一種管樁測斜裝置及其測斜管居中定位組件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種管樁測斜裝置及其測斜管居中定位組件，一種管樁測斜裝置，包括測斜讀數(shù)儀、測斜探頭、測斜管、兼作提拉測斜探頭用的電纜線，所述測斜探頭通過滾輪沿著測斜管內(nèi)的管槽滑動，所述測斜探頭通過電纜線與測斜讀數(shù)儀連接，還包括測斜管居中定位組件，其特征在于：它包括定位套管、定位桿、滑輪和彈簧，所述定位套管用以套裝在測斜管上，所述定位桿設(shè)有四個，四個定位桿沿著定位套管的周向分布，形成十字形結(jié)構(gòu)。該發(fā)明可以確保測斜管與管樁的中心位置重合，確保測斜探頭在測斜管內(nèi)不會發(fā)生水平方向的扭轉(zhuǎn)和偏斜，從而保證了管樁傾斜度檢測數(shù)據(jù)的準確可靠，具有測量精度高、操作方便的特點。
【專利說明】
一種管樁測斜裝置及其測斜管居中定位組件
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種屬于地基及基礎(chǔ)工程施工技術(shù)領(lǐng)域中所用的測斜裝置，具體是一 種管粧測斜裝置及其測斜管居中定位組件。
【背景技術(shù)】
[0002] 預(yù)制管粧憑借其強度高、粧身承載力高，抗彎性能好、對地質(zhì)結(jié)構(gòu)適應(yīng)性較強等特 點，目前廣泛應(yīng)用于工程地基處理中，但在實際施工過程中由于地質(zhì)不均勻，施工工序不 當、不對稱填筑或開挖等原因易導(dǎo)造成管粧傾斜及粧身彎曲，甚至斷裂，嚴重影響粧基承載 力和抗彎性能。因此，根據(jù)國家《建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB50202-2002)要 求，在粧基檢測中管粧傾斜度是一項重要的控制指標。但現(xiàn)行《建筑基粧檢測技術(shù)規(guī)范》 (JGJ106-2014)沒有提出管粧具體的傾斜度及粧身彎曲度檢測方法。
[0003] 我國地基基礎(chǔ)施工采用的管粧以預(yù)應(yīng)力混凝土空心管粧（以下簡稱"管粧"）最為 常見，管粧為正圓柱體，軸線為直線。管粧由于其外部幾何尺寸形狀非常規(guī)則，檢測其傾斜 程度實際上是檢測管粧軸線的垂直傾斜角度。管粧傾斜會影響上部構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)的受力狀 態(tài)，這種影響不僅與管粧軸線相對于鉛垂線的傾斜有關(guān)，還與管粧軸線傾斜的方位有關(guān)，也 就是說檢測管粧傾斜程度應(yīng)該同時檢測兩個角度，即：傾斜角A-一自管粧粧頂指向管粧粧 底的管粧軸線相對于鉛垂線的角度和水平方位角B-一自管粧粧頂指向管粧粧底的管粧軸 線在水平面上的投影相對于正北方位的角度。
[0004] 相比常規(guī)傾斜度檢測，已施工管粧的彎曲度檢測更加困難，因為預(yù)應(yīng)力管粧通常 狀態(tài)下能保持較好的直線型，受不均勻水平荷載發(fā)生彎曲后彎曲量也較小，沉粧后更難以 檢測到。一般來說，已施工管粧粧身彎曲主要由幾種原因造成。第一種原因是管粧制作時因 管控不嚴產(chǎn)生的彎曲，例如管粧蒸養(yǎng)時堆疊不正確、預(yù)應(yīng)力鋼筋長短不一、受力不均等，一 般出廠合格的管粧不會出現(xiàn)明顯的管粧彎曲變形情況;第二種原因是管粧在沉粧過程中垂 直度不足，沉粧后粧身傾斜，同時伴有一定程度的彎曲；第三種原因是群粧施工時，由于施 工順序不當?shù)仍颍斐珊笫┕す芑拰ο仁┕す芑挳a(chǎn)生明顯擠土效應(yīng)，或在已施工管粧鄰 近進行基坑開挖或不均勻路堤填筑，引起土體在不同深度產(chǎn)生水平位移。尤其對于深厚軟 土地質(zhì)條件，管粧嵌固于土體中，土體的水平移動會導(dǎo)致管粧同步移動，而這種移動在不同 深度處位移量不一致，因此管粧會因差異水平位移產(chǎn)生較大彎曲。管粧的彎曲度檢測往往 針對上述三種彎曲產(chǎn)生情況。檢測粧身彎曲情況，即需要檢測粧身全長范圍內(nèi)的差異水平 位移量，確定管粧在土層中的"線型"，并根據(jù)這種"線型"來計算粧身的彎矩分布，從而確定 粧身最大彎矩及其發(fā)生位置。
