Датчик провала грунта
Владельцы патента RU 2708928:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Хакасский государственный университет им. Н.Ф. Катанова" (ФГБОУ ВО ХГУ им. Н.Ф. Катанова) (RU)
Изобретение относится к строительству и может быть использовано для мониторинга проблемных грунтов природного залегания, насыпных, основания фундаментов зданий и сооружений, основания дорог, тротуаров, мониторинга порыва трубопроводов и т.п. Датчик провала грунта, характеризующийся возможностью визуальной оценки состояния поверхности земли и наличия провала, содержит длинномерный корпус и закрепленный на его конце груз, заглубленные в грунт в исследуемой зоне с выступающей над поверхностью в качестве маяка вертикально расположенной верхней частью длинномерного корпуса, предназначенной для визуальной оценки перемещения корпуса под действием груза при образовании пустоты под ним. Масса груза должна быть больше суммарного усилия касательных напряжений, возникающих на поверхности контакта длинномерного корпуса и грунта. Технический результат состоит в расширении арсенала технических средств для мониторинга проблемных грунтов и аварийных ситуаций, связанных с провалами грунта, а также в упрощении конструкции устройства в виде датчика провала грунта с функцией маяка для визуальной оценки просадки поверхности земли. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к строительству и может быть использовано для мониторинга проблемных грунтов природного залегания, насыпных, основания фундаментов зданий и сооружений, основания дорог, тротуаров, мониторинга порыва трубопроводов и т.п.
Известен индикатор сверхнормативных деформаций, просадок, провалов в основании фундамента, смонтированный в канале фундаментной плиты на U-образной раме, содержащий расположенное между верхней и нижней выпадающей крышками реле зазора с двумя пластинами и клеммой, установленными соосно вертикально одна над другой и удерживаемыми в разомкнутом состоянии с помощью распорной пружины, нижняя крышка связана с реле зазора, подключенным к пульту охраны и срабатывающим при появлении зазора между основанием и подошвой фундамента (Патент РФ №2523240 С1, дата приоритета 11.12.2012, дата публикации 20.07.2014, авторы: Мулюков Э.И. и др., RU).
Недостатком известного индикатора является ограниченная функция применения, так как он не показывает провалы грунта на глубине, а фиксирует провал основания под подошвой фундамента, появление которых может не совпадать по времени, кроме того, индикатор имеет сложную конструкцию для осуществления фиксации начавшихся деформаций основания.
Известен скважинный репер, относящийся к устройствам для измерения смещений горных пород и используемый для диагностики состояния приконтурного массива инженерных сооружений, содержащий установленное на дне скважины устройство для считывания перемещений репера, расположенные по высоте скважины распорные узлы, внутри которых жестко закреплены штанги, связывающие распорные узлы с устройством для считывания перемещений, при этом распорные узлы выполнены в виде полых цилиндров с симметричными выемками на внешней стороне относительно поперечного сечения, в которых установлены расклинивающие элементы в виде упругих лепестков для закрепления распорных узлов в слоях скважины, причем число распорных узлов принято равным числу слоев, пересекаемых скважиной, но не менее трех, а число упругих лепестков должно быть более трех (Патент РФ №2417318 С1, дата приоритета 01.12.2009, дата публикации 24.04.2011, авторы: Толстунов С.А. и др., RU).
Недостатком скважинного репера является его сложность, обусловленная необходимостью установки не менее трех распорных узлов с надежной фиксацией их в грунте, а также снижение достоверности диагностики в условиях рыхлых грунтов.
