大面積堆載作用下軟土地基變形監(jiān)測(cè)研究

李曉進(jìn)

摘要：地基變形問(wèn)題嚴(yán)重的制約著項(xiàng)目的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，尤其在大面積堆載作用下所引起的地基變形問(wèn)題更為強(qiáng)烈，所以，如何有效的監(jiān)測(cè)地基變形問(wèn)題意義非常重大。那么，通過(guò)文章下文的分析與論述，從而為有關(guān)單位及工作人員在實(shí)際工作中提供一定理論和技術(shù)幫助。

Abstract： The problem of foundation deformation is seriously restricting the production efficiency and quality of the project. Especially， the problem of foundation deformation caused by large area load is more intense. Therefore， it is very important to monitor the foundation deformation problem effectively. Then， through the analysis and discussion of the article below， so as to the relevant units and staff in the actual work to provide a certain theoretical and technical help.

關(guān)鍵詞：大面積；堆載作用；地基變形；監(jiān)測(cè)

Key words： large area；heaped load；foundation deformation；monitoring

中圖分類(lèi)號(hào)：TU441+.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）19-0133-03

0 引言

近年來(lái)，我國(guó)各項(xiàng)工程施工建設(shè)速度不斷加快，地基是工程中非常重要的組成部分，而變形問(wèn)題又是地基中一種常見(jiàn)的現(xiàn)象。所以，在大面積堆載作用下進(jìn)行地基變形監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為了一項(xiàng)重要工作。

1 工程案例分析

文章以某工程為例，其基本的情況為：為運(yùn)料貯料方便，通過(guò)圍海造地構(gòu)成了該大面積堆載場(chǎng)區(qū)，長(zhǎng)度約650米，寬度約300m。場(chǎng)地屬濱海沉積地貌，經(jīng)施工單位對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行回填整平后，地形平坦，地面標(biāo)高在2.5m左右。場(chǎng)地周邊已有較多建（構(gòu)）筑物，料場(chǎng)東側(cè)有余能電廠，南側(cè)有變電站，特別是一次料場(chǎng)10#料條南側(cè)、西側(cè)和北側(cè)，有需重點(diǎn)保護(hù)的架空燃?xì)夤艿?。?chǎng)區(qū)為深厚軟土區(qū)，分布有30多米厚的淤泥質(zhì)粘土和20多米厚的粘土層。為防止在堆載過(guò)程中地基失穩(wěn)或變形過(guò)大，影響正常生產(chǎn)、威脅周?chē)ǎ?gòu)）筑物安全，須嚴(yán)格控制加載頻率，對(duì)料場(chǎng)及周邊建（構(gòu)）筑物進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2 工程的特點(diǎn)

地基堆載監(jiān)測(cè)是巖土工程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它與勘察、設(shè)計(jì)、施工一起構(gòu)成巖土工程不可分割的完整系統(tǒng)。巖土條件復(fù)雜多變，要在工程設(shè)計(jì)階段準(zhǔn)確無(wú)誤地預(yù)測(cè)巖土體的性狀及其在施工、運(yùn)行過(guò)程中的變化是十分困難的。安全監(jiān)測(cè)是工程安全的重要保證手段之一，也是巖土工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行的重要組成部分。在施工、運(yùn)行過(guò)程中，對(duì)工程的實(shí)際狀況及其穩(wěn)定性進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，將為保證工程安全提供科學(xué)依據(jù)。

該工程具有以下特點(diǎn)：

①地基條件差，淤泥質(zhì)粘土具有天然含水量高、孔隙比大、抗剪強(qiáng)度低、壓縮性高、滲透系數(shù)小等特點(diǎn)，在大面積荷載作用下土體變形較大。②周?chē)ǎ?gòu)）筑物對(duì)土體變形比較敏感，特別是料場(chǎng)周邊的架空煤氣管道，一旦管道支架基礎(chǔ)因?yàn)榱蠗l堆載而發(fā)生過(guò)大位移或變形，后果將不堪設(shè)想。③堆載區(qū)域大，場(chǎng)地條件復(fù)雜。加載區(qū)長(zhǎng)度較長(zhǎng)，有近600m。料條間有堆取料機(jī)軌道，各料條間不通視。數(shù)據(jù)采集場(chǎng)地狹小，干擾大。④荷載復(fù)雜。各料條不是單純加載，是堆料、取料、加載、卸載循環(huán)變化的荷載，一些傳統(tǒng)的巖土工程監(jiān)測(cè)方法不適用。⑤監(jiān)測(cè)要求高。新增一次料場(chǎng)堆載區(qū)域大，場(chǎng)地條件復(fù)雜，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量大。如何獲取料條加料過(guò)程中以及風(fēng)、暴、潮等災(zāi)害性天氣發(fā)生期，即地基安全風(fēng)險(xiǎn)最大時(shí)期完整的數(shù)據(jù)和最不利數(shù)據(jù)，如何保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)預(yù)警是保證工程安全的關(guān)鍵之一。⑥監(jiān)測(cè)時(shí)間將持續(xù)數(shù)年，沉降變形量大（沉降可達(dá)數(shù)米），埋設(shè)的測(cè)試儀器在滿足精度基礎(chǔ)上，必須滿足耐久性、大量程的要求。

