CN105525634A - 抗滑桩桩侧土压力连续监测装置、抗滑桩监测系统与监测方法、抗滑桩施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及岩土工程中原位侧向土压力测试技术领域，提供抗滑桩桩侧土压力连续监测装置、抗滑桩监测系统与监测方法、抗滑桩施工方法。其中，抗滑桩桩侧土压力连续监测装置，包括压力监测单元；压力监测单元设置在抗滑桩的前侧和/或后侧，包括与护壁平行的承压垫板、承载面板和挡板；承压垫板贴设在所述护壁的外侧，承压垫板的外侧设置有承载面板，且承压垫板和承载面板之间夹设有面积小于承压垫板和承载面板的压力传感器，压力传感器用于实时显示不同阶段当前z深度处的压力值P_z0；承压垫板的内侧面通过传力轴与挡板连接，且挡板设置在抗滑桩的钢筋笼中。该装置系统在保证监测数据可靠、连续的前提下实现对抗滑桩施工、成桩使用全过程的长期监测。

Description

抗滑桩桩侧土压力连续监测装置、抗滑桩监测系统与监测方法、抗滑桩施工方法

技术领域

本发明涉及岩土工程中原位测试技术领域，尤其涉及抗滑桩与岩土体相互作用测试方法，具体为抗滑桩桩侧土压力连续监测装置、抗滑桩监测系统与监测方法、抗滑桩施工方法。

背景技术

抗滑桩通常是在坡体的设计桩位处首先成孔，然后安放钢筋笼，最后浇筑混凝土而形成桩体。护壁人工挖孔法因其占用场地少、成本低、工艺简单、易于控制质量、施工时污染小等优点而被广泛用于抗滑桩的成孔。抗滑桩成孔过程中，护壁作为开挖后桩孔的临时支护结构，主要承受护壁后侧土体对其产生的侧向土压力，该土压力值的大小随开挖深度与开挖时间的增加而变化，此时，获得桩孔开挖过程中不同深度处护壁所受土压力的变化规律与桩侧土体的水平位移特征，对优化护壁结构设计、预判抗滑桩设计合理性以及了解坡体变形情况等具有重要的工程实际作用。

目前，抗滑桩桩侧土压力测量方法比较单一，主要是将土压力计或土压力盒通过绑扎或焊接的方式将其与钢筋笼相连，测试抗滑桩桩体施工完成后所承受的土压力。而实际情况中恶劣的现场工作环境经常使埋设的土压力盒偏离原位置或与土体、钢筋笼接触不良或受混凝土浇筑影响较大，导致其成活率偏低，所测数据失真，可信度难以保证，且无法量测到人工挖孔过程中土压力的变化情况。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题就是提供一种监测数据可靠的抗滑桩桩侧土压力连续监测装置、抗滑桩监测系统与监测方法、抗滑桩施工方法。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种抗滑桩桩侧土压力连续监测装置，包括若干组沿抗滑桩桩孔深度方向布设的压力监测单元；所述压力监测单元设置在所述抗滑桩桩孔的前侧和/或后侧，包括与护壁平行的承压垫板、承载面板和挡板；所述承压垫板贴设在所述护壁的外侧，所述承压垫板的外侧设置有所述承载面板，且所述承压垫板和承载面板之间夹设有面积小于所述承压垫板和承载面板的压力传感器，所述压力传感器用于实时显示不同阶段当前z深度处的压力值P_z0；所述承压垫板的内侧面通过传力轴与所述挡板连接，且所述挡板设置在抗滑桩的钢筋笼中。

优选地，所述承载面板的底部设置有固位砖。

优选地，所述承压垫板的面积为所述承载面板面积的2～3倍。

优选地，所述传力轴包括同轴设置的第一轴和第二轴，所述第一轴与所述承压垫板固定连接，所述第一轴外围设置有固定在所述承压垫板上并将所述第一轴包围的护筒，且所述护筒的长度不大于所述护壁的厚度；所述第二轴与所述挡板之间固定连接，且所述第一轴和第二轴之间通过螺母拧紧。

优选地，所述护筒的材质为PVC管材或薄壁钢管；所述第一轴与所述承压垫板之间，以及所述第二轴与所述挡板之间分别螺纹连接或焊接。

优选地，还包括压力修正模块，所述压力修正模块与所述压力传感器连接，并对所述P_z0进行修正，得到修正后的压力值P_z＝P_z0×k₁×k₂，k₁为监测装置面积修正系数，k₂为监测装置材料差异性修正系数。

本发明还提供一种抗滑桩监测系统，包括上述抗滑桩桩侧土压力连续监测装置。

优选地，还包括抗滑桩变形连续监测装置；所述抗滑桩变形连续监测装置包括测斜管、土体弹性压缩变形监测单元和变形计算模块；所述测斜管为竖直安装在所述承载面板外侧的测斜管；所述测斜管内部沿深度方向均安装有多个水平位移自动监测单元，用于监测当前点的水平位移S_za；所述土体弹性压缩变形监测单元安装在所述承载面板和测斜管之间，所述土体弹性压缩变形监测单元沿承载面板竖向中心线等间距安装1～3个，且应在承载面板中心位置安装一个，用于监测不同阶段所述测斜管以及与之对应的所述承载面板之间土体弹性压缩变形S_zb；所述变形计算模块接收所述S_za和S_zb，并通过对所述S_za和S_zb进行处理，计算出抗滑桩桩孔开挖阶段z深度处土体水平位移S_z1，以及抗滑桩成桩使用阶段z深度处土体水平位移S_z2。

