第七講 土壓力監(jiān)測
一、監(jiān)測內(nèi)容
基坑工程土壓力監(jiān)測主要用于量測圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)、外側(cè)的土壓力。結(jié)合孔隙水壓力監(jiān)測，可以進(jìn)行土體有效應(yīng)力分析，作為土體穩(wěn)定計算的依據(jù)。不同深度土壓力監(jiān)測可以為圍護(hù)墻后水、土壓力分算提供設(shè)計依據(jù)。土壓力監(jiān)測為板式圍護(hù)體系一、二級監(jiān)測等級選測項目。
二、儀器、設(shè)備簡介
1土壓力計（盒）
土壓力盒有鋼弦式、差動電阻式、電阻應(yīng)變式等多種。目前基坑工程中常用的是鋼弦式。土壓力盒又有單膜和雙膜兩類，單膜一般用于測量界面土壓力，并配有瀝青壓力囊。雙膜式一般用于測量自由土體土壓力。
2測試儀器、設(shè)備
數(shù)顯頻率儀。
三、土壓力計（盒）安裝
1鉆孔法
鉆孔法是通過鉆孔和特制的安裝架將土壓力計壓入土體內(nèi)。具體步驟如下：①先將土壓力盒固定在安裝架內(nèi)；②鉆孔到設(shè)計深度以上0.5m-1.0m；放入帶土壓力盒的安裝架，逐段連接安裝架壓桿，土壓力盒導(dǎo)線通過壓桿引到地面。然后通過壓桿將土壓力盒壓到設(shè)計標(biāo)高；③回填封孔。
2掛布法
掛布法用于量測土體與圍護(hù)結(jié)構(gòu)間接觸壓力。具體步驟如下：①先用帆布制作一幅掛布，在掛布上縫有安放土壓力盒的布袋，布袋位置按設(shè)計深度確定；②將包住整幅鋼籠的掛布綁在鋼筋籠外側(cè)，并將帶有壓力囊的土壓力盒放入布袋內(nèi)，壓力囊朝外，導(dǎo)線固定在掛布上通到布頂；③掛布隨鋼筋籠一起吊入槽（孔）內(nèi)；④混凝土澆筑時，掛布將受到側(cè)向壓力而與土體緊密接觸。
四、監(jiān)測技術(shù)
1測試方法
土壓力測試方法相對比較簡單，用數(shù)顯頻率儀測讀、記錄土壓力計頻率即可。
2測試數(shù)據(jù)處理
土壓力計算式如下：
（5-1）
式中 —土壓力（kPa）；
—標(biāo)定系數(shù)（kPa/Hz2）；
—測試頻率；
—初始頻率。
3工程算例
五、 注意事項
(1) 壓力盒固定在安裝架時，壓力盒側(cè)向的固定螺絲不能擰得太緊，以免造成壓力盒內(nèi)鋼弦松弛。
(2) 壓力盒沉放過程中，始終要跟蹤監(jiān)測土壓力盒頻率，看是否正常，如果頻率有異常變化，要及時收回，檢查導(dǎo)線是否受損。
(3) 壓力盒沉放到位施壓前，到檢查壓力盒是否垂直，壓力盒面的方向是否與被測土壓力的方向垂直。
(4) 采用掛布法安裝時，由于土壓力盒掛在鋼筋籠外側(cè)，因此在鋼籠下槽過程中，要格外小心壓力囊經(jīng)過導(dǎo)墻時受擠壓、摩擦而破損漏油。掛布一定要兜住鋼籠外側(cè)，防止混凝土澆筑時水泥漿液流到掛布外側(cè)裹住土壓力盒。
一、監(jiān)測內(nèi)容
坑內(nèi)、外土體深層垂直位移。坑內(nèi)土體深層垂直位移亦稱坑內(nèi)土體回彈或坑底隆起。基坑在開挖后由于上部土體開挖卸載，深層土體應(yīng)力釋放向上隆起，另外，由于基坑內(nèi)土體開挖后，支護(hù)內(nèi)外的壓力差使其底部產(chǎn)生側(cè)向位移，導(dǎo)致靠近圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的土體向上隆起，嚴(yán)重者產(chǎn)生塑性破壞。深大基坑由于卸載多，基坑內(nèi)外壓差大，因而就有必要對基坑回彈進(jìn)行監(jiān)測。土體分層垂直位移監(jiān)測為重力式圍護(hù)體系一、二級監(jiān)測等級、板式圍護(hù)體系一級監(jiān)測等級選測項目。
