阅读说明：本技术 一种采用复合型锚杆的一孔多标分层沉降监测系统 (One-hole multi-standard layered settlement monitoring system adopting composite anchor rod ) 是由 杨天亮 严学新 林金鑫 黄鑫磊 吴建中 陈天河 许言 张欢 杨柏宁 唐继民 张金 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及地面沉降监测技术领域,尤其涉及一种采用复合型锚杆的一孔多标分层沉降监测系统,包括若干复合型锚杆以及电阻式测量头装置,若干复合型锚杆一一对接且与电阻式测量头装置相连接,电阻式测量头装置测量复合型锚杆的沉降；复合型锚杆由液压机械爪和承压型扩体组合构成,液压机械爪具有可向外张开的锚爪杆,承压型扩体具有可经注浆扩张的编制体。本发明的优点是：增加了锚固距离,可提供较大的锚固强度；结构可靠性,稳定性高；在小空间上布置优势大；液压管不存在堵塞管道的可能性,锚爪撑开锚固进土层的时间短；保证了承压型扩体注浆过程中,锚杆不会出现下沉；可实现锚杆与目标地层的全面高强度耦合；可实现分层沉降信息的智能化采集。(The invention relates to the technical field of ground settlement monitoring, in particular to a one-hole multi-standard layered settlement monitoring system adopting composite anchor rods, which comprises a plurality of composite anchor rods and a resistance type measuring head device, wherein the composite anchor rods are in one-to-one butt joint and are connected with the resistance type measuring head device; the composite anchor rod consists of hydraulic mechanical claw with outwards opened anchor claw rod and pressure bearing expanding body with grouting expandable braided body. The invention has the advantages that: the anchoring distance is increased, and larger anchoring strength can be provided; the structure reliability and the stability are high; the arrangement advantage on a small space is great; the hydraulic pipe has no possibility of blocking the pipeline, and the time for the anchor fluke to prop open and anchor the soil inlet layer is short; the anchor rod is ensured not to sink in the pressure-bearing type expansion grouting process; the comprehensive high-strength coupling of the anchor rod and the target stratum can be realized; and the intelligent acquisition of the layered settlement information can be realized.)

一种采用复合型锚杆的一孔多标分层沉降监测系统

技术领域

本发明涉及地面沉降监测技术领域，尤其涉及一种采用复合型锚杆的一孔多标分层沉降监测系统。

背景技术

地面沉降是指因自然因素和人为活动引发松散地层压缩所导致的地面高程降低的地质现象，是一个全球性的环境地质问题，多数发生在经济发达、人口众多的沿海城市，给城市安全与可持续发展带来了不同程度的影响。地面沉降是不同地层分层沉降的综合结果，故为掌握和研究地面沉降特征、成因及其防治措施，需要开展高精度的分层沉降监测。

目前，基岩标和分层标测量是进行分层沉降监测的主要技术手段。其中基岩标是埋设在地下完整基岩上的特殊观测点，可以作为地面沉降及分层沉降监测的高程控制点。分层标是根据土层的性质，埋设在地下不同深度土层和含砂层中的特殊观测点，是世界上公认的测量松散土层变形量的设施。但是，一个基岩标或一个分层标，就需要有一个单独的钻孔来实现，为进行多个地层的分层沉降监测，就需要多个钻孔，需占用较大面积的土地。在土地资源日益紧张的沿海城市，如中国的长江三角洲地区，亟需能够一个钻孔，实现多个地层沉降监测的设施及仪器。

目前主要有两种仪器设备能实现一个钻孔多个地层沉降监测，它们分别为多点位移计、磁环式沉降仪。

其中，多点位移计通过延长杆在组装多个锚固装置，在钻孔完成后，先进行注浆至最深锚固点，利用注浆锚固第一个锚固点，而后在上方填膨润土球至第二锚固点下方一定距离，开始利用注浆锚固第二个锚固点，采用上述步骤依次锚固至地表。延长杆将锚头和测头进行连接，当被测结构物发生变形时，将会通过多点位移计的锚头带动测杆，测杆拉动测头内参考杆产生位移变形，通过测量这一变形以可获得不同土层的变形信息。多点位移计沉降仪存在着锚固强度不高、分层沉降测量能力有限、仪器自动化程度低、可靠性差、数据采集耗时长等问题。

磁环式沉降仪主要工作原理为在土体中垂直埋设竖管，在竖管上按一定间距埋设磁环，当沉降环下沉至预定高程后打开叉簧片，使其插在土壁上，以使磁环与土体同步变形。通过把电磁测头放入竖管，测量磁环位置信息，计算每个沉降环的沉降量以及每个沉降环两两间的相对沉降量，进而可得到土体的分层沉降或回弹数值。磁环式沉降仪存在测量结果精度不高、数据传输不及时、数据易漏报、周围岩土体变形过大影响正常测量等弱点。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种采用复合型锚杆的一孔多标分层沉降监测系统，通过液压机械爪和承压型扩体这两种不同机理、形式的锚固形式组合成复合型锚杆，配合连接电阻式测量头装置，实现一个钻孔内多个永久性锚固点的多标的高精度分层沉降监测。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种采用复合型锚杆的一孔多标分层沉降监测系统，其特征在于：包括若干复合型锚杆以及一电阻式测量头装置，若干所述复合型锚杆一一对接且与所述电阻式测量头装置相连接，所述电阻式测量头装置测量所述复合型锚杆的沉降；所述复合型锚杆由液压机械爪和承压型扩体组合构成，所述液压机械爪具有可向外张开的锚爪杆，所述承压型扩体具有可经注浆扩张的编制体。

