CN111676942A - 一种填筑地基施工期及工后深层沉降测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种填筑地基施工期及工后深层沉降测试方法，该方法克服了传统地基分层变形监测仪器设备无法承受施工期冲击荷载易破损而只能监测工后深部沉降的缺点，采用预钻刺入孔、增强型沉降管替换传统聚醚酯纤维沉降管及管周回填细土等措施，改善了填筑体地基处理施工过程中沉降监测仪器设备易损坏,导致试验失败的现象，形成适用于填筑地基施工及工后深层沉降测试，具有成本低廉、操作方便、试验成功率高、监测数据准确等优点。

Description

一种填筑地基施工期及工后深层沉降测试方法
技术领域
本发明是一种填筑地基施工期及工后深层沉降测试方法，属于岩土工程的地基沉降原位测试技术领域，适用于公路、铁路、机场高填方填筑地基高能量强夯施工、冲击压实施工和碾压施工过程中以及施工后对填筑地基深层沉降全过程测试。
背景技术
填筑体地基处理常采用高能量强夯、冲击压实和碾压等方法。其中自强夯法被提出以来，由于其处理深度大、施工效率高、价格经济等特点被广泛推广应用，适用范围包括碎石土、杂填土、素填土、砂土、粉土、黏性土、湿陷性土的地基处理，配合排水措施，可处理软土。
在进行填筑体地基处理设计时，有效加固深度是反映处理效果的重要设计参数，也是前期进行地基处理方案选择的重要依据。目前对于有效加固深度有多种判定方法，根据回填土层性质可大致分为以下几类：1)取土，根据工后地基土土工测试指标(粒径、孔径、孔隙比、湿陷性系数等)判定；2)由工后标准贯入试验或重型动力触探试验判定；3)用地质雷达等物探手段或瑞利波等探测手段；4)以地基变形值为地表沉降量(地表夯沉量)的5％作为有效加固深度下限等。采用方法一及方法二需要在施工前后比较地基土物理力学性质指标变化，测试流程较为繁琐；采用方法三需要设备仪器花费较高，后期需要对所得原位测试数据进行频谱分析和反演分析后获得测试结果，测试流程较为复杂；方法四可直接获得测试结果，不需进行施工前后的测试数据比较，但目前的测点范围内深部沉降测试装置在施工工况下成活率低。
有鉴于此，目前亟需设计一种填筑地基施工期及工后深层沉降测试装置及其测试方法来测试积累地基深部沉降成果，进而判定填筑体地基处理的有效加固深度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种填筑地基施工期及工后深层沉降测试方法以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
该种填筑地基施工期及工后深层沉降测试方法在填筑地基施工期间，在填筑基面预钻刺入孔1，孔中插入沉降管4；随土石料回填，沿填筑体填筑方向依次接高沉降管4，在沉降管4上依次套装数个磁板7，不同的磁板7位于填筑体不同的深度，管周回填细土9。在填筑施工完毕后，测点处填筑体加固处理前，测量沉降管4管口的初始顶高程Eo，采用钢尺电磁式沉降仪11测量各磁板7距沉降管4管口的深度Lio，进而计算得各磁板7初始高程Eio；地基处理施工期间及工后继续测量，得到填筑测点强夯施工或震动压实施工后的沉降管4管口高程En，各磁板7距沉降管4管口的深度Lin，进而计算得到各磁板7高程Ein，其中，n表示填筑体强夯施工或震动压实施工次数，i表示磁板7由上至下的位次。对比填筑地基施工前后的磁板7高程的变化，得到填筑地基施工期及工后填筑体不同深度的沉降值si。
在一种实施中，该测试方法在填筑地基施工期间，在填筑基面8上采用钻探机预制一个刺入孔1，该刺入孔1的直径约为沉降管4直径的两倍，将沉降管4的下部插入刺入孔1中，在刺入孔1中填塞松散细颗粒材料，沉降管4的底端用锥形堵头3封闭，再将第一个磁板7套装在沉降管4上并放置在填筑基面上，下铺垫层8找平。
在一种实施中，该测试方法在填筑地基施工期间，放置磁板7后，使用提土桶13在磁板7的周围回填细土9并包围沉降管4，细土9的粒径不大于10cm，提土桶13的桶径约0.6m～0.8m，桶高约1.0m，然后再回填桶外侧区域的土石料，交替进行上述操作直至下一个放置磁板7的标高。