二、儀器、設(shè)備簡介
1分層沉降儀用途及原理
分層沉降儀是通過電感探測裝置，根據(jù)電磁頻率的變化來觀測埋設(shè)在土體不同深度內(nèi)的磁環(huán)的確切位置，再由其所在位置深度的變化計算出地層不同標(biāo)高處的沉降變化情況。分層沉降儀可用來監(jiān)測由開挖引起的周圍深層土體的垂直位移（沉降或隆起）。
2分層沉降儀的組成
分層沉降測量系統(tǒng)由三部分構(gòu)成：第一部分為埋入地下的材料部分，由沉降導(dǎo)管、底蓋和沉降磁環(huán)等組成；第二部分為地面測試儀器一分層沉降儀，由測頭、測量電纜、接收系統(tǒng)和繞線盤等組成；第三部分為管口水準(zhǔn)測量，由水準(zhǔn)儀、標(biāo)尺、腳架、尺墊等組成。分層沉降儀的組成：
（1）導(dǎo)管：采用PVC塑料管，管徑53mm或70mm。
（2）磁環(huán)：沉降磁環(huán)由注塑制成，內(nèi)安放稀土高能磁性材料，形成磁力圈。外安裝彈簧片，彈簧片張開后外徑約200mm，磁環(huán)套在導(dǎo)管處，彈簧片與土層接觸，隨土層移動而位移。
（3）測頭：不銹鋼制成，內(nèi)部安裝了磁場感應(yīng)器，當(dāng)遇到外磁場作用時，便會接通接收系統(tǒng)，當(dāng)外磁場不作作用時，就會自動關(guān)閉接收系統(tǒng)。
（4）電纜：由鋼尺和導(dǎo)線采用塑膠工藝合二為一，既防止了鋼尺銹蝕，又簡化了操作過程，測讀更加方便、準(zhǔn)確。鋼尺電纜一端接入測頭，另一端接入接收系統(tǒng)。
（5）接收系統(tǒng)：由音響器和峰值指示組成，音響器發(fā)出連續(xù)不斷的蜂鳴聲響，蜂值指示為電壓表指針指示，兩者可通過撥動開關(guān)來選用，不管用何種接收系統(tǒng)，測讀精度是一致的。
（6）繞線盤：由繞線圓盤和支架組成。
3分層沉降儀使用方法
測量時，擰松繞線盤后面螺絲，讓繞線盤轉(zhuǎn)動自由后，按下電源按鈕，手持測量電纜，將測頭放入沉降管中，緩慢地向下移動。當(dāng)測頭穿過土層中的磁環(huán)時，接收系統(tǒng)的蜂鳴器便會發(fā)出連續(xù)不斷的蜂鳴聲。若是在噪聲較大的環(huán)境中測量，蜂鳴聲不能聽清時可用峰值指示，只要把儀器面板上的選擇開關(guān)撥至電壓擋即可測量。方法同蜂鳴聲指示。
三、分層沉降標(biāo)（磁環(huán)）的埋設(shè)
1布設(shè)原則
1）分層垂直位移監(jiān)測孔：監(jiān)測孔應(yīng)布置在鄰近保護(hù)對象處，豎向監(jiān)測點(diǎn)（磁環(huán)）宜布置在土層分界面上，在厚度較大土層中部應(yīng)適當(dāng)加密，監(jiān)測孔深度宜大于2.5倍基坑開挖深度，且不應(yīng)小于基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)以下5～10m。
