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      振弦式多點位移計
          發布時間: 2017-12-05 21:24    

      VWM-2型振弦式多點位移計適用于長期埋設在水工結構物或土壩、土堤、邊坡、隧道等結構物內,測量結構物深層多部位的裂縫、接縫、位移、沉降、應變、滑移等,并可同步測量埋設點的溫度和智能識別功能。

      VWM型振弦式多點位移計,其中包括有VWM-20( )、VWM-50( )、VWM-100( )等型號,多種規格。如:VWM-20( ) 的后綴括號為單套儀器的測量點數。

      1用途    

         VWM型振弦式多點位移計適用于長期埋設在水工結構物或土壩、土堤、邊坡等結構物內,測量結構物深層多部位的位移、沉降、應變、滑移等,并可同步測量埋設點的溫度。

      2規格及主要技術參數

      規格代號

      VWM-20

      VWM-50

      VWM-100

      測量范圍,      mm

      020

      050

      0100

      最小讀數k,     mmF

      0.01

      0.02

      0.04

      測量精度: F.S

      ±0.1%

      ±0.1%

      ±0.1%

      溫度測量范圍,  

      -25+60

      -25+60

      -25+60

      溫度測量精度,  

      ±0.5

      ±0.5

      ±0.5

      溫度修正系數b,  mm/℃

      0.002

      0.002

      0.002

      耐水壓: MPa

      1

      1

      1

      絕緣電阻,       MΩ

      50

      50

      50

      注:頻率模數F=Hz2×10-3

      3.計算方法:

        3.1結構

      VWM型振弦式多點位移計主要由位移傳感器及護管、不銹鋼測桿及PVC護管、安裝基座、測桿護管連接座、錨頭、護罩、信號傳輸電纜等組成。

      3.2工作原理

      當被測結構物發生位移變形時將會通過多點位移計的錨頭帶動測桿,測桿再拉動位移計的拉桿產生位移變形。位移計拉桿的位移變形傳遞給振弦轉變成振弦應力的變化,從而改變振弦的振動頻率。電磁線圈激振振弦并測量其振動頻率,頻率信號經電纜傳輸至讀數裝置,即可測出被測結構物的變形量。VWM型振弦式多點位移計可同步測量埋設點的溫度值。

      a) 當外界溫度恒定多點位移計僅受到軸向變形時,其變形量L與輸出的頻率模數△F具有如下線性關系:

                                    L = KF

                                  F = F- F0

      式中: k — 多點位移計測量位移量的最小讀數,單位為mm/F;

           — 多點位移計實時測量值相對于基準值的變化量,單位為F;

             F — 多點位移計的實時測量值,單位為F;

            F— 多點位移計的基準值,單位為F。

        b) 當多點位移計不受外力作用時(儀器兩端標距不變),而溫度增加△T時,多點位移計有一個輸出量△F′,這個輸出量僅僅是由溫度變化而造成的,因此在計算時應給以扣除。

          實驗可知△F′與△T具有如下線性關系:

                             L= kF+ (b - hα)T = 0

                          kF= - (b - hα)T

                           T = T - T0

      式中: — 多點位移計的溫度修正系數,單位為mm/℃;

           — 溫度實時測量值相對于基準值的變化量,單位為℃;

             T — 溫度的實時測量值,單位為℃;

             T— 溫度的基準值,單位為℃;

            H — 測桿長度,單位為mm;

            α— 測桿的線膨脹系數,單位為10-6/℃。

        注:測桿材料為不銹鋼,不銹鋼的線膨脹系數一般取16.5×10-6/℃。

      c) 埋設在混凝土結構物或其它結構物內的多點位移計,受到的是變形和溫度的雙重作用,因此位移計的一般計算公式為:

                        Lm = kF + (b- hα)T = k (F - F0) + (b - hα)(T - T0)

      式中:Lm — 被測結構物的位移量,單位為mm。

      注:

      VWM型振弦式多點位移計中的敏感測量元件,與固定機架的材料線膨脹系數極為接近,所以其溫度修正系數b甚小。由此一般計算公式為:

                    Lm = kF - hα△T = k (F - F0) - hα(T -T0)

      4 埋設與安裝

      多點位移計根據使用場合和環境的不同埋設方法也不相同,埋設方法有水平埋設、傾斜埋設、垂直埋設。多點位移計通??砂惭b埋設在壩體的廊道內、壩體的壩肩處、隧道內、山體的邊坡上、土壩內、路堤內等等。下面主要對埋設在巖體內,測量巖體邊坡穩定性的埋設安裝方法作一些簡述,其它結構物內的埋設安裝多點位移計的方法可參照進行。

