一種用于軟土地層的彈簧臂式多點位移計錨頭的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于軟土地層的彈簧臂式多點位移計錨頭，包括中軸筒、外筒、傳力桿、底盤和拉繩，中軸筒外壁上設有限定組件，底端與底盤中心連接，外筒套于中軸筒上，傳力桿頂端通過螺鈕連接外筒底端，還包括頂端設有開關組件的彈簧臂筒機構，彈簧臂筒機構頂端通過螺鈕連接傳力桿底端，底端通過螺鈕連接底盤，拉繩一端連接開關組件，另一端固定于中軸筒頂端，中軸筒、底盤和彈簧臂筒機構均為中空結構，錨頭閉合狀態下插入軟土地層，錨頭展開狀態下，彈簧臂筒機構呈水平狀態，開關組件打開，彈簧臂筒機構頂端伸展插入周圍土體。與現有技術相比，本發明能實現可靠、便捷地測量軟土地區不同土層沉降量，為基坑工程和地下工程提供地層沉降監測數據。
【專利說明】一種用于軟土地層的彈簧臂式多點位移計錨頭
【技術領域】
[0001]本發明涉及巖土工程檢測【技術領域】，尤其是涉及一種用于軟土地層的彈簧臂式多點位移計錨頭。
【背景技術】
[0002]為獲得軟土地區基坑工程和地下工程在勘察階段和施工開挖過程中地基沉降量信息，需在鉆孔內設置多點位移計進行監測。目前已有的鉆孔多點位移計測點固定裝置主要有刃刀切入式、注漿式、彈片式、液壓支撐式和倒楔式等，但由于其施加錨固力時對鉆孔孔壁土體擾動較大，破壞了軟土地區原本軟弱的土體結構，常導致很難測得理想地層沉降數據，因此常采用一個孔測一個地層沉降量的方法進行測量，大大增加了工程造價，同時觀測點布置過多，也妨礙開挖支護施工工序，在觀測點的保護方面也造成了極大的困難。另夕卜，現有的多點位移計錨頭自重較大，在軟土地區應用時對測量結果產生較大影響。
[0003]中國專利CN 202361914U公開了一種可回收式多點位移計，該裝置包括孔口讀數裝置、孔內錨固裝置及人工操縱桿，錨固方式采用鋼片張開式，對于軟土地區，該方式無法有效施加錨固力，另外由于其錨頭與操縱桿分離在安裝和拆卸操縱桿時很容易使孔壁土體受到擾動，從而很難獲得軟土地區地層沉降的理想數據。
[0004]中國專利CN 203393695U公開了一種巖土工程安全監測水平多點位移計裝置，該裝置包括一根排氣管，遠端錨頭和近端錨頭，適用于監測巖體變形的裝置，不適用于軟土地層的錨固及地層沉降的測量，且其注漿管、排氣管沒有伸縮的功能，也不是對稱或者均勻分布的。
【發明內容】
[0005]本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種用于軟土地層的彈簧臂式多點位移計錨頭，能夠更加可靠、便捷地用于測量軟土地區不同土層沉降量，為基坑工程和地下工程提供地層沉降監測數據。
[0006]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0007]一種用于軟土地層的彈簧臂式多點位移計錨頭，包括中軸筒、外筒、傳力桿、底盤和拉繩，所述中軸筒外壁上設有限定組件，底端與底盤中心連接，所述外筒套于中軸筒上，所述傳力桿頂端通過螺鈕連接外筒底端，并繞螺鈕垂向旋轉，還包括頂端設有開關組件的彈簧臂筒機構，所述彈簧臂筒機構頂端通過螺鈕連接傳力桿底端，底端通過螺鈕連接底盤，并繞螺鈕垂向旋轉，所述拉繩一端連接開關組件，另一端固定于中軸筒頂端，中軸筒、伸縮臂筒機構和底盤均為中空結構，開關組件包括臂筒閘和臂筒卡槽，彈簧臂筒機構設有內置彈費。
