第七講 土壓力監測
一、監測內容
基坑工程土壓力監測主要用于量測圍護結構內、外側的土壓力。結合孔隙水壓力監測，可以進行土體有效應力分析，作為土體穩定計算的依據。不同深度土壓力監測可以為圍護墻后水、土壓力分算提供設計依據。土壓力監測為板式圍護體系一、二級監測等級選測項目。
二、儀器、設備簡介
1土壓力計（盒）
土壓力盒有鋼弦式、差動電阻式、電阻應變式等多種。目前基坑工程中常用的是鋼弦式。土壓力盒又有單膜和雙膜兩類，單膜一般用于測量界面土壓力，并配有瀝青壓力囊。雙膜式一般用于測量自由土體土壓力。
2測試儀器、設備
數顯頻率儀。
三、土壓力計（盒）安裝
1鉆孔法
鉆孔法是通過鉆孔和特制的安裝架將土壓力計壓入土體內。具體步驟如下：①先將土壓力盒固定在安裝架內；②鉆孔到設計深度以上0.5m-1.0m；放入帶土壓力盒的安裝架，逐段連接安裝架壓桿，土壓力盒導線通過壓桿引到地面。然后通過壓桿將土壓力盒壓到設計標高；③回填封孔。
2掛布法
掛布法用于量測土體與圍護結構間接觸壓力。具體步驟如下：①先用帆布制作一幅掛布，在掛布上縫有安放土壓力盒的布袋，布袋位置按設計深度確定；②將包住整幅鋼籠的掛布綁在鋼筋籠外側，并將帶有壓力囊的土壓力盒放入布袋內，壓力囊朝外，導線固定在掛布上通到布頂；③掛布隨鋼筋籠一起吊入槽（孔）內；④混凝土澆筑時，掛布將受到側向壓力而與土體緊密接觸。
四、監測技術
1測試方法
土壓力測試方法相對比較簡單，用數顯頻率儀測讀、記錄土壓力計頻率即可。
2測試數據處理
土壓力計算式如下：
（5-1）
式中 —土壓力（kPa）；
—標定系數（kPa/Hz2）；
—測試頻率；
—初始頻率。
3工程算例
五、 注意事項
(1) 壓力盒固定在安裝架時，壓力盒側向的固定螺絲不能擰得太緊，以免造成壓力盒內鋼弦松弛。
(2) 壓力盒沉放過程中，始終要跟蹤監測土壓力盒頻率，看是否正常，如果頻率有異常變化，要及時收回，檢查導線是否受損。
(3) 壓力盒沉放到位施壓前，到檢查壓力盒是否垂直，壓力盒面的方向是否與被測土壓力的方向垂直。
(4) 采用掛布法安裝時，由于土壓力盒掛在鋼筋籠外側，因此在鋼籠下槽過程中，要格外小心壓力囊經過導墻時受擠壓、摩擦而破損漏油。掛布一定要兜住鋼籠外側，防止混凝土澆筑時水泥漿液流到掛布外側裹住土壓力盒。
一、監測內容
坑內、外土體深層垂直位移。坑內土體深層垂直位移亦稱坑內土體回彈或坑底隆起。基坑在開挖后由于上部土體開挖卸載，深層土體應力釋放向上隆起，另外，由于基坑內土體開挖后，支護內外的壓力差使其底部產生側向位移，導致靠近圍護結構內側的土體向上隆起，嚴重者產生塑性破壞。深大基坑由于卸載多，基坑內外壓差大，因而就有必要對基坑回彈進行監測。土體分層垂直位移監測為重力式圍護體系一、二級監測等級、板式圍護體系一級監測等級選測項目。
二、儀器、設備簡介
1分層沉降儀用途及原理
分層沉降儀是通過電感探測裝置，根據電磁頻率的變化來觀測埋設在土體不同深度內的磁環的確切位置，再由其所在位置深度的變化計算出地層不同標高處的沉降變化情況。分層沉降儀可用來監測由開挖引起的周圍深層土體的垂直位移（沉降或隆起）。
2分層沉降儀的組成
分層沉降測量系統由三部分構成：第一部分為埋入地下的材料部分，由沉降導管、底蓋和沉降磁環等組成；第二部分為地面測試儀器一分層沉降儀，由測頭、測量電纜、接收系統和繞線盤等組成；第三部分為管口水準測量，由水準儀、標尺、腳架、尺墊等組成。分層沉降儀的組成：
（1）導管：采用PVC塑料管，管徑53mm或70mm。
（2）磁環：沉降磁環由注塑制成，內安放稀土高能磁性材料，形成磁力圈。外安裝彈簧片，彈簧片張開后外徑約200mm，磁環套在導管處，彈簧片與土層接觸，隨土層移動而位移。
