CN114961695A - 一种钻孔综合监测装置及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种钻孔综合监测装置及其安装方法。所述钻孔综合监测装置包括连接管、土压力盒、锚头和注浆管切口锁接，所述锚头上接所述连接管，所述切口锁接在所述连接管上串接有多个；在每个所述切口锁接内以嵌装且轴向锁定的方式安装一所述土压力盒，并使所述土压力盒的两个受压面外露；所述注浆管与切口锁接、连接管和锚头内部连通形成灌浆通道。本发明可同步实时观测灌浆过程抬动变形位移值以及灌浆孔段附近地层应力变化值的综合监测装置，填补了灌浆过程中对灌浆孔段实时进行原位、微观监测技术空白。

Description

一种钻孔综合监测装置及其安装方法

技术领域

本发明涉及地基基础防渗处理技术领域，尤其涉及一种钻孔综合监测装置及其安装方法，用于松软地基基础处理防渗加固工程现场灌浆试验过程中实时进行地层抬动变形、地层应力变化等监测。

背景技术

某抽水蓄能电站工程中，大坝基础上覆深厚的全风化、强蚀变花岗岩，大坝基础防渗与加固为工程重点、难点之一。目前，灌浆试验研究对试验成果的分析，主要是结合灌浆过程中灌浆压力、注入率、单位灌入量、灌浆抬动监测等资料分析，以及试验灌浆后对检查孔芯样质量、芯样室内实验、检查孔原位力学试验、检查孔水文地质试验等进行综合考虑，其中试验成果主要结论完全基于检查孔综合成果分析进行宏观评价。

为了进一步了解全风化、强蚀变花岗岩“高压冲挤灌浆”过程中，灌浆孔段原位应力微观变化情况；提升“高压冲挤灌浆”对全风化、强蚀变花岗岩灌浆的有效性与科学性认识，现场专门设置了多组钻孔综合监测装置，以便在灌浆试验过程中同时对地层抬动、灌浆孔段应力变化等进行综合性监测，为现场灌浆试验研究成果的分析与评价提供更多的原位、微观监测资料，确保“高压冲挤灌浆”对全风化、强蚀变花岗岩灌浆工程应用中主要工艺技术参数制定的科学新、精准性、安全性。

现有专利如专利公告号CN111021329B公示的深层土压力盒安装方法，其采用具有置物槽的固定器固定土压力盒，土压力盒的侧壁与置物槽滑动插装实现卡紧，由此导致安装结构不稳定，使土压力盒受压面的监测有效性较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可靠性较高，受压面直接有效进行监测的钻孔综合监测装置及其安装方法。

本发明的技术方案是：一种钻孔综合监测装置包括连接管、土压力盒、锚头和注浆管切口锁接，所述锚头上接所述连接管，所述切口锁接在所述连接管上串接有多个；在每个所述切口锁接内以嵌装且轴向锁定的方式安装一所述土压力盒，并使所述土压力盒的两个受压面外露；所述注浆管与切口锁接、连接管和锚头内部连通形成灌浆通道。

上述方案中，将土压力盒通过嵌装锁定的方式固定在切口锁接中，极大地提升了土压力盒在钻孔中的安装稳定可靠性、定向定位便捷性以及受压面直接有效性。

优选的，所述切口锁接包括连接头、锁卡管、切口管和密封套；所述连接头连接在所述切口管的上下两端，并在每端的所述连接头与切口管之间套接一所述锁卡管，上下两端设置的所述锁卡管将所述土压力盒锁定在所述切口锁接中间的切口管内，所述密封套套装在所述切口管外；所述连接管与所述连接头套接。

采用一种特殊的切口锁接结构装置进行土压力盒锁定安装，极大地提升了土压力盒在钻孔中的安装稳定可靠性、定向定位便捷性以及受压面直接有效性。

优选的，所述切口管竖向两侧的管壁上开设有切口，所述土压力盒的受压面设于所述切口处。以能够使安装在切口管内的土压力盒的受压面直接与灌浆体受力。

优选的，所述锁卡管可相对于所述连接头和切口管转动，以调节所述土压力盒的角度。调节使使用更加便捷，能提高受压面直接有效性。

优选的，所述连接头和切口管的径向端侧均设有阶梯孔，所述锁卡管卡接于所述阶梯孔内。阶梯孔能在轴向上对锁卡管进行限位，以更好实现通过锁卡管锁紧土压力盒，提高安装稳定的可靠性。

