測斜儀在大型堆料場區(qū)域深層水平位移中的應用

張康財，任 軍，楊 靜 ，周運濤 （.中電建安徽長九新材料股份有限公司，池州 4700；.中國水利水電第八工程局有限公司，長沙 40000）

測斜儀是一種測定地基不同深度的水平位移監(jiān)測儀器，前期需要進行鉆孔安裝測斜管，利用管壁供儀器上下移動 。儀器可以在上下移動過程中，對巖體內部進行位移監(jiān)測，常被利用于勘察監(jiān)測中。在多年的發(fā)展過程中，測斜儀由傳統(tǒng)紙質記錄模式逐漸發(fā)展到全數(shù)字模式，在精度上也大大提升。儀器設備精度滿足要求，但在技術應用過程中不能完全滿足技術要求。在整個測斜監(jiān)測過程中，每一個環(huán)節(jié)都至關重要，可能會影響監(jiān)測精度。

測斜儀位移監(jiān)測國內最早應用于邊坡，20 世紀 90 年代后，隨著巖土工程飛速發(fā)展，城市化的發(fā)展，公路于隧道工程普遍展開，公路兩旁的邊坡監(jiān)測至關重要，確保行車安全。因此，測斜儀被大量應用于滑坡和邊坡上。其中，大地運動以及邊坡施工都會使巖體造成破壞，導致巖體不穩(wěn)，使得土體發(fā)生側向運動。測斜儀用來監(jiān)測軟土地基水平位移，給施工帶來預判，保證了安全施工。

1 測斜儀監(jiān)測過程

1.1 工作原理

本次測斜監(jiān)測使用的儀器為 SZDQ-E500 型測斜儀，整套儀器由讀數(shù)儀、專用電纜、活動探頭、數(shù)據(jù)通訊處理軟件等部分組成。

活動式測斜儀附有導輪，可以沿著預先埋設好的測斜管壁上下移動。移動到不同深度時，儀器內部傳感器可以感觸到當前位置的傾斜角度，輸出一個電壓信號，最后將電壓信號傳遞到讀數(shù)面板上。測斜儀測出的電壓信號是以測斜導管導槽為方向基準，在某深度處，測斜儀上下導輪標準間距的正弦函數(shù)換算成水平位移。探頭兩對導輪間距 500 mm，以兩對導輪之間的間距為一個測段。每一測段上、下導輪間相對水平偏差量可通過下式計算得到。

1.2 測斜管安裝

測斜管安裝需要注意一些事項，也要采取一些措施減小安裝過程中帶來的誤差。安裝完成后，需要采取一定的保護措施，避免后期遭到破壞。

（1）測斜管有一定的標準尺寸，在每一根測斜管連接過程中連接部位需要連接后在密封，在測斜管的最底部需要有保護蓋，阻止深部淤泥進入測斜管內。安裝完成后需對測斜管頂部配備保護蓋，防止上部灰塵以及其他砂石落入，導致管口堵塞。

（2）測斜管放入鉆孔以后，測斜管外壁與鉆孔的外壁需要選擇合適的填充物，一般可以選擇小導管注入混凝土漿液或者細沙。填充以后，需要等填充物與周圍巖體穩(wěn)定以后進行監(jiān)測取基準值。

（3）測斜管的材質選擇也會影響到監(jiān)測精度，不同材質扭矩不同，一般情況選擇塑料管。在第一次安裝時，為了保證測斜管安裝符合扭矩的要求，用扭矩儀對測斜管進行修正，減小導槽扭轉帶了的不利影響。

1.3 測斜儀監(jiān)測

為了保證測斜管埋設質量以便獲得可靠的監(jiān)測數(shù)據(jù)和保證監(jiān)測精度，初始監(jiān)測應在測斜管埋設穩(wěn)定后及時進行。一般連續(xù) 3 次監(jiān)測結果的平均值作為初始監(jiān)測值，堆料場運行后開始正式監(jiān)測工作。

每次監(jiān)測前應檢查儀器密封裝置和電池電量。將測頭高輪方向對準預測位移方向，等測頭緩緩沉入管底后，使測頭電壓穩(wěn)定后進行測讀。依次從管底測出各測段的水平分量至管頂，該方向測值標記為 X＋，將傳感器旋轉 180° 放入管內，重復讀數(shù)，第二次測值標記為 X－，測讀完畢后即完成1 個測回的觀測，根據(jù)各深度處水平位移偏量的變化即可求出該深度處的水平位移。若發(fā)現(xiàn)兩次數(shù)值差異較大或有疑義應及時分析原因，必要時重測。本次監(jiān)測以 1 m 為一個測段。水平位移監(jiān)測位移方向規(guī)定為：左側往北為“＋”,往南為“－”；右側往北為“－”，往南為“＋”。

2 工程實例

2.1 工程概況

長九礦石碼頭一期工程位于安徽省池州市牛頭山港區(qū)，海螺三期碼頭平臺下游 263 m處，占用岸線 975 m。礦石碼頭工程區(qū)主要陸域場地布置在長江大堤與其南面 318 國道之間的狹長帶狀平緩地帶，堤內陸域場地水塘較多。布置場地長約 830 m，寬約 380 m。礦石碼頭工程區(qū)主要陸域場地內布置有混合料堆場、篩洗分級車間、成品骨料堆場、生產廢水處理系統(tǒng)、供水系統(tǒng)及配套工程等設施組成。

