CN106948388A - 一种磁环式测试基坑开挖引起地基隆起的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁环式测试基坑开挖引起地基隆起的装置及方法。包括保护钢管、PVC管、卡位环、磁环、螺栓、加强环和圆管。保护钢管通过测量平台的槽钢固定在混凝土支撑上，基坑每开挖一层土，用槽钢将保护钢管焊接到钢支撑上；槽钢搭建在混凝土支撑上，钢板焊接在槽钢上，在搭建的混凝土支撑和测量平台周边安装栅栏，形成测试人行通道和测量平台；PVC管用管接头连接；多个磁环套在PVC管外，通过卡位环或是PVC管接头控制磁环位置；磁环仅安装上钢弹片；圆管为钢丝绳受力点；通过钢丝绳上拔PVC管，使磁环和卡位环或PVC管接头分离，实现隆起测试。本发明能保证磁环较为精确的埋设到设计位置；连续监测基坑开挖引起的地基隆起。

Description

一种磁环式测试基坑开挖引起地基隆起的装置及方法

技术领域

本发明涉及测试基坑开挖隆起量的装置及方法，尤其是涉及一种磁环式测试基坑开挖引起地基隆起的装置及方法。

背景技术

基坑工程中，工程师们很关注开挖引起的地基隆起量。地基隆起的大小主要由以下几个因素所引起的：(1)土体开挖卸荷产生的回弹变形；(2)基坑围护结构变形导致挤压地基隆起；(3)地下水浮力和渗流导致的土体隆起。地基隆起是判断基坑稳定和变形的重要依据，也是基坑工程设计与施工的主要控制指标。

目前，测试基坑开挖隆起量的方法主要通过测试坑内立柱桩隆起量和测试基坑表层土体隆起两种方法。前者不能直接反映坑内土体隆起量，后者在每层土开挖后再进行水准测量，不能测试开挖过程的隆起情况，两者测试结果都偏小。这样测试方法不能满足现有大、深基坑开挖的对周边环境安全监控的要求。

采用磁环测试土体分层沉降为工程界常用方法。一般情况下，磁环套在PVC管外部，通过卡位环或是PVC管接头来固定磁环位置，并用牛皮纸绳绑扎磁环上下钢弹片，将PVC管并同磁环压入成好的孔后，回填瓜子片或是砂土，等牛皮纸绳受潮后断开，张开上下钢弹片，钢弹片插入土中，与土体协调变形，实现沉降监测。这样的方法存在以下问题：

1)牛皮纸绳在泡水情况下不容易断开，经过试验测试，直径1.8mm的牛皮纸绳泡水15天后，磁环钢弹片依未弹开，纸绳强度依然较高，因此无法发挥钢弹片的作用；

3)由于管很长，使得PVC管成为柔性管，下压PVC管时，管、磁环和土体相互接触挤压，产生较大阻力，致使磁环滑动至测斜管接头或卡位环处，或是将纸绳被拉断，导致磁环滑移到测斜管接头或磁环钢弹片被压坏，因此无法实现隆起测试或是无法发挥钢弹片的作用；

3)回填空隙时，瓜子片或是砂土易被磁环阻挡，无法靠自重下落填满空隙，或是带动磁环移动，致使磁环位置与设计位置相差甚远；

4)回填材料渗水性高，用于基坑开挖地基隆起测试中，易导致地下水沿该孔上升，影响测试精度，严重情况会引起基坑安全事故。通过对磁环式分层沉降测试方法进行改进，使之满足基坑开挖隆起回弹测试，同时保证测试稳定性和安全性。

发明内容

针对基坑开挖施工的特点，结合磁环式分层沉降测试手段并改进其工艺，本发明的目的在于提供一种磁环式测试基坑开挖引起地基隆起的装置及方法，通过在基坑混凝土支撑上设置改进后的磁环式分层沉降测试孔，并在基坑开挖深度范围内安装保护钢管以避免开挖施工对测试影响，从而实现随基坑开挖坑底地基土隆起的测试。

