一种高速铁路路基变形的简易测量方法

技术领域

本发明属于高速铁路路基变形监测技术领域，具体涉及一种高速铁路路基变形的简易测量方法。

背景技术

高速铁路对路基变形要求很高，路基冻胀或路基沉降均会导致线路平顺性降低，可能造成行车安全隐患。路基变形监测可及时发现病害，对建设期施工质量控制、变更方案设计，运营期线路养护、病害整治提供可靠的参考。

目前，路基变形监测主要采用人工水准测量与传感器感知的自动监测相结合的方式。人工水准测量主要获取路基整体变形，需要前期埋设基准点和监测点，后期安排专业测量人员定期上线测量，其缺点主要表现在，后期测量需投入较多的人力和设备而成本高，受人员安排以及线路长度测量周期一般较长导致监测数据不同期次可对比性差，现场作业受风雪环境影响大、监测精度受控于基准点的稳定性、基准点与测点的距离等。

而自动监测主要对局部试验段路基变形以及变形影响因子进行综合监测，可获得时间连续的数据，监测结果用于分析变形规律，掌握变形机理，其缺点主要表现在，监测设备及材料成本高，设备成活率和数据质量与现场安装施工控制密切相关，数据采集过程中受外界信号干扰而易出现异常，数据无限传输需要现场具备良好的通信信号，设备更换和后期维护困难等。随着监测技术革新，技术进步，部分缺点已经得以解决，但由于系统复杂性和监测环境的恶劣，还存在很多问题。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种高速铁路路基变形的简易测量方法。

本发明的技术方案是：一种高速铁路路基变形的简易测量方法，包括以下步骤：

ⅰ.路基变形监测点钻孔

根据勘察资料和路基设计方案确定钻孔深度，孔径尺寸，采用钻机类型，并现场钻孔作业；

ⅱ.底部法兰盘、测杆、测杆套管安装入孔

根据钻孔实际深度确定测杆长度、数量，将底部法兰盘与测杆一端连接固定，在测杆另一端套上测杆套管，将安装好测杆、测杆套管的底部法兰盘放入钻孔的孔底；

ⅲ.钻孔回填至孔口以下一定深度

将测杆套管上提并在孔口进行临时固定，用混凝土回填料进行浇筑填充，待孔底混凝土回填料硬化后，将测杆套管放置在混凝土回填料表面，用钻孔取芯拌砂回填料对钻孔进行回填；

ⅳ.顶部法兰盘及套管安装

用螺母将顶部法兰盘安装在顶部套管端部以下位置，测杆上端插入到顶部套管中，保证顶部套管与顶部法兰盘固定后，顶部套管能在测杆上轴向滑动；

ⅴ.孔口回填及顶部法兰盘固定

将钻孔口附近剩余部分用中粗砂回填夯实，使顶部法兰盘底面固定在混凝土上，同时，顶部法兰盘上部用混凝土回填固定，在顶部套管中塞上管堵；

ⅵ.分表插入测数套管测数

将归零的千分表探针缓慢插入顶部套管中，保持千分表下端与顶部套管贴合，使探针与测杆相接触，待读数稳定后保存测数结果，拔出探针重复测3~5次；

ⅶ.整理和分析数据形成监测报告

现场监测完成后，对每个监测点每次测数分别计算平均值，整理、统计和分析多次监测结果，计算路基累计变形量、变形速率、预测变形发展趋势，绘制相关曲线，结合其它数据综合分析路基变形规律，形成路基变形监测研究报告。