2.2 監(jiān)測目的

碼頭區(qū)陸域場地布置在長江大堤與其南面 318 國道之間的狹長帶狀平緩地帶，堤內陸域場地水塘較多，場地基本回填形成，地基穩(wěn)定性較差。在物流廊道試運行期間，陸域堆場部分地基發(fā)生了較大的變形。因此，為了確保陸域堆場構筑物安全穩(wěn)定的運行，了解碼頭區(qū)成品料堆場和混合料堆場地基土體的變形情況，及時評估其安全性，需對堆場地基土體進行變形監(jiān)測。主要是通過儀器監(jiān)測和巡視檢查來了解和掌握建筑物的工作狀態(tài)，以便綜合分析在堆料過程中對陸域堆場的影響，通過科學的監(jiān)測手段，根據(jù)監(jiān)測資料對影響性態(tài)進行分析，確保構筑物的正常運行。

2.3 監(jiān)測結果及分析

本次監(jiān)測設計是由中南勘測設計研究院有限公司通過現(xiàn)場勘查以及地質勘探等相關研究，最終確定監(jiān)測方案。其中，碼頭成品料堆場安裝測斜管安裝 26 個，混合料堆場安裝埋設測斜管 18 個，孔間隔為 100 m。通過一段時間的監(jiān)測數(shù)據(jù)資料整理發(fā)現(xiàn)，其中混合料堆場 IN1-6、IN6、IN1-8和 IN8 總共 4 個測斜孔的位移相對其它孔位移較大。因此，本文選取以上 4 個測斜孔監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析。

從 2019 年 7 月 28 日到 2019 年 8 月 27 日之間，共監(jiān)測 16 次并采集相應數(shù)據(jù)，表 1 給出了各測斜孔的最大累計水平位移量及相應深度。

表1 各測點的最大累計位移量及相應深度

（1）IN1-6 測斜孔位移—深度曲線如圖 1 所示，由圖 1 可知，該孔位 A 方向（垂直堆場中軸線方向）影響最深處達 22 m。其中 3～7 m 深處影響最明顯，累計位移在1.3～78.8 mm 之間，最大累計位移在 3 m 深處，日位移速率達到 2.58 mm/d，分析其產生原因為堆料過程中地基土體壓力持續(xù)增加，深層淤泥變形引起。從整個月的深層位移曲線來看，位移累計變化存在兩個轉折點，第 1 個大的轉折點在深度為 15 m 處，第二個小的轉折點是深度為 10 m 處，這也和地質資料顯示的地下 10 m 和 15 m 處的粉質黏土與淤泥相吻合。

圖1 混合料堆場 IN1-6 垂直中軸線向(A 向)測斜孔位移-深度曲線

（2）IN6測斜孔位移—深度曲線如圖 2 所示，由圖 2 可知，該孔位 A 方向（垂直堆場中軸線方向）影響最深處達22 m。其中 5～10 m 深處影響最明顯，在 9 m 深處累計位移達到 89.9 mm，日位移速率為 3.26 mm/d。從整個月的深度位移曲線來看，該曲線呈指數(shù)增長，達到一定范圍趨于穩(wěn)定。

圖2 混合料堆場 IN6 垂直中軸線向(A 向)測斜孔位移-深度曲線

（3）IN1-8 測斜孔位移—深度曲線如圖3所示，由圖可知，該孔位 A 方向（垂直堆場中軸線方向）影響最深處達28 m。其中10～15 m 深處影響最明顯，但累計位移最大在深度為 4 m 處，該深度位移曲線與其他曲線存在一定的離散性，且較大，主要分布在深度 15 m 以上，同時深度 15 m處也是整體深度位移曲線的轉點，也論證了此處是地層變化的分界處。

圖3 混合料堆場 IN1-8 垂直中軸線向(A 向)測斜孔位移-深度曲線

（4）IN8 測斜孔位移—深度曲線如圖 4 所示，由圖 4可知，該孔位 A 方向（垂直堆場中軸線方向）影響最深處達28 m。其中 2～5 m 深處最明顯，累計位移最大在 2 m 處，累計位移達到 70.4 mm，日位移速率為 2.01 mm。

圖4 混合料堆場 IN8 垂直中軸線向(A 向)測斜孔位移-深度曲線

綜合以上分析，碼頭區(qū)混合料堆場地基初期變形較大，在進行地基加固處理后，土體相對穩(wěn)定，堆場負載較小的情況下，地基趨于穩(wěn)定。后續(xù)加載過程中，無明顯滑移面出現(xiàn)。地基變形多表現(xiàn)為彈性變形或者局部的蠕變（淤泥受力變形），地基土體未發(fā)現(xiàn)滑移面；目前所顯示的變形量是由堆場運行堆放砂石料引起的，深層巖體比較穩(wěn)定。

3 結 語

依據(jù)相關規(guī)范并結合具體工程實例進行深入分析可知，測斜儀適用于地基深層水平位移監(jiān)測，可以滿足較高的精度要求，同時得出以下結論：

（1）測斜儀在進行軟土地基深層水平位移應用中優(yōu)點主要體現(xiàn)在靈敏度很高，能夠準確監(jiān)測地基深層水平位移，而且可以根據(jù)監(jiān)測區(qū)域選擇適宜的測斜儀型號。但是在量程小，變形太大的區(qū)域，測斜儀將很難獲得準確的數(shù)據(jù)，在一定程度上會失效，且滑動式測斜儀不能實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集自動化。

（2）通過多期數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理與分析、測斜儀對地基深層水平位移監(jiān)測，精度與現(xiàn)場環(huán)境有密切的關系，為了防止外界因素的影響，應隨時注意周邊環(huán)境，避免重載擾動影響監(jiān)測結果。