大型設(shè)備吊裝地耐力檢測及沉降監(jiān)測平臺的研究

王 磊 王俊杰 劉軍岐 符 賓

陜西化建工程有限責(zé)任公司 陜西楊凌示范區(qū) 712100

以往對吊裝場地的處理基本上是根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，采取不同的開挖深度和回填方式，沒有科學(xué)的依據(jù)做支撐。尤其在大型設(shè)備吊裝時(shí)，地基的處理深度是否安全合理，很難進(jìn)行科學(xué)界定。而大型設(shè)備吊裝地耐力檢測及沉降監(jiān)測平臺可以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地測量出不同填埋介質(zhì)深度下壓力大小及壓力衰減的變化規(guī)律，檢測地基在某個(gè)具體時(shí)刻是否發(fā)生了沉降，并獲得具體沉降數(shù)據(jù)，為大型設(shè)備吊裝地基的處理提供可靠的依據(jù)和參考。

1 地耐力檢測及沉降監(jiān)測平臺研究的目的

與混凝土、砌體等材料相比，土壤屬于大變形材料。當(dāng)承受荷載增加時(shí)，隨著基礎(chǔ)變形的相應(yīng)增大，地基承載力（即地耐力）也在逐漸加大，很難界定出一個(gè)真正的極限值。地基極限承載力的確定，目前沒有一個(gè)通用的界定標(biāo)準(zhǔn)，也沒有一個(gè)適用于一切土壤類別的計(jì)算公式，主要根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)所定下的界限和相應(yīng)的安全系數(shù)加以調(diào)整。

陜西化建工程有限責(zé)任公司以往都是根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，對不同型號的吊車，不同的對地壓力，采取不同的開挖深度和回填方式，沒有科學(xué)的依據(jù)做支撐，尤其在大型設(shè)備吊裝時(shí)更難進(jìn)行科學(xué)界定。為此，對大型設(shè)備吊裝場地進(jìn)行地耐力檢測及沉降監(jiān)測顯得尤為重要。

2 地基最終沉降量的彈性力學(xué)計(jì)算

地基沉降量通常指的是地基的最終沉降量，目前常用的計(jì)算方法有彈性力學(xué)法、應(yīng)力面積法、分層總和法，以及考慮歷史影響的沉降計(jì)算法。最終沉降量是地基在載荷作用下沉降完全穩(wěn)定后的沉降量。對于砂土，處理完成后即可測出沉降量；對于粘土，測量沉降量的時(shí)間會更長一些。

對于局部載荷下的地基沉降，可以利用式（1），根據(jù)疊加原理求得。地基最終沉降量的彈性力學(xué)計(jì)算方法以Boussinesq 課題的位移解為依據(jù)，在彈性半空間表面作用著一個(gè)豎向集中力（p），表面位移就是地基表面的沉降量（s）。

式中：s——地基表面的沉降量；

μ——地基土的泊松比；

E——地基土的彈性模量；

γ——為地基表面任意點(diǎn)到集中力P 作用點(diǎn)的距離。

地基沉降的彈性力學(xué)公式的一般形式見式（2）。

式中：b——矩形載荷的寬度或圓形載荷的直徑；

E0——變形模量；

P0——載荷面積內(nèi)某點(diǎn)處的分布載荷；

通常情況下，由于彈性力學(xué)公式是按勻質(zhì)線性變形半空間的假設(shè)得到的，而實(shí)際上地基通常是非勻質(zhì)的，按式（2）計(jì)算的基礎(chǔ)最終沉降量偏大。

3 地耐力檢測平臺原理及應(yīng)用

3.1 目前使用較多的地基沉降檢測設(shè)備

圖1 目前常用檢測設(shè)備

目前常用的檢測設(shè)備見圖1，該檢測裝置需要按照施工方案要求把地基處理完成后，在地基上面放置一定的重物，通過百分表讀數(shù)的變化來測量地基沉降量。它的主要優(yōu)點(diǎn)是簡單易學(xué)，缺點(diǎn)是測量精度不高；對地基處理的深度及不同深度的壓力不能進(jìn)行測量；要靠檢測人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行測量，但不能具體測量某個(gè)時(shí)刻的沉降量；測試結(jié)果的準(zhǔn)確性受現(xiàn)場測試人員技術(shù)水平的影響。