[0008]所述伸縮臂筒機構設有臂孔和底端開口，所述底盤外圈設有與水平狀態的彈簧臂筒機構底端相貫通的水平開口，水平狀態下的彈簧臂筒機構的底端開口與底盤的水平開口貫通連接，錨頭以閉合狀態置于軟土地層后伸展為展開狀態，從中軸筒頂端注入漿液，漿液進入底盤后，再由彈簧臂筒機構的臂孔流入周圍土體，待漿液凝結，錨頭與周圍土體固定。
[0009]錨頭閉合狀態下，外筒位于限定組件上方，彈簧臂筒機構呈豎直狀態時，開關組件關閉，插入軟土地層，錨頭展開狀態下，外筒沿中軸筒向下移動，推動傳力桿，使得彈簧臂筒機構呈水平狀態，此時限定組件對外筒予以限定，拉繩拉起臂筒閘，彈簧臂筒機構在內置彈簧的作用下，伸展插入周圍土地，錨頭與周圍土體固定。
[0010]錨頭底盤上的彈簧臂筒機構伸展完成后，從中軸筒上部開口注入足量的漿液，漿液通過中軸筒、底盤和伸縮臂筒機構，經臂孔進入周圍土體，靜置一段時間，直到錨頭與其周圍土體膠結良好。
[0011]所述彈簧臂筒機構包括由外向內依次嵌套的一個以上的臂筒單件，每級臂筒單件通過內置彈簧連接上一級臂筒單件底端，最外層的臂筒單件頂端通過螺鈕連接傳力桿，底端通過螺鈕連接底盤，所述開關組件設于最外層的臂筒單件頂端，開關組件抵住內層的臂筒單件頂端，開關組件打開后，在內置彈簧的作用下，內層的臂筒單件向外伸展，且相鄰臂筒單件端部之間通過臂筒內扣固定連接。
[0012]所述內置彈簧通過臂筒底環設于臂筒單件內壁上，所述臂筒內扣分別設于相鄰臂筒單件端部上。
[0013]所述開關組件中的臂筒卡槽設于最外層的臂筒單件頂端，所述臂筒閘一端設于最外層的臂筒頂端，另一端插入臂筒卡槽內，臂筒閘抵住內層的臂筒單件頂端，所述拉繩連接臂筒閘，拉繩拉動臂筒閘時，臂筒閘彈出臂筒卡槽。
[0014]所述彈簧臂筒機構為四組，均布設置，每個彈簧臂筒機構與對應的傳力桿通過螺鈕連接。
[0015]所述彈簧臂筒機構外壁上設有臂筒延長臂，錨頭展開狀態下，彈簧臂筒機構的底端開口通過臂筒延長臂與底盤的水平開口貫通連接。
[0016]所述中軸筒外壁、外筒外壁和傳力桿自上至下均設有拉繩環，所述拉繩一端連接彈簧臂筒機構的開關組件，另一端依次穿過拉繩環后固定于中軸筒頂端。
[0017]所述限定組件包括彈動按鈕和限定塊，所述彈動按鈕通過螺鈕和彈簧連接中軸筒外壁，所述限定塊設于彈動按鈕下方的中軸筒外壁上，所述外筒內壁上設有與彈動按鈕尺寸一致的凹槽，彈動按鈕經彈簧作用卡入凹槽。彈簧受力壓縮時，彈動按鈕縮入中軸筒外壁內，彈簧未受力時，彈動按鈕凸出中軸筒外壁，外筒沿中軸筒向下移動時，彈動按鈕經彈簧受力卡入凹槽，限定塊凸起限定外筒向下移動位置，從而固定錨頭展開狀態時外筒的位置。
[0018]所述中軸筒、外筒、傳力桿、彈簧臂筒機構和底盤的制成材料均為鍍鉻不銹鋼。
[0019]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0020]I)本發明傳力桿與外筒之間、傳力桿與彈簧臂筒機構之間、彈簧臂筒機構與底盤之間，分別通過可繞之轉動的螺鈕連接，錨頭展開狀態時，內置彈簧的彈簧臂筒機構伸入周圍土體，進行錨固，可大大減少對土體擾動，適合用于軟土地層。
