑架、一斜杆以及一传感器，所述支撑架包括四根杆件，所述四根杆件包括两根长度相等的横杆与两根长度相等的竖杆，相邻杆件之间通过转轴连接形成一个矩形结构，相邻杆件之间能够相互转动，支撑架的对角线上设置一所述斜杆，所述斜杆的两端分别与支撑架的对角铰接，所述斜杆上设有用于测量所述斜杆长度变化的所述传感器，给每个传感器编号，记录每个传感器的编号和顺序，每个传感器通过数据线与总线相连，放置于管道内的支撑架与基坑围护结构的侧壁垂直；将一采集传输装置与总线连接，使得各传感器与所述采集传输装置连接，测试所述传感器和采集传输装置之间的连接以及各自的功能是否正常；基坑围护结构稳定后，基坑开挖前，读取各测量装置的传感器的初始值，并设定一定频率自动采集数据，假定最下方测量装置的底部未发生水平移动，根据实时数据进行计算分析，根据分析数据绘制基坑围护结构深度方向的实时水平变形曲线，可以多点同步测量基坑整体侧向变形数据，实现基坑围护结构任意深度侧向水平变形的监测，有效减小基坑开挖过程中的事故发生，提升围护变形测量精度以及测量实时性，降低基坑开挖施工风险。

附图说明

图1是本发明一种基坑围护侧向变形多点同步自动化测量方法的结构示意图(立面图)。

图2是测量装置以及管道在基坑围护结构内的俯视示意图。

图3是测量装置的结构示意图。

图4是管道的横截面图。

图5是测量装置与管道的装配示意图。

图6是测量装置在初始状态(变形前)时的尺寸示意图。

图7是测量装置在变形后的尺寸示意图之一。

图8是测量装置在变形后的尺寸示意图之二。

图9是深度Q位置处测量装置的变形示意图。

图中：1-管道、11-卡槽、2-测量装置、21-横杆、22-竖杆、23-斜杆、24-传感器、25-转轴、26-弹性支撑点、27-螺栓孔，3-采集传输装置、4-基坑围护结构、41-侧壁、5-数据线、6-总线。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。以下将由所列举之实施例结合附图，详细说明本发明的技术内容及特征。需另外说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本发明技术方案的限制。

请继续参阅图1至图9，本实施例公开了一种基坑围护侧向变形多点同步自动化测量方法，包括如下步骤

步骤1，按基坑围护结构4的深度设置管道1的长度，将管道1绑扎于地下连续墙的钢筋笼上，使得管道1的一个侧边与基坑围护结构4的侧壁41相平行，管道1做好密封后跟随钢筋笼下放至地下连续墙槽中，然后浇筑混凝土，形成基坑围护结构4；

步骤2，根据管道1长度确定测量装置2的数量，将测量装置2由下至上依次放入管道1内，每个测量装置2包括一支撑架、一斜杆23以及一传感器24，所述支撑架包括四根杆件，所述四根杆件包括两根长度相等的横杆21与两根长度相等的竖杆22，相邻杆件之间通过转轴25连接形成一个矩形结构，相邻杆件之间能够相互转动，支撑架的对角线上设置一所述斜杆23，所述斜杆23的两端分别与支撑架的对角铰接，所述斜杆23上设有用于测量所述斜杆23长度变化的所述传感器24，给每个传感器24编号，记录每个传感器24的编号和顺序，每个传感器24通过数据线5与总线6相连，放置于管道1内的支撑架与基坑围护结构4的侧壁41垂直；

步骤3，将一采集传输装置3与总线6连接，使得各传感器24与所述采集传输装置3连接，测试所述传感器24和采集传输装置3之间的连接以及各自的功能是否正常；

步骤4，基坑围护结构4稳定后，基坑开挖前，读取各测量装置2的传感器24的初始值，并设定一定频率自动采集数据，假定最下方测量装置2的底部未发生水平移动，根据实时数据进行计算分析，根据分析数据绘制基坑围护结构4深度方向的实时水平变形曲线，可以多点同步测量基坑整体侧向变形数据，实现基坑围护结构4任意深度侧向水平变形的监测，有效减小基坑开挖过程中的事故发生，提升围护变形测量精度以及测量实时性，降低基坑开挖施工风险。

请重点参阅图6至图8，每个测量装置2初始状态下由横杆21、竖杆22和斜杆23组成的三级凹形△ABC三边长分别为M、N、L，变形后三边长分别为M、N、L’，M是横杆21的长度，N是竖杆22的长度，L是测量装置2的斜杆23初始状态时的长度，L’是测量装置2的斜杆23变形后的长度，β是测量装置变形后斜杆与横杆之间的夹角。

