用於基坑井點降水的監測系統及其監測方法與流程
2023-06-02 00:09:01 4
本發明涉及基坑井點降水
技術領域：
，具體來說涉及用於進行基坑井點降水的監測系統。
背景技術：
：地下水資源較地表水資源複雜，因此降水施工和地下水本身質和量的變化以及引起地下水變化的環境條件和地下水的運移規律不能直接觀察，同時，地下水的汙染以及地下水超採引起的地面沉降是緩變型的，一旦積累到一定程度，就成為不可逆的破壞；是以，準確開發保護地下水就必須依靠長期的地下水監測，以及時掌握動態變化情況。基坑工程中的井點降水，是人工降低地下水位的一種方法，故又稱「井點降水法」。在基坑開挖前，在基坑四周埋設一定數量的濾水管(井)，利用抽水設備抽水使所挖的土始終保持乾燥狀態的方法。由於開挖造成承壓水頂板厚度不足導致的突湧現象在全國各地的基坑項目中時有發生。這使得監測井點降水後地下水的水位成為監測中必不可少的項目。井點降水的現有技術方案中，多數採用「鋼尺水位計」進行測量井、鑽孔或者水位管內的地下水水位變化的監測。所述鋼尺水位計是通過在測頭的內部安裝了水阻接觸點，當觸點接觸到水面時，會接通接收系統，驅使接收系統的音響器發出蜂鳴聲，並在觸點離開水面時，關閉接收系統。值得注意的是，雖然前述鋼尺水位計的操作簡單，但對於需要準確或者需要實時監測多個監測井地下水水位時，由人工逐一測量多個監測井將導致以下技術問題：1)為達到實時監測，監測人員需隨時待命進行監測，同時設備還要重新布設，過程繁瑣，造成工作重複，相當耗費人力；2)重複使用次數多也會加大對所述鋼尺水位計的損害，縮短了設備使用壽命；3)每次測量作業所需流程繁雜，相當耗費時間；4)人工測量容易導致誤差偏大，進而造成工程事故發生率高；5)由於人工測量難以達到確實地對水位實時監測，容易發生水位升高到影響施工正常進行的狀況，進而需要通過提高抽水泵功率以降低水位，造成抽水泵的工作量增加、耗電等問題。技術實現要素：鑑於上述情況，本發明提供一種用於基坑井點降水的監測系統及其監測方法，通過在井內設置壓力計用以轉換量測地下水水位的變化，以及在井外設置終端設備，用以測量抽水泵功率的變化並顯示測得的水位及功率數據，解決了人工測量水位導致的技術問題，達到提供一種設置精簡、測量數據精準的用於基坑井點降水的監測系統，具有高效率控制地下水水位變化，並大幅節約人力物力，提高設備的工作效率等有益技術效果。為實現上述目的，本發明採取的技術方案是提供一種用於基坑井點降水的監測系統，所述井點設有鋼管及設於所述鋼管底部的抽水泵；其中，所述用於基坑井點降水的監測系統包括：所述抽水泵，輸出一功率信號；壓力計，用以測量所述井點內的水壓並輸出一壓強信號；終端設備，包括水位計算顯示模塊、功率讀取顯示模塊以及開關控制裝置；所述水位計算顯示模塊與所述壓力計電性連接，用以接收並根據所述壓強信號進行計算後，輸出顯示所述井點的水位數據；所述功率讀取顯示模塊與所述抽水泵電性連接，供接收所述功率信號並輸出顯示所述抽水泵的功率數據，所述功率數據用以換算所述抽水泵的抽水流量；所述開關控制裝置與一電源連接，用以控制所述終端設備的電源開關。是以，本發明通過前述技方案，通過將壓力計長期安裝在井點內測量地下水位，能夠達到小時實時監測，有效避免了以往人工測量所導致的技術問題。此外，配合同時對地下水水位及抽水泵功率進行實時監測，能夠根據側得的水位數據及抽水流量，在第一時間調整基坑井點內的水位，避免水位過高導致其他施工技術問題。本發明用於基坑井點降水的監測系統的進一步改進在於，所述抽水泵具有一送水管連接至所述鋼管外部；所述壓力計通過一管束設置於所述送水管靠近所述抽水泵處。