本发明还提供一种根据上述抗滑桩监测系统进行抗滑桩变形连续监测的方法，抗滑桩桩孔开挖阶段S_z1的计算方法包括以下步骤：

S1、通过所述测斜管中的水平位移自动监测单元获取当前阶段抗滑桩外部前侧或后侧z深度处水平位移监测值S_za1，S_za1＝S_za1挖-S_za1初，S_za1挖为抗滑桩浇筑时z深度处水平位移自动监测单元测取的水平位移，S_za1初为抗滑桩桩孔开挖到z深度处埋设所述压力监测单元后水平位移自动监测单元测取的水平位移；

S2、通过所述土体弹性压缩变形监测单元获得该阶段z深度处所述测斜管以及与之对应的所述承载面板之间土体弹性压缩变形监测值S_zb1，S_zb1＝S_zb1挖-S_zb1初，其中，S_zb1挖为抗滑桩浇筑时z深度处土体弹性压缩变形监测单元的水平位移测取值，S_zb1初为抗滑桩桩孔开挖到z深度处埋设所述压力监测单元后土体弹性压缩变形监测单元的水平位移测取值；

S3、通过所述变形计算模块得到S_z1＝S_za1-S_zb1；

其中，抗滑桩成桩使用阶段S_z2的计算方法包括以下步骤：

S1、通过所述测斜管中的水平位移自动监测单元获取当前阶段抗滑桩前侧/后侧水平位移监测值S_za2，S_za2＝S_za2终-S_za2挖，其中，S_za2终为抗滑桩变形稳定时z深度处水平位移自动监测单元测取的水平位移，S_{za2 挖}为抗滑桩浇筑后z深度处水平位移自动监测单元测取的水平位移；

S2、通过所述土体弹性压缩变形监测单元获得该阶段z深度处所述测斜管以及与之对应的所述承载面板之间土体弹性压缩变形监测值S_zb2，所述S_zb2＝S_zb2终-S_zb2挖，其中，S_zb2终为抗滑桩变形稳定时z深度处土体弹性压缩变形监测单元的水平位移测取值，S_zb2初为抗滑桩浇筑后z深度处土体弹性压缩变形监测单元的水平位移测取值；

S3、通过所述变形计算模块得到S_z2＝S_za2-S_zb2。

本发明还提供一种上述抗滑桩监测系统的抗滑桩的施工方法，包括以下步骤：

S1、根据边坡稳定性分析结果确定抗滑桩设置位置，结合地层分布情况与抗滑桩长度确定土压力测试点个数与对应的测试深度；

S2、沿滑坡方向在抗滑桩前侧和/或后侧钻孔，埋设测斜管，在所述测斜管内安装水平位移自动监测单元，所述水平位移自动监测单元安装个数、深度与土压力测试点对应；

S3、抗滑桩桩孔开挖，逐层开挖逐层支护，并逐个安装土体弹性压缩变形监测单元与压力监测单元；

S31、到达第一个土压力测试点时，在桩孔前后侧壁根据压力监测单元的结构尺寸开挖埋设所述压力监测单元的凹槽与土体弹性压缩变形监测单元的深孔；

S32、在所述凹槽靠近所述测斜管的内侧壁上开设有朝所述测斜管延伸的安装孔1～3个，所述安装孔中安装带自伸缩保护套管的土体弹性压缩变形监测单元，紧贴凹槽的所述内侧壁安装承载面板，使得所述带自伸缩保护套管的土体弹性压缩变形监测单元位于所述承载面板和测斜管之间，所述土体弹性压缩变形监测单元沿承载面板竖向中心线等间距安装1～3个，且应在承载面板中心位置安装一个；

S33、承载面板内侧从凹槽底部开始回填土体并压实，土体回填高度应保证压力传感器的感应面与承载面板的中心相对；

S34、将压力传感器放置在回填土上，压力传感器与承载面板中心位置相对应，用土体回填压力传感器上部空间并压实；

S35、将承压垫板内侧面与传力轴固定连接，将所述传力轴分为同轴设置的第一轴和第二轴，先将第一轴与承压垫板内侧面固定连接，并在第一轴外套设有护筒，防止浇注护壁混凝土时落到所述第一轴上，然后将所述承压垫板外侧面贴紧压力传感器后固定，使得承压垫板与压力传感器中心相对；

S36、在安装所述压力监测单元的部位施工配筋加密的钢筋混凝土护壁；

按照所述S31-S36的步骤安装第二个压力测试点及后序的压力测试点上的压力、变形监测单元；

S4、桩孔开挖完成，吊放钢筋笼；

S5、对应各个土压力测试点位置，分别将挡板固定在钢筋笼对应的位置上，所述挡板与第二轴连接，并连接第一轴和第二轴；

S6、浇筑混凝土形成抗滑桩桩体。

(三)有益效果

本发明的抗滑桩桩侧土压力连续监测装置，从桩孔开挖开始就可对土压力进行实时监测，可完成抗滑桩桩孔开挖阶段护壁结构土压力的实时监测、成桩使用阶段抗滑桩桩侧土压力的实时监测，在保证监测数据可靠、连续的前提下实现对抗滑桩承载全过程的长期监测。

进一步地，本发明的抗滑桩桩侧土压力连续监测装置，还包括压力修正模块，可以对压力传感器获取的结果给出合理的修正计算方法，进而对抗滑桩设计理论进行修正与完善，并为桩侧土体受力变形分析提供借鉴。

更进一步地，本发明还提供包括上述抗滑桩桩侧土压力连续监测装置的抗滑桩监测系统，在此基础上该系统还包括抗滑桩变形连续监测装置，从而可以获取桩侧土体与抗滑桩的水平变形。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实施例中施工完成后的抗滑桩局部正面剖视示意图；

