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        大面積堆載作用下軟土地基變形監(jiān)測研究

        2017-07-12 08:04:31李曉進
        價值工程 2017年19期
        關(guān)鍵詞:邊樁大面積側(cè)向

        李曉進

        摘要:地基變形問題嚴(yán)重的制約著項目的生產(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題更為強烈,所以,如何有效的監(jiān)測地基變形問題意義非常重大。那么,通過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

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

        中圖分類號:TU441+.6 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1006-4311(2017)19-0133-03

        0 引言

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

        1 工程案例分析

        文章以某工程為例,其基本的情況為:為運料貯料方便,通過圍海造地構(gòu)成了該大面積堆載場區(qū),長度約650米,寬度約300m。場地屬濱海沉積地貌,經(jīng)施工單位對場地進行回填整平后,地形平坦,地面標(biāo)高在2.5m左右。場地周邊已有較多建(構(gòu))筑物,料場東側(cè)有余能電廠,南側(cè)有變電站,特別是一次料場10#料條南側(cè)、西側(cè)和北側(cè),有需重點保護的架空燃?xì)夤艿?。場區(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。為防止在堆載過程中地基失穩(wěn)或變形過大,影響正常生產(chǎn)、威脅周圍建(構(gòu))筑物安全,須嚴(yán)格控制加載頻率,對料場及周邊建(構(gòu))筑物進行監(jiān)測。

        2 工程的特點

        地基堆載監(jiān)測是巖土工程的一個重要環(huán)節(jié),它與勘察、設(shè)計、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)計階段準(zhǔn)確無誤地預(yù)測巖土體的性狀及其在施工、運行過程中的變化是十分困難的。安全監(jiān)測是工程安全的重要保證手段之一,也是巖土工程設(shè)計、施工、運行的重要組成部分。在施工、運行過程中,對工程的實際狀況及其穩(wěn)定性進行動態(tài)監(jiān)測,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:

        ①地基條件差,淤泥質(zhì)粘土具有天然含水量高、孔隙比大、抗剪強度低、壓縮性高、滲透系數(shù)小等特點,在大面積荷載作用下土體變形較大。②周圍建(構(gòu))筑物對土體變形比較敏感,特別是料場周邊的架空煤氣管道,一旦管道支架基礎(chǔ)因為料條堆載而發(fā)生過大位移或變形,后果將不堪設(shè)想。③堆載區(qū)域大,場地條件復(fù)雜。加載區(qū)長度較長,有近600m。料條間有堆取料機軌道,各料條間不通視。數(shù)據(jù)采集場地狹小,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)測方法不適用。⑤監(jiān)測要求高。新增一次料場堆載區(qū)域大,場地條件復(fù)雜,監(jiān)測數(shù)據(jù)量大。如何獲取料條加料過程中以及風(fēng)、暴、潮等災(zāi)害性天氣發(fā)生期,即地基安全風(fēng)險最大時期完整的數(shù)據(jù)和最不利數(shù)據(jù),如何保證監(jiān)測數(shù)據(jù)實時預(yù)警是保證工程安全的關(guān)鍵之一。⑥監(jiān)測時間將持續(xù)數(shù)年,沉降變形量大(沉降可達數(shù)米),埋設(shè)的測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)測方法

        該工程主要監(jiān)測方法和監(jiān)測情況如下:

        3.1 深層土體位移監(jiān)測

        根據(jù)工程經(jīng)驗,在地基臨近失穩(wěn)、破壞的時候,側(cè)向位移速率比沉降速率更敏感,因此地基土的側(cè)向位移觀測是堆載過程中最重要的監(jiān)測項目之一,可直接反映地基的安全狀況。同時通過測斜管觀測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,及時發(fā)現(xiàn)臨近破壞的征兆,通過對土體移動的發(fā)展趨勢、移動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。此項監(jiān)測主要通過測斜儀器對垂直方向上地基土體不同深度的側(cè)向位移情況進行監(jiān)測。進行深層土體位移觀測時,當(dāng)傳感器探頭到達一定深度,由于地基土體擠壓導(dǎo)致測斜管變形,探頭相對于鉛垂線方向必定產(chǎn)生一個傾角θ,利用傾角傳感器,并通過靈敏度較高的微電子換能器把這個角度轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?,通過處理分析,將被測試點的水平位移量Δi直接顯示出來,然后存入儀器中,利用串口向計算機送入并進行處理。

        具體的測試原理圖如圖1所示。

        根據(jù)測得的各深度測試點的水平位移量Δi,以底部固定端值為零點,自下而上將各區(qū)段的位移量Δi累加起來,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

        通過水準(zhǔn)儀和全站儀設(shè)備觀測地表位移情況,依據(jù)常規(guī)的水準(zhǔn)測量、常規(guī)水平位移法進行檢測。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)尺基點和棱鏡固定點。

        為提高觀測精度,減小測量誤差,邊樁水平位移測量宜采用視準(zhǔn)線法進行觀測,并設(shè)置強制歸心觀測墩。還要定期對工作基點進行檢查。邊樁垂直位移測量宜采用精密水準(zhǔn)測量方法進行觀測,并定期對基準(zhǔn)網(wǎng)進行復(fù)測。

        3.3 孔隙水壓力監(jiān)測

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

        該項目孔隙水壓力計測量原理是:當(dāng)傳感器固定在水下某一點時,該測點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,這樣即可間接測出該點的孔隙水壓力。當(dāng)料堆加載時,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)場土體壓縮性高、滲透系數(shù)小等特點,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)荷載過大導(dǎo)致孔隙水壓力急劇增大時,要及時采取警戒措施。因此,該項監(jiān)測建議采取自動化監(jiān)測手段,實時監(jiān)控,及時報警。

