CN101319495B - 地基深部分层变形观测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种地基深部分层变形的观测方法，该方法采用浅标点和深标点相结合的观测方式，不但可以对试验地基表层和浅层的变形进行观测，而且可以对地基深部变形进行分层观测，并对地基深部变形进行准确观测。利用本发明可以达到对试验地基进行全方位观测的目的，能够准确捕捉到地基水平和竖向变形范围，确定湿陷性黄土的下限深度，为确定地基处理深度和处理范围及桩基负摩擦力范围提供强有力的技术支持。

Description

地基深部分层变形观测方法和装置

技术领域

本发明属于土木工程技术领域，涉及一种地基深部分层变形观测方法，尤其涉及一种湿陷性黄土地基变形观测的装置，适合用于现场浸水试验中对地基深部的变形进行分层观测，对地基深部变形准确观测，并能够准确扑捉湿陷性黄土下限深度、地基水平和竖向变形范围。本发明还涉及一种实现地基深部分层变形观测方法的变形观测装置。

背景技术

湿陷性黄土是一种非饱和的欠压密土，具有大孔隙和垂直节理。在较低天然湿度下，其压缩性较低，强度较高；但遇水浸湿时，土的强度则显著降低；在附加压力与土的饱和自重压力作用下，往往具有突然下沉的性质，对工程建设危害性大。在湿陷性黄土地区进行建设，正确评价湿陷性黄土及其场地和地基的湿陷性，对设计、施工采取合理有效的防护措施，确保建筑物安全使用至关重要。

当前，在湿陷性黄土地基现场浸水试验中，地基的变形观测装置及方法存在着以下局限：

(1)变形观测仪通常布设在地基表层或浅层，而在地基深部没有布设，只能对地基表层和浅层的变形进行观测，对地基的深部变形无法观测，无法有效判断湿陷性黄土下限深度；

(2)位移计用于观测地基变形时，虽精度较高，但受试坑浸水影响，其精度不易控制，对地基深部变形无法实现观测；

(3)磁环沉降仪可用于地基分层变形量测，但该类仪器精度较低，仅能达到cm级，不能满足地基变形高精度要求，且在试坑内浸水后无法实现对地基深部观测。

发明内容

本发明的目的是为了弥补当前湿陷性黄土地基现场浸水试验变形观测中，无法对地基深部变形进行分层观测、无法有效判定湿陷性黄土下限深度的缺点，并为克服同类观测装置价格昂贵或观测精度较低等局限性，提供一种湿陷性黄土地基变形的观测方法和装置。

本发明的地基深部分层变形观测方法，包括以下步骤：

(1)试坑的开挖

按照《湿陷性黄土地区建筑规范》进行；(GB50025-2004)的要求，试坑直径不应小于探井探明的湿陷性黄土层厚度，且不应小于10m，试坑深度宜为0.5m，试坑底部应保证水平，且铺设10cm厚的砂砾石层。

(2)浅标点的布置及埋设

试坑内浅标点的布置：试坑中心布置1个浅标点，由试坑中心起2～4m，向坑边沿对称的3个水平方向(即相对夹角为120°，分别记为方向A、方向B、方向C，见图1所示)放射状布置观测坑内地面湿陷变形量的浅标点：每个水平方向布设6～11个，水平间距1.5m；

试坑外浅标点的布置：从试坑边起1m，沿试坑内浅标点同方向分别设置5个、水平间距1m；5～8个、水平间距1.5～5m；试坑外20m以外，每水平间距5～10m布设浅标点；最远的坑外浅标点在试坑外1倍试坑直径处。

浅标点的变形观测装置，包括底座及垂直固定在底座上的标杆；并在标杆的端部安装有标尺。

浅标点变形观测装置的埋设：在布设浅标点位置垂直埋实变形观测装置，埋深0.3m(试坑内浅标点埋深为试坑下0.3m，试坑外浅标点埋深为地面下0.3m)，夯填密实。

(3)深标点的布置及埋设

在试坑内，由试坑中心起2～4m，向坑边沿对称的6个水平方向(即相对夹角为60°，与相邻浅标点测线的相对夹角为30°)放射状布置地基深部湿陷变形量的深标点：每个水平方向分别布设5～10个、水平间距1.5m；在竖直方向，设置原则为自坑底以下10m内，间距为2m；自坑底10m～20m内，间距为1m，自坑底20m以下间距为1～2m。

深标点的变形观测装置，包括底座及垂直固定在底座上的标杆；标杆的端部安装有标尺，并在标杆上靠近底座端套有PVC管，以确保浸水后标点能够在竖向自由移动。

深标点变形观测装置的埋设：在布设深标点位置垂直埋实变形观测装置；每一深度设置2个深标点；最大埋深可视需要为试坑下30～40m，或更深。

(4)变形观测

采用水准、固定测站的测量方法，按二等水准测量标准监测各标点的变形量。浸水试坑内的水头高度不宜小于30cm。

本发明与现有技术性比具有以下优点：

(1)本发明通过在地基表层和深部有效控制变形观测装置的布置位置，对地基深部的变形范围、湿陷性黄土的下限深度等地基特性进行评价，并通过标杆进行观测，观测方法准确可靠，观测精度为±1mm；