2）坑底回彈監(jiān)測孔：監(jiān)測點(diǎn)宜按剖面布置在基坑中部，剖面間距30～50m，數(shù)量不少于2條，剖面上監(jiān)測點(diǎn)間距10～20m，數(shù)量不少于3個。
2沉降管與磁環(huán)的埋設(shè)
方法一：用鉆機(jī)在預(yù)定孔位上鉆孔，孔深由沉降管長度而定，孔徑以能恰好放入磁環(huán)為佳。然后放入沉降管，沉降管連接時要用內(nèi)接頭或套接式螺紋，使外殼光滑，不影響磁環(huán)的上、下移動。在沉降管和孔壁間用膨潤土球充填并搗實，至底部第一個磁環(huán)的標(biāo)高再用專用工具將磁環(huán)套在沉降管外送至填充的粘土面上，施加一定壓力，使磁環(huán)上的三個鐵爪插入土中，然后再用膨潤土球充填并搗實至第二個磁環(huán)的標(biāo)高，按上述方法安裝第二個磁環(huán)，直至完成整個鉆孔中的磁環(huán)埋設(shè)。
方法二：在沉降管下孔前將磁環(huán)按設(shè)計距離安裝在沉降管上，磁環(huán)之間可利用沉降管外接頭進(jìn)行隔離，成孔后將帶磁環(huán)的沉降管插入孔內(nèi)。磁環(huán)在接頭處遇阻后被迫隨沉降管送至設(shè)計標(biāo)高。然后將沉降管向上拔起1m，這樣可使磁環(huán)上、下各1m范圍內(nèi)移動時不受阻，然后用細(xì)砂在沉降管和孔壁之間進(jìn)行填充至管口標(biāo)高。
四、監(jiān)測技術(shù)
1測試方法
監(jiān)測時應(yīng)先用水準(zhǔn)儀測出沉降管的管口高程，然后將分層沉降儀的探頭緩緩放入沉降管中。當(dāng)接收儀發(fā)生蜂鳴或指針偏轉(zhuǎn)最大時，就是磁環(huán)的位置。捕捉響第一聲時測量電纜在管口處的深度尺寸，每個磁環(huán)有兩次響聲，兩次響聲間的間距十幾厘米。這樣由上向下地測量到孔底，這稱為進(jìn)程測讀。當(dāng)從該沉降管內(nèi)收回測量電纜時，測頭再次通過土層中的磁環(huán)，接收系統(tǒng)的蜂嗚器會再次發(fā)出蜂鳴聲。此時讀出測量電纜在管口處的深度尺寸，如此測量到孔口，稱為回程測讀。磁環(huán)距管口深度取進(jìn)、回程測讀數(shù)平均數(shù)。
2 測試數(shù)據(jù)處理
分層沉降標(biāo)（磁環(huán)）位置應(yīng)以絕對高程表示，計算式如下：
（4-1）
式中： —分層沉降標(biāo)（磁環(huán)）絕對高程(m)；
—沉降管管口絕對高程(m)；
—分層沉降標(biāo)（磁環(huán)）距管口的距離(m)。
由式（4-1）可以分別算出磁環(huán)前后兩次位置變化即本次垂直位移量和累計垂直位移量：
（4-2）
（4-3）
式中： —第i次水位絕對高程(m)；
—第i-1次水位絕對高程(m)；
—水位初始絕對高程(m)；
—本次垂直位移(mm)；
—累計垂直位移(mm)。
3工程算例
五、 注意事項
(1) 深層土體垂直位移的初始值應(yīng)在分層標(biāo)埋設(shè)穩(wěn)定后進(jìn)行，一般不少于一周。每次監(jiān)測分層沉降儀應(yīng)進(jìn)行進(jìn)、回兩次測試，兩次測試誤差值不大于l.0mm，對于同一個工程應(yīng)固定監(jiān)測儀器和人員，以保證監(jiān)測精度。
(2) 管口要做好防護(hù)墩臺或井蓋，蓋好蓋子，防止沉降管損壞和雜物掉入管內(nèi)。
