大型設備吊裝地耐力檢測及沉降監測平臺的研究

王 磊 王俊杰 劉軍岐 符 賓

陜西化建工程有限責任公司 陜西楊凌示范區 712100

以往對吊裝場地的處理基本上是根據施工經驗，采取不同的開挖深度和回填方式，沒有科學的依據做支撐。尤其在大型設備吊裝時，地基的處理深度是否安全合理，很難進行科學界定。而大型設備吊裝地耐力檢測及沉降監測平臺可以實時、準確地測量出不同填埋介質深度下壓力大小及壓力衰減的變化規律，檢測地基在某個具體時刻是否發生了沉降，并獲得具體沉降數據，為大型設備吊裝地基的處理提供可靠的依據和參考。

1 地耐力檢測及沉降監測平臺研究的目的

與混凝土、砌體等材料相比，土壤屬于大變形材料。當承受荷載增加時，隨著基礎變形的相應增大，地基承載力（即地耐力）也在逐漸加大，很難界定出一個真正的極限值。地基極限承載力的確定，目前沒有一個通用的界定標準，也沒有一個適用于一切土壤類別的計算公式，主要根據工程經驗所定下的界限和相應的安全系數加以調整。

陜西化建工程有限責任公司以往都是根據施工經驗，對不同型號的吊車，不同的對地壓力，采取不同的開挖深度和回填方式，沒有科學的依據做支撐，尤其在大型設備吊裝時更難進行科學界定。為此，對大型設備吊裝場地進行地耐力檢測及沉降監測顯得尤為重要。

2 地基最終沉降量的彈性力學計算

地基沉降量通常指的是地基的最終沉降量，目前常用的計算方法有彈性力學法、應力面積法、分層總和法，以及考慮歷史影響的沉降計算法。最終沉降量是地基在載荷作用下沉降完全穩定后的沉降量。對于砂土，處理完成后即可測出沉降量；對于粘土，測量沉降量的時間會更長一些。

對于局部載荷下的地基沉降，可以利用式（1），根據疊加原理求得。地基最終沉降量的彈性力學計算方法以Boussinesq 課題的位移解為依據，在彈性半空間表面作用著一個豎向集中力（p），表面位移就是地基表面的沉降量（s）。

式中：s——地基表面的沉降量；

μ——地基土的泊松比；

E——地基土的彈性模量；

γ——為地基表面任意點到集中力P 作用點的距離。

地基沉降的彈性力學公式的一般形式見式（2）。

式中：b——矩形載荷的寬度或圓形載荷的直徑；

E0——變形模量；

P0——載荷面積內某點處的分布載荷；

通常情況下，由于彈性力學公式是按勻質線性變形半空間的假設得到的，而實際上地基通常是非勻質的，按式（2）計算的基礎最終沉降量偏大。

3 地耐力檢測平臺原理及應用

3.1 目前使用較多的地基沉降檢測設備

圖1 目前常用檢測設備

目前常用的檢測設備見圖1，該檢測裝置需要按照施工方案要求把地基處理完成后，在地基上面放置一定的重物，通過百分表讀數的變化來測量地基沉降量。它的主要優點是簡單易學，缺點是測量精度不高；對地基處理的深度及不同深度的壓力不能進行測量；要靠檢測人員的經驗進行測量，但不能具體測量某個時刻的沉降量；測試結果的準確性受現場測試人員技術水平的影響。

3.2 地耐力檢測及沉降監測平臺的檢測

地耐力檢測及沉降監測平臺主要由電腦、分析儀、采集儀、拉線式位移傳感器（圖2）、壓力傳感器和數據通信線等組成，其通訊連接方式如圖3 所示，實物圖見圖4。

圖2 拉線式位移傳感器實物圖

圖3 通訊連接原理圖

圖4 檢測裝置設備與元件連接圖

吊裝場地的處理根據現場吊車噸位、吊裝設備或構件的重量、土質情況等對場地開挖一定深度，開挖后從下至上每隔500～800mm 在同層對稱位置放置兩個土壓力盒。目的一是為了測量時進行數據對比和后期數據的修正；二是為了檢測不同深度壓力衰減變化和最大深度壓力是否衰減為零。每層壓力盒在埋設時，壓力盒下面墊層要平整。放置好壓力盒后，在其上面鋪設一層軟土或細沙后分層夯實。后續的壓力盒逐層進行埋設。圖5 為壓力盒埋設前后對比圖。

圖5 壓力盒埋設前后對比圖

壓力盒埋設完成后，對位移傳感器和土壓力盒分別進行信號線的連接、參數設置及調試。然后，在壓力盒正上方給予一定的壓力，如放置預制的混凝土塊、配重、圓板、液壓千斤頂等；并將位移傳感器在配重支架外側對稱部位進行固定；固定合格后進行數據采集、現場觀測、數據分析等。測試過程流程圖及相關環節見圖6—9。

圖6 測試過程流程圖

圖7 測試現場調試

圖8 位移傳感器及壓力盒參數設置

4 地耐力檢測及沉降監測平臺實現的功能

圖9 地耐力檢測及沉降監測

在地基沉降方面，采用東華測試DH801- 1000 型拉線式位移傳感器（量程1000mm，精度可以達到0.01mm）。它與電腦實時進行通訊，可以設置采集時間、采樣頻率等參數，實時對地基沉降進行觀測，大大減輕了檢測人員讀取數據的工作量。數據采集完成后，對數據進行進一步分析處理，可以得到地基在某個具體時刻是否發生沉降，以及沉降了多少等可靠數據。

在壓力傳遞方面，由于壓力盒按一定深度分層鋪設，可以得到不同土壤、不同地基處理方式、不同深度的壓力傳遞過程中的壓力衰減變化情況。

5 結語

通過對大型設備吊裝地耐力檢測及沉降監測平臺進行研究，表明該平臺可以實時、準確地測量出不同填埋介質深度下壓力大小及壓力衰減的變化規律，獲得地基在某個具體時刻的沉降量等可靠數據。不僅可為地基處理節約大量的經濟成本，而且可為大型設備吊裝提供可靠的安全保障。