單孔多點孔隙水壓力計預(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中孔隙水壓力測試領(lǐng)域，特別涉及在開敞式無掩護水域的復(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，可用于單孔多點孔隙水壓力計的同步式安裝及監(jiān)測數(shù)據(jù)精度的提高。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國經(jīng)濟地位在全球化生產(chǎn)大發(fā)展的不斷提升，同時滿足國家發(fā)展戰(zhàn)略的調(diào)整和對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?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)。鑒于開敞式無掩護水域的施工復(fù)雜性，尤其監(jiān)測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，對于評價新式施工工藝的可行性和防波堤的穩(wěn)定性至關(guān)重要，因此孔隙水壓力計的安裝埋設(shè)方法及長期監(jiān)測數(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]目前孔隙水壓力計的安裝埋設(shè)主要有單孔單點或單孔多點方式。由于單孔單點方式的監(jiān)測數(shù)據(jù)較為精確，監(jiān)測工程往往采用此種方式。對于單孔多點方式，因難以保證監(jiān)測工程的工作質(zhì)量，所以較少采用。通過對已有監(jiān)測工程的歸納總結(jié)，傳統(tǒng)埋設(shè)方式的不足之處主要表現(xiàn)為以下三個方面:
(I)單孔單點埋設(shè)方式的施工耗時較長、施工成本較大。為了判斷拋石施工對深厚軟泥土層的影響，根據(jù)設(shè)計要求沿深度方向每隔3~5m需埋設(shè)一支孔隙水壓力計，一組監(jiān)測單元需要埋設(shè)4支或5支，相應(yīng)的鉆孔數(shù)量也達到4個或5個，因此埋設(shè)一組監(jiān)測單元需要較長的施工時間。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間。對于開闊無掩護的施工水域受風浪影響較大，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方式可能會延遲整個防波堤工程的監(jiān)測工期，降低監(jiān)測工作效率。同樣為了滿足設(shè)計要求，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)約項目成本。
[0004](2)單孔單點方式的長期監(jiān)測穩(wěn)定性較差。多數(shù)工程需要長期的監(jiān)測作業(yè)，尤其大型工程的監(jiān)測周期更長。整個監(jiān)測過程中外界的不利因素復(fù)雜多變，對于單孔單點方式一旦孔隙水壓力計遭受損壞則整個觀測孔報廢，較難采取有效的補救措施，無法保證監(jiān)測作業(yè)的連續(xù)性和監(jiān)測數(shù)據(jù)的長期穩(wěn)定性。對于已完工的項目，若重新鉆孔埋設(shè)意味著施工難度的加大、施工耗時的加長和項目成本的增加。
[0005](3)單孔多點方式所得監(jiān)測數(shù)據(jù)的精準性較差。為了節(jié)約項目成本可采用單孔多點方式，基于分步埋設(shè)流程利用回填材料隔開各孔隙水壓力計。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偏移設(shè)計要求的埋設(shè)高程，埋設(shè)完畢后難以調(diào)整。隨著監(jiān)測時間的推移，尤其土層變形對孔隙水壓力計埋設(shè)位置的影響最大。由于土體在上覆荷載和自重作用下會逐步固結(jié)，極易造成相鄰孔隙水壓力計偏離設(shè)計高程，因此所得監(jiān)測數(shù)據(jù)難以真實反映不同深度的土層內(nèi)孔隙水壓力的變化，存在準確性較差、精度較低等不足，從而難以全面評價防波堤施工過程的穩(wěn)定性和安全性。
[0006]因此，開發(fā)一種單孔多點孔隙水壓力計預(yù)埋固定裝置及其埋設(shè)方法對于擴展單孔多點方式的工程應(yīng)用范圍，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的精確性，且全面評價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方式中相鄰孔隙水壓力計易偏離設(shè)計高程的問題，而提出一種單孔多點孔隙水壓力計預(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的埋設(shè)深度，提高監(jiān)測水平。