3 具體的監(jiān)測(cè)方法

該工程主要監(jiān)測(cè)方法和監(jiān)測(cè)情況如下：

3.1 深層土體位移監(jiān)測(cè)

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，在地基臨近失穩(wěn)、破壞的時(shí)候，側(cè)向位移速率比沉降速率更敏感，因此地基土的側(cè)向位移觀測(cè)是堆載過(guò)程中最重要的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目之一，可直接反映地基的安全狀況。同時(shí)通過(guò)測(cè)斜管觀測(cè)可以清楚地了解深層土體在荷載作用下側(cè)向變形的情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)臨近破壞的征兆，通過(guò)對(duì)土體移動(dòng)的發(fā)展趨勢(shì)、移動(dòng)方向及速率等資料的分析，能夠綜合判斷地基的穩(wěn)定情況。此項(xiàng)監(jiān)測(cè)主要通過(guò)測(cè)斜儀器對(duì)垂直方向上地基土體不同深度的側(cè)向位移情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。進(jìn)行深層土體位移觀測(cè)時(shí)，當(dāng)傳感器探頭到達(dá)一定深度，由于地基土體擠壓導(dǎo)致測(cè)斜管變形，探頭相對(duì)于鉛垂線方向必定產(chǎn)生一個(gè)傾角θ，利用傾角傳感器，并通過(guò)靈敏度較高的微電子換能器把這個(gè)角度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，通過(guò)處理分析，將被測(cè)試點(diǎn)的水平位移量Δi直接顯示出來(lái)，然后存入儀器中，利用串口向計(jì)算機(jī)送入并進(jìn)行處理。

具體的測(cè)試原理圖如圖1所示。

根據(jù)測(cè)得的各深度測(cè)試點(diǎn)的水平位移量Δi，以底部固定端值為零點(diǎn)，自下而上將各區(qū)段的位移量Δi累加起來(lái)，得出側(cè)向位移曲線，如圖2所示。

即：δ=∑Lisinθi

3.2 邊樁位移監(jiān)測(cè)

通過(guò)水準(zhǔn)儀和全站儀設(shè)備觀測(cè)地表位移情況，依據(jù)常規(guī)的水準(zhǔn)測(cè)量、常規(guī)水平位移法進(jìn)行檢測(cè)。在1m左右控制邊樁高度，在1m×0.8m左右控制其底面積，將預(yù)制標(biāo)安設(shè)到其上部，并且安裝標(biāo)尺基點(diǎn)和棱鏡固定點(diǎn)。

為提高觀測(cè)精度，減小測(cè)量誤差，邊樁水平位移測(cè)量宜采用視準(zhǔn)線法進(jìn)行觀測(cè)，并設(shè)置強(qiáng)制歸心觀測(cè)墩。還要定期對(duì)工作基點(diǎn)進(jìn)行檢查。邊樁垂直位移測(cè)量宜采用精密水準(zhǔn)測(cè)量方法進(jìn)行觀測(cè)，并定期對(duì)基準(zhǔn)網(wǎng)進(jìn)行復(fù)測(cè)。

3.3 孔隙水壓力監(jiān)測(cè)

孔隙水壓力的監(jiān)測(cè)能幫助及時(shí)了解土體的實(shí)際應(yīng)力狀態(tài)，為防止由于加載速率過(guò)快而導(dǎo)致的地基失穩(wěn)提供指導(dǎo)，及時(shí)停止堆料或者采取卸料措施。同時(shí)能夠反映地基的固結(jié)度和強(qiáng)度增長(zhǎng)情況，為下一步堆載提供指導(dǎo)。

