一种路基沉降观测设备及其观测方法技术

本发明专利技术公开了一种路基沉降观测设备及其观测方法，涉及道路施工技术领域。包括沉降水杯、连接管以及测量系统；沉降水杯底部固定设有进水管、出水管以及排气管；进水管与测量管连接，出水管与抽真空装置连接，排气管与外界空气连通；连接管与测量系统的连接处还通过蓄水桶连接管连接有蓄水桶，此连接处设有连通三个管路的三向阀门结构。观测方法包括第一阶段，安装布设系统；第二阶段，对沉降水杯和连接管抽真空；第三阶段，测量液面高程。采用上述技术方案后，设备可实现路基施工期间的无施工干扰沉降观测，也可以进行使用期的长期观测，造价低，操作简便。

【技术实现步骤摘要】
一种路基沉降观测设备及其观测方法
本专利技术涉及道路施工

技术介绍
随着我国经济的快速发展，公路、铁路等现代交通基础设施建设逐渐增多。为了保证结构的安全与稳定、实现交通车辆的高速平稳运行，路基结构的沉降控制成为关键。因此，进行路基施工期及使用期的沉降观测具有重要意义。通过施工过程沉降观测可以掌握路堤荷载作用下地基固结压密状况，根据沉降观测结果进行信息化施工及工后沉降预测。竣工后沉降观测可以了解地基的长期蠕变变形行为。目前广泛应用于公路和铁路路基地基沉降观测的设备主要是沉降板。沉降板由钢底板、金属测杆和保护套杆组成，钢底板埋入路基或地基中，随着路基施工可以接高金属测杆和保护套杆，使用水准测量的方法可以测得测杆顶端的沉降量，即钢底板埋设位置的沉降量。应用沉降板进行沉降观测对路基施工影响较大，受到大型施工机械撞击后易损坏且修复困难，同时也会影响沉降板埋设位置附近路基的施工质量。对于公路及铁路路基来说，沉降板方法只能用于路基施工期间的沉降观测，一旦公路路面或铁路轨道开始施工后便无法再接长测杆，在其使用期间无法持续观测其沉降。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种路基沉降观测设备及其观测方法，可实现施工期间的无施工干扰沉降观测，也可以进行使用期的长期观测，成本低，对环境影响小，操作简单方便。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种路基沉降观测设备，包括沉降水杯、连接管以及测量系统；沉降水杯底部固定设有进水管、出水管以及排气管，排气管与进水管的一端均伸入沉降水杯内腔，出水管的一端与沉降水杯内腔的底面平齐，进水管、出水管以及排气管的另一端伸出沉降水杯外部；测量系统包括测量管；进水管通过连接管与测量管连接，出水管通过连接管与抽真空装置连接，排气管通过安装有阀门的连接管与外界空气连通；连接管与测量系统的连接处还通过蓄水桶连接管连接有蓄水桶，此连接处设有连通三个管路的三向阀门结构；三向阀门结构包括与连接管连接的进水管阀门、与测量管连接的测量管阀门、与蓄水桶连接管连接的蓄水桶连接管阀门以及支架，进水管阀门、测量管阀门、以及蓄水桶连接管阀门均固定设于支架上。作为进一步的技术方案，所述测量系统还包括测量标尺，测量管固定设于测量标尺一侧，测量管与测量标尺均固定设于观测墩上端面。作为进一步的技术方案，沉降水杯包括杯体、若干杯底撑以及杯底支座，杯底撑均匀的分布于杯体与杯底支座之间，杯体内的空间为所述内腔。作为进一步的技术方案，所述进水管、出水管以及排气管均为L形圆钢管，进水管、出水管以及排气管另一端从杯体与杯底支座之间伸出。作为进一步的技术方案，所述进水管伸入杯体的一端设有喇叭口。作为进一步的技术方案，所述连接管为尼龙管，外部设有保护管。