图2是图1中I-I处剖视示意图；

图3是图1中II-II处剖视示意图；

图4是实施例中测斜管的安装示意图；

图5是实施例中抗滑桩施工过程中测斜管安装后的结构示意图；

图6是实施例中抗滑桩施工过程中抗滑桩桩孔开挖到第一个土压力测试点时的结构示意图；

图7是实施例中抗滑桩施工过程中第一个土体弹性压缩变形监测单元、压力监测单元的承压垫板和承载面板安装到位后的结构示意图；

图8是实施例中抗滑桩施工过程中护壁浇筑完成后的结构示意图；

图9是实施例中抗滑桩施工过程中钢筋笼安装完成后的结构示意图；

图10是实施例中抗滑桩施工过程中压力监测单元的挡板安装完成后的结构示意图；

图11是实施例中抗滑桩施工过程中抗滑桩浇筑后的结构示意图；

图12是桩孔开挖阶段抗滑桩桩侧土压力与土压力测试点深度的关系曲线图；

图13是成桩使用阶段抗滑桩桩侧土压力与土压力测试点深度的关系曲线图；

图14是抗滑桩桩侧土压力与测量时间的关系曲线图；

图15是抗滑桩桩侧土体水平抗力系数的比例系数与测试点深度的关系曲线图；

图中：1、挡板；2、承载面板；3、承压垫板；4、压力传感器；5、护筒；6、固位砖；7、第一轴；8、第二轴；9、螺母；10、原状土；11、填土；12、护壁；121、护壁支护箍筋加密区；122、护壁支护箍筋非加密区；13、钢筋笼箍筋；14、钢筋笼主筋；15、水平位移自动监测单元；16、测斜管；17、土体弹性压缩变形监测单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

首先需要强调的是，本实施例中但凡提到“内侧”和“外侧”，都是相对抗滑桩桩孔而言，离抗滑桩桩孔中心轴距离较近的为内侧，反之则为外侧。

本实施例的抗滑桩桩侧土压力连续监测装置，请参见图1至3，包括若干组沿抗滑桩桩孔深度方向分布的压力监测单元，从而获取不同深度处的抗滑桩桩侧土压力；显然，由于抗滑桩的受力主要是滑坡土体施加的沿着滑坡坡度方向的力，因此，压力监测单元主要监测抗滑桩前后两侧土体的土压力，此处，抗滑桩前后两侧也即沿着滑坡坡度方向望去的前后两侧。

有鉴于此，压力监测单元设置在所述抗滑桩桩孔的前侧和/或后侧，包括与护壁12平行的承压垫板3、承载面板2和挡板1。当然，此处的“抗滑桩桩孔的前侧和/或后侧”应当同时包含抗滑桩桩孔内外部的前侧和后侧。其中，承压垫板3贴设在护壁12的外侧，显然该护壁12也即前侧护壁12或者后侧护壁12，并且此处“承压垫板3贴设在护壁12的外侧”仅仅是就抗滑桩施工完成以后的结构而言，后面会提到具体施工过程，护壁12结构并不是在承压垫板3之前先安装到位。在该承压垫板3的外侧设置有承载面板2，且在所述承压垫板3和承载面板2之间夹设有面积小于所述承压垫板3和承载面板2的压力传感器4。其中“夹设”指的是压力传感器4设置在承压垫板3和承载面板2之间，且压力传感器4的内侧面与承压垫板3的外侧面接触，压力传感器4的外侧面和承载面板2的内侧面接触。

承载面板2与压力传感器4紧密接触，用以监测抗滑桩桩孔开挖阶段护壁12土压力P_z01以及成桩使用阶段抗滑桩桩侧土压力P_z02。为了保证整个监测过程中承载面板2不会因施工时周围土体扰动而发生下陷，优选但不必须在承载面板2垂直方向的底部设有固位砖6。此外，此处的承载面板2一般为刚性承载面板2。并且，由于承载面板2的面积大于压力传感器4，因此使得压力传感器4的受力面积增大，减小不同粒径土体对压力传感器4监测结果的影响，从而保证测试结果的准确性与可靠性。

此外，承压垫板3也一般为材料刚度较大的刚性承压垫板3，且面积为所述承载面板2面积的2～3倍，从而减少抗滑桩桩孔开挖阶段作用于护壁12上的压力，防止护壁12破坏，保证抗滑桩桩孔开挖阶段土压力监测的有效性和可靠性。

在此基础上，与压力传感器4对应的承压垫板3的区域内连接有传力轴，且承压垫板3通过该传力轴与挡板1连接，挡板1设置在抗滑桩的钢筋笼中，从而将受力传递给挡板1，用于监测抗滑桩成桩使用阶段的桩侧土压力P_z02。

显然，传力轴设置在承压垫板3的内侧，且优选在承压垫板3与压力传感器4对应的区域中设置有4～6个直径为2～4cm的螺纹钻孔，传力轴通过该螺纹钻孔拧紧在承压垫板3上。

本实施例中，优选传力轴包括同轴设置的第一轴7和第二轴8，其中第一轴7长度为10～15cm，且拧紧在承压垫板3上；第二轴8螺纹连接在挡板1的外侧，且第一轴7和第二轴8之间通过螺母9连接。在第一轴7的外围设置固定在所述承压垫板3上并将所述第一轴7包围的护筒5，且在所述护筒5上设置有预留孔洞，从而保证混凝土护壁12浇筑时混凝土不会落到第一轴7上，同时便于后续第一轴7和第二轴8的连接。