在一种实施中，磁板7由一个硬质塑料底板14和安装在其上的磁环15组成，磁环15采用永磁无源材料制成，硬质塑料底板14边长是磁环15直径的5～6倍，硬质塑料底板14中心处加工有圆孔，该圆孔直径与磁环内径大致相同，硬质塑料底板14的厚度为10mm～15mm。
在一种实施中，该测试方法在填筑地基施工期间，沉降管4是由数根透磁、高韧、高强材料管连接而成，其对接处通过管状的双向接头5固定连接，双向接头5的外径小于磁板7圆孔内径1～2cm，沉降管4的顶端设置有管帽6用于封闭管口。
在一种实施中，该测试方法在填筑地基施工期间，在沉降管4外壁抹刷润滑油以减少与土体的摩擦，便于其刺入预钻孔以消耗冲击能量。
在一种实施中，该测试方法在填筑体地基处理施工期间，对填筑测点进行强夯或震动压实；采用强夯处理时，首先以沉降管4为中心采用石膏粉洒圆，放样直径与夯锤12直径一致，夯锤12的牵线高度对应设计强夯能级，将夯锤12调整并与放样重合后，缓慢提升夯锤12至预定高度自动脱钩，夯锤12自由落体夯击填筑测点。
在一种实施中，该测试方法在填筑体地基处理施工期间，对填筑测点进行强夯或震动压实时，沉降管4的顶端以上有填土保护层以减小冲击荷载，厚度宜为0.3m～0.5m。
在一种实施中，该测试方法在填筑地基施工期间或工后，表征各填筑体深度层的沉降数值的计算过程为：在填筑施工完毕后，测点处填筑体加固处理前，测量并记录沉降管4管口距填筑基面的初始顶标高Eo，测量并记录各磁板板7距沉降管4管口的深度Lio，则磁板7的初始标高数值Eio＝Eo-Lio；对填筑测点进行强夯施工或震动压实施工后，测量并记录沉降管4管口高程En，测量并记录各磁板7距沉降管4管口的深度Lin，则磁板7的高程数值Ein＝En-Lin，磁板7的初始高程数值Eio与施工后的高程数值Ein的差值即为对应填筑体深度处的沉降数值si。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、使用本发明方法在克服了现有工程中常用聚乙烯沉降管及沉降磁环磁板在填筑体处理地基中只能监测施工完成后填筑地基内部不同部位、不同深度处的变形，而不能测量施工过程中的深部变形的缺点，实现了在填筑地基施工期间，在完成每一次对填筑测点进行强夯施工或震动压实施工后，均可对填筑体内不同深度的变形进行测量；
二、采用预钻孔及填塞粗颗粒泡沫块，使沉降管在夯击作用下可刺入钻孔，避免沉降管折损；采用高强度、韧性的非隔磁增强型沉降管替换传统聚乙烯沉降管材料，增加沉降管强度及韧性，改善了在测点区域施工易导致设备成活率极低的工程现象；
三、本发明所述的磁板可以在填筑地基施工时，按设计要求的测试位置和测试深度同步进行由深而浅地分层埋设，确保填筑地基施工正常进行，不需要施工时预留大坑或填筑地基施工后再挖试验坑；
四、使用本发明方法在磁环底部连接较大尺寸的PVC板，使磁板与填筑地基土接触面积增大，且分层回填，避免了传统沉降磁环与填筑地基嵌固不牢而导致读数失真的现象；
五、本发明方法中，在沉降管周围回填细土，避免地基处理过程中回填硬块移动碰撞沉降管，导致沉降管弯折；沉降管、接头与磁环之间留有一定空间，且沉降管外壁涂抹润滑油，减少沉降管在刺入的过程中被磁环卡住的现象；该装置测量施工过程中地基深部沉降后，也可继续用于工后沉降长期监测。
附图说明
图1为本发明方法中的填筑地基施工期及工后施工、作业的断面示意图
图2(a)为本发明的锥形堵头示意图
图2(b)为本发明的双向接头示意图及断面图
图2(c)为本发明的内嵌式的管帽示意图
图3为本发明的磁板及安设示意图
图4为本发明的磁板与沉降管的相对位置示意图
