压力位移的观测

PAGEPAGE156．压力、位移的观测在地基处理（填土碾压、堆载预压、排水固结等）、基础施工及建筑物运营期间，地基土压力和空隙水压力测试、地基的沉降和水平位移观测，是地基基础工程质量控制的主要依据之一。在荷载作用下，土层的固结过程就是空隙水压力消散和有效应力增加的过程，土中总应力σ与有效应力σ′，空隙水压力u三者的关系为：σ′＝σ－u。因此，测定土体在受力的情况下土压力和空隙水压力值及其消长速度和程度，对于计算地基土在不同排水条件及不同荷载作用下的固结度、推算土体强度随时间变化、控制施工速度等，极为重要。地基沉降变形、水平位移观测，也是地基基础工程质量控制的主要依据之一。6.1土压力测试 6.1.１土体总压力的测试(1)测试设备：土压力计和测量部分（比例电桥）。土压力计：它必须有足够的强度和耐久性，它能承受上覆土层较大的静压与轻微动压。按使用要求分为土中土压力计和接触压力计两种。按原理结构分为电气式（差动电阻式、电阻应变式、电感式）、钢弦式、液压式、气压式等。图6-1为常用的差动电阻式土压力计结构示意图。图6-1差动电阻式土压力计结构示意图(2)试验步骤：按图6-2所示方法埋设土压力计。回填土性状应与地基土一致，否则会引起土压力重新分布。土压力计引出电缆线一定注意不要在施工中被破坏，将各个土压力计的埋设位置、时间、土性等一一记录。测量：调节比例电桥平衡，将各个土压力计读数Pm（KPa）一一记录。如果检流计指针有反常现象，或与前次观测值相差很大时，应进行检查。（注意埋设前的土压力计电阻比只能作参考，土压力计埋设后，应重新测基准值。）(3)资料整理：根据土压力计读数Pm，查标定曲线获得土压力P０（KPa）。以土压力P０为纵坐标，以时间t为横坐标绘制土压力变化过程曲线。（可以将埋设在同一处的孔隙水压力计所测出的孔隙水压力随时间变化曲线绘在同一张图上）图6-2土压力计埋设6.1.2孔隙水压力的测试(1)测试设备：同土压力计一样也有电气式、钢弦式、液压式、气压式等型式。图6-3为常用的液压式孔隙水压力计结构示意图。液压式孔隙水压力计常用的为封闭双管式(图6-3)，由测头、传压导管及测量系统组成。当测头埋入土中，孔隙水压力通过透水石及传导管至零位指示器，使水银面发生变化，用活塞调压筒调节压力使水银面回到起始位置，则压力表上所示的压力值就是测读的孔隙水压力值（需经位置校正），经计算可得地基中的孔隙水压力值。为了使一个测量系统带几个测头，可采用联接器。整个系统应保证密封，测量系统一般在正压800～900KPa作用下不漏气；在负压一个大气压下不进气。测量范围为－4.0～60m水柱高，估计误差为±20cm水柱高。气泡的存在是影响该种仪器的主要因素，须注意排除。图6-3液压式孔隙水压力计示意图1.测量部分；2.进水联接器；3.出水联接器；4.测头5.手压水泵；6.零位指示器；7.活塞调压筒；8.压力表9.真空表；10塑料瓶；11.指示器螺钉；12.导管(塑料管)(2)试验步骤：埋设测头：埋设方式有钻孔埋设、压入和填土前埋设三种方式。前两种埋设过程，都要改变土中孔隙水压力，因此最好在施工前埋设测头。观测读数：观测前先用无气水充水排气，充水压力不宜过大，否则测头附近将产生冲刷作用。观测中不应有气泡产生，必须参考上次的读数，按估计预测的压力进行预调，并给以一定的平衡时间，才能得出准确的压力表读数P。(3)资料整理：A.测点处孔隙水压力计算公式式中：u－土体中的孔隙水压力（KPa）；P－压力表读数（KPa）；ρω－水的重度（KN/m3）；h－测点处至压力表基准面高（m）。B.绘制孔隙水压力水与荷载（或填土高度）关系曲线(图6-4)、孔隙水压力与时间变化关系曲线(图6-5)及孔隙水压力等值线图。综合分析各项测试数据，可以有效的控制施工荷载强度、加载速率，判别孔隙水压力的分布状态，为地基稳定评价提供科学依据。