一種分層沉降監測裝置及其施工方法

邵先鋒，錢朝軍，宣善欽,汪東林

（1.國網安徽省電力有限公司建設分公司，安徽 合肥 230071；2.安徽建筑大學土木工程學院，安徽 合肥 230601）

1 引言

近年來，隨著我國公路、鐵路、機場、水利水電等一系列建設項目不斷實施，越來越多的項目遇到高填方工程。為了掌握填方土體的沉降量、沉降差及穩定性，需對填方工程進行沉降觀測。通常可采用分層沉降儀(分層沉降計)對土體進行分層沉降觀測[1～3]。但這類方法是在高填方場區回填結束后，在填土中鉆孔設置觀測點，僅能觀測到回填后地基上部的沉降數據，無法對回填過程中各高度的沉降量進行監測，進而無法掌握高填方土體的密實程度，導致存在安全隱患。

也有部分能夠對高填方土體分層沉降觀測的裝置，裝置整體埋設于填方土體后，但其鉛垂度難以得到有效保證，若由于不均勻沉降發生傾斜，其監測豎向沉降值的精度大大降低[4～8]。

可見，有必要發展一種消除傾斜影響的高填方土體分層沉降監測裝置。

2 高填方土體分層沉降監測裝置

本文擬提供一種高填方土體分層沉降監測裝置，其結構簡單、施工方便，可有效維持自身的鉛垂特性，提高沉降監測的精度。

一種高填方土體分層沉降監測裝置，包括鋼釬與多個互嵌的套筒；套筒底部焊接有對稱狀分布的沉降板，套筒與沉降板之間通過加勁肋加強連接；最里面套筒的中空內徑略大于鋼釬的外徑，互嵌的各套筒中外部套筒的內徑略大于其相鄰內部套筒的外徑；各套筒由外至里其沉降板埋置的深度依次變大。圖1給出了套筒的結構示意圖，圖2給出了所提分層沉降監測裝置的結構示意圖，插圖標記統一說明如下：1——套筒；2——沉降板；3——加勁肋；4——鋼釬；A——回填起始標高面；B——第一層填土面；C——第二層填土面；D——第三層填土面；E——回填最終標高面。

圖1 套筒三維結構示意圖

圖2 所提分層沉降監測裝置三維結構示意圖

套筒為中空的直筒，套筒與沉降板通過加勁肋進行固定，提高整體的強度與剛度。最里面套筒的中空內徑略大于鋼釬的外徑，互嵌的各套筒中的外部套筒的內徑略大于其相鄰內部套筒的外徑，如圖2與圖3所示。鋼釬應具有足夠的長度與剛度，且需打入強度較高的土層中，盡可能減小后續填土對其鉛垂度的影響。鋼釬鉛垂的打入地基穩定層中后，其對各套筒起到約束作用，維持各套筒的鉛垂特性，確保各沉降管及沉降板僅沿鉛垂方向發生沉降，大大提高了豎向沉降的監測精度。

鋼釬與各套筒的中上部均設有刻度尺，基于各刻度尺的讀數差可判斷各沉降板的豎向沉降量。可視鋼釬為不再發生位移的固定參照物，基于各套筒與鋼釬上刻度尺的讀數差可快速的得到各沉降板的沉降值，讀數方便、效率高。所提監測裝置主要用于填方工程，在填筑過程中邊填筑邊埋設各套筒。而傳統的沉降監測裝置是在填方工程結束后，在土體中鉆孔再進行埋設。

圖3 所提分層沉降監測裝置剖面圖

所提監測裝置的施工方法如下：①在擬設置監測裝置的填方工程場地上，打入鋼釬，使鋼釬底部進入強度較高的土層中，且鋼釬處于鉛垂狀態。②把最內層套筒套在鋼釬上，套筒底部的沉降板與土體接觸緊密。為了減小相互摩擦，可在鋼釬及各套筒的外側涂上潤滑劑。③開展填方工程施工，根據設計填筑至一定高度時，在該位置處套入一個套筒，再繼續填筑，直至再填筑至一定高度時再套入下一個套筒，依次類推，直至填筑至設計標高，如圖4所示。

在確認鋼釬的鉛垂度滿足要求的前提下，記錄各套筒與鋼釬之間的初始刻度尺讀數差，后續各套筒讀數差的變化值即為相應沉降板的實際沉降值。填筑過程中，應采取措施降低填筑施工對已埋深沉降管及鋼釬的擾動影響，維護裝置的鉛垂特性。

具體實施過程中，最外層套筒的頂端應高于填土面300mm以上；各套筒的頂端高度由內到外依次降低，且相鄰套筒的頂端差距不小于50mm；鋼釬的頂端高于最內層套筒頂端100mm以上；鋼釬及各套筒的頂部標注有刻度尺且不會相互遮擋。

與現有技術相比，本文所提分層沉降監測裝置的優點為：①鋼釬鉛垂的打入地基穩定層中后，其對各套筒起到約束作用，維持各套筒的鉛垂特性，確保各沉降管及沉降板僅沿鉛垂方向發生沉降，大大提高了豎向沉降的監測精度。②所提沉降監測裝置結構簡單、制作方便，可視鋼釬為不再發生位移的固定參照物，基于各套筒與鋼釬上刻度尺的讀數差可快速的得到各沉降板的沉降值，讀數方便、效率高。

圖4 所提分層沉降監測裝置施工過程示意圖

3 結語

本文提出了一種高填方土體分層沉降監測裝置，包括鋼釬與多個互嵌的套筒；最里面套筒的中空內徑略大于鋼釬的外徑，互嵌的各套筒中的外部套筒的內徑略大于其相鄰內部套筒的外徑；各套筒由外至里其沉降板埋置的深度依次變大。所提裝置的鋼釬鉛垂打入地基穩定層中后，其對各套筒起到約束作用，維持各套筒的鉛垂特性，確保各沉降管及沉降板僅沿鉛垂方向發生沉降，大大提高了豎向沉降的監測精度。