振弦式土体沉降计（参数识别）

遵循标准

SL361-2006《大坝观测仪器位移计》

GB/T 24105-2009 《岩土工程仪器基本环境试验条件及方法》

GB/T 13606-2007 《岩土工程仪器 振弦式传感器通用技术条件》

SL 530-2012 《大坝安全检测仪器检验测试规程》

DL/T 1271-2013 《钢弦式监测仪器鉴定技术规程》

GB/T21029-2007《岩土工程仪器系列型谱》

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1、产品用途

VWD-A型振弦式土体沉降计适用于测量土石坝、边坡、地基等构筑体或其它回填土体的沉降变形，并可同步测量埋设点的温度。

振弦式土体沉降计的传感器采用的是VWD型振弦式位移计，由其加装配套附件而组成，振弦式位移计有温度自动补偿功能，温度修正系数小于最小读数，使用中不需要温度修正。振弦式土体沉降计具有参数识别功能。

2、技术参数

3、产品结构

VWD-A型振弦式土体沉降计由沉降盘、位移计、位移计固定座、位移计定位杆、位移计护管、万向节、测杆、测杆接头、测杆护管、护管转接头、护管接头、护管封头、土体锚头、观测电缆等组成。

振弦式土体沉降计结构示意图

4、工作原理

当被测土体发生沉降时沉降盘一起沉降并带动位移计滑动测杆，滑动测杆连接振弦，振弦发生应力变化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，即可测出被测土体的沉降量。同步测量埋设点的温度值。

5、 计算方法

当外界土体发生沉降沉降计受到轴向变形，其位移量L与输出的频率模数△F具有如下线性关系：

L = k×△F + (b – h×α)×△T = k×(F - F₀)＋(b – h×α)×(T - T₀) 

式中： L—沉降计的测量值，单位为mm；

k—沉降计的测量灵敏度，单位为mm/F；

     △F—沉降计实时测量值相对于基准值的变化量，单位为F；

 b—沉降计的温度修正系数，单位为mm/℃；

h—沉降计的测杆长度，单位为mm；

      α—测杆的线膨胀系数，单位为10^-6/℃；

△T—温度实时测量值相对于基准值的变化量，单位为℃；

F—沉降计的实时测量值，单位为F；

        F₀—沉降计的基准值，单位为F；

        T—温度的实时测量值，单位为℃；

        T₀—温度的基准值，单位为℃。     

注：测杆材料为不锈钢，不锈钢的线膨胀系数通常为：α=16.5×10^-6/℃。

计算结果为负值时表示沉降(压缩) ，反之表示抬升。    

6、安装

  6.1 现场检验

仪器安装前先用VW-102A读数仪检查确认沉降计是否完好，读数仪连接沉降计后开机读数，将沉降计的滑动测杆从零位拉出到不同的位置，其读数应在1000F～6000F之间，读数波动范围应稳定在±2F，

6.2 安装与埋设

土体沉降计通常埋设在钻孔中，也可以在填筑过程中逐节安装。为保证安装质量并不干扰施工，应优先采用钻孔埋设方法。

 VWD-A型振弦式土体沉降计安装埋设示意图

6.2.1 钻孔

土体沉降计可安装在最小直径为75mm的钻孔中，为有效可靠地回填，推荐的钻孔直径≥90mm。钻孔完成后，及时清孔以利孔底灌注水泥砂浆固结沉降计的锚头。

6.2.2 仪器的组装

埋设前请参看(图4.2)，了解土体沉降计的结构、各部件的功能及安装方法、确定组装和埋设步骤方案。首先应确定沉降计的安装深度(或高程)，根据仪器标距配置测杆和测杆护管的数量和总长度，仪器的组装通常在现场进行。

具体组装和埋设步骤如下：

6.2.2.1 首先根据埋设深度的距离计算所配测杆和护管的长度和数量，配置时应根据所采用位移计的长度和所配测杆的规格计算出所需全丝杆(调节测杆总长度用)的长度，然后根据测杆的长度配置测杆护管的长度和数量。测杆护管的连接长度≤测杆的长度。

