路基監(jiān)測(cè)儀器埋設(shè)

1、路基變形監(jiān)測(cè)1 測(cè)點(diǎn)布置依托 公路K + K + 段黃土路基，選取高填方、挖方和半挖半填典型斷面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，制定了詳細(xì)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)監(jiān)測(cè)方案。主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括黃土路基路面不同區(qū)域土壓力、沉降、濕度、側(cè)向變形等?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)斷面布置如圖1(其他斷面類似)。圖1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)斷面布置圖2 監(jiān)測(cè)儀器的選擇1.2.2.3 監(jiān)測(cè)儀器的選擇本項(xiàng)目選擇四種傳感器：?jiǎn)吸c(diǎn)沉降計(jì)、土壓力盒、土壤濕度計(jì)和測(cè)斜儀，分別對(duì)沉降量、土壓力、土壤含水量、側(cè)向位移進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 單點(diǎn)沉降計(jì)(1)單點(diǎn)沉降計(jì)工作原理單點(diǎn)沉降計(jì)由位移計(jì)、錨頭、法蘭沉降盤、測(cè)桿等部件組成。如圖2。適用于測(cè)量錨頭與沉降盤之間土體的變形位移，可進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化測(cè)

2、量。單點(diǎn)沉降計(jì)的錨頭設(shè)置在相對(duì)不動(dòng)點(diǎn)（一般是設(shè)置在基巖處），法蘭沉降盤則設(shè)置在需要監(jiān)測(cè)高程處。當(dāng)?shù)鼗鲁習(xí)r，沉降盤與地基同步下沉，使傳感器的活動(dòng)導(dǎo)磁體在其磁通感應(yīng)線圈內(nèi)發(fā)生相對(duì)滑移，通過讀數(shù)儀測(cè)出位移量，實(shí)現(xiàn)沉降觀測(cè)目的。 圖2 單點(diǎn)位移計(jì)(2)單點(diǎn)沉降計(jì)相關(guān)技術(shù)參數(shù)表1 單點(diǎn)沉降計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)型號(hào)量程分辨率溫度范圍直徑/mm鉆孔直徑/mmJMDL-4710A100mm0.01mm-208025110JMDL-4720A200mm0.05mm25110JMDL-4730A300mm0.05mm25110JMDL-4740A400mm0.1mm25110數(shù)據(jù)采集序號(hào)采集方式所需設(shè)備1人工采集通

3、用讀數(shù)儀(JMZX-3001)2自動(dòng)化采集直接掛接系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集(3)單點(diǎn)沉降計(jì)安裝方法及步驟鉆孔：在觀測(cè)點(diǎn)位置進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量放樣后即可進(jìn)行鉆孔，孔徑大小以90mm-110mm 為宜，并測(cè)量鉆孔是否垂直。鉆孔深度穿過軟土層、大于地基壓縮層厚度，直至基巖且應(yīng)入巖 500mm。應(yīng)無縮孔、塌孔現(xiàn)象。若發(fā)生縮孔或塌孔時(shí)，則應(yīng)立即采用 110PVC 套管進(jìn)行護(hù)壁。套管埋入深度應(yīng)大于縮孔或塌孔部位深度。探孔：首先用等徑接頭連接好錨頭與測(cè)桿，將接好錨頭的測(cè)桿緩慢放入已鉆好的鉆孔內(nèi)（錨頭朝下，測(cè)桿朝上）。待測(cè)桿頂部離孔口高約 200mm 時(shí)停住，且用等徑接頭加長(zhǎng)測(cè)桿，再往下放置，直至錨頭下放到孔底。根據(jù)

4、下放至孔內(nèi)測(cè)桿長(zhǎng)度確定孔的實(shí)際深度。在進(jìn)行探孔時(shí)要保證孔底無沉碴、淤泥等，保證單點(diǎn)沉降計(jì)的錨頭與基巖直接接觸。安裝：為了更好的保護(hù)單點(diǎn)沉降計(jì)主體，要求法蘭沉降盤應(yīng)安裝與地基基礎(chǔ)面以下 10-20cm，因此在探孔、確定好孔深后，所需測(cè)桿總長(zhǎng)應(yīng)采用不同長(zhǎng)度的測(cè)桿來配置。 其所需測(cè)桿總長(zhǎng)=實(shí)際孔深1.4m（沉降計(jì)主體拉伸總長(zhǎng)）（）m。 在確定好所需測(cè)桿后，將錨頭、測(cè)桿與沉降主體連接好、安裝至孔內(nèi)且錨頭至基巖。注漿：為了將錨頭與基巖更好的錨固成為整體，必須用注漿方式將錨頭固定。首先，將注漿管直插到孔底，把注漿管的另一端與地質(zhì)鉆水鎊出水管相連接，用地質(zhì)鉆水鎊進(jìn)行注漿。水泥漿比例（水:水泥=1:1），孔底

