基于反开挖考虑冲击荷载的测斜管保护装置及其使用方法与流程

1.本发明属于路基填筑测量装置领域，涉及一种基于反开挖考虑冲击荷载的测斜管保护装置及其使用方法。

背景技术：

2.在高填方路堤施工中，经常需要采用测斜管对路堤路肩及边坡平台处的水平位移进行监测，以时刻了解路堤的工作状态，确保工程的安全。针对该种测斜管，现在有两种埋设方法，第一种是在路基填筑完成后在路基顶面钻孔的方式进行埋设，这一方法主要有以下两个缺点：一、钻孔深度大，经济费用高，且深度过大会导致测斜管安装困难；二、钻孔过程中会对路基本体造成较大损害。第二种方法是随路堤填筑进行测斜管拼接，由于将测斜管直接暴露在路基外影响路基施工，且由于过往车辆以及其它扰动，极容易造成测斜管损坏，因此，常使用反挖测斜管方式进行拼接，但在工程实际中发现，高填方路基常需要采用冲击碾压、强夯等施工方法对路基进行压实，但该方法会对埋置在土体中的测斜管产生破坏。同时，对于部分填石或土石混填料，在测斜管顶部的土层较薄时，剧烈的能量会使测斜管产生巨大的侧向变形，且由于块料之间的挤压作用，容易产生局部变形，使测斜管的管口产生弯曲，导致测斜仪无法进入测斜管内，进而影响测量。

技术实现要素：

3.本发明实施例的目的在于提供一种基于反开挖考虑冲击荷载的测斜管保护装置，以解决现有的基于反开挖拼接的测斜管在冲击碾压、强夯等剧烈冲击作用下容易破坏的问题，以及因冲击碾压、强夯作用或填料回填而使测斜管产生过大的非正常弯曲而影响后续测量的问题。
4.本发明实施例的另一目的在于提供一种基于反开挖考虑冲击荷载的测斜管保护装置的使用方法。
5.本发明实施例所采用的技术方案是：基于反开挖考虑冲击荷载的测斜管保护装置，包括：减震消能结构，减震消能结构由模量大于土体的高模量材料层和具有缓冲作用的柔性材料层组成；减震块，减震块固定在减震消能结构底部，并套设在测斜管的管口外围；其中：具有缓冲作用的柔性材料层设置在高模量材料层的中间。
6.进一步的，减震块与减震消能结构之间采用环氧树脂胶粘接；高模量材料层和柔性材料层之间采用环氧树脂胶粘接。
7.进一步的，减震消能结构是由两层高模量材料层和设置在两层碳纤维板之间的柔性材料层组成的减震消能板；减震消能板的平面尺寸远大于减震块的平面尺寸。
8.进一步的，高模量材料层采用碳纤维板、铝合金板、镁合金板中的至少一种；柔性材料层采用橡胶垫、珍珠棉、海绵、硅胶板中的至少一种。
9.进一步的，减震消能结构的前后左右四个侧面均设置有用于包容柔性材料层发生形变的斜撑。
10.进一步的，斜撑包括两条铰接形成x形结构的钢条，其中：x形结构的钢条四个端部分别通过水平设置的螺栓与减震消能结构的高模量材料层对应铰接；x形结构的钢条四个端部的安装孔直径大于螺栓的螺杆直径并小于其螺栓头部的直径。
11.进一步的，还包括第一铝合金管和支撑杆；第一铝合金管顶部穿过减震块并与减震消能结构可拆卸连接，第一铝合金管的管体插设在测斜管内；第一铝合金管底部固定有测斜管防堵塞装置，测斜管防堵塞装置的侧壁与测斜管的内壁相接触；减震消能结构上设置有圆形通孔，多个支撑杆分别位于圆形通孔中并插设在测斜管周围的土体内。
12.进一步的，第一铝合金管由各段子管拼接而成，各段子管可拆卸连接；测斜管防堵塞装置采用橡胶空心半球体，橡胶空心半球体的腔口向上设置；支撑杆包括第二铝合金管和pvc管，pvc管套设在第二铝合金管外围；测斜管的管口与减震块之间填充有防护材料层；减震消能结构以及减震块的侧面缠绕有钢丝软管。
