CN109914378B - 一种基坑围护结构的深层水平位移分布式监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基坑围护结构的深层水平位移分布式监测方法，包括以下步骤：将测斜管一节一节地拼接，并在拼接后的测斜管的中部粘贴电阻应变片；将设有电阻应变片的测斜管下放到基坑围护结构周围的土体钻孔内；在测斜管和土体钻孔之间填入细沙；采用静态应变采集仪实时检测测斜管上电阻应变片的变化情况，计算水平位移。本发明的一种基坑围护结构的深层水平位移分布式监测方法，采用布设了电阻应变片的测斜管监测，根据测斜管底部固接的边界条件(约束刚性转动)，并参照各区段电阻应变片的测量数据，迭代计算得到测斜管的水平位移。

Description

一种基坑围护结构的深层水平位移分布式监测方法

技术领域

本发明涉及建筑工程施工安全监测技术领域，尤其涉及一种基坑围护结构的深层水平位移分布式监测方法。

背景技术

随着我国经济发展，城市化进展迅速，大量人口涌入城市，各大城市普遍出现交通拥堵问题，严重阻碍城市发展。地铁系统运输效率高，不占用地上空间，且对环境污染很小，成为各大城市解决交通问题的首选方案。

地铁车站多采用明挖方式进行施工，深基坑工程是建设地铁车站的重要组成部分，关系着建设活动能否安全顺利进行。围护结构深层水平位移是基坑监测中最重要的一项，它是反映基坑是否稳定和安全的重要指标，同时也可间接的判读出基坑周边建筑、管线的稳定性，为深基坑工程安全、有序施工提供了数据支持。

深层水平位移通常是采用测斜仪监测的，监测时需将测斜仪探头伸入测斜管内，由上而下滑移，即可在测读仪逐点测读各段深度处的偏差总量。深层水平位移就是测量围护桩墙和土体在不同深度上的点的水平位移。但是这种方法不能实现自动监测、以及无法实施实时传输数据的功能。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的方案是：在测斜管的不同深度布设电阻应变片，将不同深度的电阻应变片连接在一台静态应变仪上。而静态应变仪与电脑相连后可自动进行数据的定时储存、实施传输。解决了现有技术无法自动监测、实施实时传输数据等技术缺陷。

