[发明专利]软土地层深层土体分层沉降监测的方法及装置

说明书

本发明提供了软土地层深层土体分层沉降监测的方法及装置，该装置包括：设置于地层中的测管、若干沉降标、监测控制模块、数据采集及处理模块以及用于探测沉降标信号的探头；监测控制模块包括注液调平装置、探头收放装置以及测管接头套；探头包括信号接收元件与液压量测元件。沉降标在监测作业前预先设置于测管周边地层中，通过注液调平装置向测管中注液并进行液面基准调平，探头收放装置控制探头在测管中逐步下放，数据采集及处理模块对探头所测数据进行采集处理以获取软土地层深层土体竖向分层监测点位的沉降情况。本发明能大幅降低测管自身刚度对监测精度的影响；并可实现单孔多点自动化快速测量，提高土体分层沉降的监测精度和效率。

技术领域

本发明属于岩土工程监测技术领域，尤其涉及软土地层深层土体分层沉降监测的方法及装置。

背景技术

岩土地下工程施工过程中，为确保工程自身安全并对周边环境影响进行有效控制，需及时掌握周边地层介质变形情况及趋势，通过沉降监测可以完成对地层沉降这一重要数据指标进行实时搜集。随着地下空间开发的深度不断增加，采用相对简单的地表沉降监测已经不能直接反应施工作业区周边的土体变形情况，实施深层土体沉降监测可为工程建设提供更有效的环境影响量化判据；同时对于周边地层中存在复杂交错管线分布的情况下，土体深层分层沉降监测数据更为直观、精确的反应管线周边土体的变位情况，为管线保护方案及措施的确立提供依据，也为工程设计施工以及项目风险管理提供依据。

对于路堤填筑以及大坝堆筑等回填地层的沉降监测，一般可按回填土次序，依次埋设沉降监测装置即可，该类装置较为简便。而对于原土地层的沉降监测，需采用竖向钻孔埋设分层沉降监测管或横剖面打入埋设测倾管的方法进行沉降监测装置的埋设。目前，针对软土地层深层土体分层沉降监测的方法常用的一般有两种:

1.深标点水准仪：深标点水准仪是通过钻机在预定位置钻孔，为防止塌孔，在套筒保护下内设置沉降盘或回弹标，采用导杆或钢尺将孔底变位引出地表，再在地面通过水准仪进行观测。

但是，深标点水准仪具有以下缺陷：1)一个钻孔只能布置一个深标点，一个深标点只能完成单一深度地层的沉降监测，若干个测点则需要若干个钻孔，布置太少无法形成有效监测，布置太多则大大影响工程施工作业空间；2)根据该方法的监测原理必须在套筒侧向变位不大的情况下方能保证测量精度，对于软土地区的地下工程普遍存在的侧向变形较大的情况缺乏适用性。

2.磁环式分层沉降仪：常用的磁环式分层沉降仪是由磁铁环、保护导管、探头、指示器等部分组成。测孔主要施工步骤包括：首先根据测点设计高程将磁环连同爪子一起套在导管相应的位置上，然后钻孔至预定高程再沉放导管，打开爪子以保证磁环与土体同步变形。沉降监测过程中：于导孔中放入带有长度标记的探头，当探头达到磁环位置附近，接收系统的音响器便会发出连续不断的蜂鸣声，此时读写出管口出的标尺数值，进而得到磁铁环的位移值，最终得到地层的隆沉变形情况。目前采用的导管有两种，一种是可压缩软管，直径为20mm左右，土层沉降时软管被压缩，磁环连同软管一起沉降；另一种是硬管，直径为40mm左右，磁环与爪子固定在一起但可以在管上自由滑动。磁环式沉降仪的另一种改进的做法是采用铁环代替磁环,相应的是将原来的铁探头改成磁探头,可以降低一些成本。

但是，磁环沉降仪具有以下缺陷：1)磁铁环是套接在导管之上，导管对磁环的变位具有一定的约束作用，常常由于泥沙的卡嵌阻塞导致不能完全自由滑动，也就不能保证磁环与地层之间的绝对同步变形，也就导致量测失败；2)导管及管周边一定范围内的间隙充填介质一起形成了较原状土体刚度相差较大的“复合微型桩”，该“微型桩”作用的存在进一步导致磁环的变形并不能精确反映周边地层的变位情况；3)磁环上下滑动位置存在一定区间，该区间决定了其量程有限，当磁环到达接头处则无法继续滑动，导致后续量测失效；4)地层变位发生后导管同时也会产生一定的变形，此时采用带有长度标记的探头在弯管中进行沉降量测，量测结果其实是弯管轴心曲线的长度，而非真实的绝对水准高度；5)读数的准确性和测量的精度决定于如何判定发音或指示的起始位置，这多受到操作者主观判断影响；6)安装过程中，磁环两两之间的孔壁缝隙填充很难保证密实，这种情况极易影响测点精度甚至直接报废。