[0021]2)本發明采用中空的中軸筒、底盤及彈簧臂筒機構，有助于減少生產耗材，可用于注漿固結錨定，有助于進一步穩固錨頭及其上部設施；不需注漿固結錨定時，使用過后可回收再利用。
[0022]3)本發明錨頭結構簡單，安裝方便，錨頭閉合狀態插入軟土地層，推動外筒，并拉動拉繩，使錨頭為展開狀態，完成安裝。
[0023]4)本發明錨頭采用鍍鉻不銹鋼，中空結構較輕，底部實際總受力面較大，且采用對稱設置，大大增加了錨頭的穩定性，可減小因儀器自重對測量產生的影響，可更準確地反映出土層位移信息，同時可一孔多測，降低了監測鉆孔的數量降低工程成本，減少了施工時間，具有較高的實用價值和市場前景。
[0024]5)本發明錨頭結構可靠、牢固，采用拉繩輕質光滑，強度足以將臂筒閘從臂筒凹槽中順暢拉出；拉繩環光滑，強度足以承受拉繩拉出臂筒閘的操作；臂筒單件之間通過臂筒內扣連接契合，防止相互脫離；外筒撐開后，可由彈動按鈕和限定塊凸起予以限定。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為本發明彈簧臂式多點位移計錨頭閉合時正視結構示意圖；
[0026]圖2為本發明彈簧臂式多點位移計錨頭閉合時彈動按鈕結構示意圖；
[0027]圖3為本發明彈簧臂式多點位移計錨頭閉合時彈簧臂筒機構仰視結構示意圖；
[0028]圖4為本發明彈簧臂式多點位移計錨頭閉合時俯視結構示意圖；
[0029]圖5為本發明彈簧臂式多點位移計錨頭閉合時彈簧臂筒機構結構示意圖；
[0030]圖6為本發明彈簧臂式多點位移計錨頭展開時彈簧臂筒機構結構示意圖；
[0031]圖7為本發明彈簧臂式多點位移計錨頭展開一級臂筒后正視結構示意圖；
[0032]圖8為本發明彈簧臂式多點位移計錨頭完全展開后正視結構示意圖；
[0033]圖9為本發明彈簧臂式多點位移計錨頭完全展開后俯視結構示意圖。
[0034]圖中:1為中軸筒，2為拉繩環，3為拉繩，4為外筒，5為拉繩環，6為螺鈕，7為傳力桿，8為彈動按鈕，9為拉繩環，10為限定塊，11為螺鈕，12為一級臂筒，13為臂孔，14為臂筒延長臂，15為螺鈕，16為底盤，17為臂筒閘，18為二級臂筒，19為三級臂筒，20為臂筒內扣，21為臂筒卡槽，22為一級內置彈簧，23為臂筒底環，24為二級內置彈簧，25為彈簧，26為螺鈕。
【具體實施方式】
[0035]下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。本實施例以本發明技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0036]如圖1、圖4所示，一種用于軟土地層的彈簧臂式多點位移計錨頭，包括中軸筒1、外筒4、傳力桿7、彈簧臂筒機構、底盤16和拉繩3，中軸筒1、外筒4、伸縮臂筒機構和底盤16均為中空結構，傳力桿7和彈簧臂筒機構均為四組，中軸筒1、外筒4、傳力桿7和底盤16的制成材料均為鍍鉻不銹鋼。