(2)本发明可以达到对试验地基进行全方位观测的目的，能够准确捕捉到地基水平和竖向变形范围，确定湿陷性黄土的下限深度，为确定地基处理深度和处理范围及桩基负摩擦力范围提供强有力的技术支持；

(3)本发明变形观测装置结构简单，埋设方便，观测装置和观测标杆不受浸水影响。

附图说明

图1为实施例中测试标点的平面布置图

图2为实施例中A方向浅标点的布置图

图3为实施例中B方向浅标点的布置图

图4为实施例中C方向浅标点的布置图

图5为实施例L-L′方向深标点的布置图

图6为实施例M-M′方向深标点的布置图

图7为实施例N-N′方向深标点的布置图

图中■表示深标点；▲表示浅标点；A1～A22，B1～B22，C1～C22为浅标点标号；

L、L′，M，M′及N、N′10为深标点标号，其后的数字代表埋深，单位为m；图中所有未标明单位均为m。

图8为浅标点变形观测装置结构图

图9为深标点变形观测装置结构图

图10实施例中A-B方向地表累计变形量随时间变化曲线图

图11为实施例中各深标点累计变形量随时间变化曲线图

具体实施方式

下面以郑西客运专线DK300+800试验点为例，对本发明作进一步的说明。

(1)试坑的开挖

由探井资料判定，该场地自重湿陷性黄土层下限深度为31m，综合考虑各方面条件后，将浸水试坑的直径确定为35m；试坑设计深度为50cm，坑底铺设厚度为10cm的砾石，粒径为2～3cm。

(2)浅标点的布置及埋设

在试坑中心布置1个浅标点，由试坑中心起4.0m，向坑边沿对称的3个水平方向(即相对夹角为120°，分别记为方向A、方向B、方向C)放射状布置观测坑内地面湿陷变形量的浅标点：每个水平方向布设8个，水平间距1.5m。试坑外浅标点的布设，从试坑边1m起，沿试坑内浅标点同方向分别设置5个间距1.0m，5个水平间距1.5m，3个水平间距2.5m，1个水平间距5.0m的浅标点(见图1、2、3、4)。

浅标点变形观测装置(其结构参见图8)，包括底座1及垂直焊接固定在底座上的标杆2；标杆2的上端部固定有一根钢卷尺3，作为变形观测的标尺，钢卷尺的最小刻度为1mm。底座1为300mm×300mm，厚5mm的正方形钢板；标杆2采用φ25mm的镀锌管；试坑外变形观测装置的标杆长2.5m，试坑内变形观测装置的标杆长3.0m。

浅标点变形观测装置的埋设方法：在浅标点布设位置人工开挖400mm×400mm见方、深0.3m的坑，清除坑内的虚土后，整平坑底，放入变形观测装置，然后用水平尺量测标杆，确保变形观测装置摆放垂直，采用原土回填，夯填密实。试坑内浅标点变形观测装置的埋深为试坑下0.3m，试坑外浅标点变形观测装置的埋深为地面下0.3m(见图2、3、4)。

(3)深标点的布置及埋设

在试坑内，由试坑中心起2.5～4m，向坑边沿对称的6个水平方向(即相对夹角为60°，与相邻浅标点测线的相对夹角为30°)放射状布置观测坑内地面湿陷变形量的深标点：每个水平方向分别布设7～10个水平间距1.5m(参见图5、6、7)；在竖直方向，设置原则为自坑底以下10m内间距为2m，10m～20m间距为1m，20m～32m，间距为1.5m，32m～36m，间距为2.0m。

深标点变形观测装置(其结构参见图9)，包括底座1及垂直焊接固定垂直固定在底座上的标杆2，标杆2的上端部固定有一根钢卷尺3，作为变形观测的标尺，钢卷尺的最小刻度为1mm。底座为φ95mm的圆形钢板，厚5mm。标杆采用φ25mm的镀锌管。为便于观测，标杆长度设计为埋设后高出试坑底3.0m；深标点的标杆2上靠近底座端套有一根同长度的φ50mm的PVC管4，以确保浸水后标点能够在竖向自由移动。

深标点变形观测装置的埋设：在布设深标点位置垂直埋实变形观测装置；每一深度设置2个深标点；最大埋深为试坑下36m。

深标点埋设前先用汽车钻和冲击钻成孔，钻孔过程中对施钻工艺进行严格要求(具体钻孔技术要求见表1)。其具体埋设流程是：钻孔达设计深度后，清除孔底浮土，再埋设变形观测装置和PVC护管，并确保变形观测装置摆放垂直，最后采用原土在PVC护管和孔壁之间回填，夯填密实。

