壓力位移的觀測(cè)

PAGEPAGE156．壓力、位移的觀測(cè)在地基處理（填土碾壓、堆載預(yù)壓、排水固結(jié)等）、基礎(chǔ)施工及建筑物運(yùn)營(yíng)期間，地基土壓力和空隙水壓力測(cè)試、地基的沉降和水平位移觀測(cè)，是地基基礎(chǔ)工程質(zhì)量控制的主要依據(jù)之一。在荷載作用下，土層的固結(jié)過程就是空隙水壓力消散和有效應(yīng)力增加的過程，土中總應(yīng)力σ與有效應(yīng)力σ′，空隙水壓力u三者的關(guān)系為：σ′＝σ－u。因此，測(cè)定土體在受力的情況下土壓力和空隙水壓力值及其消長(zhǎng)速度和程度，對(duì)于計(jì)算地基土在不同排水條件及不同荷載作用下的固結(jié)度、推算土體強(qiáng)度隨時(shí)間變化、控制施工速度等，極為重要。地基沉降變形、水平位移觀測(cè)，也是地基基礎(chǔ)工程質(zhì)量控制的主要依據(jù)之一。6.1土壓力測(cè)試 6.1.１土體總壓力的測(cè)試(1)測(cè)試設(shè)備：土壓力計(jì)和測(cè)量部分（比例電橋）。土壓力計(jì)：它必須有足夠的強(qiáng)度和耐久性，它能承受上覆土層較大的靜壓與輕微動(dòng)壓。按使用要求分為土中土壓力計(jì)和接觸壓力計(jì)兩種。按原理結(jié)構(gòu)分為電氣式（差動(dòng)電阻式、電阻應(yīng)變式、電感式）、鋼弦式、液壓式、氣壓式等。圖6-1為常用的差動(dòng)電阻式土壓力計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖。圖6-1差動(dòng)電阻式土壓力計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖(2)試驗(yàn)步驟：按圖6-2所示方法埋設(shè)土壓力計(jì)?；靥钔列誀顟?yīng)與地基土一致，否則會(huì)引起土壓力重新分布。土壓力計(jì)引出電纜線一定注意不要在施工中被破壞，將各個(gè)土壓力計(jì)的埋設(shè)位置、時(shí)間、土性等一一記錄。測(cè)量：調(diào)節(jié)比例電橋平衡，將各個(gè)土壓力計(jì)讀數(shù)Pm（KPa）一一記錄。如果檢流計(jì)指針有反?，F(xiàn)象，或與前次觀測(cè)值相差很大時(shí)，應(yīng)進(jìn)行檢查。（注意埋設(shè)前的土壓力計(jì)電阻比只能作參考，土壓力計(jì)埋設(shè)后，應(yīng)重新測(cè)基準(zhǔn)值。）(3)資料整理：根據(jù)土壓力計(jì)讀數(shù)Pm，查標(biāo)定曲線獲得土壓力P０（KPa）。以土壓力P０為縱坐標(biāo)，以時(shí)間t為橫坐標(biāo)繪制土壓力變化過程曲線。（可以將埋設(shè)在同一處的孔隙水壓力計(jì)所測(cè)出的孔隙水壓力隨時(shí)間變化曲線繪在同一張圖上）圖6-2土壓力計(jì)埋設(shè)6.1.2孔隙水壓力的測(cè)試(1)測(cè)試設(shè)備：同土壓力計(jì)一樣也有電氣式、鋼弦式、液壓式、氣壓式等型式。圖6-3為常用的液壓式孔隙水壓力計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖。液壓式孔隙水壓力計(jì)常用的為封閉雙管式(圖6-3)，由測(cè)頭、傳壓導(dǎo)管及測(cè)量系統(tǒng)組成。當(dāng)測(cè)頭埋入土中，孔隙水壓力通過透水石及傳導(dǎo)管至零位指示器，使水銀面發(fā)生變化，用活塞調(diào)壓筒調(diào)節(jié)壓力使水銀面回到起始位置，則壓力表上所示的壓力值就是測(cè)讀的孔隙水壓力值（需經(jīng)位置校正），經(jīng)計(jì)算可得地基中的孔隙水壓力值。