具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图4。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明的发明人经过大量实践研究，提供了一种水泥混凝土道面早期变形监测结构和方法，上述监测结构和方法能够及时反馈路(道)面早期变形规律，且具有安装方便、测量数据稳定性高、可以实时反馈等特点。

本发明第一方面提供一种水泥混凝土道面早期变形监测结构，如图1～图4所示，所述水泥混凝土道面早期变形监测结构包括道面本体1和多个三轴位移监测装置2，所述道面本体1包括面层11、基层12以及位于面层11的道面切缝13，所述三轴位移监测装置2的XY面设于面层和基层交界处所在的平面上，且多个所述三轴位移监测装置2均匀间隔，所述三轴位移监测装置2的至少部分设于道面主体1的外侧。

本发明所提供的水泥混凝土道面早期变形监测结构中，道面本体1可以是本领域各种水泥混凝土道面。例如，可以是机场道面、公路道面等。

在一种实施方式中，道面本体1通常自上而下包括面层11、基层12以及位于面层11上的道面切缝13。

在道面本体1中，面层11通常的作用是直接承受行车荷载作用和外界环境的作用，并为载具提供舒适、安全的行驶表面。

面层11的材料通常可以是素混凝土、预应力混凝土、钢纤维混凝土等。

面层11的厚度为20～40cm。面层11的厚度例如可以为20～25cm、25～30cm、30～35cm、30～31cm、31～32cm、32～33cm、33～34cm或34～35cm。

在道面本体1中，基层2通常的作用是承接面层扩散下来的竖向力，并将其进一步扩散、传递到下面的结构层。

基层2的材料通常可以是碾压混凝土、无机结合料稳定类材料、碎(砾)石混合料等。

基层2的厚度可以为20～40cm。基层2的厚度例如可以为20～25cm、25～30cm、30～35cm、30～31cm、31～32cm、32～33cm、33～34cm或34～35cm。

通常来说，道面切缝13是竖直向下设置的(即按重力方向向下开设)。道面切缝13开设的深度通常可以为4～6cm、4～4.5cm、4.5～5cm、5～5.5cm或5.5～6cm。

道面切缝13通常沿面层11表面延伸，其延伸方向通常与道面本体1的延伸方向是相配合。例如，道面切缝13的延伸方向与道面本体1的延伸方向之间的角度可以为85°～90°、85°～86°、86°～87°、87°～88°、88°～89°或89°～90°。即道面切缝13向下延伸形成的面与道面本体1纵向之间的角度为85°～90°。

在一种实施方式中，至少部分所述道面切缝13下方设有多个三轴位移监测装置2，即所述水泥混凝土道面早期变形监测结构至少设有切缝监测装置，所述切缝监测装置靠近一道面切缝13设置。所述三轴位移监测装置2与道面切缝13所对应的竖直面之间通常有一定的间距。即三轴位移监测装置2并不位于道面切缝13的正下方，而是与道面切缝13所对应的竖直面(即道面切缝按重力方向延伸所形成的平面)相配合，与道面切缝13所对应的竖直面有合适的间距。例如，三轴位移监测装置2与道面切缝13所对应的竖直面的间距可以为5～10cm、5～6cm、6～7cm、7～8cm、8～9cm、或9～10cm。

三轴位移监测装置通常位于面层和基层交界处，且位于面层一侧。

三轴位移监测装置通常在面层和基层的交界处均匀分布，从而可以整体上准确地反馈道面早期的变形规律。

在一种实施方式中，至少部分所述道面切缝13下方和道面本体1中部均设有三轴位移监测装置2。所述三轴位移监测装置设有两个以上三轴位移监测装置，其中，可以包括分布在道面本体中心线的中心监测装置和分布在道面本体切缝下方的切缝监测装置。中心监测装置位于与载具前进方向垂直的中心线(即平行于切缝的中心线)的附近。所述中心监测装置设于距离相邻两道面切缝13中间位置±5cm处。在一种实施方式中，中心监测装置与载具前进方向垂直的中心线的间距d≤10cm。再例如，三轴监测装置通常与道面本体的侧面具有合适的间距，三轴监测装置与道面本体的侧面的间距可以为10～15m、10～11cm、11～12cm、12～13cm、13～14或14～15cm。