表1湿陷性黄土现场试坑浸水试验钻孔技术要求

序号	项目	技术要求	备注
				1	钻孔位置偏差	不大于5cm
2	钻孔深度偏差	+5cm，-5cm	“-”表示超钻
				3	垂直度	钻孔深度范围内中心偏移不大于4cm
4	孔径	Φ108mm(取样钻孔Φ120mm)
				5	浮渣厚度	不大于10cm	应尽可能清除孔底浮渣
6	取样钻孔	用静压法取样，进行湿陷性试验、含水率试验和密度试验。详细要求见“黄土湿陷性现场试坑浸水试验取样要求”。	湿陷性试样在送检前，应保存在现场有遮盖的坑中
				7	地质编录	钻孔过程中详细记录地层变化情况，按有关规范要求提出钻孔地质编录资料和试验工点地质报告。

(4)观测项目与现场测试

采用水准、固定测站的测量方法，按二等水准测量标准监测各标点的变形量。

4.1基准网的建立与观测

基准桩埋深按地面下4m控制，采用Φ108mm现浇混凝土标石，周围Φ600mm范围内用3∶7灰土换填30cm厚并夯密，基准桩位置的地面略凸以避免积水。基准桩应在变形观测开始之前7天进行埋设，且应避开地下管线、松软填土、基坑边沿、地裂缝、施工机器振动及标石易遭破坏地方，选在比较稳定的位置，并设置保护标志，防止被破坏、被重物压住，或被水浸泡。基准点距离试坑边缘不小于试坑直径的2倍。

为了保证观测的精度，按照二级变形测量的精度要求，采用水准测量方法，定期地对变形观测基准网进行复测，闭合差控制在1mm以内。检查基准桩间的高差变化，分析基准桩的稳定性，保证观测成果的真实可靠。复测期间尽量保持网形、观测线路不变，使用同一仪器及设备，固定专人观测。

4.2变形观测

变形观测采用水准、固定测站的测量方法监测各标点的变形量，按二等水准测量标准进行。观测时保持观测方法、观测线路不变。根据试验要求及工程特点，为了能达到监测各个观测点变形变化的目的，观测工作按二级变形精度要求进行施测。其主要精度指标见表2。

表2变形监测精度表

注：n为测站数

4.3试验结果

4.3.1地表累计沉降

地表累计沉降量随时间变化的曲线图见图10(视变形速率一日测量两次或每隔3日测量一次)。由图10的结果表明：

a.浅标点的沉降曲线基本呈对称锅底状，最大湿陷量一般发生在试坑中心。

b.在相同时间间隔内，浸水开始后第2天～第20天沉降曲线之间的间隔大，之后逐渐减小，反映出浸水开始后第2天～第20天沉降速率大，以后逐渐减小。

c.浸水边界对湿陷性的发生有明显的限制作用，离开试坑中心一定距离之后，坑内湿陷量随距试坑中心距离的增加而递减，坑外地表的湿陷量随距试坑边缘距离的增加而减小。

4.3.2深层累计沉降

深层累计沉降随时间变化的曲线见图11(视变形速率一日测量两次或每隔3日测量一次)。图11的结果表明：

a.2m～4m段基本为一条垂线，2m标点与4m标点的沉降同步，这说明2m至4m土层基本没有产生湿陷，场地内4m以上黄土湿陷性基本退化。

b.试坑内深标点在浸水过程中出现了不同程度的沉降，20m以上沉降较大，20m以下土体沉降较小。

c.比较各深度沉降量实测值曲线5及计算值曲线6来看，计算值要大于现场实测值。

Claims (1)

1.地基深部分层变形观测方法，包括以下步骤：

(1)试坑的开挖

按照《湿陷性黄土地区建筑规范》进行；

(2)浅标点的布置及埋设

试坑内浅标点的布置：试坑中心布置1个浅标点，由试坑中心起2～4m，向坑边沿对称的3个水平方向即相对夹角为120°放射状布置观测坑内地面湿陷变形量的浅标点：每个水平方向布设6～11个，水平间距1.5m；

试坑外浅标点的布置：从试坑边起1m，沿试坑内浅标点同方向分别设置5个、水平间距1m；5～8个、水平间距1.5～5m；试坑外20m以外，每水平间距5～10m布设浅标点；最远的坑外浅标点在试坑外1倍试坑直径处。

浅标点变形观测装置的埋设：在布设浅标点位置垂直埋设变形观测装置，埋深0.3m，夯填密实；

(3)深标点的布置及埋设

在试坑内，由试坑中心起2～4m，向坑边沿对称的6个水平方向即相对夹角为60°，与相邻浅标点测线的相对夹角为30°放射状布置地基深部湿陷变形量的深标点：每个水平方向分别布设5～10个、水平间距1.5m；在竖直方向，设置原则为自坑底以下10m内，间距为2m；自坑底10m～20m内，间距为1m，自坑底20m以下间距为1～2m；

深标点变形观测装置的埋设：在布设深标点位置垂直埋实变形观测装置；每一深度设置2个深标点；最大埋深为试坑下30～40m；

(4)变形观测

采用水准、固定测站的测量方法，按二等水准测量标准监测各标点的变形量。

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