      多點位移計的位移傳感器出廠時均已標定檢驗合格,用戶未發現異常情況時,可不需再標定。如發現某一支傳感器損壞或有異常情況,可在廠家專業技術人員的指導下進行檢查或更換傳感器。

      4.1 前期準備

      安裝埋設前應將所有傳感器用測量儀表進行測讀,確認工作正常后進行建檔。每套多點位移計出廠都有一個組號,每組中每支位移傳感器都有一個點號。請記錄組號、點號及傳感器的出廠編號和各點將連接測桿的長度。

      4.2 多點位移計的組裝(標準配置)

      4.2.1 位移傳感器和基座

      多點位移計出廠時傳感器以及護管和護管連接座均已安裝就位在基座上,觀測電纜也已接好,安裝埋設時只需連接測桿、護管、錨頭等附件即可。

      4.2.2測桿及錨頭和護管及密封頭的組裝(標準配置)說明

          安裝前應首先核對設計測量點數及各點深度,標注每組多點位移計各測量點的編號。根據各測點的測量深度配制專用不銹鋼測桿和PVC護管的長度。

          測桿分為:0.5米、1米、1.5米、2米、3米五種長度,一般以1.5米、2米的測桿為主,0.5米和1米的測桿用于調配測桿總長度。護管為1.5米、2米標準長度,客戶安裝時可自由裁成需要的長度。

      多點位移計組裝時首先分別將各點第一節測桿和傳感器拉桿連接,當各點第二節測桿與第一節測桿連接完成后,穿入各點第一節護管,護管的一頭插入護管連接座,另一頭與下一節護管連接,其后套入分配盤。依次連接各點的測桿和護管到各自規定的長度為止(測桿比護管長一點)。測桿和測桿連接用測桿接頭連接旋緊,護管和護管連接用護管接頭帶PVC膠連接牢固。

      當各點測桿和護管接長到規定的長度后,分別安裝護管密封頭和錨頭。護管密封頭穿過測桿,外圓處涂PVC膠插入護管尾部固定。錨頭直接旋在測桿尾部即可。

      當最深測點的測桿和護管連接超過第二深測點位置時,按以上方法連接第二深測點的測桿及錨頭和護管及密封頭,依次類推完成剩余的測點的組裝。

      4.2.3分配盤及自鎖扎帶的使用

      分配盤固定在距安裝基座0.5米左右處,其作用是在孔口將測桿和護管分配在規定的位置上,以便于傳感器和安裝基座的就位以及測桿的移動靈活。

      自鎖扎帶的作用是使組裝好的護管和測桿能集中,接長后不扭曲或交錯在一起。同時也有利于多點位移計在入孔就位時測桿不會散開,減少與孔壁間的摩擦便于安裝就位。安裝時應每隔約2米左右距離,將測桿護管(包括排氣管)等排列整齊,用自鎖扎帶捆扎在一起。

      4.2.4多點位移計安裝適用孔徑

      多點位移計測量點數的多少訣定了埋設所需鉆孔孔徑的大小,多點位移計基座地面安裝埋設適用孔徑和深度表如下。多點位移計基座地下安裝埋設請自定孔徑和深度。

      多點位移計基座地面安裝埋設適用孔徑表:

      測點數

      測桿埋設孔徑

      傳感器保護管

      傳感器護管

      2

      90

      110

      380

      3

      90

      110

      380

      4

      90

      110

      380

      5

      110

      125

      380

      6

      110

      140

      380

      8

      125

      150

      380

      4.2.5傳感器和安裝基座的安裝

          當測桿和護管安裝完成后安裝傳感器,先將測桿護管連接座分別插在測桿護管上,再將傳感器護管套在傳感器,將傳感器測桿拉出與測桿連接要擰緊,使傳感器護管與測桿護管連接座旋上,完成后將傳感器測桿推回到最小位置即可。

         當各測點傳感器安裝完成后,將帶觀測電纜的安裝基座套入傳感器上固定。安裝基座由基座和底盤兩件組成,兩件螺紋連接。通常情況不需要底盤,當安裝基座需要特別固定時裝上底盤,如反向安裝上頂裝孔孔口直徑大于基座的外徑時。

