土壓力盒埋設裝置及其埋設方法
2023-04-30 04:17:46
專利名稱：土壓力盒埋設裝置及其埋設方法
技術領域：
本發明涉及一種在土木工程風險評估和控制中監測土壓力時的土壓力盒應 用技術，具體地說，涉及一種土壓力盒埋設裝置及其埋設方法，主要應用於懸壁 排樁(如鑽孔灌注樁)+深層攪拌樁(如粉噴樁)防滲複合擋護結構的深基坑中。
背景技術：
城市地鐵車站或高層建築施工中，場地狹窄，環境邊界條件複雜多樣。深基 坑的開挖直接影響整個工程的安全質量、工期和造價。現代深基坑常採用懸壁排 樁，配套採用深層攪拌樁防滲和擋樁間土的複合擋護形式，以防止基坑外原狀土 破壞而造成周邊建築物毀損及各種管線的安全使用。支擋結構和坑壁界面不同深 度的土壓力變化是工程項目風險評估和控制的必測項目， 一般採用土壓力盒直接 測量。然而，惡劣的現場工作環境使埋設的土壓力盒成活率偏低，測得的數據失 真，可信度難以保證，直接影響到監測成果的準確性和可靠性的判別及評價。
究其原因，主要影響因素為
(1) 埋設中的嵌入效應土壓力盒埋設後改變了原來的天然應力場，尤其 是土壓力盒周圍土體中的應力場分布。土壓力盒的嵌入效應與其厚徑比(土壓力 盒的厚度外徑)密切相關，受安裝工藝制約，要求盒體與結構物表面齊平，無 後續擾動。
(2) 安裝匹配誤差土壓力盒感應膜剛度和土體剛度的匹配。大部分土壓 力盒都是通過對變形撓曲的測量實現了對土壓力的測量。土壓力盒的感應膜在土 壓力作用下都會變形撓曲，土壓力盒與周圍介質的物理及力學性質的差異，影響 了土壓力的測量精度。
(3) 應力集中影響土壓力盒埋設後，土層的填築壓實或多次的土體改良和加固不僅擾動了土體，更使土壓力盒過多承擔土體中的應力。
(4) 環境影響出廠和室內對壓力盒一般採用氣壓標定(氣標)、液體標定 (油標)和土介質標定(砂標)，其標定環境和實際測點的環境、溫度不一致，標定 壓力均勻，而工作壓力受剪切作用和拱效應分布的影響。
(5) 粒徑效應土壓力盒尺寸和測量對象土體的粒徑比例影響到感應膜表 面的應力分布。
特別是採用懸壁排樁+防滲粉噴樁複合支護的深基坑，如果在鑽孔灌注樁施 工時採用將土壓力盒固定在鋼筋籠上，無論是水壓活塞式埋設法還是掛布法安裝 土壓力盒，鋼筋籠吊裝和下放過程中，不能控制土壓力盒的方向(要求垂直於基 坑壁)，而且鋼筋籠和鑽孔壁摩擦碰撞產生衝擊壓力，使土壓力盒彈性膜片過載 產生永久性變形而報廢；受鑽孔機械性能和土質條件的限制，埋設部位的孔壁面 平整度凹凸無法修平，不能保證土壓力盒與孔壁面緊密接觸，土壓力盒與護壁之 間有泥漿殘留；水下混凝土或砂漿流態壓力作用，將盒體包裹。更為嚴重的是， 粉噴樁施工是通過深層攪拌機邊鑽進邊將粉狀水泥等材料用壓縮空氣輸送到軟 弱的地基土中，利用鑽頭葉片將水泥材料與軟土強制攪拌，經過一系列物理化學 反應形成具有整體性、水穩性和一定強度的水泥土樁。強制攪拌損傷盒體膜片、 攪拌壓力使膜片變形不可逆轉，或水泥漿體包裹而報廢。可見，為評估深基坑施 工中的風險，制定控制措施，關鍵是獲取真實的土壓力信息參數。因此，開發一 種土壓力盒埋設裝置，和採用適配的埋設方法及測試方法十分必要。
發明內容
本發明的目的就在於克服現有技術存在的缺點和不足，提供一種土壓力盒埋 設裝置及其埋設方法。
本發明的目的是這樣實現的-一、土壓力盒埋設裝置
本土壓力盒埋設裝置由底座和滑動推進導軌組成；底座在滑動推進導軌上自 由滑動。