[0005] 傳統(tǒng)的管粧傾斜程度檢測方法有吊錘法、經(jīng)煒儀法、常規(guī)的測斜儀裝置等方法;此 外，還有通過改裝常規(guī)測斜探頭來檢測管粧的傾斜度。
[0006] 吊錘法采用工具為1 m長的線錘間接測量管粧的傾斜度。當粧截至設(shè)計標高時，粧 內(nèi)放入線錘，測量其偏離管粧中心距離，通過換算可得到粧身傾斜度；當粧未截時，將線錘 放于粧外，按同樣方法通過換算得到粧身傾斜度。該檢測方法精確度較低、且只能檢測管粧 最上面一段，并不能測量到管粧較深位置。如果每節(jié)粧拼接時均存在傾斜，更不能反映出累 加誤差。
[0007] 經(jīng)煒儀投影法適用于對預(yù)應(yīng)力混凝土管粧外露粧頭的傾斜度進行檢測，利用經(jīng)煒 儀分別測出外露粧頭在互相垂直兩個方向上的傾斜率分量，并根據(jù)傾斜率分量計算出總傾 斜率及傾斜方位角。同樣，該方法只能檢測管粧外露部分，并不能測量到管粧地面以下部 分。
[0008] 常規(guī)測斜儀通過測定探頭與垂直線之間的傾角變化，經(jīng)計算即可得出不同深度部 位的水平偏移量。因此，利用測斜儀檢測管粧傾斜度是一個較好的思路方向。測斜儀常用于 土體內(nèi)部各土層水平位移的測量，與預(yù)埋在土體或結(jié)構(gòu)中的柔性測斜管相配合，用以對土 壩、露天礦、建筑施工中的基坑開挖、打粧時所引起的對周圍各種地下管線及建筑物影響等 方面的監(jiān)測。也可用于各種建筑物如高層建筑、橋梁公路、閘門等由于地基不均勻沉陷以及 外力作用引起的傾斜、變形方面的監(jiān)測。
[0009] 但目前利用斜斜儀檢測管粧傾斜度及彎曲情況存在一些關(guān)鍵問題需要解決。目前 來看，測斜儀要檢測管粧全長范圍內(nèi)各點的水平位移情況，必須要做到以下3個條件：（1)測 斜探頭必須要通過管粧內(nèi)孔深入管粧深部，以便檢測到粧身各點傾斜情況;（2)測斜探頭在 測孔內(nèi)必須與測孔深度方向保持平行，不能出現(xiàn)因重力因素產(chǎn)生的探頭與測孔深度方向不 平行的情況;（3)要使測斜探頭在測孔內(nèi)時刻處于中心位置，探頭在測孔內(nèi)的姿態(tài)不能發(fā)生 任何扭轉(zhuǎn)或偏斜等情況。
[0010]采用通用的測斜儀裝置，把測斜管沿平行于管粧軸線方向固定在管粧外側(cè)，可以 檢測管粧外露部分傾斜度及傾斜方位角。這種方法利用了測斜管作為測斜探頭的固定裝 置，能很好的滿足上述第(2)和第(3)個條件，但不能滿足第（1)個條件，即不能檢測管粧地 面以下的傾斜和彎曲情況。
[0011] 通過改裝常規(guī)測斜探頭[5]，在原有測斜儀外部加裝了適用于管粧傾斜測試的大導(dǎo) 輪及外接支架，理論上可以滿足上述3個條件，且應(yīng)用于管粧傾斜度實際檢測中取得了一定 的效果。但這種方法在實際應(yīng)用中也存在一些問題，首先是管粧內(nèi)壁通常不是十分光滑平 整的，當測斜探頭通過凹凸不平的管粧內(nèi)壁時，測斜儀讀數(shù)將會出現(xiàn)較大跳動，不能正確反 映該部位的傾斜程度;其次是由于管粧內(nèi)壁沒有像測斜管那樣的導(dǎo)向槽，當導(dǎo)輪在管粧內(nèi) 壁沿管粧軸線方向滑動時，測斜探頭很容易發(fā)生水平方向的扭轉(zhuǎn)，從而不能確保測試的有 效性，此外，當管粧粧身發(fā)生明顯彎曲甚至斷裂時，極易卡住測斜探頭，造成損失。
[0012] 目前國內(nèi)采用較多的測斜儀為伺服加速度計式測斜儀，其精度高，穩(wěn)定性好，常應(yīng) 用于建筑物及基礎(chǔ)側(cè)向位移觀測中。
[0013] 伺服加速度計式測斜儀原理為： 1.結(jié)構(gòu)型式。
[0014] 整套測斜儀裝置包括測斜儀測頭、測斜管和接收儀表組成。
[0015] (A)側(cè)斜儀測頭，由敏感部件、殼體、導(dǎo)向輪和引出電纜四部分組成。
