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                振弦式多点位移计
                    发布时间: 2017-12-05 21:24    

                VWM-2型振弦式多点位移计适用于长期埋设在水工结构物或土坝、土堤、边坡、隧道等结构物内,测量结构物深层多部位的裂缝、接缝、位移、沉降、应变、滑移等,并可同步测量埋设点的温度和智能识别功能。

                VWM型振弦式多点位移计,其中包括有VWM-20( )、VWM-50( )、VWM-100( )等型号,多种规格。如:VWM-20( ) 的后缀括号为单套仪器的测量点数。

                1用途    

                   VWM型振弦式多点位移计适用于长期埋设在水工结构物或土坝、土堤、边坡等结构物内,测量结构物深层多部位的位移、沉降、应变、滑移等,并可同步测量埋设点的温度。

                2规格及主要技术参数

                规格代号

                VWM-20

                VWM-50

                VWM-100

                测量范围,      mm

                020

                050

                0100

                最小读数k,     mmF

                0.01

                0.02

                0.04

                测量精度: F.S

                ±0.1%

                ±0.1%

                ±0.1%

                温度测量范围,  

                -25+60

                -25+60

                -25+60

                温度测量精度,  

                ±0.5

                ±0.5

                ±0.5

                温度修正系数b,  mm/℃

                0.002

                0.002

                0.002

                耐水压: MPa

                1

                1

                1

                绝缘电阻,       MΩ

                50

                50

                50

                注:频率模数F=Hz2×10-3

                3.计算方法:

                  3.1结构

                VWM型振弦式多点位移计主要由位移传感器及护管、不锈钢测杆及PVC护管、安装基座、测杆护管连接座、锚头、护罩、信号传输电缆等组成。

                3.2工作原理

                当被测结构物发生位移变形时将会通过多点位移计的锚头带动测杆,测杆再拉动位移计的拉杆产生位移变形。位移计拉杆的位移变形传递给振弦转变成振弦应力的变化,从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率,频率信号经电缆传输至读数装置,即可测出被测结构物的变形量。VWM型振弦式多点位移计可同步测量埋设点的温度值。

                a) 当外界温度恒定多点位移计仅受到轴向变形时,其变形量L与输出的频率模数△F具有如下线性关系:

                                              L = KF

                                            F = F- F0

                式中: k — 多点位移计测量位移量的最小读数,单位为mm/F;

                     — 多点位移计实时测量值相对于基准值的变化量,单位为F;

                       F — 多点位移计的实时测量值,单位为F;

                      F— 多点位移计的基准值,单位为F。

                  b) 当多点位移计不受外力作用时(仪器两端标距不变),而温度增加△T时,多点位移计有一个输出量△F′,这个输出量仅仅是由温度变化而造成的,因此在计算时应给以扣除。

                    实验可知△F′与△T具有如下线性关系:

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

                                    kF= - (b - hα)T

                                     T = T - T0

                式中: — 多点位移计的温度修正系数,单位为mm/℃;

                     — 温度实时测量值相对于基准值的变化量,单位为℃;

                       T — 温度的实时测量值,单位为℃;

                       T— 温度的基准值,单位为℃;

                      H — 测杆长度,单位为mm;

                      α— 测杆的线膨胀系数,单位为10-6/℃。

                  注:测杆材料为不锈钢,不锈钢的线膨胀系数一般取16.5×10-6/℃。

                c) 埋设在混凝土结构物或其它结构物内的多点位移计,受到的是变形和温度的双重作用,因此位移计的一般计算公式为:

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

                式中:Lm — 被测结构物的位移量,单位为mm。

                注:

                VWM型振弦式多点位移计中的敏感测量元件,与固定机架的材料线膨胀系数极为接近,所以其温度修正系数b甚小。由此一般计算公式为:

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

                4 埋设与安装

                多点位移计根据使用场合和环境的不同埋设方法也不相同,埋设方法有水平埋设、倾斜埋设、垂直埋设。多点位移计通??砂沧奥裆柙诎犹宓睦鹊滥?、坝体的坝肩处、隧道内、山体的边坡上、土坝内、路堤内等等。下面主要对埋设在岩体内,测量岩体边坡稳定性的埋设安装方法作一些简述,其它结构物内的埋设安装多点位移计的方法可参照进行。

