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一种监测淤泥地层沉降的装置
申请号	CN202410116688.3	申请日	2024-01-29	公开(公告)号	CN118048890A	公开(公告)日	2024-05-17
申请人	广东海洋大学;			发明人	李长清; 边金; 张会领; 孙心如; 周瑶;
摘要	本发明公开了一种监测淤泥地层沉降的装置，属于淤泥地层沉降监测技术。它包括基准管（1）、滑动管（2）和电阻式位移传感器（3），所述基准管（1）在至少一个管段位置开有对称的管壁切口（11），管壁切口（11）下方基准管（1）管筒内固定有水平的基准管支架（12），电阻式位移传感器（3）安装在基准管支架（12）上；滑动管（2）外壁圆盘构成沉降盘（21），滑动管（2）滑动套在基准管（1）外壁，滑动管（2）封盖管壁切口（11），滑动管支架（22）穿过管壁切口（11）固定在滑动管（2）内，滑动管支架（22）按压电阻式位移传感器（3）顶部的拉杆。本发明的技术效果是：能够准确监测得到淤泥地层的沉降数据。
权利要求	1.一种监测淤泥地层沉降的装置，其特征是：包括基准管（1）、滑动管（2）和电阻式位移传感器（3），所述基准管（1）在至少一个管段位置开有对称的管壁切口（11），各段管壁切口（11）下方基准管（1）管筒内固定有水平的基准管支架（12），电阻式位移传感器（3）安装在基准管支架（12）上；滑动管（2）外壁圆盘构成沉降盘（21），滑动管（2）滑动套在基准管（1）外壁，滑动管（2）封盖各段管壁切口（11），滑动管支架（22）穿过管壁切口（11）固定在滑动管（2）内，滑动管支架（22）按压电阻式位移传感器（3）顶部的拉杆。 2.根据权利要求1所述的监测淤泥地层沉降的装置，其特征是：所述基准管支架（12）、滑动管支架（22）为对称三叉形支板，支架的交点为固定或按压接触电阻式位移传感器（3）的支撑台或作用点。 3.根据权利要求1或2所述的监测淤泥地层沉降的装置，其特征是：在基准管（1）与滑动管间隙（2）位置设有SBS柔性体改性沥青防水卷材（4）。
说明书全文	一种监测淤泥地层沉降的装置技术领域 [0001] 本发明涉及一种淤泥地层沉降监测技术，具体涉及一种监测淤泥地层沉降的装置。背景技术 [0002] 在海洋工程修建过程中经常会遇到深厚淤泥层，为了满足承载要求及控制沉降，设计过程中通常选择桩基础。然而，由于目前对深厚淤泥层桩基与周围淤泥层相互作用机理认识不清，为了保证工程安全桩基设计过程中会偏于保守，使得设计桩长提高、桩径增大，最终造成工程造价提高、碳排放量增大。在要求降低工程造价、减少碳排放的条件下，选择最优桩型是本领域人员亟待解决的技术问题。为了解决上述技术问题，首先需要探明桩基与周围淤泥层的相互作用机理，而探明桩与淤泥层相互作用机理的关键是要发现深厚淤泥层中桩基与周围地层的沉降规律。 [0003] 从受力方式分类，桩基可以分为端承桩和摩擦桩。端承桩又可以进一步细分为完全端承桩和摩擦端承桩，摩擦桩又可以进一步细分为完全摩擦桩和端承摩擦桩。如果桩顶竖向荷载完全由桩端阻力承受就称为完全端承桩，如果桩顶竖向荷载主要由桩端阻力承受，部分由桩侧摩阻力承受就称为摩擦端承桩，如果桩顶竖向荷载完全由桩侧摩阻力承受就称为完全摩擦桩，如果桩顶竖向荷载主要由桩侧摩阻力承受，部分由桩端阻力承受就称为端承摩擦桩。 [0004] 桩侧所受地层摩阻力如图1所示，当桩发生沉降时，桩相对于地层发生向下的相对位移，由于摩阻力与相对位移方向相反，因此桩受到周围地层向上的摩阻力。然而在深厚淤泥地层中，淤泥压缩性较大，桩侧所受摩阻力性质（正摩阻力、无摩阻力和负摩阻力）取决于桩与淤泥层的相对沉降。 [0005] 如图2a所示，当桩身局部位置沉降大于桩侧淤泥层沉降时，该位置桩基发生相对于淤泥层向下的位移，此时该位置桩侧受到周围淤泥层向上的正摩阻力。如图2b所示，当桩身局部位置沉降等于桩侧淤泥层沉降时，桩基在该位置没有发生相对于淤泥层的位移，此时该位置桩侧没有受到周围淤泥层的摩阻力。如图2c所示，当桩身局部位置沉降小于桩侧淤泥层沉降时，该位置桩基发生相对于淤泥层向上的位移，此时该位置桩侧受到周围淤泥层向下的负摩阻力。 [0006] 在图2a中，对于深厚淤泥地基，桩侧淤泥层对桩身产生正摩阻力表明淤泥层对桩基产生支持作用，淤泥层对桩基承载力产生贡献。在图2b中，桩身沉降等于周围淤泥层沉降时，此时桩侧没有受到周围淤泥层的摩阻力，此时桩侧淤泥层对桩基承载力即没有产生支持作用也不会降低桩基承载力。在图2c中，桩侧淤泥层对桩身产生负摩阻力则表明淤泥层对桩基产生消极作用，即淤泥层对桩基施加了荷载作用，使得桩基实际承载力降低。在桩基施工过程中，人们希望图2a所示的桩侧淤泥层对桩基产生正摩阻力，如果不能实现上述目标，图2b所示的桩侧淤泥层对桩基不产生作用力也是可以接受的，人们不希望看到图2c所示的桩侧淤泥层对桩基产生负摩阻力，因为桩侧产生的负摩阻力会降低桩基实际承载力。 [0007] 在深厚淤泥层桩基施工过程中，目前由于没有专门用于监测深厚淤泥层桩基周围地层沉降的装置，导致技术人员不清楚桩侧淤泥层对桩基的作用形式（正摩阻力、无摩阻力和负摩阻力），为了保证工程安全只能假设该工程为最不利情况，即淤泥层对桩身产生负摩阻力，进而在桩基施工时，人们会偏于保守，将桩基选定为完全端承桩，即将桩基完全跨过深厚淤泥层打入下部坚硬地层。由于技术人员假设桩侧淤泥层会对桩基产生消极作用（负摩阻力），因此使得施工的桩基桩径提高、桩长增大，上述过程必然导致工程造价提高、碳排放量增大。 [0008] 目前，用分层沉降仪实施地层沉降监测。分层沉降仪主要由探测器、沉降管和沉降环等组成，探测器尾部固定有测尺。分层沉降仪测量地层沉降过程为：首先将沉降环埋入测量位置，然后埋入沉降管，将探测器放入沉降管中，探测器内部装有磁感应器，当探测器深入地层中达到埋入沉降环的位置时，探测器的电流会发生变化进而引起蜂鸣报警，此时读取测尺读数就可以换算出地层的沉降数据。淤泥是指在静水或缓慢的流水环境中沉积、经生物化学作用形成富含有机物的粘性土，一般淤泥的天然含水量大于液限，天然孔隙比大于或等于1.5，具有力学强度低、压缩性强的特点。因此，当采用分层沉降仪测量淤泥地层的沉降时，由于淤泥层力学强度低、压缩性强，沉降环并不会随淤泥地层发生沉降，造成分层沉降仪不能实现淤泥地层的沉降监测。发明内容 [0009] 针对分层沉降仪存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种监测淤泥地层沉降的装置，它能避免分层沉降仪的沉降环不随淤泥地层发生沉降的问题，能够准确监测得到淤泥地层的沉降数据。 [0010] 本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括基准管、滑动管和电阻式位移传感器，所述基准管在至少一个管段位置开有对称的管壁切口，各段管壁切口下方基准管管筒内固定有水平的基准管支架，电阻式位移传感器安装在基准管支架上；滑动管外壁圆盘构成沉降盘，滑动管滑动套在基准管外壁，滑动管封盖各段管壁切口，滑动管支架穿过管壁切口固定在滑动管内，滑动管支架按压电阻式位移传感器顶部的拉杆。 [0011] 滑动管带有沉降盘，沉降盘面积较大，使得沉降盘与周围淤泥层接触面积较大，则沉降盘能够随淤泥地层一起沉降，进而能够通过电阻式位移传感器得到滑动管相对于基准管的沉降值。又由于基准管的整体沉降可以通过测量基准管顶高程实现，因此将滑动管相对于基准管的沉降与基准管的整体沉降二者数据求和得到各淤泥地层实际的沉降值。本发明测量淤泥地层沉降结果准确、有效，避免了分层沉降仪的沉降环不沉降造成的测量困难。 [0012] 本发明的技术效果是：能够准确监测得到淤泥地层的沉降数据。使用本发明的装置能探测桩基周围地层的沉降规律，确定桩侧淤泥层对桩基的作用形式，从而实现为淤泥层地基选择最优桩型，达到降低工程造价、减少碳排放的目标。附图说明 [0013] 本发明的附图说明如下：图1为桩侧所受地层摩阻力示意图；图2为淤泥层中桩身受力图；（a）、正摩阻力；（b）、无摩阻力；（c）、负摩阻力；图3为基准管的结构示意图；图4为滑动管的结构示意图；图5为滑动管与基准管套接的结构示意图；图6为基准管上套接多个滑动管的结构示意图。 [0014] 图中，1、基准管；11、管壁切口；12、基准管支架；2、滑动管；21、沉降盘；22、滑动管支架；3、电阻式位移传感器；4、SBS柔性体改性沥青防水卷材。