為了使一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)帶幾個(gè)測(cè)頭，可采用聯(lián)接器。整個(gè)系統(tǒng)應(yīng)保證密封，測(cè)量系統(tǒng)一般在正壓800～900KPa作用下不漏氣；在負(fù)壓一個(gè)大氣壓下不進(jìn)氣。測(cè)量范圍為－4.0～60m水柱高，估計(jì)誤差為±20cm水柱高。氣泡的存在是影響該種儀器的主要因素，須注意排除。圖6-3液壓式孔隙水壓力計(jì)示意圖1.測(cè)量部分；2.進(jìn)水聯(lián)接器；3.出水聯(lián)接器；4.測(cè)頭5.手壓水泵；6.零位指示器；7.活塞調(diào)壓筒；8.壓力表9.真空表；10塑料瓶；11.指示器螺釘；12.導(dǎo)管(塑料管)(2)試驗(yàn)步驟：埋設(shè)測(cè)頭：埋設(shè)方式有鉆孔埋設(shè)、壓入和填土前埋設(shè)三種方式。前兩種埋設(shè)過程，都要改變土中孔隙水壓力，因此最好在施工前埋設(shè)測(cè)頭。觀測(cè)讀數(shù)：觀測(cè)前先用無氣水充水排氣，充水壓力不宜過大，否則測(cè)頭附近將產(chǎn)生沖刷作用。觀測(cè)中不應(yīng)有氣泡產(chǎn)生，必須參考上次的讀數(shù)，按估計(jì)預(yù)測(cè)的壓力進(jìn)行預(yù)調(diào)，并給以一定的平衡時(shí)間，才能得出準(zhǔn)確的壓力表讀數(shù)P。(3)資料整理：A.測(cè)點(diǎn)處孔隙水壓力計(jì)算公式式中：u－土體中的孔隙水壓力（KPa）；P－壓力表讀數(shù)（KPa）；ρω－水的重度（KN/m3）；h－測(cè)點(diǎn)處至壓力表基準(zhǔn)面高（m）。B.繪制孔隙水壓力水與荷載（或填土高度）關(guān)系曲線(圖6-4)、孔隙水壓力與時(shí)間變化關(guān)系曲線(圖6-5)及孔隙水壓力等值線圖。綜合分析各項(xiàng)測(cè)試數(shù)據(jù)，可以有效的控制施工荷載強(qiáng)度、加載速率，判別孔隙水壓力的分布狀態(tài)，為地基穩(wěn)定評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。圖6-4浙江省杜湖水庫(kù)孔隙水壓力與壩體填土高度關(guān)系曲線圖6-5孔隙水壓力－時(shí)間曲線工程實(shí)例(１)浙江杜湖水庫(kù)：根據(jù)孔隙水壓力與土壩填土高度關(guān)系曲線（圖6-4），當(dāng)壩體填土高度達(dá)10.6m時(shí)(相當(dāng)于土柱壓力為175KN/m2)，孔隙水壓力顯著增加，表明測(cè)點(diǎn)附近地基土已開始發(fā)生局部剪切破壞。此時(shí)應(yīng)控制施工進(jìn)度，待孔隙水壓力消散(u下降、效正應(yīng)力σ′增加)后繼續(xù)施工。２．上海金山石油化總廠一萬立方米油罐：軟粘土地基在各級(jí)預(yù)壓載荷下，孔隙水壓力隨時(shí)間的變化(圖6-6)，與荷載正相關(guān)，加荷停歇期孔隙水壓力有所下降。據(jù)此，可以有效的控制加荷速率，避免地基土因剪應(yīng)力增加過快而發(fā)生破壞。圖6-6上海金山石油化總廠大型油罐軟粘土地基孔隙水壓力u與時(shí)間t關(guān)系曲線6.2地基與基礎(chǔ)的沉降變形和水平位移觀測(cè)6.2.1地基沉降變形觀測(cè)6.2.1.1深標(biāo)點(diǎn)水準(zhǔn)儀觀測(cè)深標(biāo)點(diǎn)沉降觀測(cè)包括：基坑回彈觀測(cè)：觀測(cè)深埋大型基礎(chǔ)在基坑開挖后，因基坑土自重卸載而產(chǎn)生的基底隆起變形?