为保证更为有效锁紧，所述锁卡管上设有用于卡装所述土压力盒的卡槽，使所述土压力盒部分结构伸入所述锁卡管内。

优选的，所述钻孔综合监测装置还包括位移计和三通接头，所述位移计下接所述三通接头，所述注浆管和连接管分别与所述三通接头连接。能同步实时观测灌浆过程抬动变形位移值以及灌浆孔段附近地层应力变化值的综合监测装置，填补了灌浆过程中对灌浆孔段实时进行原位、微观监测技术空白。

为了提高整个钻孔综合监测装置的安装稳定性，所述位移计的上部设有用于固定钻孔综合监测装置的锚盘。

本发明还提供一种上述钻孔综合监测装置的安装方法，包括：

1)钻孔与固孔：将孔钻至要求深度，控制孔深误差以保证孔壁稳定；

2)土压力盒锁定：将土压力盒锁定在切口锁接的中间；

3)连接管配置：根据钻孔的孔深、土压力盒数量、土压力盒上下间距，计算配置连接管数量与单根长度；

4)按照土压力盒安装在钻孔中的数量、间距和深度，依次将锚头、连接管、锁定有土压力盒的切口锁接相连，并下入钻孔内，同时分别引出土压力盒监测信号线；

5)通过注浆管所有的切口锁接、连接管和锚头串联形成灌浆通道，向钻孔内灌注水泥浆；

6)连接管上部与地面混凝土盖板之间进行清理，再填充水泥浆；

7)将引出的土压力盒监测信号线与配套的监测控制仪表相连；

8)按要求对所有的土压力盒进行监测初始值设置、测试、记录。

优选的，水泥浆为粘土水泥浆，其浆液配比按照浆液28天固结强度0.5-2.0MPa试验确定。

优选的，水泥浆的配比为：水泥:膨润土:水＝3:7:10。

与相关技术相比，本发明的有益效果为：

一、通过设计位移计和土压力盒组合式结构，可同步实时观测灌浆过程抬动变形位移值以及灌浆孔段附近地层应力变化值的综合监测装置，填补了灌浆过程中对灌浆孔段实时进行原位、微观监测技术空白；

二、采用暗埋式位移计装置进行灌浆抬动监测，完全避免了传统的地面式抬动观测装置受钻孔、灌浆施工环境干扰影响，极大的提升了抬动监测的可靠性与监测精度；

三、采用在灌浆孔段附近安装土压力盒来实时监测灌浆过程应力变化情况，可对灌浆过程中灌浆压力、注入率、注浆量调控对地层的应力微观影响实时有效监测，及大地拓展了地下隐蔽条件下对松软地层进行防渗加固灌浆的有效性、可控性、安全性监测技术手段；

四、采用一种特殊的切口锁接的结构装置进行土压力盒锁定安装，极大地提升了土压力盒在钻孔中的安装稳定可靠性、定向定位便捷性以及受压面直接有效性。

附图说明

图1为本发明提供的钻孔综合监测装置安装后的结构示意图；

图2为沿图1的A-A剖视示意图。

附图中：1、注浆管；2、位移计；2-1、锚盘；3、三通接头；4、切口锁接；4-1、连接头；4-2-1、卡槽；4-2、锁卡管；4-3、切口管；4-4、密封套；4-5、切口；5、连接管；6、土压力盒；7、钻孔；8、锚头；9、土压监测仪；10、抬动监测仪。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

如图1所示，本实施例提供的一种钻孔综合监测装置安装在钻孔7内，其包括注浆管1、位移计2、三通接头3、切口锁接4、连接管5、土压力盒6、锚头8。

所述钻孔7地层为全风化、强蚀变花岗岩，设计孔深35m。钻孔直径为110mm。

所述注浆管1采用直径25mmPVC蛇皮软胶管。所述位移计2采用型号为VWD-100C、量程为0-100mm的土体位移计。所述土压力盒6采用型号为VSP520S、量程为1.6Ma、圆盘外径为60mm的土压力盒。所述三通接头3为直径为40mm钢管与直径为20mm钢管焊接组件。所述连接管5采用直径为40mm钢管制作。