                多点位移计的位移传感器出厂时均已标定检验合格,用户未发现异常情况时,可不需再标定。如发现某一支传感器损坏或有异常情况,可在厂家专业技术人员的指导下进行检查或更换传感器。

                4.1 前期准备

                安装埋设前应将所有传感器用测量仪表进行测读,确认工作正常后进行建档。每套多点位移计出厂都有一个组号,每组中每支位移传感器都有一个点号。请记录组号、点号及传感器的出厂编号和各点将连接测杆的长度。

                4.2 多点位移计的组装(标准配置)

                4.2.1 位移传感器和基座

                多点位移计出厂时传感器以及护管和护管连接座均已安装就位在基座上,观测电缆也已接好,安装埋设时只需连接测杆、护管、锚头等附件即可。

                4.2.2测杆及锚头和护管及密封头的组装(标准配置)说明

                    安装前应首先核对设计测量点数及各点深度,标注每组多点位移计各测量点的编号。根据各测点的测量深度配制专用不锈钢测杆和PVC护管的长度。

                    测杆分为:0.5米、1米、1.5米、2米、3米五种长度,一般以1.5米、2米的测杆为主,0.5米和1米的测杆用于调配测杆总长度?;す芪?span>1.5米、2米标准长度,客户安装时可自由裁成需要的长度。

                多点位移计组装时首先分别将各点第一节测杆和传感器拉杆连接,当各点第二节测杆与第一节测杆连接完成后,穿入各点第一节护管,护管的一头插入护管连接座,另一头与下一节护管连接,其后套入分配盘。依次连接各点的测杆和护管到各自规定的长度为止(测杆比护管长一点)。测杆和测杆连接用测杆接头连接旋紧,护管和护管连接用护管接头带PVC胶连接牢固。

                当各点测杆和护管接长到规定的长度后,分别安装护管密封头和锚头?;す苊芊馔反┕飧?,外圆处涂PVC胶插入护管尾部固定。锚头直接旋在测杆尾部即可。

                当最深测点的测杆和护管连接超过第二深测点位置时,按以上方法连接第二深测点的测杆及锚头和护管及密封头,依次类推完成剩余的测点的组装。

                4.2.3分配盘及自锁扎带的使用

                分配盘固定在距安装基座0.5米左右处,其作用是在孔口将测杆和护管分配在规定的位置上,以便于传感器和安装基座的就位以及测杆的移动灵活。

                自锁扎带的作用是使组装好的护管和测杆能集中,接长后不扭曲或交错在一起。同时也有利于多点位移计在入孔就位时测杆不会散开,减少与孔壁间的摩擦便于安装就位。安装时应每隔约2米左右距离,将测杆护管(包括排气管)等排列整齐,用自锁扎带捆扎在一起。

                4.2.4多点位移计安装适用孔径

                多点位移计测量点数的多少诀定了埋设所需钻孔孔径的大小,多点位移计基座地面安装埋设适用孔径和深度表如下。多点位移计基座地下安装埋设请自定孔径和深度。

                多点位移计基座地面安装埋设适用孔径表:

                测点数

                测杆埋设孔径

                传感器?;す?span>

                传感器护管

                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传感器和安装基座的安装

                    当测杆和护管安装完成后安装传感器,先将测杆护管连接座分别插在测杆护管上,再将传感器护管套在传感器,将传感器测杆拉出与测杆连接要拧紧,使传感器护管与测杆护管连接座旋上,完成后将传感器测杆推回到最小位置即可。

                   当各测点传感器安装完成后,将带观测电缆的安装基座套入传感器上固定。安装基座由基座和底盘两件组成,两件螺纹连接。通常情况不需要底盘,当安装基座需要特别固定时装上底盘,如反向安装上顶装孔孔口直径大于基座的外径时。

                   安装基座固定后将后接圈旋在位移传感器上,利用后接圈上的横向小孔拉动传感器调整初始位置,调整好后拧紧基座上的传感器固定螺栓,此时传感器和安装基座安装完成。

                4.2.6 排气管和灌浆管的安装

                排气管通常情况下从多点位移计安装基座旁边引出,排气管伸进孔内1~2米即可。若多点位移计埋设方位是平放或向上(如装在顶拱上),则排气管应与测杆一起安装,其长度应比最长的测杆最少还长20cm以上,以保证注浆时空气能完全排出。

