CN112665549B - 岩土工程路基沉降自动监测系统以及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种岩土工程路基沉降自动监测系统以及监测方法，监测系统包括沉降底板；升降管，具有管体和管头，管体包括多个从外到内逐个套设的接管，管头设置在管体顶部，最外周接管的底部与沉降板固定连接，管头的顶部设置有第一测距传感器；驱动装置，用于驱动接管由外到内依次伸出；后视点测距传感器，设置在待填充地基侧部的设置点，后视点测距传感器与第一测距传感器对接以测量管头与设置点之间的直线距离以及倾斜角度；无线发射组件，与第一测距传感器及后视点测距传感器通讯连接；数据接收处理装置，以处理接收到的距离或角度信息。通过一定间隔时长进行两次测量即可得到间隔时间内管头标高的差值，实现了沉降底板沉降的自动化监测。

Description

岩土工程路基沉降自动监测系统以及监测方法

技术领域

本发明涉及路基填筑沉降监控量测领域，特别涉及一种岩土工程路基沉降自动监测系统以及监测方法。

背景技术

在软弱地基填筑时，为控制地基的沉降速率与总沉降量，采取埋设沉降板并按照一定观测频率进行观测，以此来指导施工。每隔一段时间要检查是否需要增设沉降管或填筑人员提前告知，以免沉降板被埋提前报废。

在增设沉降管前，监测人员使用全站仪或水准仪第一次观测可以得到管口绝对标高，通过计算可以得到板底标高；接管后监测人员使用全站仪或水准仪第二次观测可以得到接管后的管口绝对标高，通过计算得到路基底面的绝对标高，通过计算可以计算出板底至管开口棱镜的长度，即沉降管的长度。

以上传统的路基沉降板监测手段依赖人工检查、接管，无法实现沉降管的自动接管，容易在填土时被覆盖。大量填土时还需专人守望沉降管。因为需要高填方，更先进的光纤监测手段无法发挥更好的作用。

依赖人工观测数据、处理数据、分析数据，无法实现数据的自行采集、自动处理、智能分析。数据测量存在较大误差，对人员专业技术要求较高；数据处理数据量较大，计算步骤多、处理数据慢、反馈效率低；数据分析时对人员的专业经验要求较高。

沉降板监测受天气影响较大，在雨季施工后没有及时观测数据，一场阵雨或暴雨会导致人员进出现场受阻，无法达到《规范》要求的监测频率，同样无法及时反馈意见指导施工。

人工监测存在安全隐患，且人力成本极高。因此现对路基沉降急待一套自动化设备，实现数据无线传输、智能分析、实时反馈的路基沉降监测装置。

发明内容

本发明的目的在于至少解决背景技术中提出的问题之一，提供一种岩土工程路基沉降自动监测系统以及监测方法，能够实现升降管的自动爬升，并实时采集板底的标高，以实现自动监测。

本发明所采用的技术方案是：一种岩土工程路基沉降自动监测系统，包括：

沉降底板，放置于待填充地基的底表面；

升降管，具有管体和管头，所述管体为空心管体，所述管体包括多个从外到内逐个套设的接管，位于内侧的所述接管相较于外侧的接管竖直向上伸出，所述管头设置在所述管体的顶部，套设在最外周的接管的底部与所述沉降底板固定连接，所述管头的顶部至少设置有两个第一测距传感器；

驱动装置，用于驱动所述接管由外到内依次伸出；

至少两个后视点测距传感器，所述后视点测距传感器设置在待填充地基侧部上方的设置点，所述后视点测距传感器与所述第一测距传感器对接设置，以测量所述管头与所述设置点之间的直线距离以及所述直线的倾斜角度；

无线发射组件，与所述第一测距传感器以及所述后视点测距传感器通讯连接，以发送采集到的距离信息和角度信息；以及

数据接收处理装置，与所述无线发射组件通讯连接，以处理接收到的距离信息或角度信息。

进一步地，所述管头的外周设置有至少两个朝向水平方向的第二测距传感器，所述第二测距传感器用于测量水平方向上与填筑土壤的距离，所述第二测距传感器与所述无线发射组件通讯连接，以发送采集到的距离信息。