图6-4浙江省杜湖水库孔隙水压力与坝体填土高度关系曲线图6-5孔隙水压力－时间曲线工程实例(１)浙江杜湖水库：根据孔隙水压力与土坝填土高度关系曲线（图6-4），当坝体填土高度达10.6m时(相当于土柱压力为175KN/m2)，孔隙水压力显著增加，表明测点附近地基土已开始发生局部剪切破坏。此时应控制施工进度，待孔隙水压力消散(u下降、效正应力σ′增加)后继续施工。２．上海金山石油化总厂一万立方米油罐：软粘土地基在各级预压载荷下，孔隙水压力随时间的变化(图6-6)，与荷载正相关，加荷停歇期孔隙水压力有所下降。据此，可以有效的控制加荷速率，避免地基土因剪应力增加过快而发生破坏。图6-6上海金山石油化总厂大型油罐软粘土地基孔隙水压力u与时间t关系曲线6.2地基与基础的沉降变形和水平位移观测6.2.1地基沉降变形观测6.2.1.1深标点水准仪观测深标点沉降观测包括：基坑回弹观测：观测深埋大型基础在基坑开挖后，因基坑土自重卸载而产生的基底隆起变形。回弹标有测杆式和磁锤式两种(图6-7)。地基土分层观测：掌握地基土的有效压缩层厚度及各层土的变形特征。分层标结构见图6-8。地基土变形对周边影响观测：针对毗邻高层建筑物、深基坑开挖、施工中的井点降水、大面积桩基施工等情况，所引起的相邻地段应力重新分布和地基变形而进行的观测。图6-7回弹标结构示意图图6-8分层标结构示意图1.标志头；2.连接圆盘；3.反丝扣；4.标志顶；1.芯管；2.套管；3.导轮；4.上线帽；5.油配根；5.回弹标志；6.钻孔套管；7.固定螺丝；8.水准泡6.变径束节；7.套管；8.下线帽；9.测头(1)回弹标的埋设和观测：A,测杆式回弹标：a.用钻机在预定位置上钻孔，直至预计坑底标高。b.将标志头放入孔内，压入孔底，一般应使其低于基坑底面10～20cm，以防挖基坑时被铲坏。c.将测杆放入孔内，并使其底面与标志头顶部紧密接触，上部的水准气泡居中。d.用三个定位螺丝将测杆固定在套管上。e.在测杆上竖立钢尺，用水准仪观测高程。B.磁锤式回弹标：a.b.同测杆式。c.将水准仪置于水准点和回弹标中间，视距最大为30m，后视点用钢水准尺，前视用经鉴定的毫米刻度专用钢尺，由磁铁吸住坑底标志，如图6-9所示。基坑回弹观测对于一个工程不应少于三次。第一次在开挖基坑之前；第二次在开挖基坑之后；第三次在浇注基础之前。对于分阶段开挖的深基坑，可在中间增加观测次数。(2)分层标的埋设和观测：分层标一般是用内管和保护管组成的双金属管型。钻孔时除考虑口径大小符合管径要求外，还必须保证孔壁垂直。为了避免套管下沉影响内标，在管套将标头压入预定深度后，需将套管拔离标头30～50cm。在套管内灌砂填实，待基础底板浇灌后再固定。分层标埋设后，一般要求5天之后才可进行观测。观测周期、观测方法和各项要求，类同回弹标观测。图6-9磁锤式回弹标观测示意图1.水准基点；2.水准尺；3.水准仪；4.三角架；5.滑轮；6.套管；7.钢尺；8.重锤；9.磁铁；10.标顶6.2.1.2磁环式沉降仪观测(1)仪器与工作原理：磁环式沉降仪包括磁铁环、导管及探测头三部分(图6-10)，其工作原理系将磁铁环固定到所需测定深度的土层中，在导管中放入探测头，当探测头接近磁环处，由于电磁感应发出信号，就可以从标尺上测出磁环的位置。测量精度可达1～2mm。图6-10分层沉降观测装置示意图1.磁铁环；2.导管；3.探测头；4.标尺(2)仪器埋设与观测要点：观测沉降的可靠性，主要取决于埋设技术，因此埋设时要特别仔细。a.首先在观测部位钻掘成孔(土质松软的地层应下套管或用泥浆护壁)；b.成孔后将导管放入，然后稍许拔起套管，在导管与孔壁间用膨胀粘土球充填并捣实；c.用专用工具将磁环套在导管外送至填充的粘土面上，用力压磁环，迫使磁环上的三角爪插入土层中。然后将套管向上拔至另一需预埋磁环的深度，并用膨胀粘土球充填钻孔，按上述的方法埋设第二个磁环。如此，在整个钻孔中完成磁环的埋设。d.磁环埋好后应按时测量，待基本稳定后，取初始读数。用水准仪测出导管口高程，并用探头自上而下依次逐点测定导管内各磁环至导管顶距离，换算出相应各点高程。e.