堆土加载过程中地层的深层水平位移监测

堆土加载过程中地层的深层水平位移监测

陈晓炜

江苏省建苑岩土工程勘测有限公司南通分公司 江苏南通 226001

摘要：堆土荷载加载过程中，原状土体在外荷载作用下浅部及深部土层的水平位移变化是反映土体稳定性的主要依据。针对南通营船港森林廊道建设工程堆山项目坡脚处深层土层水平位移的监测工作，不仅可以指导堆土施工堆载预压的加荷速率，还可以监视堆山的地基稳定性，确保施工安全及周边建筑物的安全。通过对监测结果的分析，了解原状土层深层水平位移在加荷过程中的变化规律，对类似项目有一定的借鉴意义。

关键词：堆土加载；深层水平位移；地基稳定性

1引言

近年来，城市土地资源稀缺，土拍价格逐年走高，如何更加有效的利用土地资源是亟待解决的问题。城市范围内逐步向地下发展，地下停车场及地铁是主要的利用手段，这些项目中普遍存在深基坑工程，深基坑开挖过程中往往会引起支护结构内力、位移以及基坑外土体的变形等情况的发生，若变形得不到控制将会危机基坑本身及周边建筑物的安全，因此基坑工程的监测成为一项重要的内容。与深基坑开挖卸荷相比，堆土加载工程在原先正常固结的土层上加荷，形成与深基坑开挖相反的工作流程，该过程的监测案例较少，特别是土堆加载过程中地层的深层水平位移监测数据较少。

土层的深层水平位移主要通过钻孔测斜仪来测定，当被测土体由于上部堆载后产生土体的变形时，侧斜管也随之变形，可以通过测斜仪侧斜管轴线与铅垂线之间的夹角的变化量测量土体内部各点的水平位移。深层水平位移监测可以连续的测出产生位移的测斜管轴向与铅垂线之间的夹角，在分段计算出水平位移及累计总位移量，可根据堆土作业的要求监测深部土体的位移情况，为工程提供可靠的数据支持。本文以南通营船港森林廊道建设工程堆土作业深层水平位移监测项目为背景，对山体填筑工程深部土体的深层水平位移变化规律进行了阐述。

2工程概况

南通营船港森林廊道建设工程位于世纪大道以北，占地约15万平方米，共三座山体，高程（85国家高程）分别为27.55m、15.5m、13.5m，山体的坡比主要在1：5～1：8间。本工程堆山较高，堆山坡面坡率较缓，山体堆筑采用挖河挖湖产生的余弃粉砂土填筑，表层采用耕植土覆盖。堆山下布设排水通道，粉砂土填筑区域需分层厚度60~80cm回填，先用推土机推平，推土机反复碾压，地面以下排水盲沟H1500*L2000@50000，采用无纺土工布包裹建筑垃圾，粒径小于10cm。

3监测点布设及监测方法

3.1测点布设

深层土体位移监测孔宜布置在堆土位移代表性部位，如桥位、挡土墙、涵洞等部位，按堆山四周布置，测斜管应进入稳定土层中。根据施工要求及前期专家论证结果，堆山周围位移代表性部位布设深层水平位移监测孔（测斜孔）10处，深度原始地面以下15m。