进一步地，所述管头的底部设置有朝向所述沉降底板的第三测距传感器，所述沉降底板上设置有位于所述管体内的测距接收点，所述第三测距传感器与所述无线发射组件通讯连接，以发送采集到的距离信息。

进一步地，待填充地基的底表面上间隔放置有多个所述沉降底板，所述沉降底板均固定连接有升降管。

进一步地，所述驱动装置包括动力源、旋转螺杆、第一转盘和第二转盘，所述旋转螺杆的上端部设置有第一螺旋方向的第一螺纹，旋转螺杆的下端部设置有第二螺旋方向的第二螺纹，第一螺旋方向与第二螺旋方向设置为反向，第一转盘套接在旋转螺杆的上端部，第二转盘套接在旋转螺杆的下端部，所述接管的内侧壁上设置有卡槽，套接在内周的接管通过卡槽止退于外周的接管，所述第二转盘抵接在外周接管的卡槽上，所述第一转盘抵顶在内周接管的底部，所述动力源驱动所述旋转螺杆正转或反转，使得所述第一转盘和第二转盘相对或远离移动。

岩土工程路基沉降自动监测系统的监测方法，使用所述的岩土工程路基沉降自动监测系统进行监测，包括如下步骤：

通过第一测距传感器与后视点测距传感器第一次测出所述管头与所述设置点之间的直线距离以及所述直线的倾斜角度，通过数据接收处理装置计算出管头的第一次标高H₁；

隔一段时间后，通过第一测距传感器与后视点测距传感器再一次测出所述管头与所述设置点之间的直线距离以及所述直线的倾斜角度，通过数据接收处理装置计算出管头的第二次标高H₂，H₁-H₂得到两侧测量时间间隔内沉降底板的沉降量；

驱动装置驱动所述接管由外到内依次伸出，以按需提高所述管头的标高，避免填筑土壤埋没管头。

有益效果：通过第一测距传感器以及后视点测距传感器共同测量得到管头与待填充地基侧部上方的设置点的直线距离以与水平方向上的夹角，再通过数据接收处理装置计算得出管头的标高。如此一来，通过一定间隔时长进行两次测量即可得到间隔时间内管头标高的差值，进而确定沉降底板的沉降量，进一步根据该沉降量即可得出沉降速率等数值，进而实现了沉降底板沉降的自动化监测。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明：

图1为本发明实施例岩土工程路基沉降自动监测系统的结构示意图；

图2为驱动装置设置于接管内的结构示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1和图2，本发明实施例提供一种岩土工程路基沉降自动监测系统，包括沉降底板200、升降管100、驱动装置300、后视点测距传感器450、无线发射组件以及数据接收处理装置。其中，沉降底板200放置于待填充地基的底表面；升降管100具有管体120和管头110，管体120为空心管体120，管体120包括多个从外到内逐个套设的接管，位于内侧的接管相较于外侧的接管能够竖直向上伸出，管头110设置在管体120的顶部，套设在最外周的接管的底部与沉降底板200固定连接，管头110的顶部设置有两个第一测距传感器410；驱动装置300用于驱动接管由外到内依次伸出，以按照需求调整管头110的标高。后视点测距传感器450的数量为两个，后视点测距传感器450分别设置在待填充地基左右两侧部上方的设置点，后视点测距传感器450与第一测距传感器410对接设置，以测量管头110与设置点之间的直线距离以及直线的倾斜角度；无线发射组件分别与第一测距传感器410以及后视点测距传感器450通讯连接，以发送采集到的距离信息和角度信息；数据接收处理装置与无线发射组件通讯连接，以处理接收到的距离信息或角度信息。

