專利名稱：適用于多年凍土區(qū)的變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置及其安裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多年凍土區(qū)監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種適用于多年凍土區(qū)的變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置，可廣泛應(yīng)用于多年凍土區(qū)工程領(lǐng)域中的變形監(jiān)測；本發(fā)明還涉及一種該變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置的安裝方法。
背景技術(shù)：
全球陸地總面積約為14950萬km2，而整個地球陸地面積的1/5是多年凍土，約3000萬km2。我國多年凍土面積約為215萬km2，占國土面積的22. 3%，主要分布在東北高緯度地區(qū)的大、小興安嶺和松嫩平原北部及西部高山和青藏高原。這些地區(qū)大多屬于內(nèi)陸偏遠(yuǎn)地區(qū)，經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)，資源豐富，經(jīng)濟(jì)開發(fā)前景廣闊。為了發(fā)展該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)、民生，國家逐年加大對該區(qū)域的工程建設(shè)力度，但是由于多年凍土地基的特殊工程性能，給工程的建設(shè)和其后的養(yǎng)護(hù)維修帶來極大的難題?！ぷ冃伪O(jiān)測作為評價(jià)和預(yù)測工程可靠性的一種手段，被廣泛應(yīng)用在工程建設(shè)及其后的養(yǎng)護(hù)維修中，但是要有一個可靠的變形監(jiān)測結(jié)果必須先有一個穩(wěn)定可靠的基準(zhǔn)點(diǎn)作為支撐。多年凍土區(qū)氣候嚴(yán)寒，地基土主要由季節(jié)融化層和永凍層組成。季節(jié)融化層在季節(jié)周期循環(huán)過程中反復(fù)凍融，對埋設(shè)于地基土中的構(gòu)筑物或桿件產(chǎn)生凍拔作用，輕者使其產(chǎn)生向上挪動，重則拔起。對基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定帶來嚴(yán)重的威脅，這樣就造成變形監(jiān)測數(shù)據(jù)的不確定性，給工程變形監(jiān)測工作帶來較大的問題。而對于永凍層，則會由于全球氣候變暖、人為活動及其他導(dǎo)致永凍層升溫的因素而產(chǎn)生融化，導(dǎo)致工程構(gòu)筑物或桿件下沉，這些都影響基準(zhǔn)點(diǎn)的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種適用于多年凍土區(qū)的變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置，不受凍土區(qū)凍脹作用的影響，可靠性好，解決了多年凍土區(qū)由于季節(jié)凍脹作用而引起的基準(zhǔn)點(diǎn)變形問題。本發(fā)明的另一個目的是提供一種上述變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置的安裝方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種適用于多年凍土區(qū)的變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置，包括基準(zhǔn)桿和桶形的套管，基準(zhǔn)桿非基準(zhǔn)點(diǎn)的一端固接有基準(zhǔn)桿底座，套管底部設(shè)有直徑與基準(zhǔn)桿直徑相適配的通孔，使用時(shí)，將套管套裝在基準(zhǔn)桿上，基準(zhǔn)桿與套管之間灌注凍土區(qū)寒季不易凍結(jié)的潤滑材料。本發(fā)明所采用的另一個技術(shù)方案是一種權(quán)利要求I所述適用于多年凍土區(qū)的變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置的安裝方法，具體按以下步驟進(jìn)行
步驟I :在預(yù)先選定的多年凍土地段鉆孔并清空，形成安裝孔；