所述位移计2下接所述三通接头3，所述锚头8上接所述连接管5，所述切口锁接4通过所述连接管5在所述三通接头3和锚头8之间串接有多个。以嵌装且轴向锁定的方式在每个所述切口锁接4内安装一所述土压力盒6，并使所述土压力盒6的受压面外露。所述注浆管1与所述三通接头3连接，所述注浆管1、三通接头3、切口锁接4、连接管5和锚头8内部连通形成灌浆通道。所述锚头8采用直径为60mm的A3圆钢制作，内部设有中空通道。所述位移计2的上端设有锚盘2-1，采用厚10mm的钢板制作。

如图2所示，所述切口锁接4包括连接头4-1、锁卡管4-2、切口管4-3和密封套4-4。所述连接头4-1采用直径为75mmA3圆钢制作；所述锁卡管4-2采用直径为25mm硬PVC管制作。所述切口管4-3采用直径为73mm、壁厚为3.5mm钢管制作。所述密封套4-4采用内径为75mm的农用水带制作。

所述连接头4-1连接在所述切口管4-3的上下两端，并在每端的所述连接头4-1与切口管4-3之间套接一所述锁卡管4-2。所述锁卡管4-2上设有用于卡装所述土压力盒6的卡槽4-2-1，通过上下两端设置的所述锁卡管4-2将所述土压力盒6锁定在所述切口锁接4中间的切口管4-3内，且所述土压力盒6部分结构伸入所述锁卡管4-2内。所述连接头4-1和切口管4-3的径向端侧均设有阶梯孔，所述锁卡管4-2卡接于所述阶梯孔内。这样，所述土压力盒6上的受压面的朝向可通过转动锁卡管4-2进行调整。

如图2所示，所述切口管4-3竖向两侧开设有切口4-5。所述切口4-5向内平行开设，切口4-5形成后使切口管4-3形成薄壁管，在薄壁管上开设多个通孔，土压力盒6固定后，其受压面通过所述通孔暴露，以能直接与灌浆体受力。

所述密封套4-4采用与切口管4-3外径相同的高强软管，套装在所述切口管4-3外，用作密封所述切口管4-3上开设的切口，形成密闭的灌浆通道。所述连接管5套接所述连接头4-1内与锁卡管4-2和土压力盒6相通。所述连接头4-1采用包覆的方式与连接管5套接。

所述土压力盒6采用振弦式双面压力盒，也可采用其他圆盘时双面压力盒。所述压力盒安装间距为2-5m。

所述注浆管1、三通接头3、切口锁接4、连接管5和锚头8内部连通形成灌浆通道。所述位移计2、三通接头3、切口锁接4、连接管5、土压力盒6、锚头8与钻孔7之间采用粘土水泥浆进行回填灌注。所述粘土水泥浆浆液配比按照浆液28天固结强度0.5-2.0MPa试验确定。

所述位移计2上部的锚盘2-1采用水泥砂浆或水泥浓浆锚固在地面混凝土盖板中。

本发明还提供一种上述钻孔综合监测装置的安装方法，包括如下步骤：

步骤S1，钻孔7钻孔与固孔。钻孔地层为全风化、强蚀变花岗岩，孔深35m。钻孔直径为110mm，采用110mm全断面复合片钻头，地质回转钻进、泥浆护壁钻孔工艺成孔。

步骤S2，土压力盒6锁定，本实施例土压力盒6的安装孔深为10m-30m，上下间距为5m，共计安装5个土压力盒，全部预先锁定在切口锁接4中间并依次进行编号，土压力盒6应锁定稳固，土压力盒6的两个受压面应与切口4-5的切口面保持平行。

步骤S3，连接管5配置，本实施例配置的连接管5单根长度为2.45m，共计14根。

步骤S4，按照土压力盒6安装在钻孔7中所要求的孔深、间距、数量，依次将锚头8、连接管5、锁定有土压力盒6的切口锁接4、连接管5、套接好灌浆管1的三通接头3、位移计2、连接管5、锚盘2-1通过螺纹连接紧固后下入钻孔7内，同时分别引出土压力盒6与位移计2监测信号线。

步骤S5，通过注浆管1、三通接头3、所有切口锁接4、连接管5和锚头8中空通道串联形成灌浆通道。向钻孔7内灌注水泥浓浆或水泥砂浆，确保位移计2、三通接头3、所有切口锁接4与连接管5、锚头8与钻孔之间充填灌浆密实。本实施例充填灌浆浆液配比为：水泥:膨润土:水＝3:7:10，浆液取样测得28天固结强度约1.5MPa。

