本實用新型涉及海洋吹填施工沉降監(jiān)測領(lǐng)域，具體的說是涉及一種適用于海洋吹填造陸施工使用的自動化沉降監(jiān)測裝置。

背景技術(shù)：

海洋吹填造陸是采用水力吹砂方法形成沉積土填筑施工，其吹填砂為含泥量較少的中粗砂，常通過抽沙船的壓力泵將水下大量的中砂連水混合泵送至填筑區(qū)，待水排出后，中粗砂便成了填筑材料；一般說來，吹填排水后的沉積土具有較大的壓縮系數(shù)，抗剪切強度較低，具有較強的流變性特點，因而待孔隙水壓力逐漸消散，土體有效應力逐漸增大，體積固結(jié)縮減后，土體將產(chǎn)生較大的豎向變形，形成地基沉降。

因此，在海洋吹填造陸施工過程中，需要對填筑區(qū)沉降變形進行監(jiān)測，以此監(jiān)測數(shù)據(jù)來進行施工方案調(diào)整，但由于吹填施工填筑區(qū)泥沙承載力較差，人員進入現(xiàn)場非常困難，進而使得遠程自動化監(jiān)測方案具有非常大的優(yōu)勢及意義。

目前來說，傳統(tǒng)的適用于海洋吹填造陸施工的沉降監(jiān)測方式是采用磁環(huán)沉降計人工監(jiān)測，如方法1，首先采用鉆機在預定孔位上鉆孔，其孔深由沉降管長度而定，孔徑以能恰好放入磁環(huán)為佳；然后放入沉降管，沉降管連接時要用內(nèi)接頭或套接式螺紋，使外殼光滑，且不影響磁環(huán)的上、下移動；最后在沉降管和孔壁間用膨潤土球充填并搗實，至底部第一個磁環(huán)的標高再用專用工具將磁環(huán)套在沉降管外送至填充的粘土面上，施加一定壓力，使磁環(huán)上的三個鐵爪插入土中，然后再用膨潤土球充填并搗實至第二個磁環(huán)的標高，按上述方法安裝第二個磁環(huán)，直至完成整個鉆孔中的磁環(huán)埋設；或方法2，采用在沉降管下孔前將磁環(huán)按設計距離安裝在沉降管上，磁環(huán)之間可利用沉降管外接頭(或定位環(huán))進行隔離，成孔后將帶磁環(huán)的沉降管插入孔內(nèi)；磁環(huán)在接頭處遇阻后被迫隨沉降管送至設計標高；然后將沉降管向上拔起1m，這樣可使磁環(huán)上、下各1m左右范圍內(nèi)移動時不受阻，然后用細砂在沉降管和孔壁之間進行填充至管口標高。

但是需要說明是，上述采用磁環(huán)沉降計人工監(jiān)測需要劃沙船或其它重型機械才能保證人員進入填筑區(qū)，且耗費巨大，效率極低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于已有技術(shù)存在的缺陷，本實用新型的目的是要提供一種適用于海洋吹填造陸施工使用的自動化沉降監(jiān)測裝置，該監(jiān)測裝置為沉降數(shù)據(jù)自動化監(jiān)測裝置，其無需人工現(xiàn)場操作，有效提高了測量頻率及測量精度，且實現(xiàn)了數(shù)據(jù)遠程采集及網(wǎng)絡實時查看。

為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案：

一種適用于海洋吹填造陸施工使用的自動化沉降監(jiān)測裝置，該裝置部分或者全部被設置于待測填筑土層中，其特征在于，包括：

埋設于待測填筑土層中且其下端深入穩(wěn)固土層內(nèi)的支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)為高度可調(diào)的空心結(jié)構(gòu)，且沿其高度方向上至少設置一個監(jiān)測結(jié)構(gòu)；

埋設于待測填筑土層中且能夠隨著待測填筑土層的沉降而同步沉降的監(jiān)測結(jié)構(gòu)，該監(jiān)測結(jié)構(gòu)包括套設于所述支撐結(jié)構(gòu)外壁上且內(nèi)部預裝有液體溶液的儲液罐、若干設置于所述儲液罐外壁上并嵌插于待測填筑土層中使得儲液罐能夠隨著待測填筑土層的沉降而同步沉降的沉降插片以及被設置于所述支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)部的壓力檢測元件，該壓力檢測元件通過可自由活動的連通件與所述儲液罐底部連通，以實時檢測儲液罐內(nèi)的液體溶液的壓力數(shù)據(jù)；