图中：1-刺入孔；2-松散细颗粒材料；3-锥形堵头；4-沉降管；5-双向接头；6-管帽；7-磁板；8-垫层；9-管周细土；10-管壁润滑油；11-钢尺电磁式沉降仪；12-夯锤；13-提土桶；14-硬质塑料底板；15-磁环。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见附图1～4所示，该种填筑地基施工期及工后深层沉降测试方法的步骤如下：
步骤一、预钻刺入孔1：在填筑基面上采用钻探机钻孔，形成刺入孔1；在钻孔中1填塞回填松散细颗粒材料2，如黏性土、稻草、泡沫，刺入孔1作为沉降管4受强力夯击或冲击时下沉缓冲；
刺入孔1的钻孔深度L钻＝地表沉降量(地表夯沉量)+(1～2m)，本实施例中的深度为2.0m～4.0m；
步骤二、埋设第一块磁板7：将沉降管4插入刺入孔1，插入深度约为0.5m，刺入孔1的直径约100mm，约为沉降管4的外径的2倍，沉降管4的底端用锥形堵头3封闭，采用自攻螺丝或建筑结构胶粘结，再将最底部的第一块磁板7套装在沉降管4上并放置在填筑基面上，板底铺垫层8找平，并通过提土桶13在桶中用细砂或细土9将磁板7的周围垒起，包围沉降管4；细土9的粒径不大于10cm，土桶13的桶径0.6m～0.8m，桶高1.0m，之后的磁板7安置按以上同样操作；磁板7与沉降管4垂直对中；
磁板7由一个硬质塑料底板14和安装在其上的磁环15组成，磁环15采用永磁无源材料制成，硬质塑料底板14边长是磁环15直径的5～6倍，硬质塑料底板14中心处加工有圆孔，该圆孔直径与磁环内径大致相同，硬质塑料底板14的厚度为10mm～15mm；
步骤三、回填土石料，并按步骤二的方法依次套装各个磁板7，使不同的磁板7位于填筑体不同的深度，沉降管4可通过管状的双向接头5固定连长，双向接头5的外径小于磁板7圆孔直径1～2cm，沉降管4内径大于钢尺电磁式沉降仪测头11直径5～10mm，沉降管4顶部管口设有管帽6用于封闭管口中，所述管帽6为可反复插拔的内嵌式，呈“T”形嵌入沉降管顶端，管帽插入沉降管4顶管内约10cm，管帽翼缘超出沉降管4外周；
在这一过程中，沉降管4采用垂直测量仪反复调整沉降管至中正竖直，另外，在沉降管4外壁抹刷润滑油，以减少与土体的摩擦，便于其刺入缓冲；
在填筑施工完毕后，测点处填筑体加固处理前，测量并记录沉降管4管口距填筑基面的初始顶标高Eo，采用钢尺电磁式沉降仪11测量并记录各磁板板7距沉降管4管口的深度Lio。
步骤四、在填筑地基施工期间或工后均可对填筑测点进行施工，对填筑测点进行强夯施工或震动压实施工时，沉降管4的顶端以上的填土层顶厚度可为0.3m～0.5m；
填筑体地基处理施工期间，对填筑测点进行强夯或震动压实；采用强夯处理时，首先以沉降管4为中心采用石膏粉洒圆，放样直径与夯锤12直径一致；调整夯锤牵线长度至设计强夯能级对应高度，将夯锤12反复调整与放样重合，缓慢提升夯锤12至预定高度自动脱钩，夯锤12自由落体夯击测点；
步骤五、深部沉降测量：填筑体测点区域施工间隙或施工完毕后，挖开保护土层，取出保护帽6，测量沉降管顶高程En，将钢尺电磁式沉降仪测头11缓慢放入沉降管4中，取往返两次测量数据平均值作为各磁板7距沉降管4管口的深度Lin，则各磁板7的高程数值Ein＝En-Lin，对比施工前后各磁板7变化，磁板7的初始高程数值Eio与施工后的高程数值Ein的差值即为对应填筑体不同深度的沉降值si。
本发明方法克服了传统地基分层变形监测仪器设备无法承受施工期冲击荷载易破损而只能监测工后深部沉降的缺点，采用预钻刺入孔、增强型沉降管替换传统聚醚酯纤维沉降管及管周回填细土等措施，改善了填筑体地基处理施工过程中沉降监测仪器设备易损坏,导致试验失败的现象，形成适用于填筑地基施工中及工后深层沉降测试装置，其成本低廉、操作方便、试验成功率高、监测数据准确等优点。

Claims (9)