13.本发明实施例所采用的另一技术方案是：基于反开挖考虑冲击荷载的测斜管保护装置使用方法，按照以下步骤进行：步骤s1、定点并在原地基上钻孔，安装测斜管，记录测斜管的管口高程以及实际埋设深度，使用测斜仪进行初始测量，测量的测斜管的初始深度记为l0，初始深度测量时定义测斜管的底部为0，测量的测斜管的初始水平位移记为c0；步骤s2、开挖用于埋设基于反开挖考虑冲击荷载的测斜管保护装置简称保护装置的填埋坑，填埋坑顶面高程不高于原地面高程；步骤s3、根据测斜管的长度，选择合适长度的第一铝合金管，第一铝合金管的长度记为x0；步骤s4、将第一铝合金管插入测斜管内，将保护装置放入填埋坑，使用水准仪测量保护装置的顶面高程h0；步骤s5、填土，在填土1~1.5m后采用金属探测器/全站仪定位，确定现填土高程hn，n为填土次数；步骤s6、进行反开挖，开挖深度为h
n-h
n-1
，h
n-1
为第n-1次填土前测量的保护装置的顶面高程，开挖完成后提起保护装置；步骤s7、使用测斜仪进行测量，测斜仪读取到的当前水平位移记为cn，测斜仪读取的测斜管的当前深度记为ln，有效数据深度范围为l
n-x
n-1
，x
n-1
为第n-1次填土时第一铝合金管的长度，施工时地基的总水平位移为测斜管上不包含第一铝合金管的管段的水平位移cn减去初始水平位移c0；步骤s8、拼接测斜管后选择合适长度的第一铝合金管，第一铝合金管当前的长度记为xn，将第一铝合金管放入测斜管，将保护装置置于拼接后的测斜管的顶部；步骤s9、对保护装置周围回填土并夯实，使保护装置顶面与地面平齐，记录保护装置顶面高程为hn；步骤s10、重复步骤s5~s9，直至填土结束。
14.进一步的，步骤s3中，第一铝合金管的长度需要保证第一铝合金管伸入测斜管内2~4m；步骤s7中，一次拼接前后路堤内部的相对水平位移为c
n-c
n-1
，c
n-1
为第n-1次填土时测斜管上不包含第一铝合金管的管段的水平位移；步骤s8中，测斜管随路基的填筑而进行拼接，每次拼接长度由路基填筑厚度确定。
15.本发明实施例的有益效果是：1、考虑了冲击碾压、强夯等较强振动作用对测斜管的影响，有效防止因施工以及回填测斜管周围土时剧烈的能量使测斜管产生过大变形和非正常弯曲，解决了现有的基于反开挖拼接的测斜管在冲击碾压、强夯等剧烈冲击作用下容易破坏的问题以及因冲击碾压、强夯作用或填料回填而使测斜管产生过大的非正常弯曲而影响后续测量的问题；2、避免测斜管暴露在外引起的损坏风险，可以在施工的同时观测水平位移。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是本实施例的基于反开挖考虑冲击荷载的测斜管保护装置整体结构示意图。
18.图2是本实施例的基于反开挖考虑冲击荷载的测斜管保护装置安装后的结构示意图。
19.图3是本实施例的斜撑的结构示意图。
20.图4是本实施例的支撑杆的结构示意图。
21.图中，1.测斜管，2.高模量材料层，3.柔性材料层，4.减震块，5.斜撑，6.第一铝合金管，7.防护材料层，8.螺纹，9.钢丝软管，10.把手，11.套筒，12.测斜管防堵塞装置，13.支撑杆，14.第二铝合金管，15.pvc管。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.实施例1本发明实施例提供一种基于反开挖考虑冲击荷载的测斜管保护装置，如图1~2所