；貜棙?biāo)有測(cè)桿式和磁錘式兩種(圖6-7)。地基土分層觀測(cè)：掌握地基土的有效壓縮層厚度及各層土的變形特征。分層標(biāo)結(jié)構(gòu)見圖6-8。地基土變形對(duì)周邊影響觀測(cè)：針對(duì)毗鄰高層建筑物、深基坑開挖、施工中的井點(diǎn)降水、大面積樁基施工等情況，所引起的相鄰地段應(yīng)力重新分布和地基變形而進(jìn)行的觀測(cè)。圖6-7回彈標(biāo)結(jié)構(gòu)示意圖圖6-8分層標(biāo)結(jié)構(gòu)示意圖1.標(biāo)志頭；2.連接圓盤；3.反絲扣；4.標(biāo)志頂；1.芯管；2.套管；3.導(dǎo)輪；4.上線帽；5.油配根；5.回彈標(biāo)志；6.鉆孔套管；7.固定螺絲；8.水準(zhǔn)泡6.變徑束節(jié)；7.套管；8.下線帽；9.測(cè)頭(1)回彈標(biāo)的埋設(shè)和觀測(cè)：A,測(cè)桿式回彈標(biāo)：a.用鉆機(jī)在預(yù)定位置上鉆孔，直至預(yù)計(jì)坑底標(biāo)高。b.將標(biāo)志頭放入孔內(nèi)，壓入孔底，一般應(yīng)使其低于基坑底面10～20cm，以防挖基坑時(shí)被鏟壞。c.將測(cè)桿放入孔內(nèi)，并使其底面與標(biāo)志頭頂部緊密接觸，上部的水準(zhǔn)氣泡居中。d.用三個(gè)定位螺絲將測(cè)桿固定在套管上。e.在測(cè)桿上豎立鋼尺，用水準(zhǔn)儀觀測(cè)高程。B.磁錘式回彈標(biāo)：a.b.同測(cè)桿式。c.將水準(zhǔn)儀置于水準(zhǔn)點(diǎn)和回彈標(biāo)中間，視距最大為30m，后視點(diǎn)用鋼水準(zhǔn)尺，前視用經(jīng)鑒定的毫米刻度專用鋼尺，由磁鐵吸住坑底標(biāo)志，如圖6-9所示。基坑回彈觀測(cè)對(duì)于一個(gè)工程不應(yīng)少于三次。第一次在開挖基坑之前；第二次在開挖基坑之后；第三次在澆注基礎(chǔ)之前。對(duì)于分階段開挖的深基坑，可在中間增加觀測(cè)次數(shù)。(2)分層標(biāo)的埋設(shè)和觀測(cè)：分層標(biāo)一般是用內(nèi)管和保護(hù)管組成的雙金屬管型。鉆孔時(shí)除考慮口徑大小符合管徑要求外，還必須保證孔壁垂直。為了避免套管下沉影響內(nèi)標(biāo)，在管套將標(biāo)頭壓入預(yù)定深度后，需將套管拔離標(biāo)頭30～50cm。在套管內(nèi)灌砂填實(shí)，待基礎(chǔ)底板澆灌后再固定。分層標(biāo)埋設(shè)后，一般要求5天之后才可進(jìn)行觀測(cè)。觀測(cè)周期、觀測(cè)方法和各項(xiàng)要求，類同回彈標(biāo)觀測(cè)。圖6-9磁錘式回彈標(biāo)觀測(cè)示意圖1.水準(zhǔn)基點(diǎn)；2.水準(zhǔn)尺；3.水準(zhǔn)儀；4.三角架；5.滑輪；6.套管；7.鋼尺；8.重錘；9.磁鐵；10.標(biāo)頂6.2.1.2磁環(huán)式沉降儀觀測(cè)(1)儀器與工作原理：磁環(huán)式沉降儀包括磁鐵環(huán)、導(dǎo)管及探測(cè)頭三部分(圖6-10)，其工作原理系將磁鐵環(huán)固定到所需測(cè)定深度的土層中，在導(dǎo)管中放入探測(cè)頭，當(dāng)探測(cè)頭接近磁環(huán)處，由于電磁感應(yīng)發(fā)出信號(hào)，就可以從標(biāo)尺上測(cè)出磁環(huán)的位置。測(cè)量精度可達(dá)1～2mm。圖6-10分層沉降觀測(cè)裝置示意圖1.磁鐵環(huán)；2.