为实现上述目的，本发明公开提供了一种基坑围护结构的深层水平位移分布式监测方法，包括以下步骤：

将测斜管一节一节地拼接，并在拼接后的测斜管的中部粘贴电阻应变片；

电阻应变片与静态应变采集仪连接；静态应变仪连接与计算机连接，进行数据的定时储存、实施传输。

将设有电阻应变片的测斜管垂直下放到基坑围护结构周围的土体钻孔内；

在测斜管和土体钻孔之间填入细沙；

根据静态应变采集仪实时检测测斜管上电阻应变片的变化情况，计算水平位移。

进一步地，电阻应变片设置为长方形，以测斜管轴线为中心线作对称布置。

进一步地，在拼接后的测斜管的中部粘贴电阻应变片，具体包括：

反复擦拭测斜管的贴片的部位，确保测斜管的贴片的部位清洁；

擦拭干净后的贴片部位和电阻应变片的底面均匀地涂上薄薄的一层电阻应变片粘贴剂，待粘贴剂变稠后，将电阻应变片贴在贴片的部位；

在已经粘贴在测斜管贴片部位的电阻应变片覆盖一层聚氨乙烯薄膜；

在电阻应变片覆盖一层聚氨乙烯薄膜后进行干燥处理；

使用导线连接测斜管中的电阻应变片；对接线后的所述电阻应变片做防潮处理。

进一步地，将设有电阻应变片的测斜管下放到基坑围护结构周围的土体钻孔内，具体包括：

将设有电阻应变片的测斜管下放到基坑围护结构周围的土体钻孔内，转动测斜管使粘贴有电阻应变片的平面与基坑方向平行；

当测斜管下放到预定深度时，使用布基胶带将预留的引线粘贴固定在测斜管上。

进一步地，采用静态应变采集仪检测测斜管上电阻应变片的变化情况，计算水平位移，具体包括：

将所述测斜管每一节作为一个区段；

测量各个区段电阻应变片的数据；

测量的数据可得到测斜管弯曲变形和刚性转动，根据弯曲变形引起的水平位移和刚性转动引起的水平位移得到所述测斜管的水平位移。

进一步地，测量的数据包括区段弯曲角度、弯曲前后的长度、弯曲导致的区段长度增量和刚性转动角。

进一步地，测斜管的水平位移的求解公式设置为：

d_n＝d_zn+d_sn

其中，d_zn为n区段刚性转动引起的水平位移，d_sn为n区段弯曲变形引起的水平位移。

进一步地，测斜管设置为PVC测斜管。

进一步地，电阻应变片设置为箔式电阻片。

进一步地，测斜管的外侧还包括护套。

技术效果

本发明公开提供了一种基坑围护结构的深层水平位移分布式监测方法，采用布设了电阻应变片的测斜管监测，根据测斜管底部固接的边界条件(约束刚性转动)，并参照各区段电阻应变片的测量数据，迭代计算得到测斜管的水平位移。本发明公开的一种基坑围护结构的深层水平位移分布式监测方法可以准确监测变形，与传统测斜仪相比较，电阻应变片传感器监测过程更简单、快速。由于是固定式测斜仪，可以适用于连续的、无人坚守的监测工程，电阻应变片与静态应变采集仪连接，而静态应变采集仪与电脑相连后，可自动进行数据的定时储存，也可以实现数据的实时传输。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的一种基坑围护结构的深层水平位移分布式监测方法示意图；

图2是本发明的一个较佳实施例的一种基坑围护结构的深层水平位移分布式监测方法的测斜管区段变形模式图；

图3是本发明的一个较佳实施例的一种基坑围护结构的深层水平位移分布式监测方法的弯曲变形模式图；

图4是本发明的一个较佳实施例的一种基坑围护结构的深层水平位移分布式监测方法的测斜管拼接示意图；

图5是本发明的一个较佳实施例的一种基坑围护结构的深层水平位移分布式监测方法的应变片及导线示意图；

图6是本发明的一个较佳实施例的一种基坑围护结构的深层水平位移分布式监测方法的基坑围护结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明公开提供了一种基坑围护结构的深层水平位移分布式监测方法，包括以下步骤：

步骤101，如图4所示，将测斜管①一节一节地拼接，并在拼接后的测斜管的中部粘贴电阻应变片；

步骤102，如图6所示，将设有电阻应变片的测斜管①垂直下放到基坑⑤围护结构周围的土体钻孔内；

步骤103，在测斜管和土体钻孔之间填入细沙；以保证测斜管与土体变形的一致性。

步骤104，采用静态应变采集仪实时检测测斜管上电阻应变片的变化情况，计算水平位移。

其中，本发明公开中，电阻应变片设置为长方形，以测斜管轴线为中心线作对称布置。

其中步骤101中，在拼接后的测斜管的中部粘贴电阻应变片，具体包括：

步骤101-1，反复擦拭测斜管的贴片的部位，确保测斜管的贴片的部位清洁；具体为，用沾有无水酒精和丙酮的棉签反复擦拭贴片的部位，直到棉签不再变黑为止，确保贴片部位的清洁；

步骤101-2，擦拭干净后的贴片部位和电阻应变片的底面均匀地涂上薄薄的一层电阻应变片粘贴剂，待粘贴剂变稠后，用镊子轻轻夹住电阻应变片的两边，将电阻应变片贴在贴片的部位；

步骤101-3，在已经粘贴在测斜管贴片部位的电阻应变片覆盖一层聚氨乙烯薄膜，然后用手指顺着电阻应变片的长度方向用力挤压，挤出电阻应变片下面的气泡和多余的电阻应变片粘贴剂；电阻应变片粘贴好后应有足够的粘结强度以保证与测斜管共同变形；