底座包括土壓力盒底靴、導向軌輪、引線管槽和連接綴板； 土壓力盒底靴固定在由兩個連接綴板加強的兩根平行的導向軌輪上，在土壓力盒底靴的上沿設置有引線管槽；
滑動推進導軌包括U型導向滑槽、連接鋼板、限位板、轉向軸、轉向鋼絲、 剛性連接板和L型螺杆；
兩根平行的U型導向滑槽通過連接鋼板組成整體剛架，在U型導向滑槽的腹 板上開槽安裝有限位板，限位板和轉向軸焊接在一起，轉向鋼絲連接在轉向軸上， 剛性連接板通過螺栓固定在U型導向滑槽的一端，連接鋼板的鑽孔穿入L型螺杆。
土壓力盒埋設裝置的工作原理
土壓力盒的電纜從壓力盒底靴上引線管槽穿入，用專用金屬粘接膠水粘接土
壓力盒與土壓力盒底靴後，將底座的導向軌輪從滑動推進導軌端部插入u型導向
滑槽，到達指定的安裝位置後，拉緊轉向鋼絲，帶動轉向軸轉動限位板固定底座； 通過L型螺杆縱向接長滑動推進導軌，並固定剛性連接板；在鑽孔中送入底座和 滑動推進導軌，待土壓力盒到達指定的安裝位置後，鬆動轉向鋼絲，帶動轉向軸 和限位板，將底座與滑動推進導軌脫離。 本發明具有下列優點和積極效果
利用本發明可在採用懸壁排樁(如鑽孔灌注樁)，配套採用深層攪拌樁(如 粉噴樁)防滲和擋樁間土的複合擋護結構的深基坑施工中埋設土壓力盒，從而可 對土壓力進行監測，以獲取真實的土壓力信息參數，保證了深基坑施工中的風險 評估可靠，控制措施制定科學。本發明提供的土壓力盒標定、埋設裝置及其埋設 方法改進了現有技術的弊端。具體地說
1) 該裝置將壓力盒固定在底座的底靴上，底靴則剛性套接在滑動推進導軌 的U型導向滑槽內，並通過限位板準確定位；
2) 由於本裝置通過鬆動轉向鋼絲，帶動轉向軸和限位板，使滑動推進導軌 與內埋安裝底座分離，實現了底座與滑動推進導軌脫離，避免了安裝成本過高；
3) 由於本裝置是在已完成施工的水泥土內鑽孔完成，保證了土壓力盒與孔
壁緊密接觸，避免了水泥漿對土壓力盒的包裹和施工過程的衝擊力作用，從根本
上保證了土壓力盒的成活率和有效性；
4) 本發明所提供的埋設方法由於是在地面上按設計要求將土壓力盒及埋設 裝置一起固定在滑動推進導軌上，使土壓力盒的埋設深度不受限制，埋設位置準 確。200810246
5)本發明提供的滑動推進導軌設計成工具式，可重複使用，使用方便，節 約安裝成本。
總之，本發明可廣泛應用於城市地鐵車站或高層建築深基坑施工風險評估和 土壓力監控量測時的埋設；土壓力盒成活率高，埋設深度不受限制，定位準確， 安裝成本低；數據真實、準確，規律性及相關性好。
圖l.l是土壓力盒埋設裝置的結構圖(主視)； 圖1.2是圖1. 1的I-I剖視圖； 圖2. l是底座的結構圖； 圖2.2是圖2. 1的剖視圖； 圖3. 1是滑動推進導軌的結構圖； 圖3.2是圖3. 1的剖視圖4是埋設方法總體布置圖。
其中
l一土壓力盒；2—土壓力盒底靴 5—連接綴板；6—U型導向滑槽；
9一轉向軸； IO—轉向鋼絲；
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例詳細說明 一、土壓力盒埋設裝置 1、總體結構
如圖1.1、 1.2，本土壓力盒埋設裝置由底座和滑動推進導軌組成；底座在 滑動推進導軌上自由滑動。
如圖2. 1、 2.2和圖1. 1、 1.2，底座包括土壓力盒底靴2、導向軌輪3、引
線管槽4和連接綴板5;
土壓力盒底靴2固定在由兩根連接綴板5加強的兩根平行的導向軌輪3上，
3—導向軌輪；4一引線管槽； 7—連接架； 8—限位板；