В качестве прототипа принято устройство для определения просадки на поверхности земли, применяемое при оценке деформации поверхности земли, содержащее наблюдательную скважину, обсадную трубу с оголовком, датчик, конвертор, гибкий трос, мерный шкив с профилированной канавкой, глубинный анкер, установленный в необсаженной части наблюдательной скважины, при этом датчик выполнен в виде преобразователя, мерный шкив установлен на двух опорах на оголовке с возможностью свободного вращения, гибкий трос уложен в профилированной канавке мерного шкива в два оборота и одним концом жестко закреплен на глубинном анкере в забое скважины, а другим через мерный шкив соединен с противовесом, ось мерного шкива имеет жесткую связь с преобразователем, который прикреплен к третьей опоре и соединен с конвертором для передачи цифрового кода в центр мониторинга (Патент РФ №2376469 С1, дата приоритета 21.07.208, дата публикации 20.12.2009, авторы: Заялишвили В.Б. и др., RU, прототип).
Недостатком устройства-прототипа является усложненная конструкция из-за наличия большого количества элементов, в том числе, преобразователя и соединенного с ним конвертора, а также отсутствие возможности визуальной оценки просадки поверхности земли исследуемого участка.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является создание упрощенной конструкции устройства в виде датчика провала грунта с минимальным количеством элементов и с расположенной на поверхности земли частью с функцией маяка для визуальной оценки просадки поверхности земли.
Для решения технической проблемы предложен датчик провала грунта, характеризующийся возможностью визуальной оценки состояния поверхности земли и наличия провала, содержащий длинномерный корпус и закрепленный на его конце груз, заглубленные в грунт в исследуемой зоне с выступающей над поверхностью в качестве маяка вертикально расположенной верхней частью длинномерного корпуса, предназначенной для визуальной оценки перемещения корпуса под действием груза при образовании пустоты под ним, при этом масса груза должна быть больше суммарного усилия касательных напряжений, возникающих на поверхности контакта длинномерного корпуса и грунта.
Согласно изобретению, длинномерный корпус выполнен в виде стержня с переменным сечением, уменьшающимся к его верхней части.
Согласно изобретению, длинномерный корпус выполнен в виде стержня, который дополнительно снабжен охватывающей его оболочкой, причем стержень соединен с грузом, а диаметр стержня меньше внутреннего диаметра оболочки.
На фиг. 1 схематично показан датчик провала грунта, содержащий длинномерный корпус в виде стержня с переменным сечением, общий вид; на фиг. 2 схематично показан датчик провала грунта, в котором длинномерный корпус выполнен в виде стержня, который снабжен охватывающей его оболочкой, продольный разрез; на фиг. 3 представлена схема работы датчика провала грунта.
Датчик провала грунта содержит заглубленный в исследуемый грунт длинномерный корпус 1, на нижнем конце которого закреплен груз 2. Длинномерный корпус может быть выполнен в виде стержня с переменным сечением, уменьшающимся к его верхней части, как показано на фиг. 1. Также длинномерный корпус 1 может быть выполнен в виде стержня, который дополнительно снабжен охватывающей его оболочкой 3, причем стержень соединен с грузом, а диаметр стержня меньше внутреннего диаметра оболочки (фиг. 2). Стержень и оболочка 3 при этом могут иметь постоянное сечение по высоте, причем оболочка должна выступать над уровнем земли для защиты от проникновения атмосферных осадков, а стержень должен выступать за уровень оболочки для выполнения функции маяка деформации внутреннего провала грунта, как показано на фиг. 2. Груз 2 может быть выполнен в виде металлической полусферической емкости, заполненной, например щебнем для упрощения вертикальной ориентации длинномерного корпуса 1 при установке датчика. При этом емкость с грузом может быть соединена со стержнем любым известным способом, например, сварным соединением (условно не показано). Масса груза должна быть больше суммарного усилия касательных напряжений, возникающих на поверхности контакта длинномерного корпуса и грунта.
В качестве примеров реализации изобретения могут быть применены разные способы установки датчиков провала грунта в исследуемой зоне.
По одному из способов датчики провала грунта устанавливаются в предварительно выкопанный котлован с определенным шагом, по заданной схеме, например по периметру здания. Котлован затем засыпается до заданного уровня.