一种路基沉降观测设备的观测方法，包括如下步骤：第一阶段，安装布设系统：A、在路基被测点位置沿横断面开挖沟槽，将沉降水杯和连接管放入沟槽内，将测量系统固定设置于路基坡脚外侧的观测墩上；B、将连接管的一端均分别与进水管、出水管以及排气管密封连接，连接管的另一端伸出沟槽外侧，分别通过阀门与测量管、抽真空装置以及外界空气连通，回填并压实沟槽；第二阶段，对沉降水杯和连接管抽真空：C、打开进水管阀门、测量管阀门以及蓄水桶连接管阀门，向测量管中缓慢注水，当进水管的连接管开始充水后关闭进水管阀门，继续向测量管缓慢注水；当水充满蓄水桶连接管后将蓄水桶连接管另一端置于蓄水桶中，保证三向阀门结构的密闭性；D、关闭测量管阀门，继续向测量管中注水使其水位较高；E、封闭排气管，并使用抽真空装置连续不间断地从出水管抽气，直至杯体及连接管内形成真空后，打开进水管阀门；F、待出水管开始出水后减缓抽气速度直至停止，关闭蓄水桶连接管阀门；第三阶段，测量液面高程：G、打开与排气管连接的连接管上的阀门以及测量管阀门，向测量管中缓慢加水，当出水管稳定出水后继续加水，之后停止加水，待测量管液面稳定后，读取测量管中水位高度；H、再次向测量管中缓慢加水，待液面稳定后再次读数，直至相邻两次读数差不大于1mm，读取最后一次数值为该次测量读数，测量管读数与观测墩上观测标的高程相加即为该次测量测点高程。I、测量完成后，停止向测量管注水，直至出水管不再出水，断开进水管与测量系统的连接，移除测量系统以及三向阀门结构，并保护好排气管、进水管、出水管的尼龙管头；再次进行沉降观测时，重复步骤A-H，两次测量的测点高程之差即为沉降水杯位置的路基沉降量。作为进一步的技术方案，所述步骤A中，沟槽开挖应设置向坡脚方向的向下3%-5%的坡度，回填时应先覆盖一层5cm～10cm的砂土，压实后再填路基土，最后将沟槽压实，确保出水管的连接管能顺利排水。作为进一步的技术方案，所述步骤G和H中，测量管液面稳定的时间不少于5min。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：利用连通器原理，在路基内或地面上埋设沉降水杯，通过测量系统进行沉降观测，通过连接管连接沉降水杯和测量系统，以水为介质进行测量。可实现施工期间的无施工干扰沉降观测，也可以进行使用期的长期观测，具有成本低、操作简单方便、对环境影响小的优点。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是图1中沉降水杯1的结构示意图；图3是图2的B向视图；图4是图2的A-A剖视图；图5是图1中三向阀门结构5的结构示意图；图6是本专利技术的使用状态示意图。图中：1、沉降水杯；11、杯体；12、杯底撑；13、杯底支座；14；进水管；15、出水管；16、排气管；17、沥青密封层；18、喇叭口；2、连接管；3、测量系统；31、测量标尺；32、测量管；33、观测墩；4、抽真空装置；5、三向阀门结构；51、进水管阀门；52、测量管阀门；53、蓄水桶连接管阀门；54、支架；6、蓄水桶；7、保护管。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。连通器的原理可用液体压强来解释。若在U形玻璃管中装有同一种液体，假如液体是静止不流动的。左管中之液体的压强，一定等于右管中之液体的压强。因为连通器内装的是同一种液体，左右两个液柱的密度相同，根据液体压强的公式p=ρgh可知，只有当两边液柱的高度相等时，两边液柱对中部的压强才能相等。所以，在液体不流动的情况下，连通器各容器中的液面应保持相平。连通器原理在工程上有着广泛的应用。如各种液面计（水位计、油位计等），水银真空计，液柱式风压表，差压计，煤气漏气的检测装置等，都是应用连通器原理制成的。如图1-6所示，为本专利技术一种路基沉降观测设备的一个实施例，包括：沉降水杯1、连接管2以及测量系统3，沉降水杯1通过连接管2与测量系统3连接。沉降水杯1包括杯体11、三个杯底撑12以及杯底支座13，杯底撑12均匀的分布于杯体11与杯底支座13之间，能有效地对杯体11起到支撑作用，结构稳固、方便安装，提高设备使用寿命及使用效率。杯体11底部固定且均匀的设有进水管14、出水管15以及排气管16，排气管16与进水管14的一端均伸入杯体11内，杯体11内排气管16距杯顶5mm，进水管14距杯顶30mm，出水管15的一端与杯体11底面平齐，进水管14、出水管15以及排气管16的另一端伸出杯体11外部。单独设置排气管16，可以在出水管15出水的时候平衡杯体11内的气压，保证流水顺畅。