[0037]如圖1所示，中軸筒I底端與底盤16中心的孔洞貫通連接為一整體，中軸筒I嵌套于外筒4中，中軸筒I外壁中部下方上設有限定組件，限定組件為兩組，以180°為間隔、對稱設置于中軸筒I外壁上，每組限定組件包括彈動按鈕8和限定塊10，如圖2所示，彈動按鈕8上部尖端通過螺鈕26連接中軸筒I外壁，下部通過彈簧25連接中軸筒I外壁，彈簧25受力壓縮時，彈動按鈕8縮入中軸筒I外壁，彈簧25未受力時，彈動按鈕8凸出中軸筒I外壁，限定塊10設于彈動按鈕8下方的中軸筒I外壁上，外筒4內壁上設有與彈動按鈕8尺寸一致的凹槽，如圖7所示，當外筒4垂直臂筒擠壓彈動按鈕8，彈動按鈕8經彈簧25受力完全壓入對應的凹槽中，限定塊10凸起限定外筒4向下移動位置，用于固定錨頭展開狀態時外筒4的位置，從而保證當撐下外筒4后，限定組件能較好地限定外筒4。彈動按鈕8及限定塊10凸起的結構與尺寸均不會影響到其它部件的正常運作。
[0038]如圖1所示，外筒4上部主體為長圓筒狀，下端部加大呈短喇叭狀。外筒4底端四周通過螺鈕6分別連接四個傳力桿7頂端，四個傳力桿7以90°為間隔均布設置，并通過螺鈕6繞外筒4底端垂向自由旋轉。
[0039]如圖1所示，傳力桿7底端通過螺鈕11連接對應的彈簧臂筒機構設有開關組件的頂端，彈簧臂筒機構亦均布設置，傳力桿7、彈簧臂筒機構之間可以繞螺鈕11相互繞轉。
[0040]如圖3、圖5、圖6所示，彈簧臂筒機構包括由外向內依次嵌套的三個臂筒單件，即一級臂筒12、二級臂筒18和三級臂筒19，它們均為底端口徑大于頂端口徑的中空結構，且兩側設有臂孔13，一級臂筒12兩端開口，通過設于一級臂筒12內壁上的一級內置彈簧25連接二級臂筒18底端，二級臂筒18兩端開口，通過設于二級臂筒18內壁上的二級內置彈簧25連接三級臂筒19底端，三級臂筒19底端開口，頂端封閉，一級內置彈簧25和二級內置彈簧24分別通過臂筒底環23分別設于一級臂筒12內壁和二級臂筒18內壁上，均可在對應臂筒內自由伸展，則一級內置彈簧24向一級臂筒12頂端伸展時，推動二級臂筒18向外伸展，二級內置彈簧24向二級臂筒18頂端伸展時，推動三級臂筒19向外伸展。開關組件設于一級臂筒12頂端上，抵住二級臂筒18和三級臂筒19的頂端，傳力桿7通過可繞之轉動的螺鈕11連接一級臂筒12頂端，底盤16通過可繞之轉動的螺鈕15連接一級臂筒12底端，當外筒4推動傳力桿7，使得一級臂筒12呈水平狀態，開關組件打開，二級臂筒18和三級臂筒19受內置彈簧的彈力作用伸展進入周圍土體，相鄰臂筒單件端部設有臂筒內扣20，并通過臂筒內扣20固定連接，防止二級臂筒18和三級臂筒19在伸展過程中脫落，且可增加臂筒端部銜接處的密閉性，防止注漿過程中，漿液在臂筒端銜接處發生過量泄漏。其中，三級臂筒19、二級臂筒18、一級臂筒12和內置彈簧的制成材料均為鍍鉻不銹鋼。一級內置彈簧24和二級內置彈簧25的彈力均足以將二級臂筒18、三級臂筒19充分彈入一般土層。
[0041]如圖1、圖5所示，中軸筒I外壁、外筒4外壁和四個傳力桿7在對應于四個螺鈕6的方位上、自上至下均設有拉繩環(2、5、9)，拉繩3 —端連接彈簧臂筒機構的開關組件，另一端依次穿過拉繩環(2、5、9)后固定于中軸筒I頂端，開關組件包括臂筒閘17和臂筒卡槽21，為了臂筒閘17能較好地限定二級臂筒18和三級臂筒19，二級臂筒18和三級臂筒19的頂端開口為斜切面，臂筒卡槽21設于一級臂筒12頂端筒壁上，臂筒閘17 —端設于一級臂筒12頂端筒壁上，另一端插入臂筒卡槽21內，抵住二級臂筒18和三級臂筒19的頂端，拉繩3連接臂筒閘17，拉繩3拉動臂筒閘17時，臂筒閘17彈出臂筒卡槽21。設置拉繩環(2、5、9)可有效防止拉繩3在錨頭安置過程中脫落或隨意擺動，三組拉繩環(2、5、9)均光滑牢靠，拉繩3輕細、抗拉強度大，可順暢地透過拉繩環(2、5、9)將臂筒閘17拉出。