所述路基变形监测为路基冻胀变形监测或路基沉降变形监测。

所述测杆为多节拼接状，所述测杆为镀锌钢管，测杆两端内径处形成内螺纹，测杆连接管固形成外螺纹，测杆连接管固拧入到两个相邻的测杆内径中将二者相连。

所述测杆套管为多节拼接状，所述为多节拼接状，测杆套管两端外壁处形成外螺纹，测杆套管连接管固内径处形成内螺纹，测杆套管连接管固套在两个相邻的测杆套管上将二者相连。

步骤ⅱ中测杆穿入测杆套管过程中在测杆外壁均匀涂抹润滑油，保证测杆套管在孔底以上岩土体发生垂向位移时不带动测杆上下移动。

步骤ⅲ中混凝土回填料进行浇筑时，出浆端送达孔底采用高压泵压入方式，保证浇筑质量。

步骤ⅲ中钻孔取芯拌砂回填料通过捣碎后去除粒径超过30mm的钻孔取芯材料拌砂得到。

本发明中将底部法兰盘固定在路基稳定层中，从而形成一个测量的基准点，同时通过多节的测杆将测量基准向孔口方向延伸，通过在侧杆外套测杆套管，保证测杆基准在岩土发生竖向变形时，测杆沿着测杆管套移动，通过在孔端设置的顶部法兰盘和顶部套管实现了路基表面的测量基准以及千分表的安装，通过侧杆顶端、顶部套管顶端的变形量得到路基变形量。

本发明的优点是设备成本低，零部件少加工简单，现场安装容易，测量方法简单、测量过程不受天气影响，数据精度能达到10

附图说明

图1 是本发明的方法流程图；

图2 是本发明的结构示意图；

其中：

1 千分表 2 路基表面

3 顶部套管 4 顶部法兰盘

5 测杆连接管固 6 测杆套管连接管固

7 钻孔取芯拌砂回填料 8 混凝土回填料

9 路基稳定层 10 中粗砂回填料

11 测杆套管 12 测杆

13 底部法兰盘。

具体实施方式

以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：

如图1-2所示，一种高速铁路路基变形的简易测量方法，包括以下步骤：

ⅰ.路基变形监测点钻孔

根据勘察资料和路基设计方案确定钻孔深度，孔径尺寸，采用钻机类型，并现场钻孔作业；

ⅱ.底部法兰盘、测杆、测杆套管安装入孔

根据钻孔实际深度确定测杆长度、数量，将底部法兰盘与测杆一端连接固定，在测杆另一端套上测杆套管，将安装好测杆、测杆套管的底部法兰盘放入钻孔的孔底；

ⅲ.钻孔回填至孔口以下一定深度

将测杆套管上提并在孔口进行临时固定，用混凝土回填料进行浇筑填充，待孔底混凝土回填料硬化后，将测杆套管放置在混凝土回填料表面，用钻孔取芯拌砂回填料对钻孔进行回填；

ⅳ.顶部法兰盘及套管安装

用螺母将顶部法兰盘安装在顶部套管端部以下位置，测杆上端插入到顶部套管中，保证顶部套管与顶部法兰盘固定后，顶部套管能在测杆上轴向滑动；

ⅴ.孔口回填及顶部法兰盘固定

将钻孔口附近剩余部分用中粗砂回填夯实，使顶部法兰盘底面固定在混凝土上，同时，顶部法兰盘上部用混凝土回填固定，在顶部套管中塞上管堵；

ⅵ.千分表插入测数套管测数

将归零的千分表探针缓慢插入顶部套管中，保持千分表下端与顶部套管贴合，使探针与测杆相接触，待读数稳定后保存测数结果，拔出探针重复测3~5次；

ⅶ.整理和分析数据形成监测报告

现场监测完成后，对每个监测点每次测数分别计算平均值，整理、统计和分析多次监测结果，计算路基累计变形量、变形速率、预测变形发展趋势，绘制相关曲线，结合其它数据综合分析路基变形规律，形成路基变形监测研究报告。