其中，护筒5优选但不必须采用壁厚3～5mm的PVC管材，当然也可以采用薄壁钢圆筒。此外，由于护筒5的存在使护壁12产生一个空洞，因此，刚性承压垫板3对护壁12的局部压力将增加，为了保证桩孔开挖阶段土压力监测的有效性，防止土压力过大时护壁12发生局部破坏，应对压力监测单元埋设深度上下一定范围(例如0.5～1.0m)内的护壁12配筋进行加密。

通过上述传力轴的设置，保证了抗滑桩桩孔开挖阶段与成桩使用阶段土压力监测的连续性。此外，对下文提到的水平变形测试的连续性也提供了基础。

对应不同的需求，压力监测单元中的承载面板2可能会需要不同形状尺寸、不同材料，因此不可避免会存在测量误差。有鉴于此，为了对上述压力传感器4测得的压力值进行修正，本实施例的滑桩桩侧土压力连续监测装置还包括压力修正模块，所述压力修正模块与所述压力传感器4连接，并对压力传感器4测得的当前z深度处的压力值P_z0进行修正，得到修正后的压力值P_z＝P_z0×k₁×k₂。

其中，承载面板2与压力传感器4感应面紧贴密实，土压力直接作用于承载面板2上，因而所测土压力值应与承载面板2面积及压力传感器4感应面面积相似比呈线性关系，由此可通过计算得到垂直于土压力作用方向压力监测单元与承载面板2的修正系数k₁

$k_1=\frac{A_1}{A_2}$

其中，A₁为所述压力传感器4的感应面的表面积，A₂为所述承载面板2的表面积；

当压力传感器4的感应面为圆形且半径为R，且承载面板2为正方形且边长l，此时k₁＝πR²/l²。

此外，本抗滑桩桩侧土压力连续监测装置能监测抗滑桩从桩孔开挖阶段至成桩使用阶段整个过程的土压力变化，在对桩孔开挖阶段进行监测时，护壁12通过承压垫板3将压力传感器4的作用力传递至护壁；在抗滑桩成桩使用阶段，通过传力轴将压力传感器4的作用力经由挡板1传递至抗滑桩桩体。因此，抗滑桩承载变形过程中因土压力监测装置的作用力传递介质不同会导致影响系数k₂不同，具体地

抗滑桩桩孔开挖阶段 $k_2=\frac{\frac{E_q}{E_c}-1}{\frac{0.01E_q}{E_s}+0.5};$

抗滑桩成桩使用阶段 $k_2=\frac{\frac{E_q}{E_c+{\mathrm{nE}}_0}}{\frac{0.01E_q}{E_s}+0.5};$

其中，E_q为所述压力传感器4的弹性模量，E_c为所述承压垫板3的弹性模量，E_s为抗滑桩周围土体介质的弹性模量，E₀为所述传力轴的弹性模量，n为所述传力轴的数量。

本实施例的抗滑桩桩侧土压力连续监测装置，从桩孔开挖开始就可对土压力进行实时监测，可完成抗滑桩开挖阶段护壁12结构土压力的实时监测、成桩使用阶段抗滑桩桩侧土压力的实时监测，在保证监测数据可靠、连续的前提下实现对抗滑桩承载全过程的长期监测。此外通过压力修正模块，可以对压力传感器4获取的结果给出合理的修正计算方法，进而对抗滑桩设计理论进行修正与完善，并为桩侧土体的受力变形分析提供借鉴。

在上述基础上，本实施例还提供一种抗滑桩监测系统，其除了包括抗滑桩桩侧土压力连续监测装置之外，还包括变形连续监测装置。

具体地，该变形连续监测装置主要包括竖直安装在抗滑桩外部前后侧的测斜管16，测斜管16竖直安装在所述承载面板2外侧，且在抗滑桩桩孔开挖前预先埋设；在测斜管16内部沿长度方向均安装有多个水平位移自动监测单元15，通过该水平位移自动监测单元15可以监测当前点的水平位移监测值S_za。通过该测斜管可监测抗滑桩桩孔开挖阶段与成桩使用阶段全过程不同深度处的桩侧土体水平位移。

本实施例中，优选但不必须设置有分别布置在抗滑桩外部前后侧的测斜管16共两根，请参见图4。当然，本实施例中的测斜管的数量和分布不受附图的限制。

在此基础上，为了计算抗滑桩桩孔开挖阶段z深度处土体水平位移S_z1，以及抗滑桩成桩使用阶段z深度处土体水平位移S_z2，本实施例的抗滑桩变形连续监测装置还包括土体弹性压缩变形监测单元17和变形计算模块。其中，土体弹性压缩变形监测单元17沿承载面板竖向中心线等间距安装3个，且一个安装在承载面板中心位置，土体弹性压缩变形监测单元17用于监测不同阶段所述测斜管16以及与之对应的所述承载面板2之间土体弹性压缩变形S_zb。显然，此处的“与之对应的所述承载面板2”，如果测斜管16是安装在抗滑桩前侧的，那么此处的承载面板2也即是前侧护壁12外侧特定深度的承载面板2。所述变形计算模块接收所述S_za和S_zb，并通过对所述S_za和S_zb进行处理，计算出抗滑桩桩孔开挖阶段z深度处土体水平位移S_z1，以及抗滑桩成桩使用阶段z深度处土体水平位移S_z2。

其中，抗滑桩桩孔开挖阶段，承载面板2附近的土体水平位移S_z1主要由S_za1和S_zb1综合确定，具体地，S_z1的计算方法包括以下步骤：

S1、通过所述测斜管16中的水平位移自动监测单元15获取当前阶段抗滑桩外部前侧/后侧z深度处水平位移监测值S_za1，S_za1＝S_za1挖-S_za1初，S_za1挖为抗滑桩浇筑时z深度处水平位移自动监测单元15测取的水平位移，S_za1初为抗滑桩桩孔开挖到z深度处时自动监测单元15测取的水平位移；

