[发明专利]高速公路软土路基沉降监测微型静压计

说明书

技术领域

本发明涉及一种静压计，具体涉及一种监测地基沉降的静压计。

背景技术

地基的沉降观测问题是高速公路施工运行过程中的关键问题，目前地基的沉降观测主要有三种方法：沉降板法、剖面沉降管法和基于液位差（静水压力差）原理的观测方法。

沉降板法的装置是由沉降板、金属测杆及保护套管组成，通过观测金属测杆的高程变化来观测沉降，但是该方法在施工过程中容易损坏金属测杆，沉降板附近路面要单独施工，且观测过程和路基施工互相干扰，增加工作量、延长工期。

剖面沉降管法的装置由倾角仪、水平放置的测斜管以及数显仪组成，通过倾角仪测出所在位置的倾角变化即可换算出该位置的沉降量，该方法的不足之处在于沉降较大时测斜管易断裂，而且测斜管内固定倾角方向的导向槽在路基变形时容易发生偏转，倾角仪所测方向就会随之发生变化而产生明显误差，同时，该方法观测工作量大、观测成本较高。

基于液位差原理的观测方法，如图1所示，是在观测点安装埋入式沉降盒1，并在地基内通过输水管与路堤外地表的基准水箱9相连，沉降盒1内有压力传感器，可以测得沉降盒内的水压，并通过电缆传递信号到地表。根据测得的压力变化即可换算出观测点与基准点的高差：

H＝p/ρg              （1）

上式中，H为测点与基准点之间的高程差，据此可计算出地基的沉降变化；p为沉降盒内压力传感器所受的压力；ρ为输水管和水箱内的液体密度；g为重力加速度，取9.8m/s²。

显然，与沉降板法和剖面沉降管法相比，基于液位差（确切地说，是观测点与基准点相对高差引起的静水压力差）的观测方法施工更为方便，观测也更为简易，而且避免了沉降观测与路堤施工的互相干扰，其优越性决定了它是未来施工中沉降观测的主要发展方向。但是，从现有的使用经验来看，由于很多时候地基沉降量较小，传递到埋入式压力传感器上的水压力也特别小，常规仪器很难精确测得水压力的大小，观测误差较大；若采用高灵敏度仪器观测，不但成本高，而且受各种偶然因素影响，得到的数据容易发生漂移，这些问题限制了液位差法在实际工程中的使用。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种相对误差小且测量精度高的高速公路软土路基沉降监测微型静压计。

技术方案：本发明提供了一种高速公路软土路基沉降监测微型静压计，包括壳体、碟形膜、加压环、波纹管、测频系统，所述壳体为封闭的金属圆柱腔体，所述加压环固定在所述壳体的顶盖中心，所述碟形膜横向隔断在所述壳体的上部且其中心与所述加压环的底部固定，所述壳体在碟形膜以上的部分连接所述波纹管注水，在碟形膜以下的部分设有与所述碟形膜相连的测频系统；所述测频系统包括钢弦、激振器、电缆和测频仪，所述钢弦钢弦绷紧且带有弹性，其顶端和所述碟形膜的中心连接，位于所述钢弦一侧的所述激振器通过所述电缆穿过所述壳体的侧壁与地面上的所述测频仪相连，激振器激发钢弦振动并将钢弦的振动频率反馈到测频仪。高程变化时，碟形膜受到注水的压力也相应变化，膜面变形后改变钢弦的绷紧程度，从而引起钢弦振动频率的变化，根据测频仪测出的钢弦的振动频率变化，可得到膜面所受压力，并计算出膜面所在高程，其与初始状态的高程差即为沉降量。该装置将碟形膜受到水的微小压力变化转化为钢弦振动频率变化并计算出高度差，测量灵敏度高，测量精确误差小。

优选的，所述碟形膜为中心水平边缘沿S形曲面向上延伸的不锈钢弹性膜片，大膜面保证在较小压力下可以发生显著变形，因此当地基沉降时高程发生细微变化，碟形膜也可发生变形，灵敏度高，不锈钢材质可提高膜片的耐久性及变形的弹性。

进一步，所述加压环由弹性不锈钢制成，直径略大于碟形膜与壳体顶部之间的距离，在组装过程中加压环可向碟形膜施加初始压力，以保证膜面变形的线性度。

进一步，所述电缆为螺旋状的电缆芯盘置在延展性好的电缆保护套内，螺旋状的电缆芯可保证在地基沉降过程中电缆内的金属丝不被拉断，而当沉降量较大时，保护套可保证电缆芯盘置的长度自由延伸，进一步防止拉断。

进一步，还包括调节栓、弹性圈和螺丝，所述调节栓和所述钢弦的底端相连，并竖直穿过所述壳体的底部和弹性圈，所述螺丝穿过所述调节栓将所述弹性圈定位在所述壳体的下方，通过旋转所述螺丝使所述调节栓沿轴向滑动；在壳体底部安装调节栓的目的是通过弹性圈调节螺丝来调整钢弦的初始拉力及初始频率，保证地基沉降过程中钢弦振动频率在碟形膜线性度最佳的频率附近，并保证碟形膜变形后钢弦不至于过度松弛而使仪器失效，从而适应不同地质条件和最大沉降量，提高测量精度。