         安裝基座固定后將后接圈旋在位移傳感器上,利用后接圈上的橫向小孔拉動傳感器調整初始位置,調整好后擰緊基座上的傳感器固定螺栓,此時傳感器和安裝基座安裝完成。

      4.2.6 排氣管和灌漿管的安裝

      排氣管通常情況下從多點位移計安裝基座旁邊引出,排氣管伸進孔內1~2米即可。若多點位移計埋設方位是平放或向上(如裝在頂拱上),則排氣管應與測桿一起安裝,其長度應比最長的測桿最少還長20cm以上,以保證注漿時空氣能完全排出。

          另外,將排氣管頂端削成45度,側面再多做幾個通氣孔,以防泥砂阻塞排氣管口后不能排氣。排氣管采用小口徑無接頭能承受一定壓力的長塑料硬管。

      灌漿管的安裝位置也是在孔口多點位移計安裝基座的旁邊伸進孔內,灌漿管的深度一般與排氣管的長度相反,排氣管口靠近孔口時,灌漿管口就在孔底,排氣管口靠近孔底時,灌漿管口就在孔口附近。

      4.3 多點位移計的埋設

      多點位移計的埋設分為正向埋設和反向埋設。多點位移計出廠時傳感器固定在基座上是以正向埋設方式裝配的,此時傳感器露出基座上邊的部分(X)處在最高位,傳感器拉桿量程(Y)處于滿量程位置。

      4.3.1 正向埋設

      多點位移計的正向埋設如圖所示,包括垂直向下埋設、傾斜向下埋設。

      正向埋設:點位移計出廠都是按正裝配置排列傳感器,儀器安裝埋設完成至灌漿前測桿處于懸掛狀態,由于測桿自重將會使傳感器測桿位移(Y)處在滿量程位置(測桿拉出最大)。 當儀器安裝完成測桿錨頭灌漿凝固后,需要調整傳感器初始值。 擰開護罩后的螺絲,打開護罩將固定每支傳感器的 M5 內六角螺栓(基座側面)松開,推動傳感器到合適的位置(自定傳感器的拉壓范圍),此時 X Y 同步變化,調整完畢后擰緊M5 內六角螺栓固定住傳感器即可正常工作。

      4.3.2 反向埋設

      多點位移計的反向埋設如圖 2 所示,包括垂直向上埋設、傾斜向上埋設、水平埋設。

      反向埋設:多點位移計出廠都是按正裝配置排列傳感器的,所以反向埋設時首先需:擰開護罩后的螺絲,打開護罩將固定傳感器的 M5 內六角螺栓(基座側面)松開,將位移傳感器在基座上邊的部分調整到底位(X=0),并將傳感器的測桿收到底位(Y=0),調整好后擰緊螺栓固定住傳感器即可安裝埋設。

      當測桿錨頭灌漿凝固后,需要調整傳感器初始值。

      擰開護罩后的螺絲,打開護罩將固定傳感器的 M5 內六角螺栓(基座側面)松開,通過細鋼絲利用傳感器后接圈上的橫孔拉動傳感器到合適的位置(自定傳感器的拉壓范圍),此時 X Y 同步變化,調整完畢后再擰緊螺栓固定住傳感器即可正常工作。

      傳感器位置(X)和測桿量程(Y)在安裝埋設前參數和安裝埋設后調整初始讀數時傳感器位

      (X)和測桿量程(Y)變化量參數表如下:

      埋設方向

      埋設前

      傳感器型號

      Xmm

      Ymm

      正向

      埋設前安裝

      VWM-100

      120

      最大量程

      VWM-50

      60

      最大量程

      VWM-20

      24

      最大量程

      埋設后調整

      VWM-100

      X=120+Y

      Y+Y

      VWM-50

      X=60+Y

      Y+Y

      VWM-20

      X=24+Y

      Y+Y

      反向

      埋設前安裝

      VWM-100

      0

      0

      VWM-50

      0

      0

      VWM-20

      0

      0

      埋設后調整

      VWM-100

      X=Y

      Y

      VWM-50

      X=Y

      Y

      VWM-20

      X=Y

      Y

      : Y 為傳感器調整初始讀數時測桿量程 Y 的變化量;Y 變大△Y 為正值, Y 變小△Y

      為負值。

      4.4 儀器安裝方式

      4.4.1整體安裝法

      在大型地下洞室或露天施工場所安裝多點位移計時,可在現場尋找大于多點位移計埋設最深測點深度的平整地面,將整套多點位移計裝配好,然后整體運至孔位處,慢慢將多點位移計送入鉆孔中就位(入孔弧度不要過?。?,直至多點位移計安裝基座落入孔口并放置牢固。