具体实施方式 [0015] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：为了清楚描述发明内容，本专利申请使用方位词“上”、“下”进行区别，所述“上”、“下”是依据以上附图的布设方位来确定的，在本发明的实际使用方向发生改变，其方位的称谓随之改变，不能视为对专利保护范围的限制。 [0016] 如图3、图4和图5所示，本发明包括基准管1、滑动管2和电阻式位移传感器3，所述基准管1在至少一个管段位置开有对称的管壁切口11，各段管壁切口11下方基准管1管筒内固定有水平的基准管支架12，电阻式位移传感器3安装在基准管支架12上；滑动管2外壁圆盘构成沉降盘21，滑动管2滑动套在基准管1外壁，滑动管2封盖各段管壁切口11，滑动管支架22穿过管壁切口11固定在滑动管2内，滑动管支架22按压电阻式位移传感器3顶部的拉杆。 [0017] 所述基准管支架12、滑动管支架22为对称三叉形支板，支架的交点为固定或按压接触电阻式位移传感器3的支撑台或作用点。 [0018] 本发明所用的电阻式位移传感器，具有防水功能，可以在水和淤泥环境下工作。本发明的装置的安装使用过程如下：根据地质情况和测量目标确定需要测量淤泥层的埋深及测点数，进而布设滑动管安装的位置和数量，然后将滑动管支架插装在基准管上，将带沉降盘的滑动管套入基准管，并将滑动管支架与滑动管进行焊接组成滑动管整体，然后在滑动管支架与基准管支架间安装电阻式位移传感器，并将电阻式位移传感器数据输出线通过基准管内空腔引出到地面。在基准管和滑动管接触位置安装SBS柔性体改性沥青防水卷材，避免水和淤泥进入装置内部，在基准管底部设置不锈钢堵头封闭基准管底部。 [0019] 本发明需要预先埋置在待测淤泥地层中，具体埋置过程如下所述：首先在待测地层中成孔，然后将本发明装置整体放置在孔中，然后进行回填，使得滑动管周围的沉降盘埋入待测地层中，在回填过程中从下往上逐个核对滑动管的位置是否与监测方案一致，如有出入需要对滑动管位置进行调整，调整后对该沉降管对应的电阻式位移传感器进行数据归零操作。 [0020] 基准管可以打入坚硬地层也可以不打入坚硬地层，如果打入坚硬地层基准管就不会发生整体沉降，此时滑动管相对于基准管的沉降值就为该淤泥层的实际沉降值。如果不打入坚硬地层基准管就会发生整体沉降，此时淤泥层的实际沉降值等于滑动管相对于基准管的沉降与基准管的整体沉降之和。 [0021] 基准管底部需要封面，在基准管底部设置不锈钢堵头封闭基准管底部，通过设置在基准管和滑动管间的SBS柔性体改性沥青防水卷材和基准管底部的堵头防止水及淤泥进入装置内部，由于本发明使用的电阻式位移传感器具有防水功能，因此即使部分水及淤泥进入装置内部也不会影响使用。 [0022] 本发明的工作原理是：将本发明的装置预埋在待测地层中，当淤泥层发生沉降时会带动滑动管一起移动，滑动管支架在移动过程中会按动电阻式位移传感器的拉杆，拉杆的移动会改变电阻式位移传感器的电阻值，电阻式位移传感器能将滑动管的位移转换为电信号输出，电阻式位移传感器的引出线通过基准管内空腔引出到地面，引出线接入数据采集仪，因此可以在地面上实时读取电阻式位移传感器的读数。 [0023] 淤泥层的实际沉降值Lj等于电阻式位移传感器的读数l j加上基准管的整体沉降值d，基准管的整体沉降值 d通过测量管顶高程得到，淤泥层实际沉降值计算如下式： Lj=lj+d （1）式(1)中， L j为淤泥层的实际沉降数值， li为各淤泥层位移传感器读数， d为基准管的整体沉降值。 [0024] 为了防止基准管与滑动管结合部的间隙进入水和淤泥，如图5所示，在基准管1与滑动管2间隙位置设置了SBS柔性体改性沥青防水卷材4，进而提高装置的使用寿命。 [0025] 如图6所示，根据实际需要，在基准管1上套接多个滑动管2，进而实现多层淤泥层的沉降监测。该装置需要预先埋设在淤泥层中，沉降盘需要插入待测淤泥层中，使得滑动管与淤泥层同步变形，电阻式位移传感器的引出线通过基准管内空腔引出到地面，引出线接入数据采集仪，因此在地面上可以实时读取位移传感器的读数。各淤泥层的实际沉降值等于电阻式位移传感器的读数加上基准管的整体沉降值，基准管的整体沉降值可以通过测量管顶高程得到。