        3.4 地表斷面沉降觀測

        要分析大面積堆載情況下地表的實際沉降情況,除了場地周邊的邊樁沉降監(jiān)測外,更重要的是堆載中心地基土的沉降監(jiān)測,即本文所講的地表斷面沉降監(jiān)測。這是一個特殊的工程,在工程中會經(jīng)過加載和卸載的負(fù)荷循環(huán)變化過程,同路基的沉降不同,這種場地的斷面沉降是不斷變化的。所以,可以通過遙測設(shè)備對地基表面不斷變化的沉降情況進行監(jiān)測。采用國內(nèi)組裝,美國進口的沉降儀設(shè)備進行監(jiān)測,包括三通道儲液罐,沉降儀傳感器,四芯雙膠屏幕通氣電纜及專用通液管。通過連通管原理對表面土體的沉降問題進行測量,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,在同一個大氣壓中控制二者中的液體。如果有沉降問題出現(xiàn)在表面土體中,電纜會把儲液罐和傳感器的液面差轉(zhuǎn)變成電子信號,并通過專門的設(shè)備進行讀取。

        4 變形分析

        結(jié)合該項目監(jiān)測的數(shù)據(jù)分析和解讀的基本情況,需要對各變形量和變形趨勢等進行判斷,為地基及周邊建(構(gòu))筑物的安全性和穩(wěn)定性提供保障。以該項堆載變形監(jiān)測為例,科學(xué)地展開變形分析,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,通過數(shù)據(jù)分析和解讀,得到深層側(cè)向位移點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所處位置的地基情況、堆載量和有效堆放時間有關(guān)。地基情況越差、堆載量越大、有效堆放時間越長,其深層側(cè)向位移變形就越大。

        ②邊樁監(jiān)測點水平位移大部分具有向堆載區(qū)域外圍位移的趨勢。由于受到堆載擠壓,地基土表面土體會向外產(chǎn)生一定位移,其位移量與堆載量、有效堆放時間和外圍是否有擋墻有關(guān)。當(dāng)料堆卸載后,位移變形會有部分回彈。該項變形特征與深層側(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,料堆卸載后少量點存在反彈。該項目沉降存在區(qū)域性,中間斷面點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變形趨勢的判斷,結(jié)合數(shù)據(jù)處理的情況,對觀測點的變形量進行分析,利用各項變形監(jiān)測分析系統(tǒng),對監(jiān)測點的數(shù)據(jù)展開分析和解讀,并采用變形曲線圖的形式,對觀測點的變形趨勢進行判斷,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,該項目監(jiān)測的目的是保障地基及周邊建(構(gòu))筑物的安全,避免安全問題的發(fā)生,根據(jù)數(shù)據(jù)的分析和解讀,分別對變形量和變形速率等指標(biāo)進行計算。在現(xiàn)場堆載的過程中,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3mm/d或者累計變形超過規(guī)范容許值時,表明地基有失穩(wěn)破壞的征兆,應(yīng)立即通報相關(guān)單位啟動應(yīng)急預(yù)案停止加載。如果停止加載后,失穩(wěn)征兆不減時,應(yīng)及時通報加載管理單位進行卸載。

        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)強度的變化。預(yù)測地基失穩(wěn)破壞的征兆,可按圖3所示以測點水平位移與時間關(guān)系曲線的走向判定,同時,輔以現(xiàn)場目視,觀測其傾向。

        5 注意事項

        大面積堆載作用下軟土地基變形監(jiān)測,需要科學(xué)分析堆載單位對場地的需求情況,科學(xué)的展開變形監(jiān)測工作,并對地基堆載變形監(jiān)測中的注意事項進行控制,減小變形監(jiān)測的誤差,保障地基堆載的安全。

        ①監(jiān)測點要按照設(shè)計單位的要求布設(shè),并符合相關(guān)規(guī)范,布設(shè)在場地能反應(yīng)變形情況的部位。

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

        ③當(dāng)遇到雨天和惡劣天氣時,加載的礦料密度可能會加大,應(yīng)加密監(jiān)測,密切關(guān)注場地及周圍建(構(gòu))筑物的變形動態(tài),及時預(yù)警。條件允許的情況下,部分監(jiān)測項目宜采用自動化設(shè)備直接讀取和計算數(shù)據(jù),采用相關(guān)軟件自動分析和報警,做到實時監(jiān)控。

        6 結(jié)語

        大面積堆載作用下,會嚴(yán)重地影響著地基變形程度,通常會將常規(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,在一定時間內(nèi),大面積堆載情況下的土體是趨于穩(wěn)定的。但是,對比復(fù)合型地基,大面積堆載地基形變問題要比其高出很多倍,所以,地基處理是一項非常重要的工作,必須要引起足夠的重視,計算和分析研究大面積堆載作用下軟土地基的變形問題,從而為項目的堆載安全及正常生產(chǎn)提供保障。

        參考文獻:

        [1]孫曉東.大面積堆載作用下地基變形影響分析[J].河北工程大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版):896-897.

        [2]金宗川,顧國榮,韓黎明,郭春生,陳杰.大面積堆載作用下軟土地基變形特性[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2011(07):962-963.

        [3]金宗川,顧國榮,韓黎明,郭春生,陳杰.大面積堆載作用下軟土地基變形特性[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2005(06).

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