所述路基变形监测为路基冻胀变形监测或路基沉降变形监测。

所述测杆为多节拼接状，所述测杆为镀锌钢管，测杆两端内径处形成内螺纹，测杆连接管固形成外螺纹，测杆连接管固拧入到两个相邻的测杆内径中将二者相连。

所述测杆套管为多节拼接状，所述为多节拼接状，测杆套管两端外壁处形成外螺纹，测杆套管连接管固内径处形成内螺纹，测杆套管连接管固套在两个相邻的测杆套管上将二者相连。

步骤ⅱ中测杆穿入测杆套管过程中在测杆外壁均匀涂抹润滑油，保测杆套管在孔底以上岩土体发生垂向位移时不带动测杆上下移动。

步骤ⅲ中混凝土回填料进行浇筑时，出浆端送达孔底采用高压泵压入方式，保证浇筑质量。

步骤ⅲ中钻孔取芯拌砂回填料通过捣碎后去除粒径超过30mm的钻孔取芯材料拌砂得到。

一种高速铁路路基变形的简易测量方法的测量装置，包括设置在钻孔孔底中的底部法兰盘13，所述底部法兰盘13上设置有测杆12，所述测杆12外壁处套有测杆套管11，所述底部法兰盘13固定在路基稳定层9中，所述路基稳定层9由混凝土回填料8浇筑形成，所述测杆套管11固定在钻孔中，所述测杆套管11、钻孔内壁之间填充有钻孔取芯拌砂回填料7，所述钻孔顶部设置有顶部法兰盘4，所述顶部法兰盘4中设置有顶部套管3，所述顶部套管3插入到钻孔中，所述测杆12上部插入到顶部套管3中，所述顶部套管3、测杆12之间为间隙配合，所述顶部套管3与钻孔内壁之间设置有中粗砂回填料10。

所述顶部套管3中设置有千分表1，所述千分表1测量测杆12与顶部套管3之间的距离值。

所述顶部套管3上端与路基表面2平齐。

所述测杆12由多节镀锌钢管组成，所述镀锌钢管内径处形成内螺纹，测杆连接管固5形成外螺纹，测杆连接管固5拧入到两个相邻的测杆12内径中将二者相连。

所述测杆套管11为多节拼接状，测杆套管11两端外壁处形成外螺纹，测杆套管连接管固6内径处形成内螺纹，测杆套管连接管固6套在两个相邻的测杆套管11上将二者相连。

所述测杆12顶端与顶部套管3顶端之间的距离变化值为路基的变形量。

所述底部法兰盘13固定于路基稳定层9，其路基稳定层9为不变形层，底部法兰盘13上的测杆12延长至孔口附近，测杆12外安装测杆套管11，确保测杆12与钻孔周围岩土体绝对分离，测杆12与测杆套管11之间充填润滑油确保测杆套管11在孔底以上岩土体发生垂向位移时不能带动测杆12上下移动，孔口安装顶部法兰盘4，顶部法兰盘4中顶部套管3为内径与千分表1探针外径一致，表面平整光滑，用于测数时防止探针摇摆，顶部套管3长度保证顶部法兰盘4安装固定后测杆12顶端插入其中，且测杆12上部可以轴向移动。

实施例一

ⅰ.路基变形监测点钻孔S1

在路基监测点施工状态具备监测条件后，根据勘察资料和路基设计方案确定钻孔深度，孔径尺寸，采用钻机类型，并现场施工作业。

优选的，路基冻胀变形监测要求钻孔深度根据路基设计最大冻结深度、路基防冻胀填料厚度等因素综合确定，钻孔孔径一般为90mm，钻孔采用干钻法。

优选的，路基沉降变形监测要求钻孔深度根据路基填筑高度、地基软弱层厚度、地基处理深度、地下水水位等因素综合确定，钻孔孔径一般为108mm，钻孔采用水钻法。

钻孔结束后需要清除孔内沉渣，孔底夯实，测量钻孔实际深度。

ⅱ.底部法兰盘、测杆、测杆套管安装入孔S2

底部法兰盘13厚度0.5cm，直径8cm，中心开螺纹孔；测杆12为镀锌钢管，外径为34mm，两端开内丝扣，便于通过内嵌测杆连接管固5连接；测杆套管11为镀锌钢管，内径为40mm，两端开外丝扣，便于通过测杆套管连接管固6连接，测杆12顶部安装固定表面平整的管堵。

