一种软土基坑坑底隆起检测装置与方法

本发明涉及基坑变形监测，尤其是涉及一种软土基坑坑底隆起检测装置与方法。

背景技术：

1、城市建设与运行安全是城市公共安全的重要方面，城市建设大量涉及的基坑工程则是城市建设中公认的高风险领域。建设部2005年度《全国建筑施工安全生产形势分析报告》指出，基坑坍塌约占坍塌事故总数的50％，造成的死亡人数排名第一，导致重大经济损失和社会影响。近年来，基坑工程坍塌事故仍屡屡发生。提升城市基坑建设的安全管控技术水平，成为城市建设与运行安全的重大需求。

2、目前，基坑工程的监测项目主要包括围护结构的水平及竖向位移、深层水平位移、立柱竖向位移、支护结构内力、坑底隆起、地下水位等。其中，基坑坑底隆起与围护结构的位移与周边地表沉降等密切相关。尤其对软土地区基坑开挖时，下层土体产生卸荷应力并受到围护结构挤压，导致土体向上隆起，进一步引起周边地表沉降，影响到周边建筑物和设施的安全。因此，对于软土基坑，坑底隆起是监测项目中不可缺少的一部分，通过对基坑隆起的监测可以对基坑的安全状态进行判断，保证基坑在安全状态下进行开挖。

3、传统的基坑隆起监测方法主要为人工检测，大多采用几何水准测量的方法，在基坑开挖前预先埋入回弹监测标志，在开挖前、后分别进行水准测量，每次监测结果相对于初始值的差值即为回弹标志所处深度处的土体变形量。然而，该方法对于基坑底部隆起的监测具有间断性，发生突发状况时无法及时预警；同时施工过程对隆起监测设备影响较大，在测点处施工时容易破坏监测装置，导致测点失效。因此需要一种自动化、可连续监测且高效准确的监测装备与技术，以应对现有监测技术的不足，满足目前深基坑监测需求。

4、现有技术可参考申请号为202211632250.8的发明专利提供了一种基坑坑底土体隆起的监测装置及方法；申请号为202321270756.9的实用新型专利提供了一种监测基坑隆起的测量装置；申请号为202222527386.4的实用新型专利提供了一种基坑隆起模型勘察实验装置；申请号为202120111454.1的实用新型专利提供了一种监测基坑隆起的测量装置；申请号为201821216379.x的实用新型专利提供了一种监测基坑隆起的测量装置。结合以上专利内容得知目前对基坑底部隆起量的监测存在较多的局限性，其一是难以获取基坑设计埋深范围内的全区域地层隆起量；其二是检测装置自动化程度低，尽管相比传统监测方式有一定自动化提升，但多数步骤仍需要人为操作且操作复杂；其三是设计结构的稳定性较低，多数监测装置易受施工作业的扰动，易被打断监测过程；其四是多数装置不具备施工同步性，部分装置为预埋式，随着基坑开挖，预埋的部分逐渐露出土体，易干扰施工的正常进行。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种软土基坑坑底隆起检测装置与方法，以解决上述背景技术中提到的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种软土基坑坑底隆起检测装置与方法：包括保护壳、若干个监测节、设置在监测节两端的连接环及底部稳固装置，每个监测节上均设置有三个监测腔，监测腔内部设置有结构柱和监测装置，监测装置包括与结构柱匹配的连接件，连接件一侧设置有集成监测单元，集成监测单元远离连接件的一侧设置有两个保护罩。

3、优选的，集成监测单元包括外壳，外壳靠近保护罩的一侧中线位置设置有滑槽，滑槽内设置有滑块，滑块内部设置有动尺pcb线圈，外壳内部设置有电池组，电池组下方设置有无线数据传输单元，电池组靠近探针伸缩腔一侧设置有定尺pcb板，定尺pcb板上设置有两组激励线圈，激励线圈内部设置有感应线圈，探针伸缩腔远离滑块的一端设置有探针。