根据余弦定理可知：

N

则，cosβ＝(M

此时，△ADC为直角三角形，可求AD边长为

AD＝L’*cosβ

则，单个测量装置2的顶部相对自身底部的侧向水平变形量X为

X＝AD-M

x＝L’*cosβ-M

可得：x＝L’*[(M

优选的，在上述的基坑围护侧向变形多点同步自动化测量方法中，管道1内的测量装置2由下至上依次为第1测量装置、第2测量装置、······、以及第n测量装置,所有测量装置2的尺寸大小一致，其中任意第i测量装置2的顶部相对自身底部的侧向水平变形量x

x

其中，M是横杆21的长度，N是竖杆22的长度，L是每个测量装置2的斜杆23初始状态时的长度，L

优选的，在上述的基坑围护侧向变形多点同步自动化测量方法中，任意第i测量装置的顶部相对最下方测量装置2的底部的侧向水平总位移量X

X

其中，由下至上各测量装置2的顶部相对自身底部的侧向水平变形量分别为x

如此，可求得单个测量装置顶部相对最下方测量装置2的底部的侧向水平总位移量，计算结果中会存在+、-情况，实施过程中可人为规定变形方向的正负，本发明以向左侧变形为“﹢”，向右侧变形为“-”。采用上述方法，通过同时测量测量装置顶部相对最下方测量装置2的底部的侧向水平总位移量，可以实现多点同步测量基坑围护结构4侧向变形数据，能够准确获得基坑安全风险，有效减小基坑开挖过程中的事故发生。

优选的，在上述的基坑围护侧向变形多点同步自动化测量方法中，深度为Q位置的侧向总水平变形量A的获取方法如下：

计算每个测量装置2变形后的自身高度，第i测量装置变形后的自身高度h

计算每个测量装置2顶部变形后的总高度即计算基坑围护结构发生侧向变形后每个测量装置顶部至最下方测量装置底部之间的距离，第i测量装置顶部变形后的总高度H

H

将深度Q与所有测量装置2顶部变形后的总高度进行比较，也就是说将深度Q位置与所有测量装置2顶部变形后的总高度进行比较，深度Q位置是指位于最下方测量装置底部向上间隔Q距离的位置，找到H

此时根据内插计算第m测量装置上深度Q位置处相对第m测量装置底部的水平位移量P计算为下式

(H

P＝(H

则深度Q总体侧向水平变形量A为

A＝x

最后得到

A＝x

其中，x

优选的，在上述的基坑围护侧向变形多点同步自动化测量方法中，所述支撑架的四个角部位置分别设置一弹性支撑点26。弹性支撑点26分别位于支撑架的四个角点，主要用于将支撑架与管道1紧密接触。

优选的，在上述的基坑围护侧向变形多点同步自动化测量方法中，斜杆23的材质与支撑架相同，所述斜杆23分为两根杆段，两根杆段通过所述传感器24连接成整体，也就是说所述传感器设置于两根杆段之间。

优选的，在上述的基坑围护侧向变形多点同步自动化测量方法中，所述传感器24是具有测量长度变化的传感器24，所述传感器能够压缩和伸长，所述传感器24的弹性系数远小于斜杆23的弹性模量，所述传感器24是测长传感器，所述传感器24由一个弹性材料制成，当斜杆受到外力作用时，弹性材料会发生形变。这种形变会导致弹性材料的电阻发生变化，测长传感器利用这种电阻变化测量自身长度变化，从而得到斜杆的整体长度变化。

优选的，在上述的基坑围护侧向变形多点同步自动化测量方法中，相邻测量装置2之间通过螺栓连接，所述横杆21上开设一对用于连接相邻测量装置的横杆的螺栓孔27。

综上所述，本发明采用埋入围护结构内部的管道、支撑架、斜杆、安装在斜杆上的传感器、采集传输装置等组成。支撑架四个杆件通过转动轴连接，能够相互转动，当管道随着围护构变形时带动支撑架发生侧向转动，此时斜杆上的传感器测量出斜杆伸长量，通过三角形余弦定理可求出斜杆与横杆之间夹角，最后根据三角形关系求解出支撑架侧向转动造成的自身水平位移，围护结构整体方向的变形是通过将多个监测装置首尾连接，形成一串，通过将每个装置的侧向变形叠加，从而形成整体变形数据，解决基坑开挖过程中围护全深度范围变形多点同步测量难题，提升围护变形测量精度以及测量实时性，降低基坑开挖施工风险。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。