3.2埋设方法

测斜管的埋设应符合规范要求，埋设时应注意以下几点：

（1）测斜管采用聚乙烯管，其弯曲性能应以适应被测土体的位移情况为适宜。测斜管内纵向的十字导槽应润滑顺直，管端接口密合；

（2）测斜管应埋设于地基土体水平位移最大的平面位置，一般埋设于堆山外侧紧靠开挖河道附近的位置；

（3）测斜管埋设时应采用钻机导孔，导孔要求垂直，偏差率不大于1.5%。测斜管底部位置于深度方向水平位移为零的土层中，管内的十字槽一条线必须与山体等高线平行。

3.3测量方法

深层水平位移监测主要是观测土体各深度的水平位移量，用以监测土体的变形，为堆土作业施工提供数据支持。当测出位移急剧增大则表示土体临近破坏，在堆土前，对每一个测斜孔进行2-3次的重复测量，以获取堆土前测孔各个深度点的倾斜值，取多次测量的平均值作为原始偏移值，可以“+”代表向堆土内位移，以“-”代表向堆土外位移。测斜观测时的具体步骤如下：（1）将测头导轮卡置在预埋测斜导管的滑槽内，轻轻将测头放入测斜导管中，放松电缆使测头滑止孔底，记下深度标志。当触及孔底时，应避免过分冲击。将测头在孔底停置约5分钟，恒温一段时间；（2）将测头拉起至最近深度标志作为测读起点，每1.0m测读一个数，利用电缆标志测读测头至测斜管顶端为止。每次测读时都应将电缆对准标志并拉紧，以防止读数不稳。（3）为保证测量精度，将测头调转180°重新放入测斜导管到孔底，重复上述步骤在相同的深度标志测读。采用正反测量的目的是为了提高测量精度，导轮在正反向滑槽内的读数将抵消或减小传感器的零偏和轴对准所造成的误差。

3.4计算方法

深层水平位移测量可先假定地下15m处的测管不动，在堆山过程中及结束后可通过多次采集测斜管顶部中心位置的坐标，来验证坐标位移量和测斜仪的顶部位移量是否一致。由于测斜仪能反应出测管与重力线之间的倾角，因而能测出测斜仪所在位置测管在土体作用下的倾斜度θ_i，换算成该位置测斜仪上下导轮间（或分段长度）的位置偏差Δd:

公式（1）

公式（1）中，L为量测点的分段长度，θ_i为倾斜度。

自下而上累加可知各点处的水平位移为：

公式（2）

公式（2）中，D为各点的水平位移值，与初次位置测值相减即为各点本次量测的水平位移。

4监测数据分析

本次在堆山周围位移代表性部位布设深层水平位移监测孔（测斜孔）10处，深度为原始地面下15.0m，由于堆土施工作业的进行，部分钻孔在监测过程中遭遇破坏，针对此种情况采取及时于原位置重新布设，为确保数据的连续性，本次共选取5个深层土体测斜监测点（分别为：TX06、TX06-2、TX07、TX08、TX08-1），各测斜孔最终监测数据见表1：

表1：各测斜孔最终监测数据

根据表2的监测结果，在堆土过程中，地面均布荷载逐渐增加，浅部及深部土层在外荷载的作用下均产生深层的水平位移，TX06、TX06-2、TX08及TX08-1的最大位移发生在地面标高下1.0m位置，最大为TX08号监测点，深层水平位移为91.16mm，最小为TX06-2号监测点，深层水平位移为40.02mm；根据监测方案，TX08号监测点位于15.5m主峰北侧，距离15.5m主峰约84.0m；而TX06-2号监测点位于27.55m主峰西北方向，距离27.55m主峰约145m；表明堆土在加载过程中对荷载集中区域的土层产生较大的深层水平位移，距离主峰距离越远，土层侧向压力越小。TX07号监测点深层水平位移最大处发生于场地标高下10.0m位置，深层水平位移为63.06mm，TX07号监测点位于27.55m主峰东北方向，距离27.55m主峰约135.0m，由于其最大深层水平位移处深度与其他监测点相异，因此对改监测点重点，分析主要原因可以归纳为以下两点，第一：根据周边施工资料，TX07号监测点监测过程中北侧河道进行河道垂直挡墙的施工，挡墙埋深约4.0m，垂直挡墙在一定程度上限制了TX07号监测点上部土体向外侧的位移发展，从而导致监测数据失真；第二：根据本工程的岩土工程勘察报告，TX07号监测点位置存在软弱夹层（根据地勘报告：层②-2T粉质黏土），相比于其他地层而言压缩性较高，堆土荷载作用下产生的位移量较大，从而导致层②-2T深度范围内深层水平位移量较大。

5结束语

堆土过程中由于上部荷载增加，从而导致深层各原状土层的应力状态发生改变，引起土体的深层水平位移，当这种改变的应力或者应变达到极限状态时，可能会导致土层发生失稳破坏，对堆土周边地层深层水平位移的监测共组，可以为确保堆土施工及周边环境的安全提供数据支持。通过获取原状土层深层水平位移的监测数据，分析其变化规律，可以较好的掌握深层土体应力的发展方向，是信息化指导施工的重要方法，也可为监测工作者研究地基及基础稳定性提供借鉴。

参考文献：

1. 尹湃,张二林,孔庆宇.测斜仪在软土地基监测中的应用及成功分析[J].港工技术,2009,46(S1):110-112.

2. 工程地质手册[M].北京:中国建筑工程出版社,2007.

3. GB50497-2019建筑基坑工程监测技术标准[S].北京:中国计划出版社,2019.