本發明用於基坑井點降水的監測系統的更進一步改進在於，所述管束成形有開放的環形主體，用以套置於所述送水管表面；所述環形主體的外側成形有一密封容置部，用以密封容置所述壓力計；所述環形主體自所述密封容置部兩側延伸成形有二自由端，所述二自由端之間通過調節螺栓調節距離，以令所述環形主體緊固於所述送水管表面；所述水位計算顯示模塊的測量信號線穿置於所述鋼管內部以和所述壓力計連接。本發明用於基坑井點降水的監測系統的進一步改進在於，所述鋼管靠近底部的管壁上開設有一安裝口；所述壓力計安裝於所述安裝口上，用以測量所述井點內的水壓。本發明用於基坑井點降水的監測系統的進一步改進在於，所述水位計算顯示模塊具有一測量信號線與所述壓力計電信連接，所述壓強信號通過所述測量信號線輸出至所述水位計算顯示模塊；所述功率讀取顯示模塊具有一測量信號線與所述抽水泵電信連接，所述功率信號通過所述測量信號線輸出至所述功率讀取顯示模塊；所述開關控制裝置具有一電源線與所述電源連接。本發明用於基坑井點降水的監測系統的更進一步改進在於，所述終端設備具有一外殼用以安裝所述水位計算顯示模塊、所述功率讀取顯示模塊及所述開關控制裝置，所述外殼的開口蓋設有一可活動且設有讀數窗口的面板；所述水位計算顯示模塊與所述功率讀取顯示模塊各設有一顯示元件，所述顯示元件自所述讀數窗口顯露。本發明用於基坑井點降水的監測系統的更進一步改進在於，所述終端設備的外殼上設有電源指示燈及故障指示燈；所述電源指示燈與所述開關控制裝置連接，用以顯示所述終端設備的電源開關狀態；所述故障指示燈與所述水位計算顯示模塊及/或所述功率讀取顯示模塊連接，用以警示所述水位計算顯示模塊及/或功率讀取顯示模塊的運作異常狀態。本發明用於基坑井點降水的監測系統的進一步改進在於，所述水位計算顯示模塊接收所述壓強信號後，根據下式p＝ρgh計算獲得所述水位數據；其中，p是由所述壓強信號獲得的井點內水的相對壓強，單位為帕斯卡(Pa)；ρ是井點內水的密度，單位為公斤/立方公尺；g是常量，單位為9.8牛頓/千克；h是井點內水位，單位為公尺。此外，本發明另提供了一種用於基坑井點降水的監測方法，其方法步驟包括：在井點設置壓力計，用以實時測量井點內固定高度的水壓，獲得井點內水壓的壓強信號；在井點底部設置抽水泵，用以實時測量所述抽水泵的功率，獲得抽水泵的功率信號；將所述壓強信號根據下式p＝ρgh計算獲得所述井點內的水位數據；其中，p是由所述壓強信號獲得的井點內水的相對壓強，單位為帕斯卡(Pa)；ρ是井點內水的密度，單位為公斤/立方公尺；g是常量，單位為9.8牛頓/千克；h是井點內水位，單位為公尺；將所述功率信號輸出顯示，用以換算獲得所述抽水泵的抽水流量；根據所述水位數據及所述抽水流量監測調整基坑井點內的水位。進一步地，所述用於基坑井點降水的監測方法，是通過前述的用於基坑井點降水的監測系統的壓力計及抽水泵測得所述壓強信號及所述功率信號，以及通過所述監測系統的終端設備計算獲得所述水位數據及功率數據。附圖說明圖1是本發明監測系統的井點布置第一實施例示意圖。圖2是本發明監測系統的井點布置第二實施例示意圖。圖3是本發明壓力計的結構俯視示意圖。圖4是本發明壓力計的結構正視示意圖。圖5是本發明壓力計的結構側視示意圖。圖6是本發明終端設備的外觀結構示意圖。圖7是本發明終端設備的內部設置示意圖。附圖標記與部件的對應關係如下：10－鋼管；11－安裝口；20－抽水泵；21－送水管；30－壓力計；40－終端設備；41－外殼；42－面板；421－讀數窗口；422－合頁；43－水位計算顯示模塊；431－測量信號線；432－顯示元件；44－功率讀取顯示模塊；441－測量信號線；442－顯示元件；45－開關控制裝置；46－電源線；47－電源指示燈；48－故障指示燈；50－管束；51－環形主體；52－密封容置部；53－自由端；54－調節螺栓。