         多點位移計就位后在基座旁引出排氣管和插入注漿管,固定好后用速干膨脹水泥將排氣管和注漿管和孔口封閉固結。

      例:

      選一塊平地,長度應大于多點位移計埋入測桿的長度。

      先將位移計按編號放入保護筒底筒,就位后壓上分配盤,拉出位移計滑動軸裝上連接塊。將連接上短節絲桿的測桿從保護筒底的中心小孔進入,再從分配盤的中孔穿出,短節絲桿穿過連接塊,連接塊上下均用螺母鎖緊在短節絲桿上。推拉位移計滑動軸,此時應推拉靈活,不應有卡鈍的現象。

      在擰連接塊與位移計滑動軸上的螺帽時,一定要用粗鋼絲穿在位移計滑動軸上的孔中,以防止用力過大將位移計的滑動軸擰壞,標定和安裝時都應注意。將電纜按設計走向埋設固定好,集中引出。電纜也可在保護筒內將幾支儀器的電纜匯接為一根多芯電纜輸出,匯接處要做好防水處理。

      將測桿順著保護筒底筒沿長,測桿與測桿連接的螺紋處應涂上膠水。測桿外套上塑料護管,在保護筒起始處,用兩個塑料分配盤隔1.5米將測桿分配開(塑料護管與護管連接處應涂上專用PVC)。之后的測桿每隔1.5米用塑料扎帶將已套上塑料護管的測桿扎牢在一起(測桿不能繞結),使測桿入孔時不會散開。

      測桿一直接長至設計孔底高程的長度,在測桿與錨頭擰上前,先在塑料護管的最后接上一節內有O形圈的小短塑料護管(以起到阻擋泥沙的作用),之后將測桿與錨頭帶膠擰牢。測桿與塑料護管長度可用配給的一米短管來進行長度調節,塑料護管與錨頭之間應留出位移量最后再檢查一下各部位安裝是否牢固,拉動測桿位移計滑動軸應隨之運動,最后將保護筒筒蓋蓋上。

      4.4.2分體安裝法

          如測桿太長或工作場地狹小可采用分體安裝法。先將最深測點的測桿及錨頭和護管及密封頭組裝兩節后,用繩子兜住錨頭放入孔中,然后逐級接長逐級下放,邊連接邊向鉆孔內延伸推進。

          當最深測點的測桿和護管推進到第二深測點高程時,將第二測點的測桿和護管也順序放下,這時兩組測桿和護管捆扎在一起同時逐級接長逐級下放,在下放的同時每隔2米左右將測桿相互之間用扎帶捆扎一次,其它各級測桿和護管照此依次放下,至到孔口高程。

      各點測桿和護管就位后裝上分配盤再與傳感器和安裝基座連接固定在孔口處。

          有時現場安裝采用先將測桿和護管安裝埋入鉆孔中灌漿固結,然后再安裝傳感器和固定安裝基座。采用此種方法安裝埋設時,應注意當各測點的測桿和護管全部進入鉆孔后,尾部安裝分配盤,分配盤放置于擴孔底面。此時測桿和護管端頭要盡量平齊(各測點的測桿接頭應旋上),高出擴孔底部100mm~150mm,以方便下一步安裝傳感器和安裝基座。

      4.4.3位移計的安裝

      先將位移計試放入保護筒底筒,就位后壓上分配盤,拉出位移計滑動軸至設定量程的零點,裝上連接塊及短節絲桿。實際測量一下連接塊與測桿及短節絲桿的位置,劃上線準備截斷測桿。將位移計拿出,截斷測桿。再將位移計按編號放入保護筒底筒,壓上分配盤,裝上連接塊,測桿從分配盤的中孔穿出,拉出位移計滑動軸至設定量程的零點,將測桿固定在連接塊上,連接塊與測桿用螺母壓死。最后再檢查一下各部位安裝是否牢固,將保護筒筒蓋蓋上。       

      在擰連接塊與位移計滑動軸上的螺帽時一定要用粗鋼絲穿在位移計滑動軸上的孔中,以防止用力過大將位移計的滑動軸擰壞,標定和安裝時都應注意。將電纜按設計走向埋設固定好,集中引出。電纜也可在保護筒內將幾支儀器的電纜匯接為一根輸出,匯接要做好防水處理。