5、漿層深度為 1-2 米。 灌沙：?jiǎn)吸c(diǎn)沉降計(jì)安裝好，待水泥漿沉淀 2 小時(shí)后，往孔內(nèi)灌沙回填，以防止安裝孔塌孔而影響測(cè)試數(shù)據(jù)。灌沙時(shí)應(yīng)緩慢灌注，以防孔被堵塞，在灌沙的同時(shí)用 2m 長(zhǎng)的竹竿或鋼管將沙稍微夯實(shí)，使灌沙至法蘭沉降盤以下 10cm 處，再用混凝土填實(shí)至法蘭沉降盤（防止施工后期雨水滲入孔內(nèi)而影響路基結(jié)構(gòu)），法蘭沉降盤上部可用中粗沙回填至地基面。保護(hù)：?jiǎn)吸c(diǎn)沉降計(jì)及傳輸電纜的保護(hù)是安裝后其成活率的關(guān)鍵所在，因此裝好單點(diǎn)沉降計(jì)后，將傳輸電纜套上 20PVC 鋼絲波紋管進(jìn)行保護(hù)，鋼絲波紋管首端應(yīng)插入法蘭沉降盤下，并挖深 300mm、寬 100mm 的布線槽，集中從觀測(cè)箱一側(cè)引出路基，有條件的可引

6、入自動(dòng)采集箱內(nèi)，并注意使鋼絲波紋管及導(dǎo)線適當(dāng)松弛。布線槽用中粗沙回填至地基面，接頭注意防水。單點(diǎn)沉降計(jì)安裝示意圖如圖3所示。單點(diǎn)沉降計(jì)現(xiàn)場(chǎng)安裝過程如圖4所示。圖3 單點(diǎn)位移計(jì)安裝示意圖(a)測(cè)桿埋設(shè)(b)測(cè)孔回填(c)數(shù)據(jù)采集圖4 單點(diǎn)沉降計(jì)安裝及采集 土壤濕度計(jì)(1)土壤濕度計(jì)原理通過測(cè)量土壤的介電常數(shù)，能直接穩(wěn)定地反應(yīng)各種土壤的真實(shí)水分含量。標(biāo)定方式采用比較法，測(cè)量與土壤本身的機(jī)理無關(guān)的土壤水分的體積百分比，土壤溫濕度計(jì)將土壤含水量與溫度結(jié)合為一體進(jìn)行測(cè)量，可進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和自動(dòng)化測(cè)量。其安裝采用于路基、邊坡、待測(cè)土壤成型后再鉆孔埋入的方式和預(yù)埋方式，即在觀測(cè)處將土壤溫濕度計(jì)埋設(shè)于土體內(nèi)。土

7、壤溫濕度計(jì)如圖5。圖5 土壤濕度計(jì)(2)土壤濕度計(jì)相關(guān)技術(shù)參數(shù) 量程：0100% 單位：%（m3/m3） 遙測(cè)距離：<1000m 溫度范圍：-2080 精度：050%（m3/m3）范圍內(nèi)為±2%（m3/m3） 測(cè)量參數(shù)：土壤容積含水量 測(cè)量區(qū)域：90%的影響在以中央探針為中心，直徑 3cm、高 7cm 的圓柱體內(nèi)。(3)土壤濕度計(jì)安裝方法及步驟土壤溫濕度計(jì)安裝前檢驗(yàn)：首先，仔細(xì)閱讀土壤溫濕度計(jì)與測(cè)試儀說明書，了解土壤溫濕度計(jì)具體參數(shù)，熟悉測(cè)試儀使用操作；再將土壤溫濕度計(jì)與測(cè)試儀連接，按測(cè)試儀“開/關(guān)”鍵開機(jī)進(jìn)行測(cè)量，檢測(cè)土壤溫濕度計(jì)是否工作正常；檢查安裝桿、安裝桿等徑接頭、安裝

8、套筒是否齊全。檢查傳感器數(shù)量及導(dǎo)線長(zhǎng)度是否正確。以確定傳感器在運(yùn)輸過程中是否損壞或丟失。 安裝時(shí)間確定：一般原地面上部填筑墊層 300mm 以上，清理好場(chǎng)地后，選擇無雨、雪天氣進(jìn)行鉆孔預(yù)埋安裝。布點(diǎn)：根據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行測(cè)量，確定土壤溫濕度計(jì)安裝孔位。成孔：在預(yù)埋位置要求鉆孔，孔徑大小以>80 為宜，鉆孔偏差應(yīng)小于 1.5%。并無塌孔、縮孔現(xiàn)象存在，軟土層應(yīng)以泥漿護(hù)壁，鉆孔至擬埋底部土壤溫濕度計(jì)擬埋標(biāo)高以上 0.2-0.3m 的深度。若有塌孔或縮孔較快現(xiàn)象，必須先下套管再進(jìn)行鉆孔。套管深度應(yīng)大于縮孔或塌孔部位深度。 安裝：先把將要裝入鉆孔底部的土壤溫濕度計(jì)進(jìn)行調(diào)零。并作好記錄，存檔。 A：將