1.一种填筑地基施工期及工后深层沉降测试方法，其特征在于：该测试方法是在地基填筑施工期间，在填筑基面预钻刺入孔(1)，孔中插入沉降管(4)，随土石料的回填，沿填筑体填筑方向依次接高沉降管(4)，在沉降管(4)上依次套装数个磁板(7)，二者之间有空隙，可相对自由滑动；各磁板(7)位于填筑体不同深度，沉降管(4)周围回填细土(9)，在填筑施工完毕后，测点处填筑体加固处理前，测量沉降管(4)管口的初始顶高程Eo，采用钢尺电磁式沉降仪(11)测量各磁板(7)距沉降管(4)管口的深度Lio，进而计算得各磁板(7)初始高程Eio；地基处理施工期间及工后继续测量，得到填筑测点强夯施工或震动压实施工后的沉降管4管口高程En，各磁板(7)距沉降管4管口的深度Lin，进而计算得到各磁板(7)高程Ein，其中，n表示填筑体强夯施工或震动压实施工次数，i表示磁板(7)由上至下的位次。对比填筑地基施工前后的磁板(7)的高程的变化，得到填筑地基施工期及工后填筑体不同深度的沉降值。
2.根据权利要求1所述的填筑地基施工期及工后深层沉降测试方法，其特征在于：该测试方法在填筑地基施工期间，在填筑基面上采用钻探机预钻刺入孔(1)，该刺入孔(1)的直径为沉降管(4)的直径的两倍，将沉降管(4)的下部插入刺入孔(1)中，在刺入孔(1)中填塞松散细颗粒材料(2)，沉降管(4)的底端用锥形堵头(3)封闭，再将第一个磁板(7)套装在沉降管(4)上并放置在填筑基面上,下铺垫层(8)找平。
3.根据权利要求1或2所述的填筑地基施工期及工后深层沉降测试方法，其特征在于：该测试方法在填筑地基施工期间，放置磁板(7)后，使用提土桶(13)在磁板(7)的周围回填细土(9)并包围沉降管(4)，然后再回填桶外侧区域的土石料，交替进行上述操作直至下一个放置磁板(7)的标高。
4.根据权利要求1所述的填筑地基施工期及工后深层沉降测试方法，其特征在于：磁板(7)由一个硬质塑料底板(14)和安装在其上的磁环(15)组成，磁环(15)采用永磁无源材料制成，硬质塑料底板(14)边长是磁环(15)直径的5～6倍，硬质塑料底板(14)中心处加工有圆孔，该圆孔直径与磁环内径大致相同，硬质塑料底板(14)的厚度为10mm～15mm。
5.根据权利要求1所述的填筑地基施工期及工后深层沉降测试方法，其特征在于：该测试方法在填筑地基施工期间，沉降管(4)是由数根透磁、高韧、高强材料管连接而成，其对接处通过管状的双向接头(5)固定连接，双向接头(5)的外径小于磁板(7)圆孔内径1～2cm，沉降管(4)的顶端设置有管帽(6)用于封闭管口。
6.根据权利要求1所述的填筑地基施工期及工后深层沉降测试方法，其特征在于：该测试方法在填筑地基施工期间，在沉降管(4)外壁抹刷润滑油以减少与土体的摩擦，便于其刺入预钻孔(1)以消耗冲击能量。
7.根据权利要求1所述的填筑地基施工期及工后深层沉降测试方法，其特征在于：在填筑体地基处理施工期间，对填筑测点进行强夯或震动压实；采用强夯处理时，首先以沉降管(4)为中心采用石膏粉洒圆，放样直径与夯锤(12)直径一致，夯锤(12)的牵线高度对应设计强夯能级，将夯锤(12)调整并与放样重合后，缓慢提升夯锤(12)至预定高度自动脱钩，夯锤(12)自由落体夯击填筑测点。
8.根据权利要求1所述的填筑地基施工期及工后深层沉降测试方法，其特征在于：该测试方法在填筑体地基处理施工期间，对填筑测点进行强夯或震动压实时，沉降管(4)的顶端以上有填土保护层以减小冲击荷载，厚度宜为0.3m～0.5m。
9.根据权利要求1所述的填筑地基施工期及工后深层沉降测试方法，其特征在于：该测试方法在填筑地基施工期间或工后，表征各填筑体深度层的沉降值的数据测量处理过程为在填筑完毕后，测点处填筑体加固处理前，测量并记录沉降管(4)管口距填筑基面的初始顶标高Eo，测量并记录各磁板(7)距沉降管(4)管口的深度Lio，则磁板(7)的初始标高数值Eio＝Eo-Lio；对填筑测点进行强夯施工或震动压实施工后，测量并记录沉降管(4)管口距填筑基面(8)的顶高程En，测量并记录各磁板(7)距沉降管(4)管口的深度Lin，则磁板(7)的高程数值Ein＝En-Lin，磁板(7)的初始高程数值Eio与施工后的高程数值Ein的差值即为对应填筑体深度处的沉降数值si。
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