與所述壓力檢測元件相連接的數(shù)據(jù)采集模塊，其用以實時采集所述壓力數(shù)據(jù)；

與所述數(shù)據(jù)采集模塊相連接的數(shù)據(jù)通信模塊，其通過與上位機進行數(shù)據(jù)通信，將所采集到的壓力數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機，以完成對待測填筑土層沉降數(shù)據(jù)的監(jiān)測。

進一步的，作為本實用新型的優(yōu)選方案

所述支撐結(jié)構(gòu)包括至少一個被埋設于待測填筑土層中且其下端深入穩(wěn)固土層內(nèi)的支撐鋼管，且各所述支撐鋼管通過連接套管連接為一體，進而實現(xiàn)按照監(jiān)測需要調(diào)節(jié)所述支撐結(jié)構(gòu)的整體高度。

進一步的，作為本實用新型的優(yōu)選方案

所述支撐鋼管上端套設有便于儲液罐定位固定的定位環(huán)。

進一步的，作為本實用新型的優(yōu)選方案

所述儲液罐為套設于所述支撐結(jié)構(gòu)外壁上的環(huán)形儲液罐，其上部通過通氣結(jié)構(gòu)連通外界大氣；其底部通過可自由活動的連通件與所述壓力檢測元件連通。

進一步的，作為本實用新型的優(yōu)選方案

所述裝置還包括為裝置提供電源的供電模塊。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果：

1.本實用新型區(qū)別于現(xiàn)有的沉降監(jiān)測設備-靜力水準儀，其是根據(jù)液位變化引起液壓變化的原理而設計的，進而避免了靜力水準儀的固有的安裝條件限制；

2.本實用新型有效解決了已有的吹填施工土體監(jiān)測裝置-位磁環(huán)式設備在進行監(jiān)測時每次測量均需要人工操作的弊端，實現(xiàn)了沉降數(shù)據(jù)的自動化監(jiān)測，且大大提高了監(jiān)測效率；

3.本實用新型其將部分檢測元件安裝在支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)部，能夠防止周邊泥沙海水侵蝕，耐用性得到保證，具有設計結(jié)構(gòu)緊湊合理，適用性更廣的優(yōu)點。

附圖說明

圖1為本實用新型所述自動化沉降監(jiān)測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型所述支撐鋼管與儲液罐位置布設關(guān)系俯視圖；

圖3為本實用新型所述支撐鋼管與儲液罐位置布設關(guān)系剖視圖；

圖4為本實用新型所述支撐鋼管與連接管套之間的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本實用新型所述自動化沉降監(jiān)測裝置的監(jiān)測原理示意圖；

圖中：1、支撐鋼管，2、通氣管，3、環(huán)形儲液罐，31、通氣孔，32、出水口，4、沉降插片，5、連通件，6、壓力變送器，7、通信線纜，8、定位環(huán)，9、數(shù)據(jù)采集模塊，10、數(shù)據(jù)通信模塊，12、連接管套，13、螺栓。

具體實施方式

為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對本實用新型進行進一步詳細說明。

為了有效解決海洋吹填造陸施工中的吹填土體不能實現(xiàn)自動化沉降監(jiān)測的缺陷，本實用新型設計了一種適用于海洋吹填造陸施工使用的自動化沉降監(jiān)測裝置，以達到在提高測量頻率及測量精度的同時，實現(xiàn)無需人工現(xiàn)場操作，且可以通過數(shù)據(jù)遠程采集及網(wǎng)絡實時查看的效果；具體的，該裝置部分或者全部被設置于待測填筑土層中，如圖1-圖4，其特征在于，該裝置包括：

(1)埋設于待測填筑土層中且其下端深入穩(wěn)固土層內(nèi)、作為支撐樁的支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)為高度可調(diào)的空心結(jié)構(gòu)，且沿其高度方向上至少設置一個監(jiān)測結(jié)構(gòu)，所述穩(wěn)固土層是指不需監(jiān)測的不會發(fā)生沉降的土層結(jié)構(gòu)；進一步的，作為本實用新型的優(yōu)選實例，所述支撐結(jié)構(gòu)包括至少一個被埋設于待測填筑土層中且其下端深入穩(wěn)固土層內(nèi)的支撐鋼管1，且各所述支撐鋼管1通過連接套管11連接為一體，進而實現(xiàn)按照監(jiān)測需要調(diào)節(jié)所述支撐結(jié)構(gòu)的整體高度。如，若待測填筑土層厚度為10m，而每一支撐鋼管長2m，安裝時可利用連接套管將5個支撐鋼管依次連接為10m長的支撐結(jié)構(gòu)，且連接套管與每節(jié)支撐鋼管之間靠螺栓11固定連接，如圖4，這樣可不限長度的延長支撐結(jié)構(gòu)高度或稱為長度，以提高其實用性以及便利性；更進一步的，作為本實用新型的優(yōu)選實例，所述支撐鋼管1連接時設置密封結(jié)構(gòu)，以防止周圍泥沙進入，阻隔海水侵蝕，進而有效保護設置于其內(nèi)部的傳感器-壓力變送器6、通訊線纜7、通氣管2及管接頭等元件；更進一步的，作為本實用新型的優(yōu)選實例，所述支撐鋼管1上端套設有便于儲液罐定位固定的定位環(huán)8。