测杆分为1.5米、1米、0.5米三种规格，测杆不能随意截断(截断后无法连接)；全丝杆可随意截断，不影响连接；护管分为1.5米、1米、0.5米三种规格可随意截取，有接头连接。

6.2.2.2将底部的土体锚头与测杆接头连接后，再连接上*根测杆，外套*节测杆护管，然后将锚头底部的吊环栓上细尼龙绳(￠4mm左右)以防滑落。

6.2.2.3使用配套的测杆接头和护管接头依次接长测杆和护管直至设计长度，测杆与测杆的连接使用测杆接头，护管与护管的连接使用护管接头。测杆与护管接头连接时要拧紧，护管与护管接头处要涂抹专用的塑料管粘合剂。

测杆、护管、锚头之间的互相连接示意图

6.2.2.4在安装过程中一直保持尼龙绳承重，以防土体沉降计不慎滑入孔中。

6.2.2.5 当测杆和护管连接达到设计长度后，*测杆的为全丝杆，将位移计的万向节与全丝杆连接；将位移计护管穿过位移计，一头经护管转接头与测杆护管连接，连接后两护管之间应能滑动。

全丝杆的连接示意图

位移计护管与测杆护管的连接示意图

6.2.2.6 将定位杆拧在位移计后端座上，将锁紧契块放入固定座契块槽中，将定位杆推到台阶处与固定座卡住，*用螺钉锁紧契块。

位移计定位杆的锁紧方法示意图

6.2.2.7组装完成的沉降计吊人钻孔中，拽紧尼龙绳将其拴在孔口钢筋上，使固定座的上口与钻孔孔口平齐，此时沉降计组装基本完成，当孔底锚头灌浆固结、钻孔回填再安装沉降盘。

6.2.2.8 钻孔回填完成后将仪器孔口周边土体压实，套入沉降盘对准缺口和3个螺钉孔，将沉降盘与固定座连接，即完成全部土体沉降计的安装。

6.2.2.9*设定沉降计的初始值,方法是：松开契块，向上拉动定位杆使位移计后端座露出再锁紧契块，将位移计锁紧在固定座上，拉动距离为沉降计的量程。*取下定位杆，严格保护敷设的电缆。

土体沉降计初始值的设定方法示意图

6.2.3 钻孔回填

安装沉降盘前，应固定锚头和钻孔回填，推荐方法如下供参考，实际操作以现场监理工程师指导的方法为准。

方法1)底部锚头固定可采用事先将孔底注入一定量较稀的水泥砂浆，当土体沉降计下放到此高程直接将锚头推入砂浆锚固，该方法仅适合安装速度较快的操作或孔深小于5m的操作。钻孔回填使用水泥膨润土混合料回填，水泥膨润土的混合比为2:1～1:2(仅供参考，请根据现场土质密实度确定)。使用水泥膨润土是让回填料即有一定的强度，又能保持其揉性，通过试验确定的混合比浆料强度，可接近或达到现场土体夯实后的强度。

方法2)土体沉降计下放入孔时，同时绑扎一根灌浆管直达钻孔底部，当全部组件就位后，使用灌浆设备对锚头处灌浆，灌浆量应保证在淹没整个锚头以上，锚头固结后对孔内用原土料回填。

6.2.4 电缆的保护

观测电缆的保护至关重要，可使用沟槽埋设，也可采用PVC管或钢管进行保护。在有雷电的地区，优先推荐使用钢管保护。土体沉降计的被测体变形较大，因此观测电缆如埋设不当就容易被拉断，所以在埋设时应注意紧靠沉降计的引出电缆应放松或蛇形盘预留(沉降量)，敷设土中的电缆要留有足够的伸缩余量，切不可将电缆拉紧。