本发明采用的技术方案是：

一、一种磁环式测试基坑开挖引起地基隆起的装置

本发明包括保护钢管、PVC管、卡位环、磁环、螺栓、加强环和圆管；保护钢管通过测量平台的第一槽钢固定在混凝土支撑上，基坑每开挖一层土，用第二槽钢将保护钢管焊接到钢支撑上，第一槽钢搭建在混凝土支撑上，钢板焊接在第一槽钢上，在搭建的混凝土支撑和测量平台周边安装安全栅栏，形成测试人行通道和测量平台；每段PVC管通过各自的PVC管接头连接埋设在保护钢管内；磁环根据设计要求个数分别套在PVC管外，通过各自卡位环或是各自PVC管接头控制每个磁环位置；每个磁环上端均设有上钢弹片；每个卡位环固定在设计位置的PVC管外；PVC管底部用PVC管底盖密封，靠近PVC管底盖的PVC管孔内，沿孔直径方向装有圆管，外套有加强环，螺栓经加强环穿入PVC管内，螺栓与圆管构成转动副；钢丝绳经圆管，钢丝绳的两端并从PVC管的管口引出。

所述保护钢管为铸铁管，其外径为197mm，管壁厚度为7mm。

所述PVC管由多段PVC管拼接而成，PVC管的外径为60mm。

所述卡位环为内径大于PVC管外径的PVC管套，限定磁环位置。

二、一种磁环式测试基坑开挖引起地基隆起的方法，该方法包括主要步骤：

步骤1)混凝土支撑施工完成后、基坑开挖前，在测试位置钻孔，孔径比保护钢管外径大，深度为保护钢管长度，成孔后用起吊机将保护钢管吊入孔中，并临时固定保护钢管，以免保护钢管继续下沉；

步骤2)安装加强环，在加强环中间位置沿直径方向打孔，孔径大于螺栓直径，将圆管从PVC管底部放入PVC管中，螺栓穿过加强环、PVC管和圆管，并穿出，固紧螺栓；

步骤3)将钢丝绳，长度比PVC管总长的两倍多，两头从PVC管底部穿过圆管；

步骤4)用PVC管底盖封闭PVC管底部，并涂上PVC管胶水和拧紧螺丝；

步骤5)按多根PVC管连接顺序，钢丝绳穿过多个有上钢弹片的磁环、卡位环、PVC管接头和PVC管，并用PVC管胶水和螺丝固定卡位环；

步骤6)在PVC管底盖位置的外侧绑扎注浆管；

步骤7)在保护钢管内钻孔，孔径小于保护钢管内径，比磁环外径大，深度比设计深度多0.8-1.2m；

步骤8)压入PVC管，并同步释放注浆管，使其随管一起压入孔中，用PVC管接头连接上下PVC管，直至所有磁环压入到设计位置，用测试仪测试磁环位置，临时固定PVC管；

步骤9)用膨润土、粘土和水一起搅拌，形成泥浆，通过注浆管注入孔中，待到泥浆从孔口冒出时，边注浆边将注浆管从孔中拔出；

步骤10)用钻机通过钢丝绳上拔PVC管，上拔高度既是隆起测量量程，同时用测试仪再次测试磁环位置，判断磁环是否也被带动往上移动，确保有隆起测量量程，固定PVC管；

步骤11)释放钢丝绳的一端，上拔另一端，将钢丝绳拔出PVC管；

步骤12)切割多余的PVC管，使管口齐平，并做一处标记，作为PVC管水准测试点和磁环读数参考点；

步骤13)安装测量平台和栅栏，固定保护钢管；

步骤14)用测试仪多次测试磁环位置，待读数稳定时作为初值，并测量管口水平标高；

步骤15)根据设计采集数据频率测量磁环位置，每次读数同时亦要测试PVC管口水平标高；

步骤16)基坑开挖地基隆起量计算公式：

H _i 为PVC管管口第i次测量时的水平标高，R ^j _i 为第j个磁环第i次读数，i=0，1，2，4···，j=1，2，3，4，···，其中H ₀和R ^j ₀表示初始的管口水平标高和磁环读数，用Δh _i 表示第i次的测试累计隆起量，则可表示为：