[0008]本發(fā)明達到上述目的的技術(shù)方案是:一種單孔多點孔隙水壓力計預(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)件由若干個掛桿組成；每個掛桿上，沿深度方向設(shè)有若干個透氣孔?’每個掛桿的兩端設(shè)有絲扣及套筒，用以連接相鄰的掛桿；各個掛桿上下相連組成的固定構(gòu)件的長度大于設(shè)計要求中埋設(shè)深度最長尺寸；在埋設(shè)過程中，該固定構(gòu)件設(shè)置在套管中；每個掛桿的一側(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；在所述托板上設(shè)有浸泡孔隙水壓力計測頭的盛水器皿，該盛水器皿的頂部設(shè)有引線孔；在所述孔隙水壓力計引線上，設(shè)有提拉線(建議采用提拉鐵絲)；各孔隙水壓力計的信號電纜，向上引出到監(jiān)測孔外。
[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)向滑槽的長度約為掛桿長度的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]完成本申請第二個發(fā)明任務(wù)的技術(shù)方案是，上述單孔多點孔隙水壓力計預(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的測頭部分，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)計要求的埋設(shè)深度和一組監(jiān)測單元的數(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)計要求，采用GPS對孔隙水壓力計的埋設(shè)位置進行定位；
6)待定位完成后，鉆孔并下套管；鉆孔達到設(shè)計要求的最低端埋設(shè)深度后，將鉆桿拔出，準備孔隙水壓力計的埋設(shè)；
7)順著套管的管壁將預(yù)埋固定裝置垂直放入；在每個連接板進入孔口時將裝滿水的器皿放置于托板之上，頂部引線孔用鐵絲牽??；
8)在器皿中除去包扎在測頭部分的塑料袋，確保測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)測單元的測頭部分均處于各器皿之中；
9)預(yù)埋固定裝置到達孔內(nèi)水位以下時，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)計埋設(shè)高程，并確認各孔隙水壓力計工作正常后，將套管慢慢上提；隨著套管慢慢的往上移動，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的測頭部分”，其測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入測頭部分。
[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)計要求的埋設(shè)高程焊接連接構(gòu)件。
[0014]所述“確保測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入測頭部分。
[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，使其長度大于一組孔隙水壓力計監(jiān)測單元的埋設(shè)長度。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。按照孔隙水壓力計的形狀(本實施中孔隙水壓力計為圓形)采用Imm?2_厚薄鋼板加工成環(huán)箍，在連接板一側(cè)的兩個穿孔內(nèi)各放置一個，并在兩端接頭處鉆出螺孔，環(huán)箍箍住孔隙水壓力計后可用螺絲固定。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?？紫端畨毫τ嫷臏y頭部分始終處于器皿里，從而避免氣體進入。
[0016]本發(fā)明需要解決的技術(shù)關(guān)鍵在于:根據(jù)設(shè)計要求的埋設(shè)深度和一組孔隙水壓力計監(jiān)測單元的數(shù)量，確定掛桿的數(shù)量和長度及加工絲扣部分，從而實現(xiàn)各孔隙水壓力計的同步埋設(shè)；根據(jù)相鄰孔隙水壓力計的間隔長度要求，加工掛桿一側(cè)的導(dǎo)向滑槽，連接構(gòu)件沿著滑槽調(diào)整孔隙水壓力計的埋設(shè)位置；連接板的一側(cè)插入滑槽采用雙面焊接實現(xiàn)連接構(gòu)件與固定構(gòu)件的連接，另一側(cè)的兩個穿孔各透過一個環(huán)箍，使孔隙水壓力計固定在連接板；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所測得的數(shù)據(jù)的準確性。
[0017]本發(fā)明對比已有技術(shù)具有以下創(chuàng)新點及有益效果:
(I)融合了單孔單點方式和單孔多點方式的優(yōu)點。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監(jiān)測單元的設(shè)計要求。一方面避免了單孔單點方式需要鉆多個監(jiān)測孔的巨大工作量，降低了監(jiān)測工程的施工復(fù)雜度。另一方面簡化了單孔多點方式的施工流程，實現(xiàn)了一組孔隙水壓力計監(jiān)測單元的同步埋設(shè)。
[0018](2)提高了單孔多點方式的監(jiān)測效果，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期保持相鄰孔隙水壓力計的間隔距離，尤其長期監(jiān)測過程中始終滿足設(shè)計要求