所述承压型扩体具有位移杆，所述玻璃纤维位移杆与所述电阻式测量头装置相连接，所述电阻式测量头装置测量所述玻璃纤维位移杆的位移以体现所述复合型锚杆的沉降。

所述电阻式测量头装置包括标杆、测量杆、滑动式连接环以及测量设备，其中所述标杆的一端与所述玻璃纤维位移杆相连接，所述标杆的另一端连接所述滑动式连接环，所述滑动式连接环套装在所述测量杆的***，所述滑动式连接环、所述测量杆的顶端及底端均连接所述测量设备。

所述液压机械爪包括液压缸体、活塞杆、连接平台、所述锚爪杆、变形坡面底座，其中，所述活塞杆置于所述液压缸体的内部，所述活塞杆连接所述连接平台，所述连接平台连接所述锚爪杆，所述锚爪杆的底端位于所述变形坡面底座之中，所述变形坡面底座设置有坡面，所述锚爪杆在所述活塞杆通过所述连接平台的驱动下，以所述坡面为引导由竖直运动变为水平运动实现所述锚爪杆的向外张开。

所述液压机械爪还包括结构顶板，所述结构顶板通过结构连接杆及螺栓设置在所述液压缸体的上部，所述液压缸体还分别连接有一液压进管以及一液压出管。

所述承压型扩体包括结构筒体、编制体、注浆管以及所述玻璃纤维位移杆，其中，所述编制体套设在所述结构筒体的外部且与所述结构筒体相连通，所述注浆管和所述玻璃纤维位移杆分别与所述结构筒体相连接。

所述承压型扩体还包括连接平台，所述连接平台通过连接锚杆与液压机械爪相连接固定。

本发明的优点是：

（1）液压机械爪采用竖直锚固爪，通过液压挤压，改变其角度（90°），使其水平张开，大大增加了锚固距离，可提供较大的锚固强度；

（2）液压机械结构可靠性，稳定性高；液压管直径小，在小空间上布置优势大；

（3）液压油事先灌注，理论上不存在堵塞管道的可能性，一旦放置到位，锚爪撑开锚固进土层的时间短；

（4）液压机械爪保证了承压型扩体注浆过程中，锚杆不会出现下沉；

（5）承压型扩体提供的高强度锚固结合液压机械爪的锚固强度，可实现锚杆与目标地层的全面高强度耦合；

（6）采用电阻式测量头可实现分层沉降信息的智能化采集。

附图说明

图1为本发明中液压机械爪与承压型扩体复合型锚杆示意图；

图2为本发明的整体结构示意图；

图3为本发明中液压机械爪的结构示意图；

图4为本发明中承压型扩体的结构示意图；

图5为本发明中电阻式测量头装置结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-5所示，图中标记1-26分别表示为：复合型锚杆1、液压机械爪2、承压型扩体3、连接锚杆4、电阻式测量头装置5、液压缸体6、活塞杆7、连接平台8、锚爪杆9、变形坡面底座10、结构连接杆及螺栓11、结构顶板12、液压管13、液压管14、结构筒体15、高分子编制材料体16、连接平台17、注浆管18、玻璃纤维位移杆19、标杆20、测量杆21、滑动式连接环22、电线23、电线24、电线25、测量头装置外框26。

实施例：如图1所示，本实施例中采用复合型锚杆的一孔多标分层沉降监测系统，包括若干复合型锚杆1，复合型锚杆1由液压机械爪2和承压型扩体3组合构成，两者之间通过连接锚杆4连接固定构成一体。通过液压机械爪2和承压型扩体3这两种不同机理、形式的锚固形式组合，相互连接便可组成一孔多标分层沉降仪，其中一孔多标指的是：一个钻孔多个土层的分层沉降。如图2所示，若干复合型锚杆1一一相互对接且其中一个与电阻式测量头装置5相连接，电阻式测量头装置5将地层变形信息（沉降）直接转换为电阻的变化，结合计算机及高精度测量设备（电阻测量设备或电压测量设备），便可以实现分层沉降的智能化高精度监测。