      4.5鉆孔

          根據設計要求確定埋設高程、方位、角度,在設計定位的地方打孔,準備埋設測桿。多點位移計的埋設部件有兩個尺寸,測桿(4)埋設最小外孔徑約為45mm,深度按設計要求;保護筒(4)埋設最小外徑約為115cm,深度約為330mm。按設計要求造好孔后,進行清孔并做好埋設前的準備。

      通常鉆孔深度要比設計要求孔深200~500mm,以防落渣堵塞后減少孔深。

      鉆孔宜取巖芯,并進行巖芯描述,孔壁要平整、光滑。造孔完畢安裝儀器前應進行清孔和測深,條件允許時孔壁要沖洗干凈。

           例:多點位移計的標準配置為4點測頭,鉆孔直徑最小為90mm,深度按設計要求確定。安裝基座擴孔深度為450mm,孔徑100mm,孔外多點位移計護罩高度≤200mm。

      4.6 通氣管和灌漿管

      多點位移計正向埋設(向下):排氣管從多點位移計安裝基座旁邊引出,排氣管伸進孔內1-2 米即可。灌漿管也是在多點位移計安裝基座的旁邊伸進鉆孔內,其深度一般通到孔底,深達測桿錨頭的下部。

      多點位移計反向埋設(向上):排氣管應與測桿一起安裝,其長度應比最長的測桿錨頭長出 20cm 以上,以保證注漿時空氣能完全排出。灌漿管在多點位移計安裝基座旁邊伸進孔內,其深度伸進孔內 12 米即可。

      排氣管采用小口徑無接頭能承受一定壓力的長塑料硬管為宜。

      4.7 灌漿

      多點位移計安裝調整就位后即可進行回填沙漿固結。

      灌漿設備將砂漿先從灌漿管內注入鉆孔,灌漿要由下向上泛漿,使孔內不會產生空隙,逐級灌漿逐級拔出灌漿管。排氣管在灌漿時排出孔內的氣體,使沙漿順利上泛,當排氣管內排出砂漿后,說明灌漿到孔口了,即可將排氣管拔出。

      4.7.1孔口灌漿(反向安裝)

      在安裝測桿時即將排氣管與測桿綁縛在一起,排氣管要比最長的錨頭長出一個固結空間。灌漿管從多點位移計安裝基座旁插入孔內,灌漿時沙漿從孔口向孔底泛漿,孔中的空氣由于沙漿的壓迫從孔底排氣管中排出。當沙漿從排氣管中排出時,即為鉆孔中已注滿了沙漿。

      此方法灌漿要求灌漿壓力比較大,而且要求孔口密封性能好、強度高。待砂漿初凝后,才可拆下注漿管,剪去外露的排氣管。

      4.7.2孔底灌漿

          回填沙漿時先將灌漿管插入孔底,從灌漿管內注入沙漿,沙漿要由下向上泛漿,使孔內不會產生空隙,逐級灌漿逐級拔出灌漿管。在插入灌漿管時應同時插入排氣管,排氣管與灌漿管相差一個灌漿高層,在灌漿的同時排出孔內的氣體,使沙漿順利上泛(或排氣管在保護桶底部半米)。逐級拔出灌漿管的同時,也應逐級拔出排氣管,直至灌漿到保護筒的底部。沙漿泛到保護筒的底部后,即可將灌漿管和排氣管拔出。  

      4.8其他注意事項

      位移計安裝定位后應及時測量儀器初值,根據儀器編號和設計編號作好記錄并存檔,嚴格保護好儀器的引出電纜。

      多點位移計安裝定位后,在灌漿前應檢查各傳感器設定的初始位置(傳感器最大量程的20%左右),如需調整應先拆下護罩,松開緊固傳感器的螺栓,利用傳感器的后接圈上的橫向小孔上下拉動傳感器,調整到初始設定位置后擰緊緊固傳感器的螺栓,用讀數儀測量和記錄讀數備案,最后安裝好護罩,沒有問題才可以灌漿。

      多點移計安裝埋設全部完成后應及時進行觀測,根據儀器編號和設計編號記錄各時期每支傳感器的讀數變化,以便于后面確定計算基值用,并嚴格保護好儀器的觀測電纜。

      4.9注意事項

          多點位移計安裝定位后應及時測量儀器初值,根據儀器編號和設計編號作好記錄并存檔,嚴格保護好儀器的引出電纜。










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