[0042]如圖7、圖8、圖9所示，底盤16外圈設有與四個水平狀態的一級臂筒12的底端開口相對應貫通的四個水平開口，水平開口直徑與一級臂筒12的底端開口直徑相等，一級臂筒12能通過螺鈕15繞底盤16垂向自由繞動，同時一級臂筒12外壁上設有臂筒延長臂14，一級臂筒12繞螺鈕15轉至水平時，其底端開口通過臂筒延長臂14與底盤16對應的水平開口貫通連接，良好契合，可防止在注漿過程中，發生漿液過度集中于底盤16邊沿外。
[0043]該錨頭工作過程:
[0044]I)如圖1所示，錨頭安放前為閉合狀態，彈簧臂筒機構呈直立狀態，與彈簧臂筒機構和外筒4連接的傳力桿7均呈近直立狀態，外筒4位于限定組件上方，拉繩3透過拉繩環(2、5、9)自中軸筒I至一級臂筒12頂端，與臂筒閘17相連，臂筒閘17完好插在一級臂筒12頂端的臂筒卡槽21中，以限定二級臂筒18、三級臂筒19向外伸展。
[0045]2)如圖7所示，錨頭以閉合狀態被安置到軟土地層中后，向底盤16方向推動外筒4，通過傳力桿7傳力，使得底盤16上四個一級臂筒12側壓入周邊土層，直至一級臂筒12呈水平狀態，一級臂筒12的底端開口通過其外側臂筒延長臂14可有效地與底盤16的水平開口相嵌合。此時，外筒4由中軸筒I上的彈動按鈕8和限定塊10凸起限定位置。拉繩3有足夠的長度以保證隨著一級臂筒12的撐開，不從中軸筒I上部拉繩環5中脫落或者拉出臂筒閘17。
[0046]3)如圖8、圖9所示，一級臂筒12被撐開后，拉動拉繩3上端，將臂筒閘17從臂筒卡槽21中拉出，二級臂筒18、三級臂筒19順勢在內置彈簧的彈力作用下，向外彈出，伸展入周圍土體中，相鄰臂筒單件之間通過臂筒內扣20連接契合，防止相互脫離。
[0047]4)若采用注漿方式進一步固定時，待錨頭底盤16上的彈簧臂筒機構伸展完成后，從中軸筒I上部開口注入足量的漿液，再由彈簧臂筒機構的臂孔13流入周圍土體，靜置一段時間，直到錨頭與其周邊土體膠結良好，實現在盡量減少擾動軟土地層的前提下，保證錨頭安置穩固的目的。
[0048]綜上所述，外筒4、拉繩3、傳力桿7構成本發明的錨固力施加系統，通過外筒4撐開傳力桿7，展開一級臂筒12，一級臂筒12初步進入底盤16周圍土體；通過拉繩3將臂筒閘17拉出臂筒卡槽21，二級臂筒18、三級臂筒19受一級臂筒12、二級臂筒18中內置彈簧的彈力作用，向底盤16周圍土體中伸展，彈簧臂筒機構完全展開，不需注漿固結錨定時，使用過后可回收再利用。基于此錨頭結構，有助于為軟土地區基坑工程、地下工程勘察階段和施工開挖過程提供沉降檢測數據。
【權利要求】
1.一種用于軟土地層的彈簧臂式多點位移計錨頭，包括中軸筒、外筒、傳力桿、底盤和拉繩，所述中軸筒外壁上設有限定組件，底端與底盤中心連接，所述外筒套于中軸筒上，所述傳力桿頂端通過螺鈕連接外筒底端，并繞螺鈕垂向旋轉，其特征在于，還包括頂端設有開關組件的彈簧臂筒機構，所述彈簧臂筒機構頂端通過螺鈕連接傳力桿底端，底端通過螺鈕連接底盤，并繞螺鈕垂向旋轉，所述拉繩一端連接開關組件，另一端固定于中軸筒頂端，中軸筒、底盤和彈簧臂筒機構均為中空結構，錨頭閉合狀態下，外筒位于限定組件上方，彈簧臂筒機構呈豎直狀態時，開關組件關閉，插入軟土地層，錨頭展開狀態下，外筒沿中軸筒向下移動，推動傳力桿，使得彈簧臂筒機構壓入周圍土體中，呈水平狀態，此時限定組件固定連接外筒，拉繩拉起，開關組件打開，彈簧臂筒機構頂端伸展，進一步插入周圍土體。
