單孔多點(diǎn)孔隙水壓力計(jì)預(yù)埋固定裝置及其埋設(shè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于巖土工程原位觀測(cè)中孔隙水壓力測(cè)試領(lǐng)域，特別涉及在開敞式無掩護(hù)水域的復(fù)雜多變環(huán)境下防波堤及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)變形與穩(wěn)定性的監(jiān)測(cè)，可用于單孔多點(diǎn)孔隙水壓力計(jì)的同步式安裝及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精度的提高。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國經(jīng)濟(jì)地位在全球化生產(chǎn)大發(fā)展的不斷提升，同時(shí)滿足國家發(fā)展戰(zhàn)略的調(diào)整和對(duì)港口容量大幅度提升的要求，近年來我國港口建設(shè)朝著大型化、深水化的格局發(fā)展。但我國沿海深水區(qū)域存在大量的物理力學(xué)指標(biāo)很差的深厚軟泥土層，且在施工周期較短的條件下和基于節(jié)約投資的角度，許多大型港口的建設(shè)采用了適應(yīng)當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)環(huán)境的新式防波堤施工工藝或新型防波堤結(jié)構(gòu)。鑒于開敞式無掩護(hù)水域的施工復(fù)雜性，尤其監(jiān)測(cè)隨著拋石量的加大和堤身不斷地升高引起深厚軟泥土層內(nèi)孔隙水壓力的變化，對(duì)于評(píng)價(jià)新式施工工藝的可行性和防波堤的穩(wěn)定性至關(guān)重要，因此孔隙水壓力計(jì)的安裝埋設(shè)方法及長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精確性是否科學(xué)合理為判斷防波堤拋石施工處于受控狀態(tài)提供參考依據(jù)就顯得極其關(guān)鍵。
[0003]目前孔隙水壓力計(jì)的安裝埋設(shè)主要有單孔單點(diǎn)或單孔多點(diǎn)方式。由于單孔單點(diǎn)方式的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較為精確，監(jiān)測(cè)工程往往采用此種方式。對(duì)于單孔多點(diǎn)方式，因難以保證監(jiān)測(cè)工程的工作質(zhì)量，所以較少采用。通過對(duì)已有監(jiān)測(cè)工程的歸納總結(jié)，傳統(tǒng)埋設(shè)方式的不足之處主要表現(xiàn)為以下三個(gè)方面:
(I)單孔單點(diǎn)埋設(shè)方式的施工耗時(shí)較長(zhǎng)、施工成本較大。為了判斷拋石施工對(duì)深厚軟泥土層的影響，根據(jù)設(shè)計(jì)要求沿深度方向每隔3~5m需埋設(shè)一支孔隙水壓力計(jì)，一組監(jiān)測(cè)單元需要埋設(shè)4支或5支，相應(yīng)的鉆孔數(shù)量也達(dá)到4個(gè)或5個(gè)，因此埋設(shè)一組監(jiān)測(cè)單元需要較長(zhǎng)的施工時(shí)間。尤其在已部分填筑的防波堤上鉆孔，則更需要大量的施工時(shí)間。對(duì)于開闊無掩護(hù)的施工水域受風(fēng)浪影響較大，存在有效施工作業(yè)天數(shù)較少的不利因素，因此若采用單孔單點(diǎn)方式可能會(huì)延遲整個(gè)防波堤工程的監(jiān)測(cè)工期，降低監(jiān)測(cè)工作效率。同樣為了滿足設(shè)計(jì)要求，鉆孔數(shù)量越多所引起的施工成本也就越大，也不利于節(jié)約項(xiàng)目成本。