(2)埋設于待測填筑土層中且能夠隨著待測填筑土層的沉降而同步沉降的監(jiān)測結(jié)構(gòu)，該監(jiān)測結(jié)構(gòu)包括套設于所述支撐結(jié)構(gòu)外壁上且內(nèi)部預裝有液體溶液的儲液罐、若干設置于所述儲液罐外壁上并嵌插于待測填筑土層中使得儲液罐能夠隨著待測填筑土層的沉降而同步沉降的沉降插片4以及被設置于所述支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)部的壓力檢測元件，該壓力檢測元件通過可自由活動的連通件5與所述儲液罐底部連通，以實時檢測儲液罐內(nèi)的液體溶液的壓力數(shù)據(jù)，如圖1；進一步的，作為本實用新型的優(yōu)選實例，所述儲液罐為套設于所述支撐鋼管1外壁上的環(huán)形儲液罐3且環(huán)形儲液罐3與支撐鋼管1的外壁之間最好間隔一定距離，如圖2-3，使得環(huán)形儲液罐3能夠自由隨著測填筑土層的沉降而同步沉降，其上部設置通氣孔31并通過通氣結(jié)構(gòu)-通氣管2連通外界大氣；其底部設置有出水口32，通過可自由活動的連通件5與所述壓力檢測元件連通，所述可自由活動是指連通件長度應大于支撐結(jié)構(gòu)長度，以使其能夠沿著所述支撐鋼管的高度方向進行小范圍移動，這樣的設計使得所述環(huán)形儲液罐在周圍土體發(fā)生沉降時，會一同沉降，當所述環(huán)形儲液罐與壓力檢測元件之間的高度變小，壓力檢測元件測得的液體壓力相應變小，并由數(shù)據(jù)采集模塊采集9所測到的高差變化數(shù)據(jù)，優(yōu)選的其安裝時液體約充滿儲液罐的容積的3/4，進一步的，作為本實用新型的優(yōu)選實例，所述沉降插片4為薄片結(jié)構(gòu)，其嵌插于待測填筑土層并與周圍的待測填筑土層緊密結(jié)合，從而當外界土體發(fā)生沉降時，帶動環(huán)形儲液罐同步沉降。進一步的，作為本實用新型的優(yōu)選實例，所述壓力檢測元件采用壓力變送器6，其被固定于支撐鋼管1內(nèi)部，最好位于穩(wěn)固土層上，以保證其不隨周圍土體產(chǎn)生沉降，其通過可自由活動的連通件5如水管連接到固定于支撐結(jié)構(gòu)上部的環(huán)形儲液罐3，以檢測儲液罐中的液體壓力，并將壓力值轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后傳送至數(shù)據(jù)采集模塊9。

(3)與所述壓力檢測元件相連接的數(shù)據(jù)采集模塊9，其用以實時采集所述壓力數(shù)據(jù)；進一步的，作為本實用新型的優(yōu)選實例，所述數(shù)據(jù)采集模塊通過設置于所述支撐鋼管內(nèi)部的通訊線纜7與固定于所述壓力檢測元件連接，并通過數(shù)據(jù)通信模塊10將所采集到的數(shù)據(jù)送回上位機或者服務器。

(4)與所述數(shù)據(jù)采集模塊相連接的數(shù)據(jù)通信模塊7，其通過與上位機進行數(shù)據(jù)通信，將所采集到的壓力數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機，以完成對待測填筑土層沉降數(shù)據(jù)的監(jiān)測。進一步的，作為本實用新型的優(yōu)選實例，所述數(shù)據(jù)通信模塊采用GPRS通訊模塊，進一步的，作為本實用新型的優(yōu)選實例，所述裝置還包括為裝置提供電源的供電模塊。更進一步的，作為本實用新型的優(yōu)選實例，所述供電模塊采用太陽能供電方式為裝置提供電源，其包括供電電池、太陽能電池板及電源控制器等。