2.根據權利要求1所述的一種用于軟土地層的彈簧臂式多點位移計錨頭，其特征在于，所述彈簧臂筒機構包括由外向內依次嵌套的一個以上的臂筒單件，每級臂筒單件通過內置彈簧連接上一級臂筒單件底端，最外層的臂筒單件頂端通過螺鈕連接傳力桿，底端通過螺鈕連接底盤，所述開關組件設于最外層的臂筒單件頂端，抵住內層的臂筒單件頂端，開關組件打開后，在內置彈簧的作用下，內層的臂筒單件向外伸展，且相鄰臂筒單件端部之間通過臂筒內扣固定連接。
3.根據權利要求2所述的一種用于軟土地層的彈簧臂式多點位移計錨頭，其特征在于，所述內置彈簧通過臂筒底環設于臂筒單件內壁上，所述臂筒內扣分別設于相鄰臂筒單件端部上。
4.根據權利要求2所述的一種用于軟土地層的彈簧臂式多點位移計錨頭，其特征在于，所述開關組件包括臂筒閘和臂筒卡槽，所述臂筒卡槽設于最外層的臂筒單件頂端，所述臂筒閘一端設于最外層的臂筒頂端，另一端插入臂筒卡槽內，抵住內層的臂筒單件頂端，所述拉繩連接臂筒閘，拉繩拉動臂筒閘時，臂筒閘彈出臂筒卡槽。
5.根據權利要求1所述的一種用于軟土地層的彈簧臂式多點位移計錨頭，其特征在于，所述彈簧臂筒機構為四組，均布設置。
6.根據權利要求1?5中任一項所述的一種用于軟土地層的彈簧臂式多點位移計錨頭，其特征在于，所述伸縮臂筒機構設有臂孔和底端開口，所述底盤外圈設有與水平狀態的彈簧臂筒機構的底端開口相貫通的水平開口，錨頭以閉合狀態置于軟土地層后伸展為展開狀態，水平狀態下的彈簧臂筒機構的底端開口與底盤的水平開口貫通連接，從中軸筒頂端注入漿液，漿液進入底盤后，再由彈簧臂筒機構的臂孔流入周圍土體，待漿液凝結，錨頭與周圍土體固定。
7.根據權利要求6所述的一種用于軟土地層的彈簧臂式多點位移計錨頭，其特征在于，所述彈簧臂筒機構外壁上設有臂筒延長臂，錨頭展開狀態下，彈簧臂筒機構的底端開口通過臂筒延長臂與底盤的水平開口貫通連接。
8.根據權利要求1所述的一種用于軟土地層的彈簧臂式多點位移計錨頭，其特征在于，所述中軸筒外壁、外筒外壁和傳力桿自上至下均設有拉繩環，所述拉繩一端連接彈簧臂筒機構的開關組件，另一端依次穿過拉繩環后固定于中軸筒頂端。
9.根據權利要求1所述的一種用于軟土地層的彈簧臂式多點位移計錨頭，其特征在于，所述限定組件包括彈動按鈕和限定塊，所述彈動按鈕通過螺鈕和彈簧連接中軸筒外壁，所述限定塊設于彈動按鈕下方的中軸筒外壁上，所述外筒內壁上設有與彈動按鈕尺寸一致的凹槽，彈動按鈕經彈簧作用卡入凹槽。
10.根據權利要求1所述的一種用于軟土地層的彈簧臂式多點位移計錨頭，其特征在于，所述中軸筒、外筒、傳力桿、彈簧臂筒機構和底盤的制成材料均為鍍鉻不銹鋼。
【文檔編號】E02D33/00GK104499511SQ201410705909
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月27日 優先權日:2014年11月27日
【發明者】王建秀, 吳林波, 劉紹莉, 高峰, 劉佳星 申請人:同濟大學