導(dǎo)管；3.探測(cè)頭；4.標(biāo)尺(2)儀器埋設(shè)與觀測(cè)要點(diǎn)：觀測(cè)沉降的可靠性，主要取決于埋設(shè)技術(shù)，因此埋設(shè)時(shí)要特別仔細(xì)。a.首先在觀測(cè)部位鉆掘成孔(土質(zhì)松軟的地層應(yīng)下套管或用泥漿護(hù)壁)；b.成孔后將導(dǎo)管放入，然后稍許拔起套管，在導(dǎo)管與孔壁間用膨脹粘土球充填并搗實(shí)；c.用專用工具將磁環(huán)套在導(dǎo)管外送至填充的粘土面上，用力壓磁環(huán)，迫使磁環(huán)上的三角爪插入土層中。然后將套管向上拔至另一需預(yù)埋磁環(huán)的深度，并用膨脹粘土球充填鉆孔，按上述的方法埋設(shè)第二個(gè)磁環(huán)。如此，在整個(gè)鉆孔中完成磁環(huán)的埋設(shè)。d.磁環(huán)埋好后應(yīng)按時(shí)測(cè)量，待基本穩(wěn)定后，取初始讀數(shù)。用水準(zhǔn)儀測(cè)出導(dǎo)管口高程，并用探頭自上而下依次逐點(diǎn)測(cè)定導(dǎo)管內(nèi)各磁環(huán)至導(dǎo)管頂距離，換算出相應(yīng)各點(diǎn)高程。e.在施工和使用期間，按規(guī)定時(shí)間進(jìn)行觀測(cè)。6.2.2地基水平位移觀測(cè)(1)測(cè)試設(shè)備：測(cè)量地基深層水平位移的儀器，通常采用測(cè)斜儀。測(cè)斜儀分固定式和活動(dòng)式兩種。目前，普遍采用活動(dòng)式測(cè)斜儀。該儀器可以消除零點(diǎn)漂移的誤差，只使用一個(gè)測(cè)頭，即可在土層中連續(xù)測(cè)量，測(cè)點(diǎn)數(shù)量可以任選。測(cè)斜儀主要由測(cè)頭、接收指示器、連接電纜和測(cè)斜導(dǎo)管等四部分組成。測(cè)頭有滑線電阻式、鋼弦式、差動(dòng)變壓器式、伺服加速度計(jì)式以及電阻應(yīng)變式等。伺服加速度計(jì)式是在測(cè)頭內(nèi)的感應(yīng)軸上互成90°安裝兩個(gè)加速度計(jì)。這種測(cè)頭可測(cè)的最大傾角位±53°，在±7°范圍內(nèi)精度較高。電阻應(yīng)變計(jì)式是在測(cè)頭內(nèi)裝有一用重錘懸吊的彈簧片，片上貼有組成電橋的電阻應(yīng)變片，并充硅油以增加阻尼，額定量程為±10°，每度的微應(yīng)變?yōu)?15μ。接收指示器：伺服加速度計(jì)式用數(shù)字顯示儀表，讀數(shù)為2.5×sinθ，θ為導(dǎo)管傾角。對(duì)于30°的傾角sinθ=0.5,則讀數(shù)為2．5×0.5＝1.25，此即為儀器的基準(zhǔn)因素。由于輪距為0.5m，所以，讀數(shù)除以5即為以米計(jì)的位移量。電阻應(yīng)變計(jì)式用靜態(tài)電阻應(yīng)變儀作接收指示器。電纜采用有距離標(biāo)記的電纜線。用時(shí)在測(cè)頭重力作用下不應(yīng)有伸長(zhǎng)現(xiàn)象。測(cè)斜管有鋁合金金管和塑料料管兩種，四四個(gè)縱向?qū)?dǎo)槽均布于于管內(nèi)。測(cè)測(cè)斜管的性性能是影響響精度的主主要因素，除除導(dǎo)管的模模量既要與與土體的模模量接近、又又要不因土土壓力變形形外，導(dǎo)槽槽的成型精精度極為關(guān)關(guān)鍵。(2)測(cè)量的基基本原理：：活動(dòng)式測(cè)斜儀用用接收指示示器讀數(shù)，讀讀數(shù)代表導(dǎo)導(dǎo)管的傾斜斜度，如圖圖6-11所示。