（3）測頭：不銹鋼制成，內部安裝了磁場感應器，當遇到外磁場作用時，便會接通接收系統，當外磁場不作作用時，就會自動關閉接收系統。
（4）電纜：由鋼尺和導線采用塑膠工藝合二為一，既防止了鋼尺銹蝕，又簡化了操作過程，測讀更加方便、準確。鋼尺電纜一端接入測頭，另一端接入接收系統。
（5）接收系統：由音響器和峰值指示組成，音響器發出連續不斷的蜂鳴聲響，蜂值指示為電壓表指針指示，兩者可通過撥動開關來選用，不管用何種接收系統，測讀精度是一致的。
（6）繞線盤：由繞線圓盤和支架組成。
3分層沉降儀使用方法
測量時，擰松繞線盤后面螺絲，讓繞線盤轉動自由后，按下電源按鈕，手持測量電纜，將測頭放入沉降管中，緩慢地向下移動。當測頭穿過土層中的磁環時，接收系統的蜂鳴器便會發出連續不斷的蜂鳴聲。若是在噪聲較大的環境中測量，蜂鳴聲不能聽清時可用峰值指示，只要把儀器面板上的選擇開關撥至電壓擋即可測量。方法同蜂鳴聲指示。
三、分層沉降標（磁環）的埋設
1布設原則
1）分層垂直位移監測孔：監測孔應布置在鄰近保護對象處，豎向監測點（磁環）宜布置在土層分界面上，在厚度較大土層中部應適當加密，監測孔深度宜大于2.5倍基坑開挖深度，且不應小于基坑圍護結構以下5～10m。
2）坑底回彈監測孔：監測點宜按剖面布置在基坑中部，剖面間距30～50m，數量不少于2條，剖面上監測點間距10～20m，數量不少于3個。
2沉降管與磁環的埋設
方法一：用鉆機在預定孔位上鉆孔，孔深由沉降管長度而定，孔徑以能恰好放入磁環為佳。然后放入沉降管，沉降管連接時要用內接頭或套接式螺紋，使外殼光滑，不影響磁環的上、下移動。在沉降管和孔壁間用膨潤土球充填并搗實，至底部第一個磁環的標高再用專用工具將磁環套在沉降管外送至填充的粘土面上，施加一定壓力，使磁環上的三個鐵爪插入土中，然后再用膨潤土球充填并搗實至第二個磁環的標高，按上述方法安裝第二個磁環，直至完成整個鉆孔中的磁環埋設。
方法二：在沉降管下孔前將磁環按設計距離安裝在沉降管上，磁環之間可利用沉降管外接頭進行隔離，成孔后將帶磁環的沉降管插入孔內。磁環在接頭處遇阻后被迫隨沉降管送至設計標高。然后將沉降管向上拔起1m，這樣可使磁環上、下各1m范圍內移動時不受阻，然后用細砂在沉降管和孔壁之間進行填充至管口標高。
四、監測技術
1測試方法
監測時應先用水準儀測出沉降管的管口高程，然后將分層沉降儀的探頭緩緩放入沉降管中。當接收儀發生蜂鳴或指針偏轉最大時，就是磁環的位置。捕捉響第一聲時測量電纜在管口處的深度尺寸，每個磁環有兩次響聲，兩次響聲間的間距十幾厘米。這樣由上向下地測量到孔底，這稱為進程測讀。當從該沉降管內收回測量電纜時，測頭再次通過土層中的磁環，接收系統的蜂嗚器會再次發出蜂鳴聲。此時讀出測量電纜在管口處的深度尺寸，如此測量到孔口，稱為回程測讀。磁環距管口深度取進、回程測讀數平均數。
2 測試數據處理
分層沉降標（磁環）位置應以絕對高程表示，計算式如下：
（4-1）
式中： —分層沉降標（磁環）絕對高程(m)；
—沉降管管口絕對高程(m)；
—分層沉降標（磁環）距管口的距離(m)。
由式（4-1）可以分別算出磁環前后兩次位置變化即本次垂直位移量和累計垂直位移量：
（4-2）
（4-3）
式中： —第i次水位絕對高程(m)；
—第i-1次水位絕對高程(m)；
—水位初始絕對高程(m)；
—本次垂直位移(mm)；
—累計垂直位移(mm)。
3工程算例
五、 注意事項
(1) 深層土體垂直位移的初始值應在分層標埋設穩定后進行，一般不少于一周。每次監測分層沉降儀應進行進、回兩次測試，兩次測試誤差值不大于l.0mm，對于同一個工程應固定監測儀器和人員，以保證監測精度。
(2) 管口要做好防護墩臺或井蓋，蓋好蓋子，防止沉降管損壞和雜物掉入管內。