基于上述裝置，本實用新型還設計了一種適用于海洋吹填造陸施工使用的自動化沉降監(jiān)測方法，以實現(xiàn)待測填筑土層沉降數(shù)據(jù)的自動化監(jiān)測，進而有效提高測量頻率及測量精度，其具體步驟包括：

步驟1、依據(jù)監(jiān)測需要，預先選取若干監(jiān)測點即確定自動化沉降監(jiān)測裝置的布設位置；

步驟2、在各監(jiān)測點所對應的待測填筑土層中預埋入所述自動化沉降監(jiān)測裝置，且保證其支撐結(jié)構(gòu)的下端深入穩(wěn)固土層內(nèi)，同時依據(jù)待測填筑土層的厚度，調(diào)節(jié)自動化沉降監(jiān)測裝置的支撐結(jié)構(gòu)的高度數(shù)據(jù)并沿所述支撐結(jié)構(gòu)高度方向依次設置若干所述監(jiān)測結(jié)構(gòu)；進一步的，作為本實用新型的優(yōu)選實例，使用鉆機進行鉆孔，其孔深需要滿足鋼管樁插入深度達到穩(wěn)固土層，即支撐鋼管1的下端插入后，不會發(fā)生沉降；進一步的，作為本實用新型的優(yōu)選實例，由于所述支撐鋼管1下端直接深入穩(wěn)固土層內(nèi)并不需要進行數(shù)據(jù)監(jiān)測，因此可使用與支撐鋼管同尺寸的鋼管插入穩(wěn)固土層內(nèi)，同時依據(jù)待測填筑土層的厚度以及每一支撐鋼管具體長度設定支撐鋼管具體節(jié)數(shù)，例如待測填筑土層的厚度為10m，每一支撐鋼管長度為2m，則可將5節(jié)支撐鋼管通過4個連接套管將5個支撐鋼管依次連接為10m長的支撐結(jié)構(gòu)，同時若需對待測填筑土層進行分層監(jiān)測，如每2m深需設置一個監(jiān)測點，則可沿高度方向依次設置5個監(jiān)測結(jié)構(gòu)。進一步的，作為本實用新型的優(yōu)選實例，在將每節(jié)支撐鋼管依次連接好之后，在環(huán)形儲液罐中灌入適量液體并將儲液罐的位置調(diào)整至定位環(huán)處，并將整個裝置逐漸放入鉆好的孔中，優(yōu)選的，所述液體采用防凍液并添加少量油的混合液，以使其在液體表面能夠形成油膜防止蒸發(fā)，防止由于溫度引起的體積變化所造成的檢測誤差。進一步的，作為本實用新型的優(yōu)選實例，在連接支撐鋼管前，預先將置于其內(nèi)的壓力變送器、通訊線纜、通氣管安裝好并注意密封防止泥沙進入；壓力變送器安裝到位后，其通過通訊線纜接入數(shù)據(jù)采集模塊，并將數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)通信模塊等固定安裝于支撐鋼管頂部。

步驟3、通過所述自動化沉降監(jiān)測裝置的數(shù)據(jù)采集模塊實時采集各壓力檢測元件所檢測到的壓力數(shù)據(jù)并通過與上位機進行數(shù)據(jù)通信的數(shù)據(jù)通信模塊將所采集到的壓力數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機，隨后由上位機完成對待測填筑土層沉降數(shù)據(jù)的自動監(jiān)測。

同時本實用新型的設計原理為：如圖5所示，其中，a1表示未發(fā)生沉降時環(huán)形儲液罐的位置，a2表示發(fā)生沉降時環(huán)形儲液罐的位置，兩者間的位置高差為Δh，Δh也稱為土體沉降量，b表示支撐鋼管，c表示壓力變送器，d表示穩(wěn)固土層，具體的，由于環(huán)形儲液罐周圍的土體沉降會引起環(huán)形儲液罐隨之產(chǎn)生沉降，其內(nèi)部液面也隨之降低，從而使得壓力變送器與環(huán)形儲液罐液面的液位高差減??；液位高差減小則壓力變送器測到的液體壓力減小這個減小的量即為液面(儲液罐)下降的高度引起的，因此測得的壓力減小的量對應的高差即為周圍土體的沉降量，具體的，液位壓力變化轉(zhuǎn)為對應下降的高差時：假設使用的液體的密度為ρ，h為液位高度，則液體產(chǎn)生的壓力為p＝ρgh，當土體沉降量為Δh，則壓力變送器測得的壓力減少值為Δp＝ρgΔh，故而當測出壓力變化時，即可知周圍土體的具體沉降量。

以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本實用新型的技術(shù)方案及其實用新型構(gòu)思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。