Δh _i =H _i - R ^j _i – (H ₀- R ^j ₀)

式中：正值表示隆起，负值表示沉降。

本发明具有的有益效果是：

1)钻孔与普通钻孔类似，无需采用特殊钻机设备。

2)在磁环式分层沉降测试方法基础上进行改进，无需采购其他设备和仪器，成本较低。

3)能保证磁环较为精确的埋设到设计位置。

4)能够连续的监测基坑开挖引起的地基隆起情况。

5)能测试地基不同深度的隆起量。

6)对测试管进行了保护，避免了基坑开挖施工破坏或干扰测试管，利于工程实施和推广。

附图说明

图1是本发明的竖向剖面示意图。

图2是图1的A-A纵向截面示意图。

图3是图1的B-B纵向截面示意图。

图4是图1的A放大图。

图5是图1的B放大图。

图6是本发明方法的实际测试效果图。

图中：1、PVC管，2、保护钢管，3、磁环，4、上钢弹片，5、卡位环，6、PVC管接头、7、加强环，8、PVC管底盖，9、螺栓，10、栅栏，11、槽钢，12、钢板，13、螺丝，14、圆管，15、测量平台。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3所示，本发明包括保护钢管2、PVC管1、卡位环5、磁环3、螺栓9、加强环7和圆管14。保护钢管2通过测量平台15的第一槽钢11固定在混凝土支撑上，基坑每开挖一层土，用第二槽钢11将保护钢管2焊接到钢支撑上，其层数根据设计要求而定，图1中为5层，第一槽钢11搭建在混凝土支撑上，钢板12焊接在第一槽钢11上，在搭建的混凝土支撑和测量平台15周边安装安全栅栏10，形成测试人行通道和测量平台15；每段PVC管1通过各自的PVC管接头6连接，用PVC管胶水和螺丝13进行固定连接后，埋设在保护钢管2内；磁环3根据设计要求个数分别套在PVC管1外，通过各自卡位环5或是各自PVC管接头6控制每个磁环3位置；如图4所示，每个磁环3上端均设有上钢弹片4；每个卡位环5用PVC管胶水和螺丝13进行固定连接后，固定在设计位置的PVC管1外；如图5所示，PVC管1底部用PVC管底盖8密封，用PVC管胶水和螺丝13进行固定；靠近PVC管底盖8的PVC管1孔内，沿孔直径方向装有圆管14，外套有加强环7，螺栓9经加强环7穿入PVC管1内，螺栓9与圆管14构成转动副；钢丝绳经圆管14，钢丝绳的两端从PVC管1的管口引出。

所述保护钢管2为铸铁管，其外径为197mm，管壁厚度为7mm。

所述PVC管1由多段PVC管拼接而成，PVC管1的外径为60mm。

所述卡位环5为内径大于PVC管外径的PVC管套，用于限定磁环3位置。

所述加强环7为内径稍大于PVC管1外径的PVC管套，用于加强螺栓9位置处PVC管1的刚度，避免该处在上拔PVC管1时受损。

所述磁环3内直径较PVC管1外直径稍大，小于卡位环5和PVC管接头6的外直径，磁环3上端只有上钢弹片4。

所述磁环3的上钢弹片4由三片钢片固定在磁环3上，钢片为弹性和恢复性较好的不锈钢。

所述磁环3和卡位环5或PVC管接头6分离，实现隆起测试，需通过钢丝绳上拔PVC管1。

本方法包括主要步骤：

步骤1)混凝土支撑施工完成后、基坑开挖前，在测试位置钻孔，孔径比保护钢管2外径大，深度为保护钢管2长度，成孔后用起吊机将保护钢管2吊入孔中，并临时固定保护钢管2，以免保护钢管2继续下沉；

步骤2)安装加强环7，在加强环7中间位置沿直径方向打孔，孔径大于螺栓9直径，将圆管14从PVC管1底部放入PVC管1中，螺栓9穿过加强环7、PVC管1和圆管14，并穿出，固紧螺栓9；