該項(xiàng)目孔隙水壓力計(jì)測(cè)量原理是：當(dāng)傳感器固定在水下某一點(diǎn)時(shí)，該測(cè)點(diǎn)以上水柱壓力作用于水壓敏感集成元器件，使元器件電阻發(fā)生變化，從而導(dǎo)致電壓變化，這樣即可間接測(cè)出該點(diǎn)的孔隙水壓力。當(dāng)料堆加載時(shí)，作用在土體單元上的總壓力發(fā)生變化導(dǎo)致孔隙水壓力發(fā)生變化。由于現(xiàn)場(chǎng)土體壓縮性高、滲透系數(shù)小等特點(diǎn)，荷載增大孔隙水壓力增大，停止加荷后，孔隙水壓力隨之逐漸消散。當(dāng)荷載過(guò)大導(dǎo)致孔隙水壓力急劇增大時(shí)，要及時(shí)采取警戒措施。因此，該項(xiàng)監(jiān)測(cè)建議采取自動(dòng)化監(jiān)測(cè)手段，實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)報(bào)警。

3.4 地表斷面沉降觀測(cè)

要分析大面積堆載情況下地表的實(shí)際沉降情況，除了場(chǎng)地周邊的邊樁沉降監(jiān)測(cè)外，更重要的是堆載中心地基土的沉降監(jiān)測(cè)，即本文所講的地表斷面沉降監(jiān)測(cè)。這是一個(gè)特殊的工程，在工程中會(huì)經(jīng)過(guò)加載和卸載的負(fù)荷循環(huán)變化過(guò)程，同路基的沉降不同，這種場(chǎng)地的斷面沉降是不斷變化的。所以，可以通過(guò)遙測(cè)設(shè)備對(duì)地基表面不斷變化的沉降情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。采用國(guó)內(nèi)組裝，美國(guó)進(jìn)口的沉降儀設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，包括三通道儲(chǔ)液罐，沉降儀傳感器，四芯雙膠屏幕通氣電纜及專(zhuān)用通液管。通過(guò)連通管原理對(duì)表面土體的沉降問(wèn)題進(jìn)行測(cè)量，也就是利用液管把土體外固定位置和土體沉降傳感器連接到一起，并且，在同一個(gè)大氣壓中控制二者中的液體。如果有沉降問(wèn)題出現(xiàn)在表面土體中，電纜會(huì)把儲(chǔ)液罐和傳感器的液面差轉(zhuǎn)變成電子信號(hào)，并通過(guò)專(zhuān)門(mén)的設(shè)備進(jìn)行讀取。

4 變形分析

結(jié)合該項(xiàng)目監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)分析和解讀的基本情況，需要對(duì)各變形量和變形趨勢(shì)等進(jìn)行判斷，為地基及周邊建（構(gòu)）筑物的安全性和穩(wěn)定性提供保障。以該項(xiàng)堆載變形監(jiān)測(cè)為例，科學(xué)地展開(kāi)變形分析，得到如下結(jié)論：

①深層側(cè)向位移大部分具有向堆載區(qū)域外圍變形的趨勢(shì)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析和解讀，得到深層側(cè)向位移點(diǎn)的位移情況存在差異，且不同深度位移量和位移速率也不相同。深層側(cè)向位移的差異與該點(diǎn)所處位置的地基情況、堆載量和有效堆放時(shí)間有關(guān)。地基情況越差、堆載量越大、有效堆放時(shí)間越長(zhǎng)，其深層側(cè)向位移變形就越大。

②邊樁監(jiān)測(cè)點(diǎn)水平位移大部分具有向堆載區(qū)域外圍位移的趨勢(shì)。由于受到堆載擠壓，地基土表面土體會(huì)向外產(chǎn)生一定位移，其位移量與堆載量、有效堆放時(shí)間和外圍是否有擋墻有關(guān)。當(dāng)料堆卸載后，位移變形會(huì)有部分回彈。該項(xiàng)變形特征與深層側(cè)向位移上部變形特征基本一致。

③邊樁及斷面沉降均表現(xiàn)為往下沉降，料堆卸載后少量點(diǎn)存在反彈。該項(xiàng)目沉降存在區(qū)域性，中間斷面點(diǎn)受料堆正面堆載壓力，沉降量和沉降速率均較大，兩邊邊樁沉降速率較小。地基薄弱處沉降量更大。

④孔隙水壓力主要表現(xiàn)為荷載增加壓力增大。且不同深度孔隙水壓力變化幅度不同，深度越深，孔隙水壓力變化越大。加載停止后，孔隙水壓力逐漸消散。料堆卸載后，孔隙水壓力迅速減小。