步驟2 :取變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置，該變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置包括基準(zhǔn)桿和桶形的套管，基準(zhǔn)桿非基準(zhǔn)點(diǎn)的一端固接有基準(zhǔn)桿底座，套管底部設(shè)有直徑與基準(zhǔn)桿直徑相適配的內(nèi)孔；將基準(zhǔn)桿底座放置在安裝孔的底面上，保證基準(zhǔn)桿的埋置深度至少為選定的多年凍土地段凍土上限深度的2倍，將攪拌好的粘土砂漿灌入安裝孔充分回填，回填的粘土砂漿高度等于基準(zhǔn)桿長度減去套管長度再減去5 20cm后的差值；
步驟3 :將套管套裝在基準(zhǔn)桿上，使套管底部朝下，套管頂部位置低于基準(zhǔn)桿頂部位置，然后繼續(xù)填充安裝孔，將套管與安裝孔之間的空隙回填密實(shí)；
步驟4:將凍土區(qū)寒季不易凍結(jié)的潤滑材料注入基準(zhǔn)桿與套管之間，完成變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置的安裝。本發(fā)明變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置具有如下優(yōu)點(diǎn)
1)采用的材料及構(gòu)件均為標(biāo)準(zhǔn)型號，易于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)加工；
2)裝卸運(yùn)輸方便，組件安裝簡單實(shí)用；
3)施工工藝簡單易操作；
4)基準(zhǔn)桿加底座置于多年凍土鉆孔中，并灌入粘土漿，通過低溫條件可以將基準(zhǔn)樁凍結(jié)固定在多年凍土中，增加基準(zhǔn)桿的抗凍拔性；
5)在季節(jié)融化層中，基準(zhǔn)桿外側(cè)有一套管，基準(zhǔn)桿和套管之間填充凡士林或者其他潤滑材料，這樣在季節(jié)凍結(jié)融化過程中只有套管可能發(fā)生位移，而作為不動點(diǎn)的基準(zhǔn)桿則不發(fā)生位移，進(jìn)而保證了基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定。


圖I是本發(fā)明變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置的安裝流程示意圖。圖3是本發(fā)明變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置的安裝狀態(tài)圖。圖中1.基準(zhǔn)桿，2.套管，3.腔室，4.基準(zhǔn)桿底座，5.套管座，6.安裝孔。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。變形監(jiān)測作為評價(jià)和預(yù)測工程可靠性的一種手段，廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)及其后的養(yǎng)護(hù)維修中，可靠的變形監(jiān)測結(jié)果必須先有一個穩(wěn)定可靠的基準(zhǔn)點(diǎn)作為支撐。多年凍土區(qū)氣候嚴(yán)寒，季節(jié)融化層在季節(jié)周期循環(huán)過程中反復(fù)凍融，對埋設(shè)于地基土中的構(gòu)筑物或桿件產(chǎn)生凍拔作用，使其產(chǎn)生向上挪動或拔起。而對于永凍層，在多種因素的影響下產(chǎn)生融化，導(dǎo)致工程構(gòu)筑物或桿件下沉，這些都影響基準(zhǔn)點(diǎn)的可靠性。為了解決多年凍土區(qū)變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)不可靠的問題，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)如圖I所示的適用于多年凍土區(qū)的變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置，包括基準(zhǔn)桿I和桶形的套管2 ;基準(zhǔn)桿I的一端為尖端，該尖端的頂點(diǎn)即為基準(zhǔn)點(diǎn)，基準(zhǔn)桿I的另一端固接有基準(zhǔn)桿底座4,基準(zhǔn)桿底座4的底面與基準(zhǔn)桿I的端面相平齊，基準(zhǔn)桿底座4還通過加強(qiáng)筋與基準(zhǔn)桿固接；套管2底部為套管座5，套管座5上設(shè)有直徑與基準(zhǔn)桿I直徑相適配的通孔，基準(zhǔn)桿I的直徑小于套管2的內(nèi)徑。使用時(shí)，將套管2套裝在基準(zhǔn)桿I上，使套管座5朝向基準(zhǔn)桿I固接有基準(zhǔn)桿底座4的一端，套管2與基準(zhǔn)桿I之間形成腔室3，在腔室3內(nèi)灌注凍土區(qū)寒季不易凍結(jié)的潤滑材料，優(yōu)選凡士林?；鶞?zhǔn)桿I、基準(zhǔn)桿底座4及套管2均采用鋼或者其他抗凍抗變形防開裂性能較好的材料制成?；鶞?zhǔn)桿I由多根空心或?qū)嵭谋砻婀饣瑮U件依次連接而成，相鄰的桿件通過管箍相連接。