在施工和使用期间，按规定时间进行观测。6.2.2地基水平位移观测(1)测试设备：测量地基深层水平位移的仪器，通常采用测斜仪。测斜仪分固定式和活动式两种。目前，普遍采用活动式测斜仪。该仪器可以消除零点漂移的误差，只使用一个测头，即可在土层中连续测量，测点数量可以任选。测斜仪主要由测头、接收指示器、连接电缆和测斜导管等四部分组成。测头有滑线电阻式、钢弦式、差动变压器式、伺服加速度计式以及电阻应变式等。伺服加速度计式是在测头内的感应轴上互成90°安装两个加速度计。这种测头可测的最大倾角位±53°，在±7°范围内精度较高。电阻应变计式是在测头内装有一用重锤悬吊的弹簧片，片上贴有组成电桥的电阻应变片，并充硅油以增加阻尼，额定量程为±10°，每度的微应变为115μ。接收指示器：伺服加速度计式用数字显示仪表，读数为2.5×sinθ，θ为导管倾角。对于30°的倾角sinθ=0.5,则读数为2．5×0.5＝1.25，此即为仪器的基准因素。由于轮距为0.5m，所以，读数除以5即为以米计的位移量。电阻应变计式用静态电阻应变仪作接收指示器。电缆采用有距离标记的电缆线。用时在测头重力作用下不应有伸长现象。测斜管有铝合金金管和塑料料管两种，四四个纵向导导槽均布于于管内。测测斜管的性性能是影响响精度的主主要因素，除除导管的模模量既要与与土体的模模量接近、又又要不因土土压力变形形外，导槽槽的成型精精度极为关关键。(2)测量的基基本原理：：活动式测斜仪用用接收指示示器读数，读读数代表导导管的倾斜斜度，如图图6-11所示。图6-11倾倾斜角与区区间变位将导管划分成几几段，每个个区间的变变位为δi，倾角为为θi，则：整个导管的水平平位移值即即为：(3)埋设与观观测要点：：A.导管的埋设：a.首先用钻探工具具钻成合适适口径的孔孔，然后将将导管放入入孔内。导导管连接部部分应防止止污泥进入入，导管与与钻孔壁之之间用砂填填充。b.在连接导管时，应应将槽对准准，使纵向向的扭曲减减小到最小小程度。放放入导管时时，应注意意十字形槽槽口对准所所测的水平平位移方向向。c.为了消除土的变变形对导管管产生负摩摩擦的影响响，除使导导管接头处处可相对移移动外，还还可在管外外涂润滑剂剂等。d.在可能的情况下下，应尽量量将导管底底埋入硬层层，作为固固定端。否否则导管顶顶端应校正正。e.导管埋好后，需需停留一段段时间，使使钻孔中的的填土密实实，贴紧导导管。B.测定方法：a.将测头的感应方方向对准水水平位移方方向的导槽槽，放至导导管的最底底部。b.将电缆线与接收收指示器连连接，打开开开关。c.指示器读数稳定定后，提升升电缆线至至欲测位置置。每次应应保证在同同一位置处处进行测读读。d.将测头提升至管管口处，旋旋转180°，再按上上述步骤进进行测量，这这样可以消消除测斜仪仪本身的固固有误差。(4)资料整理理：根据指示器反映映的倾斜角角进行计算算，得出每每个区段的的位移量δδi，以底部部固定端或或管口校正正值为基点点。将各区区段的位移移量δi累积起来来，得出水水平位移曲曲线(图6-122)。图6-122土体水平平位移图为了解水平位移移随地面荷荷载变化的的情况，应应将相应的的观测值绘绘于同一图图上，以便便分析水平平位移的趋趋势。图6-12是实测大大面积加荷荷引起水平平位移沿深深度分布线线。以10月16日为基准线线，11月2日地面荷载载为100KKpa，11月12日地面荷载载为140KKpa。6.2.3地地基表层水水平位移观观测地基表层水平位位移观测，是是监视基础础剪切滑移移稳定性、堤堤坝和挡土土墙以及大大面积堆载载稳定性的的重要手段段。一般布设设位移桩作作为观测点点，采用视视准线、小小角度法、放放射性观测测网法、前前方交会等等法，用经经纬仪测角角、电磁波波测距仪或或激光测距距仪等测量量位移变形形。视准线法观测水水平位移观观测点布置置如图6-13所示。图6-13视准准线法观测测示意图A、B--工作基基点；a、b、c、d－位移观观测点视准线法校测工工作基点和和位移观测测点时，容容许误差应应不