本发明所提供的水泥混凝土道面早期变形监测结构中，切缝处三轴位移监测装置通常位于靠近道面切缝面向于载具行驶方向(即，前进方向)的一侧。这样可以准确捕捉载具经过切缝后接触下一块板时对道面变形的影响。

通常来说，三轴位移监测装置包括监测部22和支撑部21，支撑部21主要可以是监测装置的支架等部件，支撑部21主要可以位于道面外侧的路基之中，将支撑部21设置于路基之中主要是为了便于监测装置支架的安装，监测部22则为三轴监测装置的主体部分(即实际用于监测道面监测点位移变化的部分)，监测部22的固定端的高度主要可以位于面层处，将监测部22的固定端设置于面层中主要是位移监测装置对面层处道面的变形情况更为敏感。三轴位移监测装置包括三个相互垂直的位移计，即包括横向位移计、纵向位移计及竖向位移计，其中横向位移计及纵向位移计形成所述三轴位移监测装置2的XY面，三个位移计方向分别为沿切缝方向(即道面本体1的横向)设置、水平平行于道面延伸方向(即道面本体1的纵向)，垂直于道面平面方向(即道面本体1的竖向)。所述支撑部21设于道面主体1的外侧；所述监测部22至少部分设于面层11的内部。所述支撑部21与道面本体1的间距为10-15cm。

本发明所提供的水泥混凝土道面早期变形监测结构中，三轴位移监测装置2主要用于采集水泥混凝土道面在浇筑初期阶段的变形情况。可以作为三轴位移监测装置的合适的仪器对于本领域技术人员来说应该是已知的，例如，可以是KTL型LVDT位移传感器。再例如，三轴位移监测装置通常与外部设备(例如，DAM-3158型数据采集模块、计算机、24V稳压电源等)连接，以收集其采集获得的数据。

本发明的水泥混凝土道面早期变形监测结构监测流程如下：三轴位移监测装置2以特定的方式埋设于道面(例如，混凝土路(道)面)外侧的适当位置，监测部22的固定端从道面本体外侧水平伸入道面本体内部，监测部22的固定端延伸方向与切缝的方向平行。通过三轴位移监测装置2进行数据采集，并可以将采集获得的数据传输至计算机终端，进一步对数据进行分析处理后即可获知道面运营早期监测点位移的动态变化规律，从而获知道面的早期变形情况。

本发明第二方面提供本发明第一方面所提供的水泥混凝土道面早期变形监测结构的构建方法，在知晓上述水泥混凝土道面早期变形监测结构的前提下，合适的构建上述监测结构的方法对于本领域技术人员来说应该是已知的。例如，可以将三轴位移监测装置设于道面的面层与基层交界处，下半部分预埋在道面外侧的路基之中固定，上半部分高度位于面层，固定端在面层施工时水平伸入面层之中。

本发明第三方面提供一种水泥混凝土道面早期变形监测系统，所述水泥混凝土道面早期变形监测系统包括：

1)数据采集模块，包括所述水泥混凝土道面早期变形监测结构，用于采集水泥混凝土道面早期变形数据；

2)数据处理模块，用于根据数据采集模块采集的数据按照下述公式计算道面变形量，并判断道面早期运营状态：

X＝a₁X_A+a₂X_B

X_A＝a_1xX_Ax+a_1yX_Ay+a_1zX_Az

X_B＝a_2xX_Bx+a_2yX_By+a_2zX_Bz

其中：X——道面总累积变形量，单位为μm；

X_Ax，X_Ay，X_Az——位置A处三轴位移监测装置分别沿道面本体横向、道面本体纵向、道面本体竖向的测量结果，单位为mm；

X_Bx，X_By，X_Bz——位置B处三轴位移监测装置分别沿道面本体横向、道面本体纵向、道面本体竖向的测量结果，单位为μm；

X_A——位置A处三轴位移监测装置的变形量计算结果，单位为μm；

X_B——位置B处三轴位移监测装置的变形量计算结果，单位为μm；

a₁，a₂——位置A，B处的累计变形量折减系数，a₁＝0.6，a₂＝0.4；

a_1x，a_1y，a_1z——位置A处三轴位移监测装置沿道面本体横向、道面本体纵向、道面本体竖向测量结果折减系数，a_1x＝0.1，a_1y＝0.1，a_1z＝0.8；

a_2x，a_2y，a_2z——位置B处三轴位移监测装置沿道面本体横向、道面本体纵向、道面本体竖向测量结果折减系数，a_2x＝0.05，a_2y＝0.1，a_2z＝0.85；