步骤101-4，如图5所示，使用导线③连接测斜管中的电阻应变片②；

步骤101-5，对接线后的电阻应变片做防潮处理；以避免粘贴剂层吸收空气中的水分而降低绝缘电阻值。

进一步地，当电阻应变片粘贴封装在测斜管之后，将导线捆绑在测斜管上。

进一步地，步骤102中，将设有电阻应变片的测斜管垂直下放到基坑围护结构周围的土体钻孔内，具体包括：

步骤102-1，将设有电阻应变片的测斜管下放到基坑围护结构周围的土体钻孔内，转动测斜管使粘贴有电阻应变片的平面与基坑方向平行；

步骤102-2，当测斜管下放到预定深度时，使用布基胶带将预留的引线粘贴固定在测斜管上，防止应变片在监测过程中发生断线、脱落。

进一步地，步骤104中，采用静态应变采集仪实时检测测斜管上电阻应变片的变化情况，计算水平位移，具体包括：

步骤104-1，将测斜管每一节作为一个区段；

步骤104-2，测量各个区段电阻应变片的数据；

步骤104-3，测量的数据可得到测斜管弯曲变形和刚性转动，根据弯曲变形引起的水平位移和刚性转动引起的水平位移得到所述测斜管的水平位移；

步骤104-4，根据弯曲变形引起的水平位移和刚性转动引起的水平位移得到测斜管的水平位移。

进一步地，测量的数据包括弯曲数据和刚性转动数据，弯曲数据包括区段弯曲角度、弯曲前后的长度和弯曲导致的区段长度增量；刚性转动数据包括刚性转动角。涉及的具体参数如图2和图3所示：

1：x轴，2：y轴，3：区段长度L，4：p点，5：n区段弯曲角度θ_n，6：n-1区段应变片G_n-1，7：J_n点，8：J’_n+1点，9：J_n+1点，10：n区段刚性转动角Z_n，11：n区段挠曲角度θ_n/2，12：n区段应变片G_n，13：n区段曲率半径R_n，14：n+1区段应变片G_n+1，15：n+1区段刚性转角Z_n+1，16：n区段刚性转动引起的水平位移d_zn，17：n区段挠曲变形引起的水平位移d_sn，18：n区段水平位移，19：a点，20：b点，21：区段弯曲长度L’，22：区段应变ε，23：测斜管半径，24：区段曲率半径R，25：区段弯曲角度θ。

进一步地，测斜管的水平位移的求解公式设置为：

d_n＝d_zn+d_sn

其中，d_zn为n区段刚性转动引起的水平位移，d_sn为n区段弯曲变形引起的水平位移。

以下将对步骤104做具体的解释说明：

如图3所示，测斜管n区段水平位移可通过(1)式求解得到

d_n＝d_zn+d_sn (1)

式中，d_zn为n区段刚性转动引起的水平位移，由式(2)给出；

d_sn为n区段挠曲变形引起的水平位移，由(3)给出：

d_zn＝LsinZ_n (2)

d_sn＝2Lsin(θ_n/4)cos(Z_n+θ_n/4) (3)

将式(2)和式(3)代入式(1)整理可得

d_n＝d_zn+d_sn＝LsinZ_n+2Lsin(θ_n/4)cos(Z_n+θ_n/4) (4)

其中，n区段刚性转动角Z_n可根据n-1区段转角求得，如式(5)所示

Z_n＝Z_n-1+θ_n-1 (5)

其次，由图3可知，区段弯曲前后的长度分别为：L＝Rθ和L’＝(R+r)θ，则由弯曲导致的区段长度增量可由式(6)给出

ΔL＝L′-L＝rθ (6)

由此，区段应变可得

ε＝ΔL/L＝rθ/L (7)

经数学变换，区段弯曲角度θ则可由式(8)得到

θ＝Lε/r (8)

将式(8)代入式(4)整理可得

d_n＝LsinZ_n+2Lsin(ε_nL/4r)cos(Z_n+ε_nL/4r) (9)

同理，n区段刚性转动角Z_n可由式(10)给出

Z_n＝Z_n-1+θ_n-1＝Z_n-1+Lε_n-1/r (10)

至此，由于测斜管的深度超过了所测基坑深度，测斜管的底部的变形可以视为零，因此，测斜管底部的边界条件为约束刚性转动，并参照各区段应变片的测量数据，由上述推导过程，通过逐步迭代计算得到测斜管的水平位移。

进一步地，测斜管设置为PVC测斜管。

进一步地，电阻应变片设置为箔式电阻片。

进一步地，如图6所示，测斜管的外侧还包括护套④。

本发明的基坑围护结构水平位移分布式监测方法的原理如下；

当围护结构发生弯曲变形时，通过测试植入测斜管内部电阻应变片的应变变化值，即可获得测斜管受弯曲变形下应变值。土体的水平位移可以从土体布设的电阻应变片测斜管测量值中得出。本发明提供了一种新的基坑围护结构水平位移监测方法，采用布设了电阻应变片的测斜管监测，可以准确监测变形。与传统测斜仪相比较，电阻应变片传感器监测过程更简单，快速。由于是固定式测斜仪，可以适用于连续的、无人坚守的监测工程，电阻应变片与静态应变采集仪连接，而静态应变采集仪与电脑相连后，可自动进行数据的定时储存，也可以实现数据的实时传输。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基坑围护结构的深层水平位移分布式监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