S2、通过所述土体弹性压缩变形监测单元17获得该阶段z深度处所述测斜管16以及与之对应的所述承载面板2之间土体弹性压缩变形监测值S_zb1，S_zb1＝S_zb1挖-S_zb1初，其中，S_zb1挖为抗滑桩浇筑时z深度处土体弹性压缩变形监测单元17的水平位移测取值，S_zb1初为抗滑桩桩孔开挖到z深度处埋设所述压力监测单元后土体弹性压缩变形监测单元17的水平位移测取值；

S3、通过所述变形计算模块得到S_z1＝S_za1-S_zb1；

其中，抗滑桩成桩使用阶段，刚性承载面板2附近的土体水平位移S_z2主要由S_za2和S_zb2综合确定，具体S_z2的计算方法包括以下步骤：

S1、通过所述测斜管16中的水平位移自动监测单元15获取当前阶段抗滑桩前侧/后侧水平位移监测值S_za2，S_za2＝S_za2终-S_za2挖，S_za2终为抗滑桩变形稳定时z深度处水平位移自动监测单元15测取的水平位移，S_{za2 挖}为抗滑桩浇筑后z深度处水平位移自动监测单元15测取的水平位移；

S2、通过所述土体弹性压缩变形监测单元17获得该阶段z深度处所述测斜管16以及与之对应的所述承载面板2之间土体弹性压缩变形监测值S_zb2，所述S_zb2＝S_zb2终-S_zb2挖，其中，S_zb2终为抗滑桩变形稳定时z深度处土体弹性压缩变形监测单元17的水平位移测取值，S_zb2初为抗滑桩浇筑后z深度处土体弹性压缩变形监测单元17的水平位移测取值；

S3、通过所述变形计算模块得到S_z2＝S_za2-S_zb2。

本实施例的抗滑桩监测系统，可以获取桩侧土体与抗滑桩的水平变形。

基于上述抗滑桩监测系统，本实施例可以求得抗滑桩桩孔开挖阶段z深度处桩侧土体水平抗力系数的比例系数m₁的计算公式为：

$m_1=\frac{P_{z1}}{{\mathrm{zS}}_{z1}};$

式中，P_z1为抗滑桩桩孔开挖阶段压力传感器4测得并经过修正后的土压力修正值。

抗滑桩成桩使用阶段z深度处桩侧土体水平抗力系数的比例系数m₂的计算公式为：

$m_2=\frac{P_{z2}}{{\mathrm{zS}}_{z2}};$

式中，P_z2为抗滑桩成桩使用阶段压力传感器4测得并经过修正后的土压力修正值。

通过获取抗滑桩桩体前、后侧不同深度处土压力与水平位移的连续实时监测值，所得不同阶段修正后的土压力与土体水平抗力系数的比例系数的分布曲线与变化规律，可用于分析抗滑桩承载变形机理与桩土相互作用机理。

本实施例的抗滑桩施工方法，请参见图5至图12，包括以下步骤：

S1、根据边坡稳定性分析结果确定抗滑桩设置位置，结合地层分布情况与抗滑桩长度确定土压力测试点个数与对应的测试深度；其中，抗滑桩包括位于滑动面以上的阻滑段和滑动面以下的固定段，由于承受阻力的是滑动面以上的阻滑段，因此，确定土压力测试点时主要考虑阻滑段。

S2、沿滑坡方向在抗滑桩前侧和/或后侧钻孔，埋设测斜管16，在所述测斜管16内安装水平位移自动监测单元15，安装点个数、深度与土压力测试点相同；

其中，根据实际操作选择测斜管距离抗滑桩前后侧壁的距离为0.5～1.0m。

S3、抗滑桩桩孔开挖，逐层开挖逐层支护，并逐个安装土体弹性压缩变形监测单元17与压力监测单元4；

S3中包括：

S31、到达第一个土压力测试点时，在桩孔前后侧壁根据压力监测单元的结构尺寸在原状土10的基础上开挖埋设所述压力监测单元4的凹槽；其中，凹槽各侧面应设置成平整规则的形状；同时在凹槽内侧竖向中心线上下部等间距开挖3个埋设土体弹性压缩变形监测单元17的深孔，且中间一个深孔位于承载面板中心位置，深孔底部应到达测斜管16，孔径一般选择为3～5cm；

S32、首先，在深孔内安装波纹状可受压自伸缩变形的保护套管，并在套管内安装土体弹性压缩变形监测单元17，使其一端与测斜管接触；然后，紧贴凹槽的侧壁安装承载面板2，并使其与土体弹性压缩变形监测单元17的另一端接触；优选将固位砖6例如混凝土砖整齐地放置于凹槽内侧的底部，砖块表面齐平，以保证承载面板2能竖直、平稳地放置在固位砖6上；最后，将承载面板2紧靠凹槽的内侧壁竖直放置在固位砖6上，保证承载面板2与凹槽内侧土壁之间无空隙；

S33、承载面板2内侧从凹槽底部开始回填土体并压实，填土11高度应保证压力传感器4的感应面与承载面板2的中心相对；此处压力传感器4的感应面与承载面板2的中心相对是为了压力测量的准确性；

S34、将压力传感器4放置在回填土11上，压力传感器4与承载面板2中心位置相对应，用土体回填压力传感器4上部空间并压实；

S35、将承压垫板3内侧面与传力轴螺纹连接，将所述传力轴分为同轴设置的第一轴7和第二轴8，先将第一轴7与承压垫板3内侧面螺纹连接，并在第一轴7外套设有护筒5，防止浇注护壁12时混凝土落到所述第一轴7上；然后将所述承压垫板3外侧面贴紧压力传感器4后固定，使得承压垫板3与压力传感器4中心相对，保证压力测量的准确性。