示，包括减震消能结构和减震块4，减震块4固定在减震消能结构底部，并套设在测斜管1的管口外围。
24.在一些实施例中，减震消能结构由模量大于土体的高模量材料层2和具有缓冲作用的柔性材料层3组成，具体的，在高模量材料层2中间设置柔性材料层3。当进行冲击碾压或强夯时，能量从土体传递到高模量材料层2上，由于高模量材料层2的模量远大于土体模量，且高模量材料层2与土体接触面积较大，会产生明显的应力扩散现象，从而将能量传递到周围土体中，进一步地，经过柔性材料层3及减震块4的消能作用，土体传递过来的振动减弱。
25.在一些实施例中，减震消能结构是由两层高模量材料层2和设置在两层碳纤维板之间的柔性材料层3组成的减震消能板；减震消能板的平面尺寸远大于减震块4的平面尺寸，以保证减震消能效果。
26.在一些实施例中，高模量材料层2采用轻质高模量材料层，柔性材料层3采用具有缓冲作用的轻质柔性材料层。
27.在一些实施例中，高模量材料层2和柔性材料层3之间采用环氧树脂胶粘接，减震块4与减震消能结构之间采用环氧树脂胶粘接，以保证减震消能效果。
28.在一些实施例中，高模量材料层2采用碳纤维板，柔性材料层3采用橡胶垫，减震消能结构是由两层碳纤维板和设置在两层碳纤维板之间的橡胶垫组成的减震消能板，减震块4固定在橡胶垫下方的碳纤维板底部，以保证减震消能效果。
29.在一些实施例中，高模量材料层2采用铝合金板、镁合金板中的至少一种，柔性材料层3采用珍珠棉、海绵、硅胶板中的至少一种。
30.在一些实施例中，减震消能板的前后左右四个侧面均设置有用于包容柔性材料层3在冲击力等作用下发生形变的斜撑5，如图1所示。
31.在一些实施例中，如图3所示，斜撑5包括两条铰接形成x形结构的钢条，其中：x形结构的钢条四个端部分别通过水平设置的螺栓与减震消能结构的高模量材料层2对应铰接；x形结构的钢条四个端部的安装孔直径大于螺栓的螺杆直径并小于其螺栓头部的直径；以便适应柔性材料层3的变形，并在提拉减震消能板时保证其稳定性。
32.在一些实施例中，减震块4内部中空，测斜管1的管口与减震块4之间填充有防护材料层7，防护材料层7采用棉絮、海绵等低成本的柔性材料，避免对测斜管1的管口造成破坏。
33.在一些实施例中，本实施例的基于反开挖考虑冲击荷载的测斜管保护装置，还包括第一铝合金管6，第一铝合金管6顶部穿过减震块4并与减震消能结构可拆卸连接，如图2所示，第一铝合金管6的管体插设在测斜管1内。基于反挖方法的埋设变形过大主要产生在测斜管1周围土回填夯实时，由于测斜管1接长后管内及四周均无支承，在测斜管1随路基的侧向变形而变形时，强夯会导致测斜管1向路基外侧倾斜，在此基础上进行拼接后，在测斜管1周围进行土体回填时，有可能会导致测斜管1的倾斜角度越来越大，产生过大弯曲，导致无法再放入测斜仪，本发明实施例通过测斜管1内的第一铝合金管6，可以避免测斜管1产生不必要的变形和弯曲。
34.在一些实施例中，第一铝合金管6底部固定有测斜管防堵塞装置12，测斜管防堵塞装置12的侧壁与测斜管1的内壁相接触，用于收集在提拉基于反开挖考虑冲击荷载的测斜管保护装置简称保护装置时掉入测斜管1的石块、碎土等物质，避免测斜管1堵塞。
35.在一些实施例中，测斜管防堵塞装置12采用橡胶空心半球体，橡胶空心半球体的腔口向上设置，且橡胶空心半球体的侧面与测斜管1的内壁相接触，有效收集在提拉基于反开挖考虑冲击荷载的测斜管保护装置简称保护装置时掉入测斜管1的石块、碎土等物质，同时，橡胶空心半球体可防止第一铝合金管6对测斜管1造成损坏。必要时，可在橡胶空心半球体侧面涂润滑油，以减小橡胶空心半球体和测斜管1之间的摩擦，方便提拉和放入。