[0004](2)單孔單點(diǎn)方式的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)穩(wěn)定性較差。多數(shù)工程需要長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)作業(yè)，尤其大型工程的監(jiān)測(cè)周期更長(zhǎng)。整個(gè)監(jiān)測(cè)過程中外界的不利因素復(fù)雜多變，對(duì)于單孔單點(diǎn)方式一旦孔隙水壓力計(jì)遭受損壞則整個(gè)觀測(cè)孔報(bào)廢，較難采取有效的補(bǔ)救措施，無法保證監(jiān)測(cè)作業(yè)的連續(xù)性和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。對(duì)于已完工的項(xiàng)目，若重新鉆孔埋設(shè)意味著施工難度的加大、施工耗時(shí)的加長(zhǎng)和項(xiàng)目成本的增加。
[0005](3)單孔多點(diǎn)方式所得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性較差。為了節(jié)約項(xiàng)目成本可采用單孔多點(diǎn)方式，基于分步埋設(shè)流程利用回填材料隔開各孔隙水壓力計(jì)。但埋設(shè)、封孔、提拔套管及土層變形等過程均有可能造成相鄰孔隙水壓力計(jì)偏移設(shè)計(jì)要求的埋設(shè)高程，埋設(shè)完畢后難以調(diào)整。隨著監(jiān)測(cè)時(shí)間的推移，尤其土層變形對(duì)孔隙水壓力計(jì)埋設(shè)位置的影響最大。由于土體在上覆荷載和自重作用下會(huì)逐步固結(jié)，極易造成相鄰孔隙水壓力計(jì)偏離設(shè)計(jì)高程，因此所得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)難以真實(shí)反映不同深度的土層內(nèi)孔隙水壓力的變化，存在準(zhǔn)確性較差、精度較低等不足，從而難以全面評(píng)價(jià)防波堤施工過程的穩(wěn)定性和安全性。
[0006]因此，開發(fā)一種單孔多點(diǎn)孔隙水壓力計(jì)預(yù)埋固定裝置及其埋設(shè)方法對(duì)于擴(kuò)展單孔多點(diǎn)方式的工程應(yīng)用范圍，提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精確性，且全面評(píng)價(jià)新式施工工藝的可行性和防波堤的穩(wěn)定性十分必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是為解決單孔多點(diǎn)方式中相鄰孔隙水壓力計(jì)易偏離設(shè)計(jì)高程的問題，而提出一種單孔多點(diǎn)孔隙水壓力計(jì)預(yù)埋固定裝置及其埋設(shè)方法，精確控制相鄰孔隙水壓力計(jì)的埋設(shè)深度，提高監(jiān)測(cè)水平。
[0008]本發(fā)明達(dá)到上述目的的技術(shù)方案是:一種單孔多點(diǎn)孔隙水壓力計(jì)預(yù)埋固定裝置，包括有固定構(gòu)件、連接構(gòu)件和器皿，其特征在于，
所述的固定構(gòu)件由若干個(gè)掛桿組成；每個(gè)掛桿上，沿深度方向設(shè)有若干個(gè)透氣孔?’每個(gè)掛桿的兩端設(shè)有絲扣及套筒，用以連接相鄰的掛桿；各個(gè)掛桿上下相連組成的固定構(gòu)件的長(zhǎng)度大于設(shè)計(jì)要求中埋設(shè)深度最長(zhǎng)尺寸；在埋設(shè)過程中，該固定構(gòu)件設(shè)置在套管中；每個(gè)掛桿的一側(cè)設(shè)有一段導(dǎo)向滑槽；