9、土壤溫濕度計(jì)連接好測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)量。 B：調(diào)零，手工記錄好土壤溫濕度計(jì)編號(hào)、零點(diǎn)時(shí)溫度。 C：用測(cè)試儀對(duì)整個(gè)安裝過程進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在整個(gè)安裝過程中，土壤溫濕度計(jì)埋設(shè)深度由安裝桿長(zhǎng)度準(zhǔn)確控制。首先將土壤溫濕度計(jì)裝上安裝套筒，裝好定位銷、連接安裝桿，將土壤溫濕度計(jì)下放到鉆孔中，待安裝桿桿頂離孔口高約 200mm 時(shí)停住，用等徑接頭加長(zhǎng)安裝桿，再繼續(xù)下放，直至土壤溫濕度計(jì)安裝到孔底，用人工或鉆機(jī)緩慢加壓安裝桿頂部，將土壤溫濕度計(jì)壓至埋設(shè)深度，此時(shí)定位銷脫落，再將安裝桿退出鉆孔。退出安裝桿后，觀察測(cè)試儀數(shù)據(jù)顯示，確定土壤溫濕度計(jì)安裝后工作是否正常。記錄好土壤溫濕度計(jì)埋設(shè)深度、斷面里程、測(cè)點(diǎn)編號(hào)、現(xiàn)場(chǎng)埋設(shè)安裝

10、人員、日期、天氣。回填鉆孔。直至該土壤溫濕度計(jì)埋設(shè)完備。 保護(hù)：埋設(shè)安裝好該斷面土壤溫濕度計(jì)后，將土壤溫濕度計(jì)測(cè)試導(dǎo)線集中套上PVC 鋼絲軟管進(jìn)行保護(hù)，并挖槽將 PVC 鋼絲軟管從一側(cè)引出路基，制作好相應(yīng)標(biāo)示牌，插在土壤溫濕度計(jì)導(dǎo)線布置部位，以作標(biāo)示。并安排專職人員負(fù)責(zé)看管，以防土壤溫濕度計(jì)導(dǎo)線因施工或自然因素而破壞。土壤溫濕度計(jì)安裝示意圖如圖6所示。 圖6 土壤濕度計(jì)安裝示意圖土壤溫濕度計(jì)現(xiàn)場(chǎng)安裝過程如圖7所示。(a)淺層埋設(shè)(b)深層埋設(shè)圖7 土壤溫濕度計(jì)安裝及采集 測(cè)斜儀(1)測(cè)斜儀原理測(cè)斜管通常安裝在穿過不穩(wěn)定土層至下部穩(wěn)定地層的垂直鉆孔內(nèi)。使用數(shù)字垂直活動(dòng)測(cè)斜儀探頭，控制電纜，滑輪裝

11、置和讀數(shù)儀來觀測(cè)測(cè)斜管的變形。第一次觀測(cè)可以建立起測(cè)斜管位移的初始斷面。其后的觀測(cè)會(huì)顯示當(dāng)?shù)孛姘l(fā)生運(yùn)動(dòng)時(shí)斷面位移的變化。觀測(cè)時(shí)，探頭從測(cè)斜管底部向頂部移動(dòng)，在半米間距處暫停并進(jìn)行測(cè)量?jī)A斜工作。探頭的傾斜度由兩支受力平衡的伺服加速度計(jì)測(cè)量所得。一支加速度計(jì)測(cè)量測(cè)斜管凹槽縱向位置，即測(cè)斜儀探頭上測(cè)輪所在平面的傾斜度。另一支加速度計(jì)測(cè)量垂直于測(cè)輪平面的傾斜度。傾斜度可以轉(zhuǎn)換成側(cè)向位移。對(duì)比當(dāng)前與初始的觀測(cè)數(shù)據(jù)，可以確定側(cè)向偏移的變化量，顯示出地層所發(fā)生的運(yùn)動(dòng)位移。繪制偏移的變化量可以得到一個(gè)高分辨率的位移斷面圖。此斷面圖有助于確定地面運(yùn)動(dòng)位移的大小，深度，方向和速率。本項(xiàng)目采用長(zhǎng)沙金碼生產(chǎn)的JMQJ