[0016] ( 1)敏感部件為伺服加速度計，有雙向和單向兩種。單向伺服加速度計是測量導(dǎo)向 輪在測斜管的導(dǎo)向槽滑動時，所在平面的傾角。雙向的另一伺服加速度計是測量垂直導(dǎo)向 輪所在平面的傾角。
[0017] (2)殼體為650mm長的金屬桿(一般用不銹鋼制作）。殼體上有4個導(dǎo)向輪，分別安裝 在兩輪架上。輪架可繞軸心旋轉(zhuǎn)，且有彈力壓持滾輪使測頭保持在測斜管的導(dǎo)槽內(nèi)滑動。上 下兩輪架的旋轉(zhuǎn)平面位于同一平面，兩輪架旋轉(zhuǎn)軸間的距離L稱為測斜儀標距，L=500mm。
[0018] (3)引出電纜要耐久，低溫時仍保持柔軟，抗化學(xué)腐蝕，且具有良好的尺寸穩(wěn)定性。 在電纜上每隔0.5m做上擦不掉的標記，以便知道測頭讀數(shù)確切位置。測頭引出電纜裝有一 插座，使用時將電纜插頭插入并固緊。插頭座之間有密封裝置，能承受IMPa水壓力。
[0019] (B)側(cè)斜管 (1)測斜管用聚氯乙烯、ABS塑料和鋁合金等材料專門加工而成。管內(nèi)有互成90度的4個 導(dǎo)向槽。
[0020] (2)測斜管口加管蓋，防止從管口掉雜物入管內(nèi)。
[0021] 2.工作原理 測斜儀的工作原理是基于伺服加速度計測量重力矢量g在傳感器軸線垂直面上分量大 小，當加速度計敏感軸與水平面存在一個Θ角時，則加速度計輸出電壓為： i/c +JE"(1) 式中:?一一加速度計偏值(V); κ一一加速度計電壓刻度因素，校正檔時為2V/g;工作檔時為2.5V/g。
[0022] 測量時，測頭以導(dǎo)輪沿測斜管的管槽下降或提升，測頭的傳感器以敏感導(dǎo)管在每 一深度的傾角輸出一個電壓信號，該信號在測讀儀上顯示出，然后按下式計算出來該深度 處的水平位移：
式中：--第一次測量時輸出的電壓信號； 一一測頭調(diào)轉(zhuǎn)18013進行第二次測量時是輸出的電壓信號 L一一測斜儀導(dǎo)輪的輪距。
[0023] 根據(jù)結(jié)構(gòu)物的傾斜變形量，從而可換算出標準基本長度范圍內(nèi)的水平位移，通過 算術(shù)和得到測孔全長范圍內(nèi)的水平位移，即：
式中：s為測孔全長范圍內(nèi)的水平位移，單位為mm;n為測孔全長范圍內(nèi)的測試點數(shù) 在實際使用中，利用伺服加速度計式測斜儀檢測管粧傾斜度的方法是： A.將測斜管對中放入空心管粧內(nèi)，通過定位裝置使測斜管與管粧豎直方向形態(tài)保持 一致。
[0024] B.將測斜探頭順測斜管槽下放至底部，每次上拉測斜探頭0.5m或1.0m，記錄測斜 儀讀數(shù)直至探頭拉出管口。轉(zhuǎn)動180°，再放入測孔底部，如前做法，測試各點數(shù)據(jù) C.測完后通過USB口把數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X中，根據(jù)前述測斜儀原理及測斜儀有關(guān)參數(shù)， 計算出管粧水平位移，進而得到管粧傾斜情況。
[0025]把管粧看成理想彈性體，根據(jù)材料力學(xué)理論，管粧的粧身彎矩可按下式計算：
式中--粧身最大彎矩(kNm)。
[0026] Ptaja 粧身最小曲率半徑(m); 芯--粧身彈性模量(MPa); /一一粧身橫截面面積慣性矩(m4) 粧身曲率半徑#采用粧身水平位移，對深度岔的1次和2次求導(dǎo)得到，見式(5)。
為求粧身曲率半徑，可利用181：(^1:、]\&11:1313、〇3丨3；^1:、3?33等軟件，利用測斜數(shù)據(jù)得到 粧身水平位移擬合曲線，然后對擬合曲線二次求導(dǎo)得到粧身曲率半徑。為便于擬合，可以沿 深度分段擬合，不再贅述。
[0027] 大量的工程實踐表明，測斜儀法觀測的準確度相對較高，操作簡單。但利用測斜裝 置檢測管粧的傾斜度，需要解決測斜管在管粧中居中定位的關(guān)鍵問題，現(xiàn)有技術(shù)沒有能夠 很好解決測斜管在管粧內(nèi)居中定位問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0028] 本發(fā)明的目的是提供一種測斜管居中定位組件，該組件能確保測斜管不會發(fā)生水 平方向的扭轉(zhuǎn)和偏斜，從而保證了管粧傾斜度檢測數(shù)據(jù)的準確可靠； 本發(fā)明的另一目的是提供一種利用了上述的測斜管居中定位組件的管粧測斜裝置，從 而提尚該發(fā)明的測量精度。