6.2.5选取基准值

土体沉降计的测量值为实时测量值相对于基准值的变化量，所以基准值选取的准确与否，将直接影响到测值的准确性。

在外荷载变动不大选取相同时间、稳定气温的3次相近的读数，经平均后做为基准值。基准值选定后应做好记录，作为计算的基准值。

为使基准值取的更准确，可将以上操作重复进行两次，如果两次测值基本相同(误差≤0.5％F.S)，则证明基准值取值正确。

土体沉降计的测量值出现偏差时，可用以上方法重新校准基准值。

VWD-A型振弦式土体沉降计安装埋设示意立体图

7、测量

现场测量沉降计用VW-102A型读数仪，将测量线一头连接读数仪，测量线另一头的各色夹子对应连接上沉降计的输出电缆， 黑、红测频率，白、绿测温度。沉降计内附有智能识别芯片，其内存贮有该沉降计的编号、标定系数K、温度修正系数b等信息。用读数仪测量时会自动将识别信息读出，顺序存入读数仪内，通讯给计算机，方便快速统计计算及查询，使测量工作实现人工智能无纸化操作。

工程现场多支沉降计电缆被意外挖断，仅用读数仪测量一遍，就可自动识别出每支沉降计所对应的编号及身份信息。

8、沉降计故障检查

当沉降计测量出现故障时，可用万用表检查沉降计电缆芯线间的电阻值，其正常状况红、黑芯线电阻值通常为300Ω左右；绿、白芯线电阻值在温度25℃时应为3kΩ左右；红、黑线对绿、白线或对屏蔽线(裸线)间绝缘电阻值应﹥50MΩ(测量绝缘电阻时可使用100V 直流兆欧表，万用表测量绝缘电阻应用MΩ档，其值应为无穷大∞)。

9、电缆故障检查

沉降计电缆接长用型号为YSPT－4水工专用观测电缆，其电缆电阻值约为45Ω/km左右。

9.1 用万用表测量(黑、红芯线)的电阻值：正常情况为300Ω左右，再加上电缆的电阻值。

a) 如果电阻测值正常，可能仪器损坏或进水；

b) 如果电阻测值非常大或无穷大，电缆或接头断路；

c) 如果电阻测值非常小，电缆或接头短路。

其表现为读数仪测量不出频率值。

9.2 用万用表测量(白、绿芯线)的电阻值：正常情况在温度25℃时应为3kΩ左右，再加上电缆的电阻值。

a) 如果电阻测值正常，请检查读数仪及其测量连接线；

b) 如果电阻测值非常大或无穷大，电缆或接头断路；

c) 如果电阻测值非常小，电缆或接头短路。

其表现为读数仪测量不出温度值。

9.3 用100V 直流兆欧表或万用表测量沉降计电缆芯线(红、黑线对地线，白、绿线对地线，红、黑线对白、绿线)的电阻值，其测值如果很小﹤5MΩ，可能电缆接头进水短路。

其表现为读数仪测量正常，MCU-32型分布式模块自动测量单元测量频率值可能会引起测值不稳，测量温度值将比正常值偏低10～20℃左右。

10、故障说明

a) 将屏蔽线并接到读数仪测量线的黑线夹子上；

b) 可能电缆接头处进水，将其剪掉，重新连接；

c) 确定沉降计的频率范围，正确选择读数仪的激励类型；

d) 确定沉降计的温度电阻基值，正确选择读数仪的电阻基值；

e) 检查附近是否有干扰源，如电动机、发电机、天线或交流动力电缆，远离上述干扰源。

11、注意事项

沉降计安装就位前、后应及时测量频率和温度值，根据沉降计编号和设计编号作好记录并存档，特别注意保护沉降计信号引出电缆。

12、验收与保管

 用户开箱验收仪器，应先检查仪器的数量(包括附件)及出厂检验合格证等是否与装箱清单相符。开箱后每支仪器应先用100V兆欧表量测电路与密封壳体之间的绝缘电阻，其测值应满足绝缘电阻规定要求。验收时每支仪器应用读数仪测量，检查仪器是否正常。

仪器应保管在干燥、通风的房间中。

13、附言

VWD-A型振弦式沉降计自出厂之日起壹年内，如性能低于技术条件要求且系属产品质量问题，本公司负责免费维修或更换(若因现场防雷系统不完善遭遇强雷电等不可抗力所造成的损坏不在其例）。