如图3所示，液压机械爪2主体包括液压缸体6、连接平台8、锚爪杆9以及变形坡面底座10，其中液压缸体6作为液压机械爪2的动力部件，其内部设置有活塞杆7，活塞杆7可在液压缸体6的驱动下伸缩。活塞杆7与连接平台8相连接以使连接平台8可在活塞杆7的驱动下升降移动。在连接平台8的底部设置有锚爪杆9，锚爪杆9的一端与该连接平台8相连接固定，锚爪杆9的另一端伸入变形坡面底座10之中。变形坡面底座10内设置有90°弧度高强变形坡面；当锚爪杆9在连接平台8的带动下竖直移动时，其在变形坡面底座10内的90°弧度高强变形坡面的引导下，产生塑性变形，其运动方向由竖直改为水平并向外侧伸出抓入土体进行锚固，从而为一孔多标分层沉降仪迅速提供初期锚固强度，当液压机械爪锚固完毕后，沉降仪主体已无需外力便可固定在钻孔中。

如图3所示，液压机械爪还包括结构连接杆及螺栓11、结构顶板12、液压管13、液压管14，其中结构顶板12通过结构连接杆及螺栓11与液压缸体6相连接固定；液压管13作为液压进管，液压管14作为液压出管，两者分别与结构顶板12相连接固定且与液压缸体6的内部相连通，以为液压缸体6提供动力。

如图4所示，承压型扩体3主体结构包括结构筒体15、高分子编制材料体16、注浆管18、玻璃纤维位移杆19，其中高分子编制材料体16套设在结构筒体15的***，注浆管18设置在结构筒体15之上其与结构筒体15以及高分子编制材料体16相连通。在通过注浆管18进行注浆的过程中，采用高分子编制材料体16包裹注浆体，大部分的浆体成分不会由于砂质松散岩体或流质土体而迅速流失，其会累积在编制材料中，使得编制材料越撑越大，最终撑实钻孔段。同时，细小孔径浆体会适量渗出编制材料，在编制材料周围和土体结合、凝结，形成一个凝固共同体，进一步增加锚结力。浆体凝结后将形成永久性锚固点。

如图4所示，承压型扩体3还包括连接平台17，该连接平台17主要用于承压型扩体3与液压机械爪2之间的连接，通过在连接平台17上安装连接锚杆4并对接液压机械爪2和承压型扩体3，使两者连接固定构成一体。玻璃纤维位移杆19作为每个复合型锚杆1的测量部件，其连接在连接平台17上。

如图5所示，电阻式测量头装置5主体包括标杆20、测量杆21、滑动式连接环22、测量头装置外框26，其中标杆20、测量杆21以及滑动式连接环22设置在测试头装置外框26的内部，标杆20的一端与复合型锚杆1上的玻璃纤维位移杆19相连接，两者同步升降。标杆20的另一端连接有滑动式连接环22，滑动式连接环22套设在测量杆21上，标杆20的升降可带动滑动式连接环22沿测量杆21上下移动。滑动式连接环22通过电线24与外部测量设备相连接，该测量设备可以是电阻测量设备，也可以是电压测量设备；与此同时，测量杆21为一均质的金属杆，其顶部通过电线23与外部测量设备相连接，其底部通过电线25亦与外部测量设备相连接。在测量时，由于滑动式连接环22可随着标杆20的升降在测量杆21处上下移动，测量滑动式连接环22至测量杆21顶部的电阻或电压，同时测量测量杆21底部至顶部的电阻或电压，通过两者的对比获得滑动式连接环22至测量杆21顶部的距离变化，进而获取复合型锚杆1至电阻式测量头装置5之间土层的变形信息。

本实施例在具体实施时：电阻式测量头装置5的顶部与地面平齐，电阻式测测量头装置5安装时以钻孔为中心开挖土坑，放入电阻式测量头装置5后，回填低强度的材料至电阻式测量头装置5的底部待回填材料稳定后在土坑内浇注钢筋混凝土，混凝土凝固后，电阻式测量头装置5与地面高强度耦合。通过电阻式测量头装置5内部的滑动式连接环22的位置变化反映复合型锚杆1的位置变化，进而反应土层变化。外部高精度电阻或电压测量仪器通过电线与电阻式测量头装置5连接，通过电阻或电压的变化反映滑动式连接环22的位置变化信息。

本实施例通过液压机械爪2在分层沉降仪放置到位后迅速提供初期锚固强度，避免分层沉降仪产生意外位移，从而在初期便保障分层沉降仪的设置位置（各复合型锚杆1所对应的各标高）即与设计位置（分层沉降监测中的各层标高）相对应，进而保证了分层沉降的监测精度。当液压机械爪2锚固完毕后，分层沉降仪已经不需要外力可以固定在钻孔中。液压机械爪2除提供部分锚固强度外，还可以防止承压型扩体3在注浆过程中应自重等因素导致的下滑，保证分层沉降仪精准固定在设计位置。为进一步提高锚固强度，使分层沉降仪与土体实际真正的同步升降，采用承压型扩体3提供更全面的锚固强度。在液压机械爪2提供的初期强度的帮助下，对承压型扩体3进行注浆，待浆体凝结后形成永久性锚固点，在保证分层沉降仪位置精度的同时，提高分层沉降仪的监测精度。

虽然以上实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换故在此不一一赘述。