具體實施方式為利於對本發明的了解，以下結合附圖及實施例進行說明。請參閱圖1至圖7，本發明提供一種用於基坑井點降水的監測系統及其監測方法。如圖1所述井點設有鋼管10及設於所述鋼管10底部的抽水泵20，所述用於基坑井點降水的監測系統包括所述抽水泵20、壓力計30、終端設備40。其中：所述抽水泵20設置在所述鋼管10底部，如圖1、圖2所示，所述抽水泵20具有一送水管21連接至所述鋼管10外部，用以將井點內的地下水抽出井外。於本發明中，所述抽水泵20並用以輸出一功率信號至所述終端設備40。所述壓力計30用以測量所述井點內的水壓並輸出一壓強信號。如圖1顯示井點布置的第一實施例，所述壓力計30可以通過一管束50設置於所述送水管21靠近所述抽水泵20處，以完全浸置在地下水中的狀態測量井內水壓；如圖2顯示井點布置的第二實施例，是在鋼管10靠近底部的管壁上開設一安裝口11，通過將所述壓力計30安裝於所述安裝口11上，以部分壓力計30浸置於地下水中的狀態測量井內水壓。於本發明第一井點布置實施例中，如圖3、圖4及圖5所示，所述管束50成形有開放的環形主體51，用以套置於所述送水管21表面；所述環形主體51的外側成形有一密封容置部52，用以密封容置所述壓力計30；所述環形主體51自所述密封容置部52兩側延伸成形有二自由端53，所述二自由端53之間通過調節螺栓54調節距離，以令所述環形主體51緊固於所述送水管21表面；所述水位計算顯示模塊43的測量信號線431穿置於所述鋼管10內部以和所述壓力計30連接。於本發明第二井點布置實施例中，所述壓力計30外部較佳設有密封防水層，以確保壓力計30在浸於水中環境時仍能夠正常運作測量水壓，所述水位計算顯示模塊43的測量信號線431密封地穿過所述防水層與壓力計30連接。且所述壓力計30可以通過其外部的密封防水層與所述鋼管10的安裝口11焊接結合。如圖6、圖7所示，所述終端設備40具有一外殼41用以安裝一水位計算顯示模塊43、一功率讀取顯示模塊44及一開關控制裝置45，所述外殼41的開口蓋設有一可活動且設有讀數窗口421的面板42。於本實施例中，所述面板42通過合頁422與所述外殼41樞接，以完成活動開闔的動作。所述面板42與所述外殼41的活動結合結構並不限於所述合頁422也可以是其他本領域常見用以將面板活動地設置在外殼的結構。其中，所述水位計算顯示模塊43具有一測量信號線431與所述壓力計30電信連接，所述壓強信號通過所述測量信號線431輸出至所述水位計算顯示模塊43，所述水位計算顯示模塊43接收並根據所述壓強信號進行計算後，輸出顯示所述井點的水位數據。所述功率讀取顯示模塊44具有一測量信號線441與所述抽水泵20電信連接，所述功率信號通過所述測量信號線441輸出至所述功率讀取顯示模塊44，所述功率讀取顯示模塊44接收所述功率信號並輸出顯示所述抽水泵20的功率數據，所述功率數據用以供施工人員對照抽水泵20的操作手冊換算獲得所述抽水泵20的抽水流量；所述開關控制裝置45用以控制所述終端設備40的電源開關，所述開關控制裝置45具有一電源線46，供所述開關控制裝置45與一電源(圖未示)連接。此外，如圖6、圖7所示，所述水位計算顯示模塊43與所述功率讀取顯示模塊44各設有一顯示元件432、442，用以實時顯示所述井點內的水位數據及功率數據，所述顯示元件432、442自所述讀數窗口421顯露，以便於施工人員監測所述水位數據及功率數據。