将测斜管一节一节地拼接，并在拼接后的所述每一节测斜管的中部粘贴电阻应变片；

所述电阻应变片与静态应变采集仪连接；

将设有所述电阻应变片的所述测斜管垂直下放到基坑围护结构周围的土体钻孔内；

在所述测斜管和所述土体钻孔之间填入细沙；

根据所述静态应变采集仪实时检测所述测斜管上电阻应变片的变化情况，计算水平位移，具体包括：

将所述测斜管每一节作为一个区段；

测量各个区段电阻应变片的数据；

测量的数据可得到测斜管弯曲变形数据和刚性转动数据，根据弯曲变形引起的水平位移和刚性转动引起的水平位移得到所述测斜管的水平位移；所述弯曲数据包括区段弯曲角度、弯曲前后的长度、弯曲导致的区段长度增量；所述刚性转动数据包括刚性转动角；

所述测斜管的水平位移的求解公式设置为：

d_n＝d_zn+d_sn (1)

其中，d_zn为n区段刚性转动引起的水平位移，d_sn为n区段弯曲变形引起的水平位移；式中，d_zn为n区段刚性转动引起的水平位移，由式(2)给出；

d_sn为n区段挠曲变形引起的水平位移，由式(3)给出：

d_zn＝LsinZ_n (2)

d_sn＝2Lsin(θ_n/4)cos(Z_n+θ_n/4) (3)

将式(2)和式(3)代入式(1)整理可得

d_n＝d_zn+d_sn＝LsinZ_n+2Lsin(θ_n/4)cos(Z_n+θ_n/4) (4)

其中，n区段刚性转动角Z_n可根据n-1区段转角求得，如式(5)所示

Z_n＝Z_n-1+θ_n-1 (5)

其次，区段弯曲前后的长度分别为：L＝Rθ和L’＝(R+r)θ，则由弯曲导致的区段长度增量可由式(6)给出

ΔL＝L′-L＝rθ (6)

由此，区段应变可得

ε＝ΔL/L＝rθ/L (7)

经数学变换，区段弯曲角度θ则可由式(8)得到

θ＝Lε/r (8)

将式(8)代入式(4)整理可得

d_n＝LsinZ_n+2Lsin(ε_nL/4r)cos(Z_n+ε_nL/4r) (9)

同理，n区段刚性转动角Z_n可由式(10)给出

Z_n＝Z_n-1+θ_n-1＝Z_n-1+Lε_n-1/r；

其中，r为测斜管半径；R为区段曲率半径。

2.如权利要求1所述的一种基坑围护结构的深层水平位移分布式监测方法，其特征在于，所述电阻应变片设置为长方形，以所述测斜管轴线为中心线作对称布置。

3.如权利要求2所述的一种基坑围护结构的深层水平位移分布式监测方法，其特征在于，在拼接后的所述每一节测斜管的中部粘贴电阻应变片，具体包括：

反复擦拭所述测斜管的贴片的部位，确保所述测斜管的贴片的部位清洁；

擦拭干净后的贴片部位和电阻应变片的底面均匀地涂上薄薄的一层电阻应变片粘贴剂，待粘贴剂变稠后，将所述电阻应变片贴在所述贴片的部位；

在已经粘贴在所述测斜管贴片部位的所述电阻应变片覆盖一层聚氨乙烯薄膜；

在所述电阻应变片覆盖一层聚氨乙烯薄膜后进行干燥处理；使用导线连接测斜管中的电阻应变片；

对接线后的所述电阻应变片做防潮处理。

4.如权利要求1所述的一种基坑围护结构的深层水平位移分布式监测方法，其特征在于，将设有所述电阻应变片的所述测斜管下放到基坑围护结构周围的土体钻孔内，具体包括：

将设有所述电阻应变片的所述测斜管下放到基坑围护结构周围的土体钻孔内，转动测斜管使粘贴有所述电阻应变片的平面与基坑方向平行；

当测斜管下放到预定深度时，使用布基胶带将预留的引线粘贴固定在所述测斜管上。

5.如权利要求1所述的一种基坑围护结构的深层水平位移分布式监测方法，其特征在于，所述测斜管设置为PVC测斜管。

6.如权利要求1所述的一种基坑围护结构的深层水平位移分布式监测方法，其特征在于，所述电阻应变片设置为箔式电阻片。

7.如权利要求1所述的一种基坑围护结构的深层水平位移分布式监测方法，其特征在于，所述测斜管的外侧还包括护套。

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