路橋沉降差實時監測系統及其方法
【專利摘要】本發明公開了一種路橋沉降差實時監測系統，主要由連通管系統和靜力水準數據實時采集裝置組成，連通管系統包括橋梁端液位計、路基端液位計及其相互連通的連通管，靜力水準數據實時采集裝置連接液位。據此，利用連通管原理和液位計對路橋沉降差進行實時監測，推導得到了路橋沉降差的科學計算公式式，并利用液位計傳感器和遠程采集系統建立了相應的路橋沉降差實時監測方法。將本發明應用于橋梁健康監測領域，可實現高精度、自動化、實時動態地測量橋頭路基與橋梁的沉降差，為橋頭沉降差的研究提供基礎數據。
【專利說明】
路橋沉降差實時監測系統及其方法
技術領域
[0001] 本發明屬于橋梁監測技術領域，尤其設及一種路橋沉降差實時監測系統及其方 法。
【背景技術】
[0002] 橋頭跳車是目前我國公路質量通病之一，它是指在橋梁與路基交界處由于橋臺與 路堤沉降不一致，而導致橋頭處出現錯臺，致使車輛行駛在運一位置時，產生顛鑛、跳躍的 現象。特別是近年來隨著我國高等級公路的迅速發展，行車速度不斷提高，交通密度不斷增 加，荷載不斷加重，橋頭跳車現象尤為普遍，高等級公路對路橋過渡段的要求也越來越高。 橋頭跳車不僅嚴重影響行車的速度、安全、舒適，同時也會對汽車產生危害，降低車輛使用 壽命，而且由于產生過大的沖擊荷載，會對橋涵結構造成危害，影響其正常工作性能，并且 對橋涵與路面連接處造成頻繁破壞。因此，綜合分析和討論橋頭跳車問題，提出防治橋頭跳 車處理措施，對我國公路建設有著重大的理論和現實意義。國內外眾多學者都對運個問題 進行了大量理論與試驗研究，認為引起橋頭跳車的主要原因之一是橋梁的沉降與橋頭路基 的沉降不一致。一般地，路基是由填±構成的，在路面車輛荷載的反復作用下，其沉降量通 常要比橋梁的沉降量大很多，運時在橋頭路基與橋梁的交接處，就會產生一個沉降差，進而 引起橋頭跳車。對路與橋沉降差進行實時監測，獲得沉降差的發展規律，是研究橋頭跳車產 生的原因 W及如何提出處理措施的基礎工作。從工程應用現狀來看，目前還缺乏有效的路 橋沉降差實時監測的技術手段。
【發明內容】
[0003] 本發明要解決的技術問題是提供一種安裝方便、精度較高的路橋沉降差實時監測 系統及其方法，W實現對路橋沉降差的實時監測。
[0004] 為解決上述技術問題，本發明采用W下技術方案：
[0005] 路橋沉降差實時監測系統，主要由連通管系統和遠程采集箱組成，連通管系統包 括橋梁端液位計、路基端液位計及其相互連通的連通管，遠程采集箱連接液位計。
[0006] 連通管系統中灌注防凍液，連通管為PVC纖維增強軟網管，靜力水準數據實時采集 裝置通過數據傳輸線連接液位計。
[0007] 液位計具有安裝支架，安裝支架由調節螺桿、固定螺栓、固定鋼板和調節螺母組 成。
[000引路橋沉降差實時監測方法，包括W下步驟：
[0009] (1)在橋梁靠近梁端的主梁上安裝橋梁端液位計，通過調節螺母將液位計安裝調 節水平；
[0010] (2)在路橋交界處的路基上安裝路基端液位計，通過調節螺母將液位計安裝調節 水平；
[0011] (3)利用PVC纖維增強軟網管及Ξ通連接橋梁端液位計、路基端液位計組成連通管 系統；
[0012] (4)利用4忍電纜線將橋梁端液位計、路基端液位計的數據線連接至遠程采集箱；
[0013] (5)利用壓力累往連通管系統中灌注防凍液；
[0014] (6)測量灌注完成后的橋梁端液位計、路基端液位計的傳感器初始讀數；
[0015] (7)在后期監測過程中，利用遠程采集箱實時測量橋梁端液位計、路基端液位計的 傳感器讀數，采用公式計算出路橋沉降差，公式為：
[0016] 路橋沉降差=(橋梁端液位計傳感器初始讀數-路基端液位計傳感器初始讀數)- (橋梁端液位計傳感器實時讀數-路基端液位計傳感器實時讀數）。