显然，由于护筒5套设在第一轴7外，那么第一轴7的长度不应超过护筒5的长度。在此基础上，为了便于后续护壁12和钢筋笼结构的施工，需要保证护筒5的长度不大于护壁12的厚度，从而护筒5不会向抗滑桩桩孔内部伸出。此外，为了后续第一轴7和第二轴8的连接，在护筒5上需要预留孔洞。

S36、在安装所述压力监测单元的部位施工配筋加密的钢筋混凝土护壁12，从而将护壁12分成护壁支护箍筋加密区121和护壁支护箍筋非加密区122；

本实施例的S3中，按照S3中相应的步骤进行抗滑桩逐层开挖、支护和压力监测单元的安装。并且，在上述桩孔开挖、支护与压力、变形监测单元安装过程中对测斜管水平位移进行实时监测，同时对已安装的压力、变形监测单元进行实时监测。

S4、桩孔开挖完成，吊放钢筋笼，钢筋笼包括钢筋笼箍筋13和钢筋笼主筋14；

S5、对应各个土压力测试点位置，分别将挡板1固定在钢筋笼对应的位置上，所述挡板1与第二轴8连接，并连接第一轴7和第二轴8；

此处，挡板1与钢筋笼相连接，使其形成整体，保证传力的有效性。挡板1一般为刚性挡板1。第二轴8优选是螺纹连接至挡板1上，且第二轴8与第一轴7之间通过螺母9连接，从而保证承压垫板和挡板1之间有效传力。

S6、浇筑混凝土形成抗滑桩桩体。

图5至图12中划过抗滑桩截面的斜线指代滑动面的位置。

在上述基础上，通过测斜管16中水平位移自动监测单元15和桩周土体中土体弹性压缩变形监测单元17实时监测水平位移；同时通过压力监测单元实时监测抗滑桩桩侧土压力。

基于本实施例抗滑桩的施工方法，对某工程大型滑坡工程所采用的抗滑桩进行施工。具体地，抗滑桩桩周土体至上而下的分布情况为：(1)粘土层；(2)强风化岩层；(3)中风化岩层。本工程抗滑桩(包括抗滑桩桩侧土压力连续监测装置和抗滑桩变形连续监测装置)的施工过程如下：

S1、根据该边坡工程稳定性分析结果确定抗滑桩设置位置，并通过计算确定抗滑桩的截面尺寸为2.0m×3.0m，桩长为25.0m，选定监测的抗滑桩滑动面以上桩长L₁为18.0m，滑动面以下桩长L₂为7.0m，桩顶与该处地面高程相同，压力监测单元分别安设在桩顶以下3.0m、6.0m、9.0m、12.0m、15.0m、18.0m处。

S2、沿滑坡方向在抗滑桩前后侧距离抗滑桩侧壁0.8m处首先采用地质钻机进行钻孔，孔径为120mm，两个钻孔应位于抗滑桩的中心线上；然后，在钻孔内埋设Φ75长度为20.0m的测斜管16；最后，在测斜管16内安装6个水平位移自动监测单元15，安装点深度分别为桩顶以下3.0m、6.0m、9.0m、12.0m、15.0m与18.0m，并开始土体水平位移实时监测。

S3、抗滑桩桩孔开挖，逐层开挖逐层支护，桩孔开挖尺寸为2.4m×3.4m，每开挖1.0m支护一次护壁12，护壁12厚200mm，采用C20混凝土与Φ8250的钢筋网。

S3、桩孔开挖深度达到3.0m时，埋设第一层抗滑桩桩侧土体弹性压缩变形监测单元17与土压力连续监测装置。首先，根据压力监测单元的结构尺寸在桩孔前后侧壁3.0m深度处开挖凹槽，凹槽高33cm、宽30cm、深6cm，凹槽各侧面应竖直、平整，同时，在凹槽内侧壁中心线上距离上面6cm、15cm、24cm处钻取Φ40深68cm的深孔3个；然后，依次安装土体弹性压缩变形监测单元17与压力监测单元的各组成构件，具体包括以下步骤：

1)将Φ40长68cm的波纹状可受压自伸缩变形的保护套管安装到深孔内，并在套管内安装Φ30的土体弹性压缩变形监测单元17，使其一端(测试探头端)与测斜管接触，另一端与随后安装的承载面板2接触，为保证接触的紧密性，可在承载面板2上与土体弹性压缩变形监测单元17对应的接触位置焊接一个Φ35长10cm的薄壁钢管，以便固定土体弹性压缩变形监测单元17；

2)将长×宽×高为30cm×3cm×3cm的固位砖6整齐地放置于凹槽内侧的底部，固位砖6表面齐平，以保证刚性承载面板2能竖直、平稳地放置于固位砖6上；

3)将长×宽×厚为30cm×30cm×15mm的刚性承载面板2紧靠凹槽的内侧竖直放置在固位砖6上，刚性承载面板2采用304型号不锈钢板，为保证刚性承载面板2与凹槽内侧土壁之间无空隙，可在刚性承载面板2靠近土体侧涂抹一层水泥砂浆；

4)从刚性承载面板2内侧凹槽底部与固位砖6顶面开始回填土11体并压实，土体回填高度为9～12cm，其高度保证了压力传感器4的感应面位于刚性承载面板2中心处；

5)将压力传感器4放置在回填土11上，压力传感器4采用平膜盒式压力传感器4，其直径为120mm，厚度为25mm，变形模量E_q＝3.0×10⁵Pa，介质温度为-20℃～80℃，灵敏度1.0～1.5±0.2；压力传感器4外侧面与刚性承载面板2中心位置相对应，用土体回填压力传感器4上部空间并压实，为保证压力传感器4与刚性承载面板2紧密接触，可在刚性承载面板2内侧中心部位焊接一个直径128mm、高8mm、壁厚2mm的钢环，压力传感器4嵌入后与刚性承载面板2接触；