36.在一些实施例中，第一铝合金管6与减震消能结构螺纹连接。
37.在一些实施例中，第一铝合金管6由各段子管拼接而成，各段子管可拆卸连接，如通过螺纹连接。
38.在一些实施例中，为方便操作，第一铝合金管6的各段子管上设置有螺纹8，第一铝合金管6的各段子管通过套筒11螺纹连接。
39.在一些实施例中，减震消能结构顶部设置有把手10，方便提拉减震消能结构。
40.在一些实施例中，减震消能结构以及减震块4的侧面缠绕有钢丝软管9，防止减震消能结构以及减震块4与土体连接过于紧密，以便取出减震消能结构。具体的，先采用钢丝软管9从下到上螺旋缠绕减震块4的整个侧面，然后沿减震消能结构的底部将钢丝软管9延伸至其侧面，再从下到上螺旋缠绕减震消能结构的整个侧面，最后，可将钢丝软管9的端部放置在减震消能结构顶部，具体可缠绕在把手10上。也可以采用两段钢丝软管9，分别用来缠绕减震消能结构以及减震块4的侧面。
41.在一些实施例中，减震消能结构上设置有圆形通孔，多个支撑杆13分别位于圆形通孔中并插设在测斜管周围的土体内，支撑杆13既可以保证本实施例保护装置的稳定性，又可以在土体回填完成后，进一步扩散冲击荷载的作用。
42.在一些实施例中，如图4所示，支撑杆13包括第二铝合金管14和pvc管15，pvc管15套设在第二铝合金管14外围。支撑杆13底部可随着回填逐渐抬高，或者直接留在土体中，若支撑杆13直接留在土体，则回填完成后，冲击荷载的作用会通过支撑杆13进一步扩散，增加了这个结构抵抗冲击荷载的能力。同时，由于支撑杆13采用了pvc管15加第二铝合金管14的形式，在下一次反挖拼接测斜管1时，可将第二铝合金管14取出，只留pvc管15在土体内部，从而不因为支撑杆13的刚度影响后续测斜管1的数据。
43.实施例2本实施例提供一种基于反开挖考虑冲击荷载的测斜管保护装置的使用方法，按照以下步骤进行：步骤s1、定点并在原地基上钻孔，安装测斜管1，记录测斜管1的管口高程以及实际埋设深度，使用测斜仪进行初始测量，测量的测斜管1的初始深度记为l0，初始深度测量时定义测斜管1的底部为0，测量的测斜管1的初始水平位移记为c0；步骤s2、开挖用于埋设基于反开挖考虑冲击荷载的测斜管保护装置（简称保护装置）的填埋坑，填埋坑顶面高程不高于原地面高程；步骤s3、根据测斜管1的长度，选择合适长度的第一铝合金管6，第一铝合金管6的长度记为x
0 ，x0的大小以第一铝合金管6伸入测斜管1内2~4m为宜；步骤s4、将第一铝合金管6插入测斜管1内，将保护装置放入填埋坑，使用水准仪测量保护装置的顶面高程h0；步骤s5、填土，在填土约1~1.5m后采用金属探测器/全站仪定位，确定现填土高程hn
，n为填土循环次数；步骤s6、采用挖掘机等施工设备进行反开挖，开挖深度为h
n-h
n-1
，h
n-1
为第n-1次填土前测量的保护装置的顶面高程，开挖一定深度后进行人工开挖，人工开挖完成后提起保护装置，第一铝合金管6较短时可采用人工提起保护设备，第一铝合金管6较长时可采用机械起重设备提起保护装置；步骤s7、使用测斜仪进行测量，测斜仪读取到的当前水平位移记为cn，测斜仪读取的测斜管1的当前深度记为ln，有效的数据深度范围为l
n-x
n-1
，x
n-1
为第n-1次填土时第一铝合金管6的长度，限定有效的数据深度范围为l
n-x
n-1