[0017] 路基端液位計安裝高程與橋梁端液位計安裝高程相對偏差不超過± 10mm。
[0018] 橋梁端液位計設為1個、路基端液位計設為3個，分別為液位計A、B、C、D，其傳感器 初始讀數記為113、山山。山，其傳感器實時讀數記為11/3、1^心。山<1，則路橋沉降差公式為：
[0019] Δ hi=化a-hb)-化'a-h'b) (1)
[0020] Ah2=(ha-hc)-(hVh'c) (2)
[0021] Ah3=化 a-hd)-(h'a-h'd) (3)。
[0022] 步驟(5)按W下操作進行:打開液位計通氣孔，利用網管連接連通管系統與壓力累 進行加壓灌注，直至液位計的液位達到液位計量程的一半位置。
[0023] 針對路橋沉降研究當中缺乏沉降差監測數據的問題，發明人利用連通管液位平衡 原理，設計研制了一種路橋沉降差實時監測系統，主要由連通管系統和靜力水準數據實時 采集裝置組成，連通管系統包括橋梁端液位計、路基端液位計及其相互連通的連通管，靜力 水準數據實時采集裝置連接液位計和拉線式位移傳感器。據此，利用連通管原理和液位計 對路橋沉降差進行實時監測，推導得到了路橋沉降差的科學計算公式式（1)~(3))，并利用 液位計傳感器和遠程采集系統建立了相應的路橋沉降差實時監測方法。該方法自動化程度 高，不用人為干預，降低了人的勞動強度，監測結果精度可達到0.1mm的級別。其中，連通系 統采用防凍液作為連通液體，可滿足在負溫情況下工作，全天候實時了解路橋沉降差情況。 同時，可根據各類橋梁結構特點，調整各監測點的安裝位置或增減測點，實現監測點自由組 網。將本發明應用于橋梁健康監測領域，可實現高精度、自動化、實時動態地測量橋頭路基 與橋梁的沉降差，為橋頭沉降差的研究提供基礎數據。
【附圖說明】
[0024] 圖1是路橋沉降差實時監測系統組成示意圖。
[0025] 圖2是路液位計安裝底座示意圖。
[0026] 圖3是實施例1的路橋沉降差計算示意圖。
[0027] 圖中：1路基，2橋梁，3液位計，4安裝支架，5連通管，6數據傳輸線，7遠程采集箱，8 橋臺，9調節螺桿，10固定螺栓，11固定鋼板，12調節螺母。
【具體實施方式】
[0028] 如圖1和圖2所示，本發明的監測系統主要由連通管系統和靜力水準數據實時采集 裝置組成，連通管系統包括橋梁端液位計、路基端液位計及其相互連通的連通管，靜力水準 數據實時采集裝置7通過數據傳輸線6連接液位計。連通管5為PVC纖維增強軟網管，連通管 系統中灌注防凍液;液位計3具有安裝支架4,安裝支架由調節螺桿9、固定螺栓10、固定鋼板 11和調節螺母12組成，Ξ根調節螺桿和調節螺母可調節液位計安裝高度及調節水平，調節 范圍50cm~100cm。該監測系統可根據各類橋梁結構特點，調整各監測點的安裝位置或增減 測點，實現監測點自由組網。W下通過實例進一步說明本發明如何實施，其中橋梁端液位計 設為1個、路基端液位計設為3個。
[0029] 實施例1(如圖3所示）
[0030] (1)選用量程Η的液位計，利用安裝支架在橋梁2靠近梁端20cm的主梁上安裝橋梁 端液位計A，通過調節螺母將液位計安裝調節水平，安裝高程為化；
[0031] (2)在距路橋交界處50(3111、150(3111、220畑1的路基1上安裝路基端液位計8、(：、0，通過 調節螺母將液位計安裝調節水平，安裝高程調節為化、He、Hd，冊、化、Hd與化相對偏差不超 過 ± 10mm;
[0032] (3)利用PVC纖維增強軟網管及Ξ通連接橋梁端液位計A、路基端液位計B、C、D組成 連通管系統；
[0033] (4)利用4忍電纜線將橋梁端液位計A、路基端液位計B、C、D的數據線連接至遠程采 集箱；
[0034] (5)利用壓力累往連通管系統中灌注防凍液;打開液位計A、B、C、D通氣孔，利用網 管連接連通管系統與壓力累進行加壓灌注(防連通管中出現氣泡，避免出現因連通管氣泡 影響連通液體平衡流動而導致系統失真的情況），直至液位計A、B、C、D的液位達到液位計量 程的一半位置，即液位計測量讀數達到H/2。