3)数据显示模块，用于显示数据采集模块采集的数据和/或数据处理模块处理得到的数据；

4)供电模块，用于给数据采集模块和数据显示模块供电。

数据采集模块通过USB线与数据显示模块相连。

所述供电模块包括电源3，例如为稳压电源装置，电源正、负极均与数据采集模块相连。

本发明第四方面提供一种水泥混凝土道面早期变形监测方法，通过本发明第一方面提供的水泥混凝土道面早期变形监测结构或第三方面提供的水泥混凝土道面早期变形监测系统对道面早期变形情况进行监测，包括：根据三轴位移监测装置所提供的监测点位移监测结果，获取道面的早期变形数据。

所述水泥混凝土道面早期变形监测方法，具体包括：

S1)根据如下公式，提供道面总累积变形量X，单位为μm：

X＝a₁X_A+a₂X_B

X_A＝a_1xX_Ax+a_1yX_Ay+a_1zX_Az

X_B＝a_2xX_Bx+a_2yX_By+a_2zX_Bz

其中：X——道面总累积变形量，单位为μm；

X_Ax，X_Ay，X_Az——位置A处三轴位移监测装置分别沿道面本体横向、道面本体纵向、道面本体竖向的测量结果，单位为mm；

X_Bx,X_By,X_Bz——位置B处三轴位移监测装置分别沿道面本体横向、道面本体纵向、道面本体竖向的测量结果，单位为μm；

X_A——位置A处三轴位移监测装置的变形量计算结果，单位为μm；

X_B——位置B处三轴位移监测装置的变形量计算结果，单位为μm；

a₁，a₂——位置A，B处的累计变形量折减系数，a₁＝0.6，a₂＝0.4；

a_1x,a_1y,a_1z——位置A处三轴位移监测装置沿道面本体横向、道面本体纵向、道面本体竖向测量结果折减系数，a_1x＝0.1，a_1y＝0.1，a_1z＝0.8；

a_2x,a_2y,a_2z——位置B处三轴位移监测装置沿道面本体横向、道面本体纵向、道面本体竖向测量结果折减系数，a_2x＝0.05，a_2y＝0.1，a_2z＝0.85；

S2)根据S1)所得到的道面总累积变形量X判断道面早期运营状态。

上述公式中，X_Ax、X_Ay、X_Az、X_Bx、X_By、X_Bz分别为三轴位移监测装置所提供的监测点三向位移监测结果，通过位移监测结果，即可进一步计算获得所需的位置A、B处三轴位移监测装置的变形量计算结果X_A、X_B。

本发明所提供的水泥混凝土道面早期变形监测方法中，还可以包括：根据位置A、B处三轴位移监测装置的变形量计算结果X_A、X_B，提供的路(道)面总累积变形量X，所述X为x_A、x_B的加权求和。在实际监测过程中，三轴位移监测装置会采集整个试验周期内各监测点的位移变化情况，经过计算即可获知各监测点的整体变形量计算结果，并进一步可以获取路(道)面总累积变形量X。

本发明所提供的水泥混凝土道面早期变形监测方法S2)中，可以通过如下方法判断道面早期运营状态(或称为提供道面早期变形结果)：当路(道)面总累积变形量X越低，道面早期变形程度越低，道面破坏程度越小；当路(道)面总累积变形量X越高，道面早期变形程度越高，道面破坏程度越大。例如，在检测时间为60min的情况下，当X<100μm时，认为道面早期状况优秀；当100μm≤X<110μm时，认为道面早期状况良好；当110μm≤X<125μm时，认为道面早期状况一般；当125μm≤X<150μm时，认为道面早期状况较差；当X≥150μm时，认为道面早期状况极差。