11—剛性連接板；12—L型螺杆。
7在土壓力盒底靴2的上沿設置有引線管槽4。
如圖3. 1、 3.2和圖L1、 1.2，滑動推進導軌包括U型導向滑槽6、連接鋼 板7、限位板8、轉向軸9、轉向鋼絲IO、剛性連接板11和L型螺杆12;
兩根平行的U型導向滑槽6通過連接鋼板7組成整體剛架，在U型導向滑槽 6的腹板上開槽安裝有限位板8，限位板8和轉向軸9焊接在一起，轉向鋼絲IO 連接在轉向軸9上，剛性連接板11通過螺栓固定在U型導向滑槽6的一端，連 接鋼板7的鑽孔穿入L型螺杆12。
2、零部件的結構
1) 土壓力盒底靴2
土壓力盒底靴2是一種和土壓力盒1適配的有底的圓筒。
2) 導向軌輪3
導向軌輪3由相互連接的L型角鋼和滑輪組成。
3) 引線管槽4 引線管槽4是一種半圓鋼管；
4) 連接綴板5 連接綴板5是一種條形鋼板。
5) 其它零部件均為常用件。 二、 土壓力盒埋設方法 土壓力盒埋設方法包括下列步驟
1、 組裝獨立單元
如圖l，利用土壓力盒埋設裝置進行；
① 將底座的導向軌輪3從端部插入滑動推進導軌的U型導向滑槽6，通過限 位板8、轉向軸9和轉向鋼絲10將將底座固定；
② 將土壓力盒1的電纜從壓力盒底靴2上的引線管槽4穿入，在土壓力盒1 與土壓力盒底靴2之間用專用金屬粘接膠水粘接；
2、 組裝系統
根據設計布點要求組裝所需數量的獨立單元，並按順序對單元編號，得到組 裝系統；
3、 埋設土壓力盒
8如圖4，
① 在已經完成的基坑懸壁排樁(如鑽孔灌注樁)+防滲粉噴樁複合支護施工 的監測部位鑽孔，並充水；
② (見圖4-A)將組裝好的獨立單元底座垂直放入已經完成的鑽孔，使土壓 力盒1的受壓面通過滑動推進導軌調整到來壓方向；上端離地表孔口 30cm時臨 時固定；通過滑動推進導軌的L型螺杆12縱向接長已經組裝好的獨立單元，並 固定剛性聯結板ll，繼續下放；
③ (見圖4-B)循環步驟②，直到完成該孔的全部土壓力盒的沉放；覆核通 過滑動推進導軌的單元數和單節長度，並檢査土壓力盒1是否沉放到位；
(見圖4-C)向鑽孔中分段填沙，待該段鑽孔中沙子沉實後，鬆動轉向鋼 絲IO,帶動轉向軸9和限位板8，上、下小幅度提動滑動推進導軌，使該段的底 座與導滑動推進導軌脫離；
⑤ (見圖4-D)循環第步驟④，直到完成該孔的全部填沙，以及底座與滑動 推進導軌脫離；底座和土壓力盒l埋在孔內，而滑動推進導軌可重複使用；
⑥ 保護好孔口電纜，土壓力盒的埋設完成。 4、效果驗證
武漢地鐵2號線某車站周邊建築物密集，距基坑開挖線約7 8m;車站附近 車流量較大；沿主幹道兩側的慢車道、人行道上分布有光纜、路燈線、汙水管道、 自來水管道、天然氣管道，地下管線埋深l 2m。基坑開挖深度為19. 87m，基坑 採用樁徑1. 0m，中心距1. 3m鑽孔灌注樁支護，通過粉噴樁(樁徑1. 0m，中心距 1. lm)防滲和擋樁間土，支護工程安全等級為一級。支擋結構和坑壁界面不同深 度的土壓力變化是該工程項目風險評估和控制的必測項目，採用本發明提供的裝 置和方法標定、埋設了8套計56個土壓力盒1，見圖4，成活率90%。經過長達 6個月的監測，分析觀測數據，其變化具有良好的規律性，與根據綜合監測項目 進行反演分析並採用數值模擬得出的土壓力變化特徵具有良好的相關性。說明土 壓力盒工作正常，土壓力監測數據真實、準確，可信度較高。為該工程的風險評 估、可靠性判別及評價提供了科學的依據，保證了工程的質量、安全、進度和效