3.2 地耐力檢測及沉降監(jiān)測平臺的檢測

地耐力檢測及沉降監(jiān)測平臺主要由電腦、分析儀、采集儀、拉線式位移傳感器（圖2）、壓力傳感器和數(shù)據(jù)通信線等組成，其通訊連接方式如圖3 所示，實(shí)物圖見圖4。

圖2 拉線式位移傳感器實(shí)物圖

圖3 通訊連接原理圖

圖4 檢測裝置設(shè)備與元件連接圖

吊裝場地的處理根據(jù)現(xiàn)場吊車噸位、吊裝設(shè)備或構(gòu)件的重量、土質(zhì)情況等對場地開挖一定深度，開挖后從下至上每隔500～800mm 在同層對稱位置放置兩個(gè)土壓力盒。目的一是為了測量時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)對比和后期數(shù)據(jù)的修正；二是為了檢測不同深度壓力衰減變化和最大深度壓力是否衰減為零。每層壓力盒在埋設(shè)時(shí)，壓力盒下面墊層要平整。放置好壓力盒后，在其上面鋪設(shè)一層軟土或細(xì)沙后分層夯實(shí)。后續(xù)的壓力盒逐層進(jìn)行埋設(shè)。圖5 為壓力盒埋設(shè)前后對比圖。

圖5 壓力盒埋設(shè)前后對比圖

壓力盒埋設(shè)完成后，對位移傳感器和土壓力盒分別進(jìn)行信號線的連接、參數(shù)設(shè)置及調(diào)試。然后，在壓力盒正上方給予一定的壓力，如放置預(yù)制的混凝土塊、配重、圓板、液壓千斤頂?shù)?；并將位移傳感器在配重支架外?cè)對稱部位進(jìn)行固定；固定合格后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場觀測、數(shù)據(jù)分析等。測試過程流程圖及相關(guān)環(huán)節(jié)見圖6—9。

圖6 測試過程流程圖

圖7 測試現(xiàn)場調(diào)試

圖8 位移傳感器及壓力盒參數(shù)設(shè)置

4 地耐力檢測及沉降監(jiān)測平臺實(shí)現(xiàn)的功能

圖9 地耐力檢測及沉降監(jiān)測

在地基沉降方面，采用東華測試DH801- 1000 型拉線式位移傳感器（量程1000mm，精度可以達(dá)到0.01mm）。它與電腦實(shí)時(shí)進(jìn)行通訊，可以設(shè)置采集時(shí)間、采樣頻率等參數(shù)，實(shí)時(shí)對地基沉降進(jìn)行觀測，大大減輕了檢測人員讀取數(shù)據(jù)的工作量。數(shù)據(jù)采集完成后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析處理，可以得到地基在某個(gè)具體時(shí)刻是否發(fā)生沉降，以及沉降了多少等可靠數(shù)據(jù)。

在壓力傳遞方面，由于壓力盒按一定深度分層鋪設(shè)，可以得到不同土壤、不同地基處理方式、不同深度的壓力傳遞過程中的壓力衰減變化情況。

5 結(jié)語

通過對大型設(shè)備吊裝地耐力檢測及沉降監(jiān)測平臺進(jìn)行研究，表明該平臺可以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地測量出不同填埋介質(zhì)深度下壓力大小及壓力衰減的變化規(guī)律，獲得地基在某個(gè)具體時(shí)刻的沉降量等可靠數(shù)據(jù)。不僅可為地基處理節(jié)約大量的經(jīng)濟(jì)成本，而且可為大型設(shè)備吊裝提供可靠的安全保障。