12、-7000傾角式測(cè)斜儀。圖8 測(cè)斜儀(2)測(cè)斜儀技術(shù)參數(shù)測(cè)斜儀的相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下表2。表2 測(cè)斜儀的主要技術(shù)指標(biāo)品 名型 號(hào)量 程精 度靈敏度備注綜合測(cè)斜儀JMQJ-70000.1%0.01°全能一表通測(cè)斜探頭JMQJ-7140Y±30°0.1%0.01°1、采用進(jìn)口精密重力平衡伺服傾角傳感器。2、全密封、高可靠設(shè)計(jì)。3、管內(nèi)測(cè)量剖面傾斜。數(shù)據(jù)采集序號(hào)采集方式所需設(shè)備1人工采集JMQJ-7000(3)測(cè)斜儀安裝方法及步驟在選定部位鉆孔，孔徑以大于測(cè)斜導(dǎo)管最大外徑40 mm為宜，鉆孔的鉛直度偏差不應(yīng)大于正負(fù)1°?？咨钸_(dá)無水平位移處，即應(yīng)埋入硬土層

13、或基巖中不少于1 m。接長(zhǎng)管道時(shí)，應(yīng)使導(dǎo)向槽嚴(yán)格對(duì)正，不得偏扭。將有底蓋的測(cè)斜導(dǎo)管放入鉆孔內(nèi)，用管接頭將測(cè)斜導(dǎo)管連接，然后逐根邊鉚接、邊封閉邊下入孔內(nèi)，注意應(yīng)使測(cè)斜導(dǎo)管內(nèi)的一對(duì)導(dǎo)槽向預(yù)計(jì)位移的主方向靠近。安裝測(cè)斜管時(shí)應(yīng)必須保證管內(nèi)清潔。導(dǎo)向槽與欲測(cè)方位應(yīng)用經(jīng)緯儀嚴(yán)格對(duì)正。測(cè)斜導(dǎo)管與孔壁之間的空隙用粗砂回填。埋設(shè)完成后，應(yīng)及時(shí)記錄測(cè)斜孔編號(hào)、孔深、孔口高程、孔底高程、埋設(shè)位置、導(dǎo)槽方向等有關(guān)資料，并經(jīng)一段時(shí)間穩(wěn)定后，即可建立初值。測(cè)斜管測(cè)斜探頭路基鉆孔圖9 測(cè)斜儀安裝示意圖測(cè)斜管現(xiàn)場(chǎng)安裝過程如圖10 所示。(a)測(cè)斜管埋設(shè)(b)測(cè)斜探頭放置(c)數(shù)據(jù)采集圖1-15 測(cè)斜管安裝及采集 土壓力盒(1

14、)土壓力盒原理圖11 土壓力盒當(dāng)被測(cè)結(jié)構(gòu)物內(nèi)土應(yīng)力發(fā)生變化時(shí)，土壓力計(jì)感應(yīng)板同步感受應(yīng)力的變化，感應(yīng)板將會(huì)產(chǎn)生變形，變形傳遞給振弦轉(zhuǎn)變成振弦應(yīng)力的變化，從而改變振弦的振動(dòng)頻率。電磁線圈激勵(lì)振振弦并測(cè)量其振動(dòng)頻率，頻率信號(hào)經(jīng)電纜傳輸至讀數(shù)裝置，即可測(cè)出被測(cè)結(jié)構(gòu)的壓應(yīng)力值。(2)土壓力盒相關(guān)技術(shù)參數(shù)土壓力盒的相關(guān)技術(shù)參數(shù)如下表3。 表3 土壓力盒相關(guān)技術(shù)參數(shù)品名型號(hào)特點(diǎn)量程靈敏度備注土壓力盒JMZX-50xxB基本型0.3MPa0.6MPa1MPa2MPa0.1Hz0.001MPa路基土體內(nèi)部應(yīng)力的測(cè)量。JMZX-50xxBT編碼溫度型JMZX-50xxA智能記憶型JMZX-50xxAT智能溫度型數(shù)據(jù)采集序號(hào)采集方式所需設(shè)備1人工采集通用讀數(shù)儀(JMZX-3001)2自動(dòng)化采集直接掛接系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集(3)土壓力盒安裝方法及步驟埋設(shè)前應(yīng)先將把土壓力盒置于與所測(cè)環(huán)境溫度一致的環(huán)境中半個(gè)小時(shí)以上，再測(cè)定其初始頻率，該數(shù)值應(yīng)等于或接近該土壓力計(jì)出廠標(biāo)定表中的零點(diǎn)頻率，記錄該數(shù)值將其作為以后代入計(jì)算公式的數(shù)據(jù)。埋設(shè)時(shí)將土壓力盒受力膜（承壓膜）面朝向土體并與擬測(cè)壓力方向垂直。監(jiān)測(cè)垂直土壓力時(shí)，應(yīng)將土壓力盒底部填入10 cm深中砂壓實(shí)墊平，用水平尺控制將土壓力盒安裝水平。埋設(shè)過程中應(yīng)有土壓力膜保