                    另外,将排气管顶端削成45度,侧面再多做几个通气孔,以防泥砂阻塞排气管口后不能排气。排气管采用小口径无接头能承受一定压力的长塑料硬管。

                灌浆管的安装位置也是在孔口多点位移计安装基座的旁边伸进孔内,灌浆管的深度一般与排气管的长度相反,排气管口靠近孔口时,灌浆管口就在孔底,排气管口靠近孔底时,灌浆管口就在孔口附近。

                4.3 多点位移计的埋设

                多点位移计的埋设分为正向埋设和反向埋设。多点位移计出厂时传感器固定在基座上是以正向埋设方式装配的,此时传感器露出基座上边的部分(X)处在最高位,传感器拉杆量程(Y)处于满量程位置。

                4.3.1 正向埋设

                多点位移计的正向埋设如图所示,包括垂直向下埋设、倾斜向下埋设。

                正向埋设:点位移计出厂都是按正装配置排列传感器,仪器安装埋设完成至灌浆前测杆处于悬挂状态,由于测杆自重将会使传感器测杆位移(Y)处在满量程位置(测杆拉出最大)。 当仪器安装完成测杆锚头灌浆凝固后,需要调整传感器初始值。 拧开护罩后的螺丝,打开护罩将固定每支传感器的 M5 内六角螺栓(基座侧面)松开,推动传感器到合适的位置(自定传感器的拉压范围),此时 X Y 同步变化,调整完毕后拧紧M5 内六角螺栓固定住传感器即可正常工作。

                4.3.2 反向埋设

                多点位移计的反向埋设如图 2 所示,包括垂直向上埋设、倾斜向上埋设、水平埋设。

                反向埋设:多点位移计出厂都是按正装配置排列传感器的,所以反向埋设时首先需:拧开护罩后的螺丝,打开护罩将固定传感器的 M5 内六角螺栓(基座侧面)松开,将位移传感器在基座上边的部分调整到底位(X=0),并将传感器的测杆收到底位(Y=0),调整好后拧紧螺栓固定住传感器即可安装埋设。

                当测杆锚头灌浆凝固后,需要调整传感器初始值。

                拧开护罩后的螺丝,打开护罩将固定传感器的 M5 内六角螺栓(基座侧面)松开,通过细钢丝利用传感器后接圈上的横孔拉动传感器到合适的位置(自定传感器的拉压范围),此时 X Y 同步变化,调整完毕后再拧紧螺栓固定住传感器即可正常工作。

                传感器位置(X)和测杆量程(Y)在安装埋设前参数和安装埋设后调整初始读数时传感器位

                (X)和测杆量程(Y)变化量参数表如下:

                埋设方向

                埋设前

                传感器型号

                Xmm

                Ymm

                正向

                埋设前安装

                VWM-100

                120

                最大量程

                VWM-50

                60

                最大量程

                VWM-20

                24

                最大量程

                埋设后调整

                VWM-100

                X=120+Y

                Y+Y

                VWM-50

                X=60+Y

                Y+Y

                VWM-20

                X=24+Y

                Y+Y

                反向

                埋设前安装

                VWM-100

                0

                0

                VWM-50

                0

                0

                VWM-20

                0

                0

                埋设后调整

                VWM-100

                X=Y

                Y

                VWM-50

                X=Y

                Y

                VWM-20

                X=Y

                Y

                : Y 为传感器调整初始读数时测杆量程 Y 的变化量;Y 变大△Y 为正值, Y 变小△Y

                为负值。

                4.4 仪器安装方式

                4.4.1整体安装法

                在大型地下洞室或露天施工场所安装多点位移计时,可在现场寻找大于多点位移计埋设最深测点深度的平整地面,将整套多点位移计装配好,然后整体运至孔位处,慢慢将多点位移计送入钻孔中就位(入孔弧度不要过?。?,直至多点位移计安装基座落入孔口并放置牢固。