圖6-11傾傾斜角與區(qū)區(qū)間變位將導(dǎo)管劃分成幾幾段，每個(gè)個(gè)區(qū)間的變變位為δi，傾角為為θi，則：整個(gè)導(dǎo)管的水平平位移值即即為：(3)埋設(shè)與觀觀測(cè)要點(diǎn)：：A.導(dǎo)管的埋設(shè)：a.首先用鉆探工具具鉆成合適適口徑的孔孔，然后將將導(dǎo)管放入入孔內(nèi)。導(dǎo)導(dǎo)管連接部部分應(yīng)防止止污泥進(jìn)入入，導(dǎo)管與與鉆孔壁之之間用砂填填充。b.在連接導(dǎo)管時(shí)，應(yīng)應(yīng)將槽對(duì)準(zhǔn)準(zhǔn)，使縱向向的扭曲減減小到最小小程度。放放入導(dǎo)管時(shí)時(shí)，應(yīng)注意意十字形槽槽口對(duì)準(zhǔn)所所測(cè)的水平平位移方向向。c.為了消除土的變變形對(duì)導(dǎo)管管產(chǎn)生負(fù)摩摩擦的影響響，除使導(dǎo)導(dǎo)管接頭處處可相對(duì)移移動(dòng)外，還還可在管外外涂潤(rùn)滑劑劑等。d.在可能的情況下下，應(yīng)盡量量將導(dǎo)管底底埋入硬層層，作為固固定端。否否則導(dǎo)管頂頂端應(yīng)校正正。e.導(dǎo)管埋好后，需需停留一段段時(shí)間，使使鉆孔中的的填土密實(shí)實(shí)，貼緊導(dǎo)導(dǎo)管。B.測(cè)定方法：a.將測(cè)頭的感應(yīng)方方向?qū)?zhǔn)水水平位移方方向的導(dǎo)槽槽，放至導(dǎo)導(dǎo)管的最底底部。b.將電纜線與接收收指示器連連接，打開開開關(guān)。c.指示器讀數(shù)穩(wěn)定定后，提升升電纜線至至欲測(cè)位置置。每次應(yīng)應(yīng)保證在同同一位置處處進(jìn)行測(cè)讀讀。d.將測(cè)頭提升至管管口處，旋旋轉(zhuǎn)180°，再按上上述步驟進(jìn)進(jìn)行測(cè)量，這這樣可以消消除測(cè)斜儀儀本身的固固有誤差。(4)資料整理理：根據(jù)指示器反映映的傾斜角角進(jìn)行計(jì)算算，得出每每個(gè)區(qū)段的的位移量δδi，以底部部固定端或或管口校正正值為基點(diǎn)點(diǎn)。將各區(qū)區(qū)段的位移移量δi累積起來來，得出水水平位移曲曲線(圖6-122)。圖6-122土體水平平位移圖為了解水平位移移隨地面荷荷載變化的的情況，應(yīng)應(yīng)將相應(yīng)的的觀測(cè)值繪繪于同一圖圖上，以便便分析水平平位移的趨趨勢(shì)。圖6-12是實(shí)測(cè)大大面積加荷荷引起水平平位移沿深深度分布線線。以10月16日為基準(zhǔn)線線，11月2日地面荷載載為100KKpa，11月12日地面荷載載為140KKpa。6.2.3地地基表層水水平位移觀觀測(cè)地基表層水平位位移觀測(cè)，是是監(jiān)視基礎(chǔ)礎(chǔ)剪切滑移移穩(wěn)定性、堤堤壩和擋土土墻以及大大面積堆載載穩(wěn)定性的的重要手段段。一般布設(shè)設(shè)位移樁作作為觀測(cè)點(diǎn)點(diǎn)，采用視視準(zhǔn)線、小小角度法、放放射性觀測(cè)測(cè)網(wǎng)法、前前方交會(huì)等等法，用經(jīng)經(jīng)緯儀測(cè)角角、電磁波波測(cè)距儀或或激光測(cè)距距儀等測(cè)量量位移變形形。視準(zhǔn)線法觀測(cè)水水平位移觀觀測(cè)點(diǎn)布置置如圖6-13所示。圖6-13視準(zhǔn)準(zhǔn)線法觀測(cè)測(cè)示意圖A、B--工作基基點(diǎn)；a、b、c、d－位移觀觀測(cè)點(diǎn)視準(zhǔn)線法校測(cè)工工作基點(diǎn)和和位移觀測(cè)測(cè)點(diǎn)時(shí)，容容許誤差應(yīng)應(yīng)不