步骤3)将钢丝绳，长度比PVC管1总长的两倍多，两头从PVC管1底部穿过圆管14；

步骤4)用PVC管底盖8封闭PVC管1底部，并涂上PVC管胶水和拧紧螺丝13；

步骤5)按多根PVC管1连接顺序，钢丝绳穿过多个有上钢弹片4的磁环3、卡位环5、PVC管接头6和PVC管1，并用PVC管胶水和螺丝13固定卡位环5；

步骤6)在PVC管底盖8附近位置的外侧绑扎注浆管，不宜过紧，人用力拉扯注浆管能使其拉开为宜；

步骤7)在保护钢管2内钻孔，孔径小于保护钢管2内径，比磁环3外径稍大，深度比设计深度多0.8-1.2m；

步骤8)压入PVC管1，并同步释放注浆管，使其随管一起压入孔中，用PVC管接头6连接上下PVC管1，直至所有磁环3压入到设计位置，用测试仪测试磁环3位置，临时固定PVC管1；

步骤9)用膨润土、粘土和水一起搅拌，形成泥浆，通过注浆管注入孔中，待到泥浆从孔口冒出时，边注浆边缓慢将注浆管从孔中拔出；

步骤10)用钻机通过钢丝绳上拔PVC管1，上拔高度既是隆起测量量程，同时用测试仪再次测试磁环3位置，判断磁环3是否也被带动往上移动，确保有足够的隆起测量量程，固定PVC管1；

步骤11)释放钢丝绳的一端，上拔另一端，将钢丝绳拔出PVC管1；

步骤12)切割多余的PVC管1，使管口齐平，并做一处标记，作为PVC管1水准测试点和磁环3读数参考点；

步骤13)安装测量平台15和栅栏10，固定保护钢管2；

步骤14)用测试仪多次测试磁环3位置，待读数稳定时作为初值，并测量管口水平标高；

步骤15)根据设计采集数据频率测量磁环3位置，每次读数同时亦要测试PVC管1口水平标高；

步骤16)基坑开挖地基隆起量计算公式：

H _i 为PVC管管口第i次测量时的水平标高，R ^j _i 为第j个磁环第i次读数，i=0，1，2，4···，j=1，2，3，4，···，其中H ₀和R ^j ₀表示初始的管口水平标高和磁环读数，用Δh _i 表示第i次的测试累计隆起量，则可表示为：

Δh _i =H _i - R ^j _i – (H ₀- R ^j ₀)

式中：正值表示隆起，负值表示沉降。

如图6所示，是本发明方法的实际测试效果图。

实施例中采用4个磁环，分别埋深20m、26m、29m、35m，基坑开挖共五层土，分别开挖深度为4.5m、7.8m、11.4m、13.4m、16.7m，测试直至隆起稳定为止。每层土开挖，都能明显的看出不同深度下地基的隆起量，实现了不同开挖深度的连续的地基隆起测试。实施例证明该测试方法可行、有效。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种磁环式测试基坑开挖引起地基隆起的装置，其特征在于：包括保护钢管(2)、PVC管(1)、卡位环(5)、磁环(3)、螺栓(9)、加强环(7)和圆管(14)；保护钢管(2)通过测量平台(15)的第一槽钢固定在混凝土支撑上，基坑每开挖一层土，用第二槽钢将保护钢管(2)焊接到钢支撑上，第一槽钢搭建在混凝土支撑上，钢板(12)焊接在第一槽钢上，在搭建的混凝土支撑和测量平台(15)周边安装安全栅栏(10)，形成测试人行通道和测量平台(15)；每段PVC管(1)通过各自的PVC管接头(6)连接，埋设在保护钢管(2)内；磁环(3)根据设计要求个数分别套在PVC管(1)外，通过各自卡位环(5)或是各自PVC管接头(6)控制每个磁环(3)位置；每个磁环(3)上端均设有上钢弹片(4)；每个卡位环(5)固定在设计位置的PVC管(1)外；PVC管(1)底部用PVC管底盖(8)密封；靠近PVC管底盖(8)的PVC管(1)孔内，沿孔直径方向装有圆管(14)，外套有加强环(7)，螺栓(9)经加强环(7)穿入PVC管(1)内，螺栓(9)与圆管(14)构成转动副；钢丝绳经圆管(14)，钢丝绳的两端从PVC管(1)的管口引出。