以剔除第一铝合金管6所在段测斜管1的读数，因此施工时地基的总水平位移为测斜管1上不包含第一铝合金管6的管段（0~ln的部分）的水平位移cn减去初始水平位移c0，一次拼接前后路堤内部的相对水平位移为c
n-c
n-1
，c
n-1
为第n-1次填土时测斜管1上不包含第一铝合金管6的管段的水平位移，水平位移指垂直于行车道方向的位移；步骤s8、拼接测斜管1后选择合适长度的第一铝合金管6，第一铝合金管6当前的长度记为xn，测斜管1随路基的填筑而进行拼接，每次拼接长度由路基填筑厚度确定，将第一铝合金管6放入测斜管1，将保护装置置于拼接后的测斜管1的顶部，借助第一铝合金管6的刚度，防止回填土夯实时对刚拼接好的测斜管1产生过大的倾斜和弯曲，并防止回填土夯实时对刚拼接好的测斜管1的管口产生损坏；步骤s9、对保护装置周围回填土，并在回填完成后采用蛙式打夯机等设备夯实，使保护装置顶面与地面平齐，记录保护装置顶面高程为hn；步骤s10、重复步骤s5~s9，直至填土结束。
44.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

技术特征：

1.基于反开挖考虑冲击荷载的测斜管保护装置，其特征在于，包括：减震消能结构，减震消能结构由模量大于土体的高模量材料层（2）和具有缓冲作用的柔性材料层（3）组成；减震块（4），减震块（4）固定在减震消能结构底部，并套设在测斜管（1）的管口外围；其中：具有缓冲作用的柔性材料层（3）设置在高模量材料层（2）的中间。2.根据权利要求1所述的基于反开挖考虑冲击荷载的测斜管保护装置，其特征在于，减震块（4）与减震消能结构之间采用环氧树脂胶粘接；高模量材料层（2）和柔性材料层（3）之间采用环氧树脂胶粘接。3.根据权利要求1所述的基于反开挖考虑冲击荷载的测斜管保护装置，其特征在于，减震消能结构是由两层高模量材料层（2）和设置在两层碳纤维板之间的柔性材料层（3）组成的减震消能板；减震消能板的平面尺寸远大于减震块（4）的平面尺寸。4.根据权利要求1所述的基于反开挖考虑冲击荷载的测斜管保护装置，其特征在于，高模量材料层（2）采用碳纤维板、铝合金板、镁合金板中的至少一种；柔性材料层（3）采用橡胶垫、珍珠棉、海绵、硅胶板中的至少一种。5.根据权利要求1~4任一项所述的基于反开挖考虑冲击荷载的测斜管保护装置，其特征在于，减震消能结构的前后左右四个侧面均设置有用于包容柔性材料层（3）发生形变的斜撑（5）。6.根据权利要求5所述的基于反开挖考虑冲击荷载的测斜管保护装置，其特征在于，斜撑（5）包括两条铰接形成x形结构的钢条，其中：x形结构的钢条四个端部分别通过水平设置的螺栓与减震消能结构的高模量材料层（2）对应铰接；x形结构的钢条四个端部的安装孔直径大于螺栓的螺杆直径并小于其螺栓头部的直径。7.根据权利要求1~4任一项或6所述的基于反开挖考虑冲击荷载的测斜管保护装置，其特征在于，还包括第一铝合金管（6）和支撑杆（13）；第一铝合金管（6）顶部穿过减震块（4）并与减震消能结构可拆卸连接，第一铝合金管（6）的管体插设在测斜管（1）内；第一铝合金管（6）底部固定有测斜管防堵塞装置（12），测斜管防堵塞装置（12）的侧壁与测斜管（1）的内壁相接触；减震消能结构上设置有圆形通孔，多个支撑杆（13）分别位于圆形通孔中并插设在测斜管周围的土体内。8.根据权利要求7所述的基于反开挖考虑冲击荷载的测斜管保护装置，其特征在于，第一铝合金管（6）由各段子管拼接而成，各段子管可拆卸连接；测斜管防堵塞装置（12）采用橡胶空心半球体，橡胶空心半球体的腔口向上设置；支撑杆（13）包括第二铝合金管（14）和pvc管（15），pvc管（15）套设在第二铝合金管（14）外围；测斜管（1）的管口与减震块（4）之间填充有防护材料层（7）；