该岩土工程路基沉降自动监测系统中，通过第一测距传感器410以及后视点测距传感器 450共同测量得到管头110与待填充地基侧部上方的设置点的直线距离以与水平方向上的夹角，再通过数据接收处理装置计算得出管头110的标高。如此一来，通过一定间隔时长进行两次测量即可得到间隔时间内管头110标高的差值，进而确定沉降底板200的沉降量，进一步根据该沉降量即可得出沉降速率等数值，进而实现了沉降底板200沉降的自动化监测。

优选地，管头110的外周设置有两个朝向水平方向的第二测距传感器420，第二测距传感器420用于测量水平方向上与填筑土壤10的距离，第二测距传感器420与无线发射组件通讯连接，以发送采集到的距离信息。

具体地，本实施例中，在第二测距传感器420对土体测距小于50cm时，可以通过驱动装置300驱动管体120向上伸长。

进一步优选，管头110的底部设置有朝向沉降底板200的第三测距传感器430，沉降底板200上设置有位于管体120内的测距接收点440，第三测距传感器430与无线发射组件通讯连接，以发送采集到的距离信息。通过第三测距传感器430在间隔时间内测量得到的两次距离的信息可用于验证沉降底板200沉降量的准度。

同时，本实施例中，待填充地基的底表面上间隔放置有两个所述沉降底板200，所述沉降底板200均固定连接有升降管100。如此一来适用于实时监测较大面积的填充地基的沉降量，有利于得到较为准确的数据。

需要理解的是，本发明中的驱动装置300用于驱动接管由外到内依次伸出。具体地，继续参照图2，驱动装置包括动力源、旋转螺杆310、第一转盘320和第二转盘330。旋转螺杆 310的上端部设置有第一螺旋方向的第一螺纹，旋转螺杆310的下端部设置有第二螺旋方向的第二螺纹，第一螺旋方向与第二螺旋方向设置为反向，第一转盘320套接在旋转螺杆310 的上端部，第二转盘330套接在旋转螺杆310的下端部。动力源可以是电机，电机与旋转螺杆310连接并带动旋转螺杆310转动。由于第一螺纹和第二螺纹的螺旋方向相反，当旋转螺杆310转动时，第一转盘320和第二转盘330可实现相对移动或反向移动。接管的内侧壁上设置有卡槽121，用于卡住套设在其内部的接管。卡槽121能够实现单向限位，接管只能往上伸出。卡槽121的原理类似于尼龙扎带或塑料卡扣。套接在内周的接管通过卡槽121止退于外周的接管。

驱动装置300安装在接管内部，第二转盘330抵接在外周接管的卡槽121上，第一转盘 320抵顶在内周接管的底部，动力源驱动旋转螺杆310正转或反转，使得第一转盘320和第二转盘330相对或远离移动。

以两个相互套接的接管为例进行说明：当动力源驱动旋转螺杆310正转时，第二转盘330 与外周接管内壁上的卡槽121抵接，第二转盘330被限制向下移动，旋转螺杆310相对第二转盘330向上移动。同时，第一转盘320抵接在内周接管的底部，第一转盘320一方面跟随旋转螺杆310上升，以推动内周接管向上伸出，内周接管伸出后，通过卡槽121止退，进而完成接管的向上伸出。动力源驱动旋转螺杆310反转，第一转盘320和第二转盘330相对靠拢，以备下一次的接管顶升。多次驱动旋转螺杆310的正转和反转，即可实现内周接管的多次向上伸出。

岩土工程路基沉降自动监测系统的监测方法，使用岩土工程路基沉降自动监测系统进行监测，包括如下步骤：

通过第一测距传感器410与后视点测距传感器450第一次测出管头110与设置点之间的直线距离以及直线的倾斜角度，通过数据接收处理装置计算出管头110的第一次标高H₁；

隔一段时间后，通过第一测距传感器410与后视点测距传感器450再一次测出管头110 与设置点之间的直线距离以及直线的倾斜角度，通过数据接收处理装置计算出管头110的第二次标高H2，H1-H2得到两侧测量时间间隔内沉降底板200的沉降量；