4、优选的，两个保护罩之间设置有预留缝。

5、优选的，连接环上设置有接头铰链。

6、优选的，连接件与结构柱通过螺栓锚固连接，集成监测单元的监测范围为120°。

7、优选的，感应线圈包括感应线圈一和设置在所述感应线圈一下方的感应线圈二。

8、优选的，感应线圈一下和感应线圈二产生的感应电动势计算公式如下：

9、

10、式中，k为比例系数，x为动尺的位移，t为时间，ω为激励信号的角速度。

11、一种软土基坑坑底隆起检测方法，包括以下步骤：

12、s1、确定基坑隆起监测点位，在基坑中部或反映坑底变形特征的位置布置监测点位，监测点位间距为10～30m，数量不少于3个；

13、s2、使用钻机于监测点位处垂直钻孔，钻孔位置在地层稳定层处，钻孔直径大于70mm；

14、s3、在保护壳外壁涂润滑剂，钻孔内安装保护壳，阻止探针在监测前与土体接触；

15、s4、测试监测装置功能性，测试无误后将探针置于滑槽中心位置，将监测装置于监测腔内与结构柱固定；

16、s5、连续拼装监测节与连接环形成整体装置，底部监测节连接底部稳固装置；

17、s6、将监测装置放入可开合的保护罩内，将探针调整至压缩状态，封闭保护罩；

18、s7、施工过程开始时，抽出保护罩，探针从探针伸缩腔内弹出，插入土体内部，与周围土体紧密接触，监测作业开始；

19、s8、当探针处的土体产生向上的位移时，推动探针在滑槽内向上滑动，激起动尺pcb线圈产生电动势，经信号处理电路解算后获得探针处隆起量，无线数据传输单元将解算结果传输至远程监测中心，连续并实时预警基坑坑底土体的安全状态；

20、s9、当基坑挖土至连接环高程处，通过接头铰链拆除并回收上部监测节，避免对施工作业的干扰，使下方监测节继续监测下方土体隆起；

21、s10、基坑开挖至设计埋深时，回收所有监测节。

22、因此，本发明采用上述的一种软土基坑坑底隆起检测装置与方法，具备以下有益效果：

23、(1)该监测装置仅需在开始时打孔安装，监测作业启动后无需太多人工操作，自动化程度高于现有专利和传统的监测方案；

24、(2)相比传统的位移传感器，pcb线圈的使用改善了激励线圈与感应线圈的布置精度，有助于提升整体的检测精度；电磁检测也相比其他专利使用的机械检测结构更加稳定，不易受到施工过程的扰动；

25、(3)该装置可实现对坑底隆起的连续监测，不必受到传统监测周期和施工作业的限制，即使隆起量过快也能够通过dtu装置实时将监测结果反馈至远程中心，实现基坑坑底土体安全状态的实时预警；

26、(4)相比现有隆起监测专利监测方案对施工的影响，本发明的分节套筒式结构具备可拆卸性，确保随着表层土被挖掉，监测结构露出地表后不会干扰正常施工；

27、(5)该装置部件均可回收重复使用，避免了单次监测造成浪费。

28、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种软土基坑坑底隆起检测装置，其特征在于：包括保护壳、若干个监测节、设置在监测节两端的连接环及底部稳固装置，每个监测节上均设置有三个监测腔，监测腔内部设置有结构柱和监测装置，监测装置包括与结构柱匹配的连接件，连接件一侧设置有集成监测单元，集成监测单元远离连接件的一侧设置有两个保护罩。

2.根据权利要求1所述的一种软土基坑坑底隆起检测装置，其特征在于：集成监测单元包括外壳，外壳靠近保护罩的一侧中线位置设置有滑槽，滑槽内设置有滑块，滑块内部设置有动尺pcb线圈，外壳内部设置有电池组，电池组下方设置有无线数据传输单元，电池组靠近探针伸缩腔一侧设置有定尺pcb板，定尺pcb板上设置有两组激励线圈，激励线圈内部设置有感应线圈，探针伸缩腔远离滑块的一端设置有探针。

3.根据权利要求1所述的一种软土基坑坑底隆起检测装置，其特征在于：两个保护罩之间设置有预留缝。

4.根据权利要求1所述的一种软土基坑坑底隆起检测装置，其特征在于：连接环上设置有接头铰链。

5.根据权利要求1所述的一种软土基坑坑底隆起检测装置，其特征在于：连接件与结构柱通过螺栓锚固连接，集成监测单元的监测范围为120°。

6.根据权利要求2所述的一种软土基坑坑底隆起检测装置，其特征在于：感应线圈包括感应线圈一和设置在所述感应线圈一下方的感应线圈二。

7.根据权利要求6所述的一种软土基坑坑底隆起检测装置，其特征在于：感应线圈一下和感应线圈二产生的感应电动势计算公式如下：

8.一种应用如权利要求1-7任一项所述的一种软土基坑坑底隆起检测装置的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种软土基坑坑底隆起检测装置与方法，属于基坑变形监测领域，包括保护壳、若干个监测节、设置在监测节两端的连接环及底部稳固装置，每个监测节上均设置有三个监测腔，监测腔内部设置有结构柱和监测装置，监测装置包括与结构柱匹配的连接件，连接件一侧设置有集成监测单元，集成监测单元远离连接件的一侧设置有两个保护罩。本发明采用上述的一种软土基坑坑底隆起检测装置与方法，检测精度高，既能实现监测的连续性又可保障监测作业与施工作业的互不干扰，对场地的要求较低，适用于各种类型的土质基坑工程。技术研发人员：薛亚东,张维,罗炜,贾非,刘泳鑫受保护的技术使用者：同济大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2