                   多点位移计就位后在基座旁引出排气管和插入注浆管,固定好后用速干膨胀水泥将排气管和注浆管和孔口封闭固结。

                例:

                选一块平地,长度应大于多点位移计埋入测杆的长度。

                先将位移计按编号放入?;ね驳淄?,就位后压上分配盘,拉出位移计滑动轴装上连接块。将连接上短节丝杆的测杆从?;ね驳椎闹行男】捉?,再从分配盘的中孔穿出,短节丝杆穿过连接块,连接块上下均用螺母锁紧在短节丝杆上。推拉位移计滑动轴,此时应推拉灵活,不应有卡钝的现象。

                在拧连接块与位移计滑动轴上的螺帽时,一定要用粗钢丝穿在位移计滑动轴上的孔中,以防止用力过大将位移计的滑动轴拧坏,标定和安装时都应注意。将电缆按设计走向埋设固定好,集中引出。电缆也可在?;ね材诮钢б瞧鞯牡缋禄憬游桓嘈镜缋率涑?,汇接处要做好防水处理。

                将测杆顺着?;ね驳淄惭爻?,测杆与测杆连接的螺纹处应涂上胶水。测杆外套上塑料护管,在?;ね财鹗即?,用两个塑料分配盘隔1.5米将测杆分配开(塑料护管与护管连接处应涂上专用PVC)。之后的测杆每隔1.5米用塑料扎带将已套上塑料护管的测杆扎牢在一起(测杆不能绕结),使测杆入孔时不会散开。

                测杆一直接长至设计孔底高程的长度,在测杆与锚头拧上前,先在塑料护管的最后接上一节内有O形圈的小短塑料护管(以起到阻挡泥沙的作用),之后将测杆与锚头带胶拧牢。测杆与塑料护管长度可用配给的一米短管来进行长度调节,塑料护管与锚头之间应留出位移量最后再检查一下各部位安装是否牢固,拉动测杆位移计滑动轴应随之运动,最后将?;ね餐哺歉巧?。

                4.4.2分体安装法

                    如测杆太长或工作场地狭小可采用分体安装法。先将最深测点的测杆及锚头和护管及密封头组装两节后,用绳子兜住锚头放入孔中,然后逐级接长逐级下放,边连接边向钻孔内延伸推进。

                    当最深测点的测杆和护管推进到第二深测点高程时,将第二测点的测杆和护管也顺序放下,这时两组测杆和护管捆扎在一起同时逐级接长逐级下放,在下放的同时每隔2米左右将测杆相互之间用扎带捆扎一次,其它各级测杆和护管照此依次放下,至到孔口高程。

                各点测杆和护管就位后装上分配盘再与传感器和安装基座连接固定在孔口处。

                    有时现场安装采用先将测杆和护管安装埋入钻孔中灌浆固结,然后再安装传感器和固定安装基座。采用此种方法安装埋设时,应注意当各测点的测杆和护管全部进入钻孔后,尾部安装分配盘,分配盘放置于扩孔底面。此时测杆和护管端头要尽量平齐(各测点的测杆接头应旋上),高出扩孔底部100mm~150mm,以方便下一步安装传感器和安装基座。

                4.4.3位移计的安装

                先将位移计试放入?;ね驳淄?,就位后压上分配盘,拉出位移计滑动轴至设定量程的零点,装上连接块及短节丝杆。实际测量一下连接块与测杆及短节丝杆的位置,划上线准备截断测杆。将位移计拿出,截断测杆。再将位移计按编号放入?;ね驳淄?,压上分配盘,装上连接块,测杆从分配盘的中孔穿出,拉出位移计滑动轴至设定量程的零点,将测杆固定在连接块上,连接块与测杆用螺母压死。最后再检查一下各部位安装是否牢固,将?;ね餐哺歉巧?。       

                在拧连接块与位移计滑动轴上的螺帽时一定要用粗钢丝穿在位移计滑动轴上的孔中,以防止用力过大将位移计的滑动轴拧坏,标定和安装时都应注意。将电缆按设计走向埋设固定好,集中引出。电缆也可在?;ね材诮钢б瞧鞯牡缋禄憬游桓涑?,汇接要做好防水处理。