所述的連接構(gòu)件由連接板和托板組成；該托板焊接于連接板的底部，固定成“倒T型”的連接構(gòu)件，在托板上同樣設(shè)置透氣孔；所述連接板的一側(cè)插入所述導(dǎo)向滑槽內(nèi)；所述連接板的另一側(cè)設(shè)有兩個(gè)穿孔；在該穿孔處固定有由剛性板材構(gòu)成的環(huán)箍；在該環(huán)箍中安裝孔隙水壓力計(jì)；在所述托板上設(shè)有浸泡孔隙水壓力計(jì)測(cè)頭的盛水器皿，該盛水器皿的頂部設(shè)有引線孔；在所述孔隙水壓力計(jì)引線上，設(shè)有提拉線(建議采用提拉鐵絲)；各孔隙水壓力計(jì)的信號(hào)電纜，向上引出到監(jiān)測(cè)孔外。
[0009]所述的掛桿可以由鍍鋅鋼管加工制成。
[0010]所述透氣孔的直徑約為3~4_ ;沿深度方向不規(guī)則布置，起到透水的作用；
所述套筒與掛桿由絲扣連接，絲扣接頭長(zhǎng)度約6.0cm，套筒內(nèi)徑尺寸與掛桿的絲扣外圍尺寸一致；
所述導(dǎo)向滑槽的長(zhǎng)度約為掛桿長(zhǎng)度的2/3 ;
所述環(huán)箍可以用I?2_厚薄鋼板制成，該環(huán)箍的形狀與孔隙水壓力計(jì)外圍的形狀一致，其內(nèi)部大小等于或略大于其中孔隙水壓力計(jì)的外圍尺寸；
所述環(huán)箍在連接板穿孔處的固定方式可以是:兩端接頭處鉆出螺孔并可用螺絲固定； 所述盛水器皿設(shè)有由PVC材料制成，呈碗狀。
[0011]完成本申請(qǐng)第二個(gè)發(fā)明任務(wù)的技術(shù)方案是，上述單孔多點(diǎn)孔隙水壓力計(jì)預(yù)埋固定裝置埋設(shè)方法，預(yù)埋固定裝置需要在孔隙水壓力計(jì)埋設(shè)前組裝，其特征在于，步驟如下:
1)在水桶中組裝孔隙水壓力計(jì)的測(cè)頭部分，并裝入塑料袋用繩子系緊；
2)利用絲扣和套筒將各掛桿連接成固定構(gòu)件；
3)依據(jù)設(shè)計(jì)要求的埋設(shè)深度和一組監(jiān)測(cè)單元的數(shù)量，采用雙面焊接的方式依次將各連接構(gòu)件固定于固定構(gòu)件的一側(cè)；
4)利用環(huán)箍透過穿孔將一組孔隙水壓力計(jì)連同塑料袋依次綁扎于各連接板上，其電纜線整理成一股，沿深度方向每隔一段采用鋼絲將電纜線綁扎在固定構(gòu)件上； 5)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用GPS對(duì)孔隙水壓力計(jì)的埋設(shè)位置進(jìn)行定位；
6)待定位完成后，鉆孔并下套管；鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)要求的最低端埋設(shè)深度后，將鉆桿拔出，準(zhǔn)備孔隙水壓力計(jì)的埋設(shè)；
7)順著套管的管壁將預(yù)埋固定裝置垂直放入；在每個(gè)連接板進(jìn)入孔口時(shí)將裝滿水的器皿放置于托板之上，頂部引線孔用鐵絲牽住；
8)在器皿中除去包扎在測(cè)頭部分的塑料袋，確保測(cè)頭部分仍處于滿水狀態(tài)；重復(fù)步驟7~步驟8，直至一組監(jiān)測(cè)單元的測(cè)頭部分均處于各器皿之中；
9)預(yù)埋固定裝置到達(dá)孔內(nèi)水位以下時(shí)，將鐵絲上提直至將盛水器皿提出孔外；
10)待預(yù)埋固定裝置深入到設(shè)計(jì)埋設(shè)高程，并確認(rèn)各孔隙水壓力計(jì)工作正常后，將套管慢慢上提；隨著套管慢慢的往上移動(dòng)，便可向孔內(nèi)投放泥球封孔；孔中的電纜應(yīng)放松弛，埋設(shè)過程中要防止損壞電纜。
[0012]所述“在水桶中組裝孔隙水壓力計(jì)的測(cè)頭部分”，其測(cè)頭部分的透水石需要在熱水煮，排出透水石中孔隙所含雜質(zhì)，在水桶中組裝可避免氣體進(jìn)入測(cè)頭部分。