6)安装刚性承压垫板3，其中，刚性承压垫板3尺寸长×宽×厚为60cm×60cm×10mm，刚性承压垫板3采用304型号不锈钢板，首先在刚性承压垫板3的中心位置处采用螺纹孔钻头钻孔，钻孔直径为20mm，将直径为20mm，长度为10cm的第一轴7，此处采用公称直径为20mm的钢筋，拧紧在刚性承压垫板3上；然后，在第一轴7外围安装壁厚3mm、直径12cm、长25cm的护筒5，形成预留孔洞，保证第一轴7在混凝土护壁12浇筑时不会被淹没；最后，将拧上第一轴7的刚性承压垫板3靠近压力传感器4的内侧面固定，刚性承压垫板3中心与压力传感器4对准，并根据安装需要对凹槽外侧进行扩挖或内部土体回填，为保证刚性承压垫板3与压力传感器4紧密接触同样可采用焊接的钢环进行安装；

7)在压力监测单元部位施工加密配筋的钢筋混凝土护壁12，钢筋间距加密为100mm，并采用刚性承压垫板3预留孔绑扎的形式将其与钢筋网连接，以增强其整体性与刚度。

按照上述步骤对抗滑桩逐层开挖、支护，压力监测单元依次在抗滑桩的桩顶以下3深度为6m、9m、12m、15m、18m的位置处安装。其中，优选在S3的桩孔开挖、支护与压力监测单元安放过程中通过斜管16对水平位移进行实时监测，同时对已安装的压力、变形监测单元进行实时监测。

S4、桩孔开挖完成，吊放钢筋笼。

S5、将螺纹连接至刚性挡板1上的第二轴8与固定在刚性承压垫板3上的第一轴7通过螺母9连接，刚性挡板1为25cm×25cm×10mm的钢板，第二轴8的直径为20mm，长度为40cm，此处第二轴8采用公称直径为20mm的钢筋；并将第二轴8、刚性挡板1与钢筋笼相连接，使其形成整体，保证传力的有效性。

S6、浇筑混凝土形成抗滑桩桩体。

施工完成以后，采用本实施例的抗滑桩监测系统测量抗滑桩桩前、桩后不同深度处的土压力值与变形量。

其中，在不同阶段对本实施例的某工程大型滑坡工程中抗滑桩桩侧土压力进行测量和修正，得到土压力与测量深度之间的关系图、土压力与时间之间的关系图以及桩侧土体水平抗力系数的比例系数与测量深度之间的关系图，请参见图12至图15。在实例中，图12表示由土压力连续监测装置测得的抗滑桩桩孔开挖阶段变形稳定时的土压力修正值与深度之间的关系图，图13表示由土压力连续监测装置测得的抗滑桩成桩后变形稳定时的土压力修正值与深度之间的关系图，图14表示由③号土压力连续监测装置测得的整个过程土压力修正值与时间之间的关系图，图15表示由抗滑桩监测系统得到的桩侧土体水平抗力系数的比例系数与深度之间的关系图。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种抗滑桩桩侧土压力连续监测装置，其特征在于，包括若干组沿抗滑桩桩孔深度方向布设的压力监测单元；所述压力监测单元设置在所述抗滑桩桩孔的前侧和/或后侧，包括与护壁平行的承压垫板、承载面板和挡板；所述承压垫板贴设在所述护壁的外侧，所述承压垫板的外侧设置有所述承载面板，且所述承压垫板和承载面板之间夹设有面积小于所述承压垫板和承载面板的压力传感器，所述压力传感器用于实时显示不同阶段当前z深度处的压力值P_z0；所述承压垫板的内侧面通过传力轴与所述挡板连接，且所述挡板设置在抗滑桩的钢筋笼中。

2.根据权利要求1所述的抗滑桩桩侧土压力连续监测装置，其特征在于，所述承载面板的底部设置有固位砖。

3.根据权利要求1所述的抗滑桩桩侧土压力连续监测装置，其特征在于，所述承压垫板的面积为所述承载面板面积的2～3倍。

4.根据权利要求1所述的抗滑桩桩侧土压力连续监测装置，其特征在于，所述传力轴包括同轴设置的第一轴和第二轴，所述第一轴与所述承压垫板固定连接，所述第一轴外围设置有固定在所述承压垫板上并将所述第一轴包围的护筒，且所述护筒的长度不大于所述护壁的厚度；所述第二轴与所述挡板之间固定连接，且所述第一轴和第二轴之间通过螺母拧紧。

5.根据权利要求4所述的抗滑桩桩侧土压力连续监测装置，其特征在于，所述护筒的材质为PVC管材或薄壁钢圆筒；所述第一轴与所述承压垫板之间，以及所述第二轴与所述挡板之间分别螺纹连接或焊接。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的抗滑桩桩侧土压力连续监测装置，其特征在于，还包括压力修正模块，所述压力修正模块与所述压力传感器连接，并对所述P_z0进行修正，得到修正后的压力值P_z＝P_z0×k₁×k₂，k₁为监测装置面积修正系数，k₂为监测装置材料差异性修正系数。