Кроме того, датчики провала грунта устанавливаются в предварительно пробуренные скважины с определенным шагом, по заданной схеме и глубине, например по контуру теплотрассы. После установки датчиков скважины засыпаются.
При выполнении обратной засыпки при любом способе установки верхняя часть датчиков провала грунта остается над поверхностью земли в качестве маяков.
Применение указанных способов зависит от поставленной задачи по контролю, например, за состоянием трубопровода. При определенных условиях природных или техногенных происходит провал грунта под землей, при этом на поверхности результатов не видно. Провал грунта может произойти в результате аварийного прорыва трубопровода. При этом вырывающаяся жидкость под давлением размывает грунт. На глубине образуются пустоты, которые могут привести к аварии (обрушение здания, провал дороги, тротуара и т.п.). При образовании пустоты под датчиком силы гравитации потянут его вниз. Датчик провала грунта начнет перемещаться. Верхняя часть датчика, расположенная над поверхностью земли в качестве маяка, перемещаясь вниз, просигнализирует о провале грунта. Таким образом, датчик провала грунта может указать место аварийного прорыва трубопровода.
Для данного примера целесообразно использовать датчики провала грунта следующим образом. Перед установкой датчиков в скважины вдоль трубопроводной трассы емкость груза 2 заполняют, например, щебнем. Датчик провала грунта устанавливается в скважину, пробуренную на необходимую глубину. Скважина засыпается грунтом. При этом верхняя часть датчика остается на поверхности в виде маяка. При возникновении пустоты под нижней частью датчика емкость с грузом 2 начнет свое перемещение вниз. При этом масса емкости с грузом 2 должна превышать суммарное усилие касательных напряжений, возникающих на поверхности контакта длинномерного корпуса 1 датчика и грунта. Уменьшение касательных напряжений может быть достигнуто с помощью следующих приемов:
- во-первых, поверхность длинномерного корпуса 1 должна быть выполнена без выступов;
- во-вторых, длинномерный корпус 1 выполнен в виде стержня с переменным сечением, уменьшающимся к его верхней части, для уменьшения площади контакта с грунтом;
- в-третьих, стержень длинномерного корпуса 1, соединенный с грузом 2, дополнительно снабжен охватывающей его оболочкой 3, причем диаметр стержня меньше внутреннего диаметра оболочки 3, и в случае образования под грузом 2 пустоты он начнет перемещаться вниз, при этом у стержня длинномерного корпуса 1 на боковой поверхности будут минимальные усилия трения за счет разницы диаметра стержня и внутреннего диаметра оболочки 3. Перемещение длинномерного корпуса 1 датчика вниз зафиксирует провал грунта.
Таким образом, технический результат, достигаемый изобретением, заключается в расширении арсенала технических средств для мониторинга проблемных грунтов и аварийных ситуаций, связанных с провалами грунта, а также в упрощении конструкции устройства в виде датчика провала грунта с функцией маяка для визуальной оценки просадки поверхности земли.
1. Датчик провала грунта, характеризующийся возможностью визуальной оценки состояния поверхности земли и наличия провала, содержащий длинномерный корпус и закрепленный на его конце груз, заглубленные в грунт в исследуемой зоне с выступающей над поверхностью в качестве маяка вертикально расположенной верхней частью длинномерного корпуса, предназначенной для визуальной оценки перемещения корпуса под действием груза при образовании пустоты под ним, при этом масса груза должна быть больше суммарного усилия касательных напряжений, возникающих на поверхности контакта длинномерного корпуса и грунта.
2. Датчик провала грунта по п. 1, отличающийся тем, что длинномерный корпус выполнен в виде стержня с переменным сечением, уменьшающимся к его верхней части.
3. Датчик провала грунта по п. 1, отличающийся тем, что длинномерный корпус выполнен в виде стержня, который дополнительно снабжен охватывающей его оболочкой, причем стержень соединен с грузом, а диаметр стержня меньше внутреннего диаметра оболочки.