為了將上述變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置穩(wěn)固地安裝在監(jiān)測地點(diǎn)，本發(fā)明還提供了一種該變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置的安裝方法，其安裝流程如圖2所示，具體按以下步驟進(jìn)行
步驟I :在預(yù)先選定的多年凍土地段鉆孔，并清空，得到安裝孔6，如圖3所示；
步驟2 :取變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置，將基準(zhǔn)桿I放入安裝孔6內(nèi)，使基準(zhǔn)桿底座4放置于安裝孔6底面上，基準(zhǔn)桿I的埋置深度至少為選定的多年凍土地段凍土上限深度的2倍，保持基準(zhǔn)桿I直立，將攪拌好的粘土砂漿灌入安裝孔6充分回填；灌入安裝孔6的粘土砂漿的高度等于基準(zhǔn)桿I的長度減去套管2的長度再減去5 20cm后的差值；
充分回填粘土砂漿，使粘土砂漿和周圍土體完全凍結(jié)，可以增加基準(zhǔn)桿I的抗拔強(qiáng)度。因?yàn)閮鐾羺^(qū)在凍融過程中，有可能上拔套管2。套管2上拔一定量之后極有可能因?yàn)樘坠?的存在影響到基準(zhǔn)桿I的使用。安裝時(shí)，若基準(zhǔn)桿I頂端的基準(zhǔn)點(diǎn)與套管2頂面之間的距離小于5cm，在凍融作用下套管2稍加拔起就會影響基準(zhǔn)樁的正常使用；若基準(zhǔn) 桿I頂端的基準(zhǔn)點(diǎn)與套管2頂面之間的距離超過20cm，在凍融作用下也將影響基準(zhǔn)樁的施工和使用。因此，本發(fā)明變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置安裝過程中基準(zhǔn)桿I頂部基準(zhǔn)點(diǎn)要高出套管2頂面5 20cm。步驟3 :將套管2套裝在基準(zhǔn)桿I上，使套管座5朝下，套管2頂部位置低于基準(zhǔn)桿I頂部位置，然后用粗沙或碎石繼續(xù)填充安裝孔6，將套管2外側(cè)與安裝孔6之間的空隙回填密實(shí)；
套管座5能增加套管2的抗拔強(qiáng)度。在套管2外側(cè)和安裝孔6孔壁之間填充粗沙或碎石，是為了減小切向凍脹力。步驟4 :將凍土區(qū)寒季不易凍結(jié)的潤滑材料灌入基準(zhǔn)桿I與套管2之間的腔室3，完成變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置的安裝。使用凍土區(qū)寒季不易凍結(jié)的潤滑材料，不僅能防止水進(jìn)入基準(zhǔn)桿I和套管2之間的腔室3，避免基準(zhǔn)桿I和套管2相互凍結(jié)，而且在套管2有上拔現(xiàn)象時(shí)，也影響不到基準(zhǔn)桿1，保證了基準(zhǔn)桿I的穩(wěn)定性。安裝過程中需嚴(yán)格控制安裝孔6的孔徑、孔深及填土厚度，避免形成套管2頂部高于基準(zhǔn)桿I頂部的現(xiàn)象。在寒區(qū)，影響基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定的因素主要有兩個，一個是多年凍土的融沉，一個就是季節(jié)凍融產(chǎn)生的凍脹和融沉。本變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置使用時(shí)，將基準(zhǔn)桿I置入深層多年凍土中，利用地基多年凍土的低溫條件將基準(zhǔn)桿I凍結(jié)穩(wěn)定，可以有效避免發(fā)生沉降變形；在基準(zhǔn)桿I位于季節(jié)融化層位置處的部分設(shè)置套管2，并加入防凍潤滑劑，這樣在季節(jié)凍融過程中可以保證地基土產(chǎn)生的凍脹主要作用在套管2上，而套管2與基準(zhǔn)桿I之間灌注的潤滑劑不會將作用在套管2上的的凍脹施加于基準(zhǔn)桿I上，從而避免了季節(jié)凍融對基準(zhǔn)桿I的凍脹。