7.一种抗滑桩监测系统，其特征在于，包括权利要求1至6中任意一项所述的抗滑桩桩侧土压力连续监测装置。

8.根据权利要求7所述的抗滑桩监测系统，其特征在于，还包括抗滑桩变形连续监测装置；所述抗滑桩变形连续监测装置包括测斜管、土体弹性压缩变形监测单元和变形计算模块；所述测斜管竖直安装在所述承载面板外侧；所述测斜管内部沿深度方向均安装有多个水平位移自动监测单元，用于监测当前点的水平位移监测值S_za；所述土体弹性压缩变形监测单元安装在所述承载面板和测斜管之间，所述土体弹性压缩变形监测单元沿承载面板竖向中心线等间距安装1～3个，且在承载面板中心位置安装一个，用于监测不同阶段所述测斜管以及与之对应的所述承载面板之间土体弹性压缩变形S_zb；所述变形计算模块接收所述S_za和S_zb，并通过对所述S_za和S_zb进行处理，计算出抗滑桩桩孔开挖阶段z深度处土体水平位移S_z1，以及抗滑桩成桩使用阶段z深度处土体水平位移S_z2。

9.根据权利要求8所述的抗滑桩监测系统进行抗滑桩变形连续监测的方法，其特征在于，抗滑桩桩孔开挖阶段S_z1的计算方法包括以下步骤：

S1、通过所述测斜管中的水平位移自动监测单元获取当前阶段抗滑桩外部前侧或后侧z深度处水平位移监测值S_za1，S_za1＝S_za1挖-S_za1初，其中，S_za1挖为抗滑桩浇筑时z深度处水平位移自动监测单元测取的水平位移，S_za1初为抗滑桩桩孔开挖到z深度处埋设所述压力监测单元后水平位移自动监测单元测取的水平位移；

S2、通过所述土体弹性压缩变形监测单元获得该阶段z深度处所述测斜管以及与之对应的所述承载面板之间土体弹性压缩变形监测值S_zb1，S_zb1＝S_zb1挖-S_zb1初，其中，S_zb1挖为抗滑桩浇筑时z深度处土体弹性压缩变形监测单元的水平位移测取值，S_zb1初为抗滑桩桩孔开挖到z深度处埋设所述压力监测单元后土体弹性压缩变形监测单元的水平位移测取值；

S3、通过所述变形计算模块得到S_z1＝S_za1-S_zb1；

其中，抗滑桩成桩使用阶段S_z2的计算方法包括以下步骤：

S1、通过所述测斜管中的水平位移自动监测单元获取当前阶段抗滑桩前侧/后侧水平位移监测值S_za2，S_za2＝S_za2终-S_za2挖，其中，S_za2终为抗滑桩变形稳定时z深度处水平位移自动监测单元测取的水平位移，S_{za2 挖}为抗滑桩浇筑后z深度处水平位移自动监测单元测取的水平位移；

S2、通过所述土体弹性压缩变形监测单元获得该阶段z深度处所述测斜管以及与之对应的所述承载面板之间土体弹性压缩变形监测值S_zb2，所述S_zb2＝S_zb2终-S_zb2挖，其中，S_zb2终为抗滑桩变形稳定时z深度处土体弹性压缩变形监测单元的水平位移测取值，S_zb2初为抗滑桩浇筑后z深度处土体弹性压缩变形监测单元的水平位移测取值；

S3、通过所述变形计算模块得到S_z2＝S_za2-S_zb2。

10.一种包含权利要求8所述的抗滑桩监测系统的抗滑桩的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据边坡稳定性分析结果确定抗滑桩设置位置，结合地层分布情况与抗滑桩长度确定土压力测试点个数与对应的测试深度；

S2、沿滑坡方向在抗滑桩前侧和/或后侧钻孔，埋设测斜管，在所述测斜管内安装水平位移自动监测单元，所述水平位移自动监测单元安装个数、深度与土压力测试点对应；

S3、抗滑桩桩孔开挖，逐层开挖逐层支护，并逐个安装土体弹性压缩变形监测单元与压力监测单元；

S31、到达第一个土压力测试点时，在桩孔前后侧壁根据压力监测单元的结构尺寸开挖埋设所述压力监测单元的凹槽与土体弹性压缩变形监测单元的深孔；

S32、在所述凹槽靠近所述测斜管的内侧壁上开设有朝所述测斜管延伸的安装孔1～3个，所述安装孔中安装带自伸缩保护套管的土体弹性压缩变形监测单元，紧贴凹槽的所述内侧壁安装承载面板，使得所述带自伸缩保护套管的土体弹性压缩变形监测单元位于所述承载面板和测斜管之间，所述土体弹性压缩变形监测单元沿承载面板竖向中心线等间距安装1～3个，且应在承载面板中心位置安装一个；

S33、承载面板内侧从凹槽底部开始回填土体并压实，土体回填高度应保证压力传感器的感应面与承载面板的中心相对；

S34、将压力传感器放置在回填土上，压力传感器与承载面板中心位置相对应，用土体回填压力传感器上部空间并压实；

S35、将承压垫板内侧面与传力轴固定连接，将所述传力轴分为同轴设置的第一轴和第二轴，先将第一轴与承压垫板内侧面固定连接，并在第一轴外套设有护筒，防止浇注护壁混凝土时落到所述第一轴上，然后将所述承压垫板外侧面贴紧压力传感器后固定，使得承压垫板与压力传感器中心相对；

S36、在安装所述压力监测单元的部位施工配筋加密的钢筋混凝土护壁；

按照所述S31-S36的步骤安装第二个压力测试点及后序的压力测试点上的压力、变形监测单元；

S4、桩孔开挖完成，吊放钢筋笼；

S5、对应各个土压力测试点位置，分别将挡板固定在钢筋笼对应的位置上，所述挡板与第二轴连接，并连接第一轴和第二轴；

S6、浇筑混凝土形成抗滑桩桩体。