2.根据权利要求1所述的一种磁环式测试基坑开挖引起地基隆起的装置，其特征在于：所述保护钢管(2)为铸铁管，其外径为197mm，管壁厚度为7mm。

3.根据权利要求1所述的一种磁环式测试基坑开挖引起地基隆起的装置，其特征在于：所述PVC管(1)由多段PVC管拼接而成，PVC管(1)的外径为60mm。

4.根据权利要求1所述的一种磁环式测试基坑开挖引起地基隆起的装置，其特征在于：所述卡位环(5)为内径大于PVC管外径的PVC管套，用于限定磁环位置。

5.一种用于权利要求1所述的一种磁环式测试基坑开挖引起地基隆起装置的方法，该方法包括以下主要步骤：

步骤1)混凝土支撑施工完成后、基坑开挖前，在测试位置钻孔，孔径比保护钢管外径大，深度为保护钢管长度，成孔后用起吊机将保护钢管吊入孔中，并临时固定保护钢管，以免保护钢管继续下沉；

步骤2)安装加强环，在加强环中间位置沿直径方向打孔，孔径大于螺栓直径，将圆管从PVC管底部放入PVC管中，螺栓穿过加强环、PVC管和圆管，并穿出，固紧螺栓；

步骤3)将钢丝绳，长度比PVC管总长的两倍多，两头从PVC管底部穿过圆管；

步骤4)用PVC管底盖封闭PVC管底部，并涂上PVC管胶水和拧紧螺丝；

步骤5)按多根PVC管连接顺序，钢丝绳穿过多个有上钢弹片的磁环、卡位环、PVC管接头和PVC管，并用PVC管胶水和螺丝固定卡位环；

步骤6)在PVC管底盖位置的外侧绑扎注浆管；

步骤7)在保护钢管内钻孔，孔径小于保护钢管内径，比磁环外径大，深度比设计深度多0.8-1.2m；

步骤8)压入PVC管，并同步释放注浆管，使其随管一起压入孔中，用PVC管接头连接上下PVC管，直至所有磁环压入到设计位置，用测试仪测试磁环位置，临时固定PVC管；

步骤9)用膨润土、粘土和水一起搅拌，形成泥浆，通过注浆管注入孔中，待到泥浆从孔口冒出时，边注浆边将注浆管从孔中拔出；

步骤10)用钻机通过钢丝绳上拔PVC管，上拔高度既是隆起测量量程，同时用测试仪再次测试磁环位置，判断磁环是否也被带动往上移动，确保有隆起测量量程，固定PVC管；

步骤11)释放钢丝绳的一端，上拔另一端，将钢丝绳拔出PVC管；

步骤12)切割多余的PVC管，使管口齐平，并做一处标记，作为PVC管水准测试点和磁环读数参考点；

步骤13)安装测量平台和栅栏，固定保护钢管；

步骤14)用测试仪多次测试磁环位置，待读数稳定时作为初值，并测量管口水平标高；

步骤15)根据设计采集数据频率测量磁环位置，每次读数同时亦要测试PVC管口水平标高；

步骤16)基坑开挖地基隆起量计算公式：

H _i 为PVC管管口第i次测量时的水平标高，R ^j _i 为第j个磁环第i次读数，i=0，1，2，4···，j=1，2，3，4，···，其中H ₀和R ^j ₀表示初始的管口水平标高和磁环读数，用Δh _i 表示第i次的测试累计隆起量，则可表示为：

Δh _i =H _i - R ^j _i – (H ₀- R ^j ₀)

式中：正值表示隆起，负值表示沉降。