[0035] (6)測量灌注完成后的橋梁端液位計A、路基端液位計B、C、D的傳感器初始讀數記 ^haNhbNhcNhd ；
[0036] (7)在后期監測過程中，利用遠程采集箱實時測量橋梁端液位計A、路基端液位計 B、C、D的傳感器讀數，記為l·/ a、h\、h/。山/ d，采用公式計算出路橋沉降差，公式為：
[0037] Ahi=化a-hb)-化'a-h'b) (1)
[003引 Ah2=Aa-hc)-A'a-h'c) (2)
[0039] Ah3=(ha-hd)-化 Vh'd) (3)
[0040] 式中Δhl、Ah2、Ah3分別表示B、C、DΞ個測點位置處路基與橋梁的沉降差，正號表示 路基沉降大于橋梁沉降，負號表示路基沉降小于橋梁沉降，沉降差最大量程可達到Η。
[0041] 實施例1測試結果見表1。
[00創表1實施例1測試結果
[0043]
【主權項】
1. 一種路橋沉降差實時監測系統，其特征在于主要由連通管系統和遠程采集箱組成， 連通管系統包括橋梁端液位計、路基端液位計及其相互連通的連通管，遠程采集箱連接液 位計。2. 根據權利要求1所述的路橋沉降差實時監測系統，其特征在于:所述連通管系統中灌 注防凍液，所述連通管為PVC纖維增強軟網管，所述遠程采集箱通過數據傳輸線連接液位 計。3. 根據權利要求1所述的路橋沉降差實時監測系統，其特征在于:所述液位計具有安裝 支架，安裝支架由調節螺桿、固定螺栓、固定鋼板和調節螺母組成。4. 一種路橋沉降差實時監測方法，其特征在于包括以下步驟： (1) 在橋梁靠近梁端的主梁上安裝橋梁端液位計，通過調節螺母將液位計安裝調節水 平； (2) 在路橋交界處的路基上安裝路基端液位計，通過調節螺母將液位計安裝調節水平； (3) 利用PVC纖維增強軟網管及三通連接橋梁端液位計、路基端液位計組成連通管系 統； (4) 利用4芯電纜線將橋梁端液位計、路基端液位計的數據線連接至遠程采集箱； (5) 利用壓力栗往連通管系統中灌注防凍液； (6) 測量灌注完成后的橋梁端液位計、路基端液位計的傳感器初始讀數； (7) 在后期監測過程中，利用遠程采集箱實時測量橋梁端液位計、路基端液位計的傳感 器讀數，采用公式計算出路橋沉降差，公式為： 路橋沉降差=(橋梁端液位計傳感器初始讀數-路基端液位計傳感器初始讀數)_(橋梁 端液位計傳感器實時讀數-路基端液位計傳感器實時讀數）。5. 根據權利要求1所述的路橋沉降差實時監測方法，其特征在于:所述路基端液位計安 裝高程與橋梁端液位計安裝高程相對偏差不超過± l〇mm。6. 根據權利要求1所述的路橋沉降差實時監測方法，其特征在于:所述橋梁端液位計設 為1個、路基端液位計設為3個，分別為液位計A、B、C、D，其傳感器初始讀數記為h a、hb、hc、hd， 其傳感器實時讀數記為M a、!/ b、!/d，則路橋沉降差公式為： A hi= (ha-hb)-(h/a-h7 b) (1) Δ h2= (ha_hc)_(h/ c) (2) A h3= (ha-hd)-(h/ a-h7 d) (3)〇7. 根據權利要求1所述的路橋沉降差實時監測方法，其特征在于步驟(5)按以下操作進 行:打開液位計通氣孔，利用網管連接連通管系統與壓力栗進行加壓灌注，直至液位計的液 位達到液位計量程的一半位置。
【文檔編號】G01C5/04GK106066171SQ201610526520
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年7月5日
【發明人】關敬文, 李麗琳, 肖桂元, 杜海龍, 蘇湘華, 李彩霞, 吳剛剛
【申請人】廣西路橋工程集團有限公司, 廣西交通科學研究院