權利要求
1、一種土壓力盒埋設裝置，其特徵在於由底座和滑動推進導軌組成；底座在滑動推進導軌上自由滑動；土壓力盒底靴(2)固定在由兩個連接綴板(5)加強的兩根平行的導向軌輪(3)上，在土壓力盒底靴(2)的上沿設置有引線管槽(4)；兩根平行的U型導向滑槽(6)通過連接鋼板(7)組成整體剛架，在U型導向滑槽(6)的腹板上開槽安裝有限位板(8)，限位板(8)和轉向軸(9)焊接在一起，轉向鋼絲(10)連接在轉向軸(9)上，剛性連接板(11)通過螺栓固定在U型導向滑槽(6)的一端，連接鋼板(7)的鑽孔穿入L型螺杆(12)。
2、 按權利要求1所述的一種土壓力盒埋設裝置，其特徵在於 土壓力盒底靴(2)是一種和土壓力盒適配的有底的圓筒。
3、 按權利要求1所述的一種土壓力盒埋設裝置，其特徵在於-導向軌輪(3)由相互連接的L型角鋼和滑輪組成。
4、 按權利要求1所述的一種土壓力盒埋設裝置，其特徵在於 引線管槽(4)是一種半圓鋼管。
5、 基於按權利要求1所述土壓力盒埋設裝置的土壓力盒埋設方法，其特徵 在於包括下列步驟A、 組裝獨立單元① 將底座的導向軌輪(3)從端部插入滑動推進導軌的U型導向滑槽(6)， 通過限位板(8)、轉向軸(9)和轉向鋼絲(10)將將底座固定；② 將土壓力盒(1)的電纜從壓力盒底靴(2)上的引線管槽(4)穿入，在 土壓力盒(1)與土壓力盒底靴(2)之間用專用金屬粘接膠水粘接；B、 組裝系統根據設計布點要求組裝所需數量的獨立單元，並按順序對單元編號，得到組 裝系統；C、 埋設土壓力盒①在已經完成的基坑懸壁排樁+防滲粉噴樁複合支護施工的監測部位鑽孔，並充水；② 將組裝好的獨立單元底座垂直放入已經完成的鑽孔，使土壓力盒受壓面通 過滑動推進導軌調整到來壓方向；上端離地表孔口 30cm時臨時固定；通過滑動 推進導軌的L型螺杆(12)縱向接長已經組裝好的獨立單元，並固定剛性聯結板(11)，繼續下放；③ 循環步驟②，直到完成該孔的全部土壓力盒的沉放；覆核通過滑動推進導 軌的單元數和單節長度，並檢査土壓力盒是否沉放到位；④ 向鑽孔中分段填沙，待該段鑽孔中沙子沉實後，鬆動轉向鋼絲(10)，帶 動轉向軸(9)和限位板(8),上、下小幅度提動滑動推進導軌，使該段的底座 與導滑動推進導軌脫離；(D循環第步驟④，直到完成該孔的全部填沙，以及底座與滑動推進導軌脫離； 底座和土壓力盒(1)埋在孔內，而滑動推進導軌可重複使用； ⑥保護好孔口電纜，土壓力盒的埋設完成。
全文摘要
本發明公開了一種土壓力盒埋設裝置及其埋設方法，涉及一種在土木工程風險評估和控制中監測土壓力時的土壓力盒應用技術。本裝置由底座和滑動推進導軌組成；底座在滑動推進導軌上自由滑動；底座包括土壓力盒底靴(2)、導向軌輪(3)、引線管槽(4)和連接綴板(5)；滑動推進導軌包括U型導向滑槽(6)、連接鋼板(7)、限位板(8)、轉向軸(9)、轉向鋼絲(10)、剛性連接板(11)和L型螺杆(12)。本發明可廣泛應用於城市地鐵車站或高層建築深基坑施工風險評估和土壓力監控量測時的埋設；土壓力盒成活率高，埋設深度不受限制，定位準確，安裝成本低；數據真實、準確，規律性及相關性好。
文檔編號E02D1/00GK101487249SQ20081024630
公開日2009年7月22日 申請日期2008年12月30日 優先權日2008年12月30日
發明者崔銀祥, 李小春, 汪海濱, 馬春青 申請人:中國科學院武漢巖土力學研究所