因此，該裝置可有效規(guī)避寒區(qū)條件對變形基準(zhǔn)點(diǎn)準(zhǔn)確性的干擾，保證基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定，最終確保變形監(jiān)測的可靠。本變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置在季節(jié)凍融過程中只有套管2的位置可能變動，而作為不動點(diǎn)的基準(zhǔn)桿I不發(fā)生位置改變，采用防凍拔措施來消除多年凍土區(qū)凍脹對基準(zhǔn)點(diǎn)的干擾，確?；鶞?zhǔn)點(diǎn)成為穩(wěn)定的“不動點(diǎn)”。有效規(guī)避了多年凍土區(qū)季節(jié)凍融作用對基準(zhǔn)點(diǎn)的干擾，確保了變形監(jiān)測的準(zhǔn)確性?，F(xiàn)場安裝速度快、施工簡便、可靠性高。在青藏鐵路建設(shè)期間，本申請的申請人在試驗(yàn)路段采用本發(fā)明變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置作為工程建設(shè)及其后養(yǎng)護(hù)維修的基準(zhǔn)點(diǎn)，水準(zhǔn)基點(diǎn)的埋設(shè)過程經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查完全附合施工技術(shù)要求，經(jīng)過至少一個凍融循環(huán)后，對試驗(yàn)路段的橋墩基準(zhǔn)點(diǎn)和所埋設(shè)的水準(zhǔn)基點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測。假設(shè)埋設(shè)的水準(zhǔn)基點(diǎn)依次為3 #、3. 5 #、4 #、4. 5 #和5 #水準(zhǔn)基點(diǎn)，3 #水準(zhǔn)基點(diǎn)距4 #水準(zhǔn)基點(diǎn)的直線距離達(dá)I. 5km,高差2 5m ；4 #水準(zhǔn)基點(diǎn)距5 #水準(zhǔn)基點(diǎn)的直線距離達(dá)Ikm左右，高差也在2 5m。I)復(fù)測結(jié)果
復(fù)測隊(duì)用高精度的DL - IOlC型TOPCON電子讀數(shù)水準(zhǔn)儀對試驗(yàn)段的水準(zhǔn)基點(diǎn)及路基變形點(diǎn)進(jìn)行了聯(lián)測。第一日由橋墩基準(zhǔn)點(diǎn)到3#基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行往返測試，第二日和第三日由橋墩基準(zhǔn)點(diǎn)經(jīng)4#基準(zhǔn)點(diǎn)一4.5 #基準(zhǔn)點(diǎn)一5#基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行往返聯(lián)測，采用兩臺水準(zhǔn)儀、兩把測尺，進(jìn)行了不同水準(zhǔn)儀、不同測尺、不同測試人員的對比，第四日由橋墩基準(zhǔn)點(diǎn)到傾填片石試驗(yàn)路基沉降點(diǎn)進(jìn)行抽查，并對測試人員的技術(shù)水平、測試制度等進(jìn)行了檢查。表I是水準(zhǔn)基點(diǎn)的原聯(lián)測及復(fù)測結(jié)果。其閉合差按照《建筑變形測量規(guī)程》(JGJ/T8-97) 二級變形測量(往返較差及附和或環(huán)線閉合差
<1.0而)進(jìn)行控制，聯(lián)測均滿足閉合差要求。表I 水準(zhǔn)基準(zhǔn)粧往返聯(lián)測聞差平均值(單位mm)
權(quán)利要求
1.一種適用于多年凍土區(qū)的變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置，其特征是包括基準(zhǔn)桿(I)和桶形的套管(2)，基準(zhǔn)桿(I)非基準(zhǔn)點(diǎn)的一端固接有基準(zhǔn)桿底座(4)，套管(2)底部設(shè)有直徑與基準(zhǔn)桿(I)直徑相適配的通孔，使用時(shí)，將套管(2)套裝在基準(zhǔn)桿(I)上，基準(zhǔn)桿(I)與套管(2)之間灌注凍土區(qū)寒季不易凍結(jié)的潤滑材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的適用于多年凍土區(qū)的變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置，其特征是所述的基準(zhǔn)桿(I)采用抗凍抗變形防開裂性能較好的材料制成。