[0029] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是： 測斜管居中定位組件，包括定位套管、定位桿、滑輪和彈簧，所述定位套管用以套裝在 測斜管上，所述定位桿設(shè)有四個，四個定位桿沿著定位套管的周向分布，形成十字形結(jié)構(gòu)， 定位桿的一端鉸接在定位套管上，另一端設(shè)有所述的滑輪，一個定位桿對應(yīng)一個所述的彈 簧，所述彈簧的一端與定位桿連接，另一端連接在定位套管上。
[0030] 進一步地，所述定位套管管外的圓周面上沿著周向分布焊接有4個固定板，所述定 位桿的一端通過對應(yīng)的固定板鉸接在定位套管上。
[0031 ]進一步地，所述定位桿是由兩個板條構(gòu)成，所述滑輪設(shè)在兩個板條之間。
[0032] 進一步地，所述固定板采用長條狀固定板，長條狀固定板與定位套管的軸線平行。
[0033] 進一步地，所述定位套管上預(yù)留有安裝固定孔。
[0034] -種管粧測斜裝置，包括測斜讀數(shù)儀、測斜探頭、測斜管、兼作提拉測斜探頭用的 電纜線，所述測斜探頭通過滾輪沿著測斜管內(nèi)的管槽滑動，所述測斜探頭通過電纜線與測 斜讀數(shù)儀連接，還包括測斜管居中定位組件，所述測斜管居中定位組件設(shè)有多個，多個測斜 管居中定位組件間隔分布在所述的測斜管上。
[0035] 進一步地，所述測斜探頭采用伺服加速度計式的測斜探頭。
[0036]本發(fā)明的有益效果： 1、該發(fā)明可以確保測斜管與管粧的中心位置重合，確保測斜探頭在測斜管內(nèi)不會發(fā)生 水平方向的扭轉(zhuǎn)和偏斜，從而保證了管粧傾斜度檢測數(shù)據(jù)的準確可靠;2、該發(fā)明具有測量 精度高、操作方便、可重復(fù)利用、節(jié)能環(huán)保，且具有推廣性的特點。
【附圖說明】
[0037] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細說明： 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1所示測斜管居中定位組件的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為圖2所示的俯視圖。
[0038] 圖中：1、測斜讀數(shù)儀；2、測斜探頭；3、測斜管;4、電纜線；5、測斜管居中定位組 件;6、定位套管;7、定位桿;8、滑輪;9、彈簧；10、固定板；11、螺絲；12、板條；13、板條；14、安 裝固定孔。
【具體實施方式】
[0039] 如圖1所示，一種管粧測斜裝置，包括測斜讀數(shù)儀1、測斜探頭2、測斜管3、兼作提拉 測斜探頭2用的電纜線4,所述測斜探頭2通過滾輪沿著測斜管3內(nèi)的管槽滑動，所述測斜探 頭2通過電纜線4與測斜讀數(shù)儀1連接，還包括測斜管居中定位組件5,所述測斜管居中定位 組件5設(shè)有多個，多個測斜管居中定位組件5間隔分布在所述的測斜管3上。所述測斜探頭2 采用伺服加速度計式的測斜探頭。
[0040] 如圖2、3所示，測斜管居中定位組件5,包括定位套管6、定位桿7、滑輪8和彈簧9,所 述定位套管6用以套裝在測斜管3上，所述定位桿7設(shè)有四個，四個定位桿7沿著定位套管6的 周向分布，形成十字形結(jié)構(gòu)，所述定位套管6上焊接有固定板10,所述定位桿7的一端鉸接在 定位套管6的所述固定板10上，另一端設(shè)有所述的滑輪8，一個定位桿7對應(yīng)一個所述的彈簧 9，所述定位桿7的桿體是穿有螺絲11，彈簧9的一端連接在定位桿7的螺絲11上，另一端連接 在定位套管的固定板10上。
[0041] 所述定位桿6是由板條12和板條13構(gòu)成，所述滑輪8設(shè)在板條12和板條13之間，所 述固定板10沿著定位套管6的軸線方向布置。所述定位套管6上預(yù)留有安裝固定孔14,安裝 固定孔14的作用在于用以通過螺釘穿過安裝固定孔，將定位套管6固定在測斜管3上。