根据钻孔实际深度确定连接金属测杆长度和数量，先将底部法兰盘13与测杆12一端连接固定，然后将该测杆12另一端与其它测杆连接固定至设定长度，最终，使底部法兰盘13上测杆12的延伸长度比钻孔实际深度小20cm，根据测杆12长度，安装测杆套管11，使测杆套管11长度小于测杆12长度50cm，将测杆12的另一端穿入测杆套管11内，测杆12穿入测杆套管11过程中在测杆外壁均匀涂抹润滑油，将安装好测杆12和测杆套管11的底部法兰盘13放入孔底。

ⅲ.钻孔回填至孔口以下一定深度S3

将测杆套管11上提100cm并在孔口用管钳临时固定防止掉落，用掺早强剂的C30混凝土（粗骨料最大粒径不超过5mm）从孔底浇筑，为了保证浇筑质量，将导管出浆端送达孔底采用高压泵压入方式.

浇筑深度根据监测类型和孔深确定，一般冻胀变形监测孔深较小，浇筑深度20cm左右，沉降变形监测孔深较大，浇筑深度50cm左右。

待孔底混凝土硬化后将测杆套管11底端放置在混凝土浇筑体上表面，用捣碎后去除粒径超过30mm的钻孔取芯材料拌砂回填孔，每次回填20~30cm深后夯实填料，当孔深较大底部回填困难时，可直接用中粗砂回填，直到孔口以下50cm左右结束。

ⅳ.顶部法兰盘及套管安装S4

顶部法兰盘4直径30cm，厚度0.5cm，表面镂空便于安装后进行孔内回填，中心开孔；顶部套管3加工长度为30cm直径比测杆12内径略大顶部开外丝扣顶面和内壁平滑，用一对螺母将顶部法兰盘4卡在顶部套管3顶部以下10cm附近，测杆12插入套管内，让顶部套管3与顶部法兰盘4固定后，测杆12能够在顶部套管3内轴向移动。

ⅴ.孔口回填及顶部法兰盘固定S5

将孔口附近剩余部分用中粗砂回填夯实，距离孔口10cm左右用混凝土回填，将顶部法兰盘4的底面固定在混凝土上，顶部法兰盘4上部再次用混凝土回填固定，回填厚度至套管孔口5cm左右，并用可取下的橡皮塞封住套管口防止异物进入，待测数时拔出。

ⅵ.千分表插入测数套管测数S6

测数前先将千分表探针归零，测数时探针缓慢插入顶部套管3内，必须让探针外壳平面与测数套管测数端平面紧贴，待读数稳定后保存测数结果，为了减小系统和操作误差，可拔出探针重复测3~5次。

ⅶ.整理和分析数据形成监测报告S7

现场监测完成后，对每个监测点每次测数分别计算平均值，整理、统计和分析多次监测结果，计算路基累计变形量、变形速率、预测变形发展趋势，绘制相关曲线，结合其它数据综合分析路基变形规律，形成路基变形监测研究报告。

本发明中将底部法兰盘固定在路基稳定层中，从而形成一个测量的基准点，同时通过多节的测杆将测量基准向孔口方向延伸，通过在侧杆外套测杆套管，保证测杆基准在岩土发生竖向变形时，测杆沿着测杆管套移动，通过在孔端设置的顶部法兰盘和顶部套管实现了路基表面的测量基准以及千分表的安装，通过侧杆顶端、顶部套管顶端的变形量得到路基变形量。

本发明的优点是设备成本低，零部件少加工简单，现场安装容易，测量方法简单、测量过程不受天气影响，数据精度能达到10