進一步地，為了確保本發明用於基坑井點降水的監測系統能正常運作，以提供確實且有效的實時監測數據，所述終端設備40的外殼41上另設有電源指示燈47及故障指示燈48；所述電源指示燈47與所述開關控制裝置45連接，所述開關控制裝置45與電源線46接通時電性控制所述電源指示燈47亮燈，用以顯示終端設備40的電源開關狀態。所述故障指示燈48可以設置一個或兩個以上，用以與所述水位讀取顯示模塊43、所述功率讀取顯示模塊44或其他視實際需求增設的功能模塊連接；具體地，所述水位讀取顯示模塊43在接收到的壓強信號出現異常時，可電性控制與其連接的故障指示燈48亮燈；所述功率讀取顯示模塊44在接收到的功率信號出現異常時，可電性控制與其連接的故障指示燈48亮燈；藉此，所述故障指示燈48通過亮燈與否，達到警示施工人員測量裝置是否正常運作。於本實施例中，所述電源指示燈47可以設置為綠燈，所述故障指示燈48可以設置紅燈，通過顏色的區分，以利施工人員快速辨別本發明用於基坑井點降水的監測系統的運作狀態。以上說明了本發明用於基坑井點降水的監測系統的具體實施例。以下說明本發明用於基坑井點降水的監測系統的監測方法。具體地，本發明用於基坑井點降水的監測系統的監測方法步驟包括：在井點設置壓力計30，用以實時測量井點內固定高度的水壓，獲得井點內水壓的壓強信號；在井點底部設置抽水泵20，用以實時測量所述抽水泵的功率，獲得抽水泵20的功率信號；將所述壓強信號根據下式：p＝ρgh計算獲得所述井點內的水位數據；其中，p是由所述壓強信號獲得的井點內水的相對壓強，單位為帕斯卡(Pa)；ρ是井點內水的密度，單位為公斤/立方公尺；g是常量，單位為9.8牛頓/千克；h是井點內水位，單位為公尺；將所述功率信號輸出顯示，用以換算獲得所述抽水泵20的抽水流量；根據所述水位數據及所述抽水流量監測調整基坑井點內的水位。通過本發明前述用於基坑井點降水的監測系統及其監測方法，整個系統經由所述壓力計30測得水位，並顯示在終端設備40上，讓施工人員可以準確、快速地根據水位的大小，選擇是否增加抽水泵20的功率，達到實時且精準地監控地下水水位大小的有益技術效果。以下進一步說明本發明用於基坑井點降水的監測系統的測量原理。在不抽水的情況下，由於管內的流速很小，所以可以利用流體靜力學解釋本系統的工作原理。1755年，歐拉以平衡流體中取出的正六面體作為隔離體，經過微元分析，在外力平衡條件下得出了歐拉平衡微分方程式(1)：X-1ρ∂p∂x=0Y-1ρ∂p∂x=0Z-1ρ∂p∂x=0---(1)]]>式(1)中，X、Y、Z：分別代表x、y、z方向上地下水所受的單位質量力；ρ：表示地下水的密度；分別為x、y、z三個方向上的單位質量表面力；分別為三個軸向的壓強變化率。將式(1)各式分別乘以dx、dy、dz相加後可得：dp＝ρ(Xdx+Ydy+Zdz)(2)式(2)中，dp：壓強的全微分。將(2)式對僅受重力作用的靜水積分即可得靜水壓強基本方程，式(3)：p＝ρgh(3)式(3)中，p：相對壓強。先由壓力計30測出相對壓強，最後由水位計算顯示模塊43中預先寫入式(3)的電路板計算出水位h。是以，本發明通過前述用於基坑井點降水的監測系統及其監測方法，經由在井內設置壓力計，將水壓變化轉換為地下水水位的變化，以及在井外設置終端設備，用以測量抽水泵功率的變化並顯示測得的水位及功率數據，解決了人工測量水位導致的技術問題，達到提供一種設置精簡、測量數據精準的用於基坑井點降水的監測系統，具有高效率控制地下水水位變化，並大幅節約人力物力，提高設備的工作效率等有益技術效果。以上結合附圖及實施例對本發明進行了詳細說明，本領域中普通技術人員可根據上述說明對本發明做出種種變化例。因而，實施例中的某些細節不應構成對本發明的限定，本發明將以所附權利要求書界定的範圍作為本發明的保護範圍。當前第1頁1 2 3