[0042] 測試前，需對測試管粧進行內(nèi)壁清洗，將管粧內(nèi)壁粘附的泥皮清洗干凈，同時將積 水抽出。利用羅盤指示東西及南北方向，在管粧口標注方向紅油漆。把安裝好測斜管居中定 位組件的測斜管逐節(jié)放入管粧中，兩節(jié)測斜管之間采用接頭連接，并用三只螺釘探緊。下放 測斜管的過程中，注意使測斜管4條刻槽分別對準管粧口標注的方向，以確保管粧沿東西及 南北兩個方向進行測試，埋設(shè)測斜管時，定位桿前端的滑輪與管粧內(nèi)壁保持平行狀態(tài)滑入 管粧，四個滑輪與管粧內(nèi)壁緊密接觸。測試時，測斜探頭通過連接電纜與測斜讀數(shù)儀相連， 將測斜探頭滑輪順測斜管槽穩(wěn)定降至測斜管底部，待測斜讀數(shù)儀讀數(shù)穩(wěn)定后，上拉電纜線 使測斜探頭緩慢提升，每隔〇 . 5m或1.0m測一個點，測斜讀數(shù)儀自動存儲數(shù)據(jù)直至探頭拉出 管口。為了消除加速度零位偏差的影響，一個方向測試正反兩次，測完后根據(jù)測斜儀原理計 算出管粧兩個方向的水平位移，通過位移合成，得到管粧傾斜情況，然后根據(jù)粧身各點傾斜 情況，計算粧身彎矩。
[0043]以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式而已，當然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范 圍，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等 同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種測斜管居中定位組件，其特征在于:包括定位套管、定位桿、滑輪和彈簧，所述定 位套管用以套裝在測斜管上，所述定位桿設(shè)有四個，四個定位桿沿著定位套管的周向分布， 形成十字形結(jié)構(gòu)，定位桿的一端鉸接在定位套管上，另一端設(shè)有所述的滑輪，一個定位桿對 應(yīng)一個所述的彈簧，所述彈簧的一端與定位桿連接，另一端連接在定位套管上。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測斜管居中定位組件，其特征在于:所述定位套管管外的圓周 面上沿著周向分布焊接有4個固定板，所述定位桿的一端通過對應(yīng)的固定板鉸接在定位套 管上。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測斜管居中定位組件，其特征在于:所述定位桿是由兩個板條 構(gòu)成，所述滑輪設(shè)在兩個板條之間。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的測斜管居中定位組件，其特征在于:所述固定板采用長條狀固 定板，長條狀固定板與定位套管的軸線平行。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測斜管居中定位組件，其特征在于:所述定位套管上預(yù)留有安 裝固定孔。6. -種管粧測斜裝置，包括測斜讀數(shù)儀、測斜探頭、測斜管、兼作提拉測斜探頭用的電 纜線，所述測斜探頭通過滾輪沿著測斜管內(nèi)的管槽滑動，所述測斜探頭通過電纜線與測斜 讀數(shù)儀連接，還包括權(quán)利要求1至5所述的測斜管居中定位組件，所述測斜管居中定位組件 設(shè)有多個，多個測斜管居中定位組件間隔分布在所述的測斜管上。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種管粧測斜裝置，其特征在于:所述測斜探頭采用伺服加速 度計式的測斜探頭。
【文檔編號】E02D33/00GK106088166SQ201610435688
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月17日
【發(fā)明人】郭燦, 薛威, 麥錦鋒
【申請人】中鐵建港航局集團勘察設(shè)計院有限公司