驱动装置300驱动接管由外到内依次伸出，以按需提高管头110的标高，避免填筑土壤 10埋没管头110。

当填土高度达到设计值时，驱动装置300牵引沉降管爬升，管头110与后视点测距，进而计算沉降底板200的实时标高。它弥补了人工接管时耗时耗力，无法及时接管导致的升降管100提前报废的不足，同时实现了自动监测的目的。

本发明实现接管-观测-数据处理-意见反馈一体化，除埋设设备与打后视点外全过程无人化，路基沉降监测与施工环境监测实时化。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (6)

1.岩土工程路基沉降自动监测系统，其特征在于，包括：

沉降底板，放置于待填充地基的底表面；

升降管，具有管体和管头，所述管体为空心管体，所述管体包括多个从外到内逐个套设的接管，位于内侧的所述接管相较于外侧的接管竖直向上伸出，所述管头设置在所述管体的顶部，套设在最外周的接管的底部与所述沉降底板固定连接，所述管头的顶部至少设置有两个第一测距传感器；

驱动装置，用于驱动所述接管由外到内依次伸出；

至少两个后视点测距传感器，所述后视点测距传感器设置在待填充地基侧部上方的设置点，所述后视点测距传感器与所述第一测距传感器对接设置，以测量所述管头与所述设置点之间的直线距离以及所述直线的倾斜角度；

无线发射组件，与所述第一测距传感器以及所述后视点测距传感器通讯连接，以发送采集到的距离信息和角度信息；以及

数据接收处理装置，与所述无线发射组件通讯连接，以处理接收到的距离信息或角度信息。

2.根据权利要求1所述的岩土工程路基沉降自动监测系统，其特征在于：所述管头的外周设置有至少两个朝向水平方向的第二测距传感器，所述第二测距传感器用于测量水平方向上与填筑土壤的距离，所述第二测距传感器与所述无线发射组件通讯连接，以发送采集到的距离信息。

3.根据权利要求1所述的岩土工程路基沉降自动监测系统，其特征在于：所述管头的底部设置有朝向所述沉降底板的第三测距传感器，所述沉降底板上设置有位于所述管体内的测距接收点，所述第三测距传感器与所述无线发射组件通讯连接，以发送采集到的距离信息。

4.根据权利要求1至3任一项所述的岩土工程路基沉降自动监测系统，其特征在于：待填充地基的底表面上间隔放置有多个所述沉降底板，所述沉降底板均固定连接有升降管。

5.根据权利要求1至3任一项所述的岩土工程路基沉降自动监测系统，其特征在于：所述驱动装置包括动力源、旋转螺杆、第一转盘和第二转盘，所述旋转螺杆的上端部设置有第一螺旋方向的第一螺纹，旋转螺杆的下端部设置有第二螺旋方向的第二螺纹，第一螺旋方向与第二螺旋方向设置为反向，第一转盘套接在旋转螺杆的上端部，第二转盘套接在旋转螺杆的下端部，所述接管的内侧壁上设置有卡槽，套接在内周的接管通过卡槽止退于外周的接管，所述第二转盘抵接在外周接管的卡槽上，所述第一转盘抵顶在内周接管的底部，所述动力源驱动所述旋转螺杆正转或反转，使得所述第一转盘和第二转盘相对或远离移动。

6.岩土工程路基沉降自动监测系统的监测方法，使用如权利要求1-5任一项所述的岩土工程路基沉降自动监测系统进行监测，其特征在于，包括如下步骤：

通过第一测距传感器与后视点测距传感器第一次测出所述管头与所述设置点之间的直线距离以及所述直线的倾斜角度，通过数据接收处理装置计算出管头的第一次标高H₁；

隔一段时间后，通过第一测距传感器与后视点测距传感器再一次测出所述管头与所述设置点之间的直线距离以及所述直线的倾斜角度，通过数据接收处理装置计算出管头的第二次标高H₂，H₁-H₂得到两侧测量时间间隔内沉降底板的沉降量；

驱动装置驱动所述接管由外到内依次伸出，以按需提高所述管头的标高，避免填筑土壤埋没管头。

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