[0013]所述“連接構(gòu)件固定于固定構(gòu)件的一側(cè)”，其連接板沒有穿孔的一側(cè)插入導(dǎo)向滑槽，根據(jù)設(shè)計(jì)要求的埋設(shè)高程焊接連接構(gòu)件。
[0014]所述“確保測(cè)頭部分仍處于滿水狀態(tài)”，其器皿的滿水狀態(tài)可避免安裝過程中氣體進(jìn)入測(cè)頭部分。
[0015]換言之，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是:預(yù)埋固定裝置包括固定構(gòu)件、連接構(gòu)件和器皿。用長(zhǎng)度為2m~3m的六分鍍鋅鋼管作為掛桿，其兩端的2~3cm部分加工成絲扣。各掛桿通過絲扣套筒組裝成固定構(gòu)件，使其長(zhǎng)度大于一組孔隙水壓力計(jì)監(jiān)測(cè)單元的埋設(shè)長(zhǎng)度。用厚薄鋼板作為連接板和托板，采用焊接方式組裝成“倒T型”連接構(gòu)件。連接板的一側(cè)插入導(dǎo)向滑槽，一方面可任意調(diào)整孔隙水壓力計(jì)的埋設(shè)位置，另一方面可使固定構(gòu)件和連接構(gòu)件的焊接更加牢固。按照孔隙水壓力計(jì)的形狀(本實(shí)施中孔隙水壓力計(jì)為圓形)采用Imm?2_厚薄鋼板加工成環(huán)箍，在連接板一側(cè)的兩個(gè)穿孔內(nèi)各放置一個(gè)，并在兩端接頭處鉆出螺孔，環(huán)箍箍住孔隙水壓力計(jì)后可用螺絲固定。器皿放置于連接構(gòu)件的托板之上，在埋設(shè)過程中牽住引線孔的鐵絲可確保孔隙水壓力計(jì)的測(cè)頭部分始終處于器皿里，從而避免氣體進(jìn)入。
[0016]本發(fā)明需要解決的技術(shù)關(guān)鍵在于:根據(jù)設(shè)計(jì)要求的埋設(shè)深度和一組孔隙水壓力計(jì)監(jiān)測(cè)單元的數(shù)量，確定掛桿的數(shù)量和長(zhǎng)度及加工絲扣部分，從而實(shí)現(xiàn)各孔隙水壓力計(jì)的同步埋設(shè)；根據(jù)相鄰孔隙水壓力計(jì)的間隔長(zhǎng)度要求，加工掛桿一側(cè)的導(dǎo)向滑槽，連接構(gòu)件沿著滑槽調(diào)整孔隙水壓力計(jì)的埋設(shè)位置；連接板的一側(cè)插入滑槽采用雙面焊接實(shí)現(xiàn)連接構(gòu)件與固定構(gòu)件的連接，另一側(cè)的兩個(gè)穿孔各透過一個(gè)環(huán)箍，使孔隙水壓力計(jì)固定在連接板；埋設(shè)過程中，牽住鐵絲保持器皿在托板上的平穩(wěn)，從而保證孔隙水壓力計(jì)所測(cè)得的數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
[0017]本發(fā)明對(duì)比已有技術(shù)具有以下創(chuàng)新點(diǎn)及有益效果:
(I)融合了單孔單點(diǎn)方式和單孔多點(diǎn)方式的優(yōu)點(diǎn)。本裝置中應(yīng)用端部有絲扣的掛桿，通過增減掛桿的數(shù)量能夠一次性滿足一組孔隙水壓力計(jì)監(jiān)測(cè)單元的設(shè)計(jì)要求。一方面避免了單孔單點(diǎn)方式需要鉆多個(gè)監(jiān)測(cè)孔的巨大工作量，降低了監(jiān)測(cè)工程的施工復(fù)雜度。另一方面簡(jiǎn)化了單孔多點(diǎn)方式的施工流程，實(shí)現(xiàn)了一組孔隙水壓力計(jì)監(jiān)測(cè)單元的同步埋設(shè)。
[0018](2)提高了單孔多點(diǎn)方式的監(jiān)測(cè)效果，具有廣泛的工程適用性。通過掛桿與連接構(gòu)件的焊接固定能夠長(zhǎng)期保持相鄰孔隙水壓力計(jì)的間隔距離，尤其長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)過程中始終滿足設(shè)計(jì)要求