进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种路基沉降观测设备，其特征在于：包括封闭式的沉降水杯（1）、连接管（2）以及固定于路基一侧的测量系统（3）；沉降水杯（1）底部固定设有进水管（14）、出水管（15）以及排气管（16），排气管（16）与进水管（14）的一端均伸入沉降水杯（1）内腔，出水管（15）的一端与沉降水杯（1）内腔的底面平齐，进水管（14）、出水管（15）以及排气管（16）的另一端伸出沉降水杯（1）外部；测量系统（3）包括测量管（32）；进水管（14）通过连接管（2）与测量管（32）连接，出水管（15）通过连接管（2）与抽真空装置（4）连接，排气管（16）通过安装有阀门的连接管（2）与外界空气连通；连接管（2）与测量系统（3）的连接处还通过蓄水桶连接管连接有开放式的蓄水桶（6），此连接处设有连通三个管路的三向阀门结构（5）；三向阀门结构（5）包括与连接管（2）连接的进水管阀门（51）、与测量管（32）连接的测量管阀门（52）、与蓄水桶连接管连接的蓄水桶连接管阀门（53）以及支架（54），进水管阀门（51）、测量管阀门（52）、以及蓄水桶连接管阀门（53）均固定设于支架（54）上。

【技术特征摘要】
1.一种路基沉降观测设备，其特征在于：包括封闭式的沉降水杯（1）、连接管（2）以及固定于路基一侧的测量系统（3）；沉降水杯（1）底部固定设有进水管（14）、出水管（15）以及排气管（16），排气管（16）与进水管（14）的一端均伸入沉降水杯（1）内腔，出水管（15）的一端与沉降水杯（1）内腔的底面平齐，进水管（14）、出水管（15）以及排气管（16）的另一端伸出沉降水杯（1）外部；测量系统（3）包括测量管（32）；进水管（14）通过连接管（2）与测量管（32）连接，出水管（15）通过连接管（2）与抽真空装置（4）连接，排气管（16）通过安装有阀门的连接管（2）与外界空气连通；连接管（2）与测量系统（3）的连接处还通过蓄水桶连接管连接有开放式的蓄水桶（6），此连接处设有连通三个管路的三向阀门结构（5）；三向阀门结构（5）包括与连接管（2）连接的进水管阀门（51）、与测量管（32）连接的测量管阀门（52）、与蓄水桶连接管连接的蓄水桶连接管阀门（53）以及支架（54），进水管阀门（51）、测量管阀门（52）、以及蓄水桶连接管阀门（53）均固定设于支架（54）上。2.根据权利要求1所述的一种路基沉降观测设备，其特征在于：所述测量系统（3）还包括测量标尺（31），测量管（32）固定设于测量标尺（31）一侧，测量管（32）与测量标尺（31）均固定设于观测墩（33）上端面。3.根据权利要求1所述的一种路基沉降观测设备，其特征在于：沉降水杯（1）包括杯体（11）、若干杯底撑（12）以及杯底支座（13），杯底撑（12）均匀地分布于杯体（11）与杯底支座（13）之间，杯体（11）内的空间为所述内腔。4.根据权利要求3所述的一种路基沉降观测设备，其特征在于：所述进水管（14）、出水管（15）以及排气管（16）均为L形圆钢管，进水管（14）、出水管（15）以及排气管（16）另一端从杯体（11）与杯底支座（13）之间伸出。5.根据权利要求3所述的一种路基沉降观测设备，其特征在于：所述进水管（14）伸入杯体（11）的一端设有喇叭口（18）。6.根据权利要求1所述的一种路基沉降观测设备，其特征在于：所述连接管（2）为尼龙管，外部设有保护管（7）。7.应用于权利要求1所述的一种路基沉降观测设备的观测方法，其特征在于包括如下步骤：第一阶段，安装布设系统：A、在路基被测点位置沿横断面开挖沟槽，将沉降水杯（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨广庆，熊保林，刘伟超，高博，王贺，靳静，张保俭，庞巍，汤劲松，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：发明
国别省市：河北;13