                4.5钻孔

                    根据设计要求确定埋设高程、方位、角度,在设计定位的地方打孔,准备埋设测杆。多点位移计的埋设部件有两个尺寸,测杆(4)埋设最小外孔径约为45mm,深度按设计要求;?;ね?span>(4)埋设最小外径约为115cm,深度约为330mm。按设计要求造好孔后,进行清孔并做好埋设前的准备。

                通常钻孔深度要比设计要求孔深200~500mm,以防落渣堵塞后减少孔深。

                钻孔宜取岩芯,并进行岩芯描述,孔壁要平整、光滑。造孔完毕安装仪器前应进行清孔和测深,条件允许时孔壁要冲洗干净。

                     例:多点位移计的标准配置为4点测头,钻孔直径最小为90mm,深度按设计要求确定。安装基座扩孔深度为450mm,孔径100mm,孔外多点位移计护罩高度≤200mm。

                4.6 通气管和灌浆管

                多点位移计正向埋设(向下):排气管从多点位移计安装基座旁边引出,排气管伸进孔内1-2 米即可。灌浆管也是在多点位移计安装基座的旁边伸进钻孔内,其深度一般通到孔底,深达测杆锚头的下部。

                多点位移计反向埋设(向上):排气管应与测杆一起安装,其长度应比最长的测杆锚头长出 20cm 以上,以保证注浆时空气能完全排出。灌浆管在多点位移计安装基座旁边伸进孔内,其深度伸进孔内 12 米即可。

                排气管采用小口径无接头能承受一定压力的长塑料硬管为宜。

                4.7 灌浆

                多点位移计安装调整就位后即可进行回填沙浆固结。

                灌浆设备将砂浆先从灌浆管内注入钻孔,灌浆要由下向上泛浆,使孔内不会产生空隙,逐级灌浆逐级拔出灌浆管。排气管在灌浆时排出孔内的气体,使沙浆顺利上泛,当排气管内排出砂浆后,说明灌浆到孔口了,即可将排气管拔出。

                4.7.1孔口灌浆(反向安装)

                在安装测杆时即将排气管与测杆绑缚在一起,排气管要比最长的锚头长出一个固结空间。灌浆管从多点位移计安装基座旁插入孔内,灌浆时沙浆从孔口向孔底泛浆,孔中的空气由于沙浆的压迫从孔底排气管中排出。当沙浆从排气管中排出时,即为钻孔中已注满了沙浆。

                此方法灌浆要求灌浆压力比较大,而且要求孔口密封性能好、强度高。待砂浆初凝后,才可拆下注浆管,剪去外露的排气管。

                4.7.2孔底灌浆

                    回填沙浆时先将灌浆管插入孔底,从灌浆管内注入沙浆,沙浆要由下向上泛浆,使孔内不会产生空隙,逐级灌浆逐级拔出灌浆管。在插入灌浆管时应同时插入排气管,排气管与灌浆管相差一个灌浆高层,在灌浆的同时排出孔内的气体,使沙浆顺利上泛(或排气管在?;ね暗撞堪朊?span>)。逐级拔出灌浆管的同时,也应逐级拔出排气管,直至灌浆到?;ね驳牡撞?。沙浆泛到?;ね驳牡撞亢?,即可将灌浆管和排气管拔出。  

                4.8其他注意事项

                位移计安装定位后应及时测量仪器初值,根据仪器编号和设计编号作好记录并存档,严格?;ず靡瞧鞯囊龅缋?。

                多点位移计安装定位后,在灌浆前应检查各传感器设定的初始位置(传感器最大量程的20%左右),如需调整应先拆下护罩,松开紧固传感器的螺栓,利用传感器的后接圈上的横向小孔上下拉动传感器,调整到初始设定位置后拧紧紧固传感器的螺栓,用读数仪测量和记录读数备案,最后安装好护罩,没有问题才可以灌浆。

                多点移计安装埋设全部完成后应及时进行观测,根据仪器编号和设计编号记录各时期每支传感器的读数变化,以便于后面确定计算基值用,并严格?;ず靡瞧鞯墓鄄獾缋?。

                4.9注意事项

                    多点位移计安装定位后应及时测量仪器初值,根据仪器编号和设计编号作好记录并存档,严格?;ず靡瞧鞯囊龅缋?。










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