⑤變形趨勢(shì)的判斷，結(jié)合數(shù)據(jù)處理的情況，對(duì)觀測(cè)點(diǎn)的變形量進(jìn)行分析，利用各項(xiàng)變形監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)，對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)展開(kāi)分析和解讀，并采用變形曲線圖的形式，對(duì)觀測(cè)點(diǎn)的變形趨勢(shì)進(jìn)行判斷，提高地基及周邊建（構(gòu)）筑物的變形分析質(zhì)量。

⑥地基穩(wěn)定性的判斷，該項(xiàng)目監(jiān)測(cè)的目的是保障地基及周邊建（構(gòu)）筑物的安全，避免安全問(wèn)題的發(fā)生，根據(jù)數(shù)據(jù)的分析和解讀，分別對(duì)變形量和變形速率等指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。在現(xiàn)場(chǎng)堆載的過(guò)程中，當(dāng)?shù)乇?、周邊建（?gòu)）筑物的沉降或位移速率連續(xù)3天超過(guò)3mm/d或者累計(jì)變形超過(guò)規(guī)范容許值時(shí)，表明地基有失穩(wěn)破壞的征兆，應(yīng)立即通報(bào)相關(guān)單位啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案停止加載。如果停止加載后，失穩(wěn)征兆不減時(shí)，應(yīng)及時(shí)通報(bào)加載管理單位進(jìn)行卸載。

地基的穩(wěn)定還與地基土質(zhì)變化的參數(shù)有關(guān)，特別是土質(zhì)強(qiáng)度的變化。預(yù)測(cè)地基失穩(wěn)破壞的征兆，可按圖3所示以測(cè)點(diǎn)水平位移與時(shí)間關(guān)系曲線的走向判定，同時(shí)，輔以現(xiàn)場(chǎng)目視，觀測(cè)其傾向。

5 注意事項(xiàng)

大面積堆載作用下軟土地基變形監(jiān)測(cè)，需要科學(xué)分析堆載單位對(duì)場(chǎng)地的需求情況，科學(xué)的展開(kāi)變形監(jiān)測(cè)工作，并對(duì)地基堆載變形監(jiān)測(cè)中的注意事項(xiàng)進(jìn)行控制，減小變形監(jiān)測(cè)的誤差，保障地基堆載的安全。

①監(jiān)測(cè)點(diǎn)要按照設(shè)計(jì)單位的要求布設(shè)，并符合相關(guān)規(guī)范，布設(shè)在場(chǎng)地能反應(yīng)變形情況的部位。

②深層側(cè)向位移測(cè)斜管埋設(shè)時(shí)，應(yīng)及時(shí)檢查測(cè)斜管內(nèi)的一對(duì)導(dǎo)槽，其指向是否與欲測(cè)量的位移方向一致，并應(yīng)及時(shí)修正。測(cè)斜管埋設(shè)完成后，應(yīng)用清水將測(cè)斜管內(nèi)沖洗干凈，用測(cè)頭模型放入測(cè)斜管內(nèi)，沿導(dǎo)槽上下滑行一遍，以檢查導(dǎo)槽是否暢通無(wú)阻，滾輪是否有滑出導(dǎo)槽的現(xiàn)象。由于測(cè)斜儀的測(cè)頭是貴重的儀器，在未確認(rèn)測(cè)斜管導(dǎo)槽暢通時(shí)，不宜放入真實(shí)的測(cè)頭。

③當(dāng)遇到雨天和惡劣天氣時(shí)，加載的礦料密度可能會(huì)加大，應(yīng)加密監(jiān)測(cè)，密切關(guān)注場(chǎng)地及周?chē)ǎ?gòu)）筑物的變形動(dòng)態(tài)，及時(shí)預(yù)警。條件允許的情況下，部分監(jiān)測(cè)項(xiàng)目宜采用自動(dòng)化設(shè)備直接讀取和計(jì)算數(shù)據(jù)，采用相關(guān)軟件自動(dòng)分析和報(bào)警，做到實(shí)時(shí)監(jiān)控。

6 結(jié)語(yǔ)

大面積堆載作用下，會(huì)嚴(yán)重地影響著地基變形程度，通常會(huì)將常規(guī)荷載影響下的程度超出。所以，要求有關(guān)人員要引起足夠的重視，在一定時(shí)間內(nèi)，大面積堆載情況下的土體是趨于穩(wěn)定的。但是，對(duì)比復(fù)合型地基，大面積堆載地基形變問(wèn)題要比其高出很多倍，所以，地基處理是一項(xiàng)非常重要的工作，必須要引起足夠的重視，計(jì)算和分析研究大面積堆載作用下軟土地基的變形問(wèn)題，從而為項(xiàng)目的堆載安全及正常生產(chǎn)提供保障。

參考文獻(xiàn)：

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