减震消能结构及减震块（4）的侧面缠绕有钢丝软管（9）。9.如权利要求1~4任一项、6或8所述的基于反开挖考虑冲击荷载的测斜管保护装置使用方法，其特征在于，按照以下步骤进行：步骤s1、定点并在原地基上钻孔，安装测斜管（1），记录测斜管（1）的管口高程以及实际埋设深度，使用测斜仪进行初始测量，测量的测斜管（1）的初始深度记为l0，初始深度测量时定义测斜管（1）的底部为0，测量的测斜管（1）的初始水平位移记为c0；步骤s2、开挖用于埋设基于反开挖考虑冲击荷载的测斜管保护装置简称保护装置的填埋坑，填埋坑顶面高程不高于原地面高程；步骤s3、根据测斜管（1）的长度，选择合适长度的第一铝合金管（6），第一铝合金管（6）的长度记为x0；步骤s4、将第一铝合金管（6）插入测斜管（1）内，将保护装置放入填埋坑，使用水准仪测量保护装置的顶面高程h0；步骤s5、填土，在填土1~1.5m后采用金属探测器/全站仪定位，确定现填土高程h
n
，n为填土次数；步骤s6、进行反开挖，开挖深度为h
n-h
n-1
，h
n-1
为第n-1次填土前测量的保护装置的顶面高程，开挖完成后提起保护装置；步骤s7、使用测斜仪进行测量，测斜仪读取到的当前水平位移记为c
n
，测斜仪读取的测斜管（1）的当前深度记为l
n
，有效数据深度范围为l
n-x
n-1
，x
n-1
为第n-1次填土时第一铝合金管（6）的长度，施工时地基的总水平位移为测斜管（1）上不包含第一铝合金管（6）的管段的水平位移c
n
减去初始水平位移c0；步骤s8、拼接测斜管（1）后选择合适长度的第一铝合金管（6），第一铝合金管（6）当前的长度记为x
n
，将第一铝合金管（6）放入测斜管（1），将保护装置置于拼接后的测斜管（1）的顶部；步骤s9、对保护装置周围回填土并夯实，使保护装置顶面与地面平齐，记录保护装置顶面高程为h
n
；步骤s10、重复步骤s5~s9，直至填土结束。10.根据权利要求9所述的基于反开挖考虑冲击荷载的测斜管保护装置，其特征在于，步骤s3中，第一铝合金管（6）的长度需要保证第一铝合金管（6）伸入测斜管（1）内2~4m；步骤s7中，一次拼接前后路堤内部的相对水平位移为c
n-c
n-1
，c
n-1
为第n-1次填土时测斜管（1）上不包含第一铝合金管（6）的管段的水平位移；步骤s8中，测斜管（1）随路基的填筑而进行拼接，每次拼接长度由路基填筑厚度确定。

技术总结

本发明公开了一种基于反开挖考虑冲击荷载的测斜管保护装置及其使用方法，装置包括减震消能结构，减震消能结构由模量大于土体的高模量材料层和具有缓冲作用的柔性材料层组成，具有缓冲作用的柔性材料层设置在高模量材料层的中间，减震块固定在减震消能结构底部，并套设在测斜管的管口外围；减震消能结构的前后左右四个侧面均设置有用于包容柔性材料层发生形变的斜撑；第一铝合金管顶部穿过减震块并与减震消能结构可拆卸连接，第一铝合金管的管体插设在测斜管内且其底部固定有测斜管防堵塞装置；减震消能结构上设置有圆形通孔，多个支撑杆分别位于圆形通孔中并插设在测斜管周围的土体内。考虑了冲击碾压、强夯等较强振动作用对测斜管的影响。作用对测斜管的影响。作用对测斜管的影响。