大面積堆載作用下軟土地基變形監測研究

李曉進

摘要：地基變形問題嚴重的制約著項目的生產效率和質量，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，從而為有關單位及工作人員在實際工作中提供一定理論和技術幫助。

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.

關鍵詞：大面積；堆載作用；地基變形；監測

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

中圖分類號：TU441+.6 文獻標識碼：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象。所以，在大面積堆載作用下進行地基變形監測已經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，通過圍海造地構成了該大面積堆載場區，長度約650米，寬度約300m。場地屬濱海沉積地貌，經施工單位對場地進行回填整平后，地形平坦，地面標高在2.5m左右。場地周邊已有較多建（構）筑物，料場東側有余能電廠，南側有變電站，特別是一次料場10#料條南側、西側和北側，有需重點保護的架空燃氣管道。場區為深厚軟土區，分布有30多米厚的淤泥質粘土和20多米厚的粘土層。為防止在堆載過程中地基失穩或變形過大，影響正常生產、威脅周圍建（構）筑物安全，須嚴格控制加載頻率，對料場及周邊建（構）筑物進行監測。

2 工程的特點

地基堆載監測是巖土工程的一個重要環節，它與勘察、設計、施工一起構成巖土工程不可分割的完整系統。巖土條件復雜多變，要在工程設計階段準確無誤地預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。安全監測是工程安全的重要保證手段之一，也是巖土工程設計、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定性進行動態監測，將為保證工程安全提供科學依據。

該工程具有以下特點：

①地基條件差，淤泥質粘土具有天然含水量高、孔隙比大、抗剪強度低、壓縮性高、滲透系數小等特點，在大面積荷載作用下土體變形較大。②周圍建（構）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，一旦管道支架基礎因為料條堆載而發生過大位移或變形，后果將不堪設想。③堆載區域大，場地條件復雜。加載區長度較長，有近600m。料條間有堆取料機軌道，各料條間不通視。數據采集場地狹小，干擾大。④荷載復雜。各料條不是單純加載，是堆料、取料、加載、卸載循環變化的荷載，一些傳統的巖土工程監測方法不適用。⑤監測要求高。新增一次料場堆載區域大，場地條件復雜，監測數據量大。如何獲取料條加料過程中以及風、暴、潮等災害性天氣發生期，即地基安全風險最大時期完整的數據和最不利數據，如何保證監測數據實時預警是保證工程安全的關鍵之一。⑥監測時間將持續數年，沉降變形量大（沉降可達數米），埋設的測試儀器在滿足精度基礎上，必須滿足耐久性、大量程的要求。

3 具體的監測方法

該工程主要監測方法和監測情況如下：

3.1 深層土體位移監測

根據工程經驗，在地基臨近失穩、破壞的時候，側向位移速率比沉降速率更敏感，因此地基土的側向位移觀測是堆載過程中最重要的監測項目之一，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向變形的情況，及時發現臨近破壞的征兆，通過對土體移動的發展趨勢、移動方向及速率等資料的分析，能夠綜合判斷地基的穩定情況。此項監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向位移情況進行監測。進行深層土體位移觀測時，當傳感器探頭到達一定深度，由于地基土體擠壓導致測斜管變形，探頭相對于鉛垂線方向必定產生一個傾角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變為電信號，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，自下而上將各區段的位移量Δi累加起來，得出側向位移曲線，如圖2所示。

即：δ=∑Lisinθi

3.2 邊樁位移監測

通過水準儀和全站儀設備觀測地表位移情況，依據常規的水準測量、常規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，將預制標安設到其上部，并且安裝標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線法進行觀測，并設置強制歸心觀測墩。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測量方法進行觀測，并定期對基準網進行復測。

3.3 孔隙水壓力監測

孔隙水壓力的監測能幫助及時了解土體的實際應力狀態，為防止由于加載速率過快而導致的地基失穩提供指導，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度和強度增長情況，為下一步堆載提供指導。

該項目孔隙水壓力計測量原理是：當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，使元器件電阻發生變化，從而導致電壓變化，這樣即可間接測出該點的孔隙水壓力。當料堆加載時，作用在土體單元上的總壓力發生變化導致孔隙水壓力發生變化。由于現場土體壓縮性高、滲透系數小等特點，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。當荷載過大導致孔隙水壓力急劇增大時，要及時采取警戒措施。因此，該項監測建議采取自動化監測手段，實時監控，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測外，更重要的是堆載中心地基土的沉降監測，即本文所講的地表斷面沉降監測。這是一個特殊的工程，在工程中會經過加載和卸載的負荷循環變化過程，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，可以通過遙測設備對地基表面不斷變化的沉降情況進行監測。采用國內組裝，美國進口的沉降儀設備進行監測，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在表面土體中，電纜會把儲液罐和傳感器的液面差轉變成電子信號，并通過專門的設備進行讀取。

4 變形分析

結合該項目監測的數據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）筑物的安全性和穩定性提供保障。以該項堆載變形監測為例，科學地展開變形分析，得到如下結論：

①深層側向位移大部分具有向堆載區域外圍變形的趨勢，通過數據分析和解讀，得到深層側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。地基情況越差、堆載量越大、有效堆放時間越長，其深層側向位移變形就越大。

②邊樁監測點水平位移大部分具有向堆載區域外圍位移的趨勢。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。當料堆卸載后，位移變形會有部分回彈。該項變形特征與深層側向位移上部變形特征基本一致。

③邊樁及斷面沉降均表現為往下沉降，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，結合數據處理的情況，對觀測點的變形量進行分析，利用各項變形監測分析系統，對監測點的數據展開分析和解讀，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）筑物的變形分析質量。

⑥地基穩定性的判斷，該項目監測的目的是保障地基及周邊建（構）筑物的安全，避免安全問題的發生，根據數據的分析和解讀，分別對變形量和變形速率等指標進行計算。在現場堆載的過程中，當地表、周邊建（構）筑物的沉降或位移速率連續3天超過3mm/d或者累計變形超過規范容許值時，表明地基有失穩破壞的征兆，應立即通報相關單位啟動應急預案停止加載。如果停止加載后，失穩征兆不減時，應及時通報加載管理單位進行卸載。

地基的穩定還與地基土質變化的參數有關，特別是土質強度的變化。預測地基失穩破壞的征兆，可按圖3所示以測點水平位移與時間關系曲線的走向判定，同時，輔以現場目視，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測，需要科學分析堆載單位對場地的需求情況，科學的展開變形監測工作，并對地基堆載變形監測中的注意事項進行控制，減小變形監測的誤差，保障地基堆載的安全。

①監測點要按照設計單位的要求布設，并符合相關規范，布設在場地能反應變形情況的部位。

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

③當遇到雨天和惡劣天氣時，加載的礦料密度可能會加大，應加密監測，密切關注場地及周圍建（構）筑物的變形動態，及時預警。條件允許的情況下，部分監測項目宜采用自動化設備直接讀取和計算數據，采用相關軟件自動分析和報警，做到實時監控。

6 結語

大面積堆載作用下，會嚴重地影響著地基變形程度，通常會將常規荷載影響下的程度超出。所以，要求有關人員要引起足夠的重視，在一定時間內，大面積堆載情況下的土體是趨于穩定的。但是，對比復合型地基，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].河北工程大學學報（自然科學版）：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].巖石力學與工程學報，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].巖石力學與工程學報，2005（06）.