本发明第五方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现本发明第三方面所提供的水泥混凝土道面早期变形监测方法。

本发明第六方面提供一种设备，包括：处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述设备执行本发明第四方面所提供的水泥混凝土道面早期变形监测方法的步骤。

实施例1：

根据混凝土路(道)面面层板施工图，在基层上标记出与面层板板块切缝和板中相对应的位置。在近道面切缝和两相邻道面切缝中间的道路外侧分别均标记布设点位A、B，B与切缝的距离为5cm，在A、B所在位置的道路外侧距道路本体10～15cm处分别标记A1、A2、A3、B1、B2、B3作为三轴变形监测装置安装位置钢筋柱预设孔位。

采用无机结合料稳定类材料作为混凝土路(道)面基层的材料，施工厚度为20cm，在混凝土路(道)面基层施工养护完成后，根据预先设置好的三轴变形监测装置安装位置钢筋柱孔位排布，采用钻孔机在位置A1、A2、A3、B1、B2、B3处打孔并安装钢筋柱，钢筋柱周围采用素水泥浆加固。

在位置A和位置B处，将三轴位移监测装置(三根KTL型LVDT位移传感器)固定在钢筋柱上。安装时保证三个位移监测装置的走向与预设走向一致，以确保三轴数据的真实可靠。之后采用普通混凝土路面作为混凝土路(道)面面层的浇筑形式，施工厚度为30cm，切缝宽度为6mm，深度为5cm。

三轴位移监测装置与数据采集模块相连，同时与稳压电源相连，数据采集模块通过USB数据线与电脑相接，同时电源与数据采集模块相接为期供电。电脑对传输到的数据进行存储，电源采用天阳能系统供电，实现全天候自动数据采集。

从试验路段浇筑成型起，对试验路段进行早期变形监测，记录全过程下试验路段各监测点位道面变形量变化情况，从而用于指导混凝土早期的养护工作。三轴位移监测装置监测结果及处理如表1所示。

表1三轴位移监测装置监测结果

利用数据处理模块中的分析软件对三轴位移监测装置获取的数据进行处理和分析，从而得到混凝土路(道)面的早期变形数据。

数据处理过程如下：将不同时间点数据采集模块采集的各数据分别代入以下公式计算

X＝a₁X_A+a₂X_B

X_A＝a_1xX_Ax+a_1yX_Ay+a_1zX_Az

X_B＝a_2xX_Bx+a_2yX_By+a_2zX_Bz

其中：X——路(道)面总累积变形量(μm)；

X_Ax，X_Ay，X_Az——位置A处三轴位移监测装置沿道面本体横向、道面本体纵向、道面本体竖向测量结果(mm)；

X_Bx，X_By，X_Bz——位置B处三轴位移监测装置沿道面本体横向、道面本体纵向、道面本体竖向测量结果(μm)；

X_A——位置A处三轴位移监测装置的变形量计算结果(μm)；

X_B——位置B处三轴位移监测装置的变形量计算结果(μm)；

a₁，a₂——位置A，B处的累计变形量折减系数，a₁＝0.6，a₂＝0.4；

a_1x，a_1y，a_1z——位置A处三轴位移监测装置沿道面本体横向、道面本体纵向、道面本体竖向测量结果折减系数，a_1x＝0.1，a_1y＝0.1，a_1z＝0.8；

a_2x，a_2y，a_2z——位置B处三轴位移监测装置沿道路走向、沿切缝走向、竖直方向测量结果折减系数，a_2x＝0.05，a_2y＝0.1，a_2z＝0.85；

将得到的结果依据以下标准(表2)对路(道)面早期变形程度进行评价。

表2路(道)面早期变形程度评价标准

注：对于测量结果无上述标准时间的，根据就近原则选取最接近的监测时间点数据表示。

评价结果如表3所示。

表3三轴位移检测装置监测结果

上述检测结果说明了本方法可以有效的实现道面早期变形的实时监测，具有实际的使用意义。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。