步骤S6，位移计2上部锚盘2-1与地面混凝土盖板之间清除干净后填充水泥0.5:1水泥浓浆，待凝不小于72h。

步骤S7，分别连接引出的土压力盒6的监测信号线与土压监测仪表9连接，位移计2引出的监测信号线与抬动监测仪表10连接，按要求分别对位移计2以及所有的土压力盒6进行监测初始值设置、测试、记录。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种钻孔综合监测装置，包括连接管(5)、土压力盒(6)和锚头(8)，其特征在于，还包括注浆管(1)切口锁接(4)，所述锚头(8)上接所述连接管(5)，所述切口锁接(4)在所述连接管(5)上串接有多个；在每个所述切口锁接(4)内以嵌装且轴向锁定的方式安装一所述土压力盒(6)，并使所述土压力盒(6)的两个受压面外露；所述注浆管(1)与切口锁接(4)、连接管(5)和锚头(8)内部连通形成灌浆通道。

2.根据权利要求1所述的钻孔综合监测装置，其特征在于，所述切口锁接(4)包括连接头(4-1)、锁卡管(4-2)、切口管(4-3)和密封套(4-4)；所述连接头(4-1)连接在所述切口管(4-3)的上下两端，并在每端的所述连接头(4-1)与切口管(4-3)之间套接一所述锁卡管(4-2)，上下两端设置的所述锁卡管(4-2)将所述土压力盒(6)锁定在所述切口锁接(4)中间的切口管(4-3)内，所述密封套(4-4)套装在所述切口管(4-3)外；所述连接管(5)与所述连接头(4-1)套接。

3.根据权利要求2所述的钻孔综合监测装置，其特征在于，所述切口管(4-3)竖向两侧的管壁上开设有切口(4-5)，所述土压力盒(6)的受压面设于所述切口(4-5)处。

4.根据权利要求2所述的钻孔综合监测装置，其特征在于，所述锁卡管(4-2)可相对于所述连接头(4-1)和切口管(4-3)转动，以调节所述土压力盒(6)的角度。

5.根据权利要求2所述的钻孔综合监测装置，其特征在于，所述连接头(4-1)和切口管(4-3)的径向端侧均设有阶梯孔，所述锁卡管(4-2)卡接于所述阶梯孔内。

6.根据权利要求2所述的钻孔综合监测装置，其特征在于，所述锁卡管(4-2)上设有用于卡装所述土压力盒(6)的卡槽(4-2-1)，使所述土压力盒(6)部分结构伸入所述锁卡管(4-2)内。

7.根据权利要求1所述的钻孔综合监测装置，其特征在于，还包括位移计(2)和三通接头(3)，所述位移计(2)下接所述三通接头(3)，所述注浆管(1)和连接管(5)分别与所述三通接头(3)连接。

8.根据权利要求7所述的钻孔综合监测装置，其特征在于，所述位移计(2)的上部设有用于固定钻孔综合监测装置的锚盘(2-1)。

9.一种如权利要求1～8任一项所述的钻孔综合监测装置的安装方法，其特征在于，包括：

1)钻孔与固孔：将孔钻至要求深度，控制孔深误差以保证孔壁稳定；

2)土压力盒锁定：将土压力盒锁定在切口锁接的中间；

3)连接管配置：根据钻孔的孔深、土压力盒数量、土压力盒上下间距，计算配置连接管数量与单根长度；

4)按照土压力盒安装在钻孔中的数量、间距和深度，依次将锚头、连接管、锁定有土压力盒的切口锁接相连，并下入钻孔内，同时分别引出土压力盒监测信号线；

5)通过注浆管所有的切口锁接、连接管和锚头串联形成灌浆通道，向钻孔内灌注水泥浆；

6)连接管上部与地面混凝土盖板之间进行清理，再填充水泥浆；

7)将引出的土压力盒监测信号线与配套的监测控制仪表相连；

8)按要求对所有的土压力盒进行监测初始值设置、测试、记录。

10.根据权利要求8所述的钻孔综合监测装置的安装方法，其特征在于，水泥浆为粘土水泥浆，其浆液配比按照浆液28天固结强度0.5-2.0MPa试验确定；水泥浆的配比为：水泥:膨润土:水＝3:7:10。

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