3.—種權(quán)利要求I所述適用于多年凍土區(qū)的變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置的安裝方法，其特征是具體按以下步驟進(jìn)行 步驟I :在預(yù)先選定的多年凍土地段鉆孔并清空，形成安裝孔(6)； 步驟2 :取變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置，該變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置包括基準(zhǔn)桿(I)和桶形的套管(2)，基準(zhǔn)桿(I)非基準(zhǔn)點(diǎn)的一端固接有基準(zhǔn)桿底座(4)，套管(2)底部設(shè)有直徑與基準(zhǔn)桿(I)直徑相適配的內(nèi)孔； 將基準(zhǔn)桿底座(4)放置在安裝孔(6)的底面上，保證基準(zhǔn)桿(I)的埋置深度至少為選定的多年凍土地段凍土上限深度的2倍，將攪拌好的粘土砂漿灌入安裝孔(6)充分回填，回填的粘土砂漿的高度等于基準(zhǔn)桿(I)長度減去套管(2)長度再減去5 20cm后的差值； 步驟3 :將套管(2 )套裝在基準(zhǔn)桿(I)上，使套管(2 )底部朝下，套管(2 )頂部位置低于基準(zhǔn)桿(I)頂部位置，然后繼續(xù)填充安裝孔(6)，將套管(2)與安裝孔(6)之間的空隙回填密實(shí)； 步驟4 :將凍土區(qū)寒季不易凍結(jié)的潤滑材料注入基準(zhǔn)桿(I)與套管(2)之間，完成變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置的安裝。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適用于多年凍土區(qū)的變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置的安裝方法，其特征是所述步驟2中回填鉆孔時(shí)，保持基準(zhǔn)桿(I)直立。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適用于多年凍土區(qū)的變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置的安裝方法，其特征是所述步驟3中用潔凈的粗沙或碎石繼續(xù)填充安裝孔(6)與套管(2)之間的空隙。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適用于多年凍土區(qū)的變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置的安裝方法，其特征是所述步驟4中的潤滑材料采用凡士林。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種適用于多年凍土區(qū)的變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置及其安裝方法，該裝置包括固接有基準(zhǔn)桿底座的基準(zhǔn)桿和桶形的套管，套管底部設(shè)有直徑與基準(zhǔn)桿直徑相適配的內(nèi)孔，基準(zhǔn)桿直徑小于套管內(nèi)徑。將基準(zhǔn)桿放入鉆孔內(nèi)，回填粘土砂漿至一定深度，將套管套裝在基準(zhǔn)桿上，使套管的頂部位置低于基準(zhǔn)桿的頂部位置，繼續(xù)回填鉆孔，并回填密實(shí)，將凍土區(qū)寒季不易凍結(jié)的潤滑材料注入基準(zhǔn)桿與套管之間，完成變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置的安裝。本變形監(jiān)測基準(zhǔn)點(diǎn)裝置在季節(jié)凍融過程中只有套管的位置可能變動，而作為不動點(diǎn)的基準(zhǔn)桿不發(fā)生位置改變。有效規(guī)避了多年凍土區(qū)季節(jié)凍融作用對基準(zhǔn)點(diǎn)的干擾，確保了變形監(jiān)測的準(zhǔn)確性?，F(xiàn)場安裝速度快、施工簡便、可靠性高。
文檔編號E02D1/08GK102877448SQ20121040935
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者楊永鵬, 黃小銘, 李勇, 熊治文, 韓龍武, 蔣富強(qiáng), 程佳, 趙相卿, 蔡漢成, 李奮, 朱兆榮 申請人:中鐵西北科學(xué)研究院有限公司