第七讲 土压力监测
一、监测内容
基坑工程土压力监测主要用于量测围护结构内、外侧的土压力。结合孔隙水压力监测，可以进行土体有效应力分析，作为土体稳定计算的依据。不同深度土压力监测可以为围护墙后水、土压力分算提供设计依据。土压力监测为板式围护体系一、二级监测等级选测项目。
二、仪器、设备简介
1土压力计（盒）
土压力盒有钢弦式、差动电阻式、电阻应变式等多种。目前基坑工程中常用的是钢弦式。土压力盒又有单膜和双膜两类，单膜一般用于测量界面土压力，并配有沥青压力囊。双膜式一般用于测量自由土体土压力。
2测试仪器、设备
数显频率仪。
三、土压力计（盒）安装
1钻孔法
钻孔法是通过钻孔和特制的安装架将土压力计压入土体内。具体步骤如下：①先将土压力盒固定在安装架内；②钻孔到设计深度以上0.5m-1.0m；放入带土压力盒的安装架，逐段连接安装架压杆，土压力盒导线通过压杆引到地面。然后通过压杆将土压力盒压到设计标高；③回填封孔。
2挂布法
挂布法用于量测土体与围护结构间接触压力。具体步骤如下：①先用帆布制作一幅挂布，在挂布上缝有安放土压力盒的布袋，布袋位置按设计深度确定；②将包住整幅钢笼的挂布绑在钢筋笼外侧，并将带有压力囊的土压力盒放入布袋内，压力囊朝外，导线固定在挂布上通到布顶；③挂布随钢筋笼一起吊入槽（孔）内；④混凝土浇筑时，挂布将受到侧向压力而与土体紧密接触。
四、监测技术
1测试方法
土压力测试方法相对比较简单，用数显频率仪测读、记录土压力计频率即可。
2测试数据处理
土压力计算式如下：
（5-1）
式中 —土压力（kPa）；
—标定系数（kPa/Hz2）；
—测试频率；
—初始频率。
3工程算例
五、 注意事项
(1) 压力盒固定在安装架时，压力盒侧向的固定螺丝不能拧得太紧，以免造成压力盒内钢弦松弛。
(2) 压力盒沉放过程中，始终要跟踪监测土压力盒频率，看是否正常，如果频率有异常变化，要及时收回，检查导线是否受损。
(3) 压力盒沉放到位施压前，到检查压力盒是否垂直，压力盒面的方向是否与被测土压力的方向垂直。
(4) 采用挂布法安装时，由于土压力盒挂在钢筋笼外侧，因此在钢笼下槽过程中，要格外小心压力囊经过导墙时受挤压、摩擦而破损漏油。挂布一定要兜住钢笼外侧，防止混凝土浇筑时水泥浆液流到挂布外侧裹住土压力盒。
一、监测内容
坑内、外土体深层垂直位移。坑内土体深层垂直位移亦称坑内土体回弹或坑底隆起。基坑在开挖后由于上部土体开挖卸载，深层土体应力释放向上隆起，另外，由于基坑内土体开挖后，支护内外的压力差使其底部产生侧向位移，导致靠近围护结构内侧的土体向上隆起，严重者产生塑性破坏。深大基坑由于卸载多，基坑内外压差大，因而就有必要对基坑回弹进行监测。土体分层垂直位移监测为重力式围护体系一、二级监测等级、板式围护体系一级监测等级选测项目。
二、仪器、设备简介
1分层沉降仪用途及原理
分层沉降仪是通过电感探测装置，根据电磁频率的变化来观测埋设在土体不同深度内的磁环的确切位置，再由其所在位置深度的变化计算出地层不同标高处的沉降变化情况。分层沉降仪可用来监测由开挖引起的周围深层土体的垂直位移（沉降或隆起）。
2分层沉降仪的组成
分层沉降测量系统由三部分构成：第一部分为埋入地下的材料部分，由沉降导管、底盖和沉降磁环等组成；第二部分为地面测试仪器一分层沉降仪，由测头、测量电缆、接收系统和绕线盘等组成；第三部分为管口水准测量，由水准仪、标尺、脚架、尺垫等组成。分层沉降仪的组成：
（1）导管：采用PVC塑料管，管径53mm或70mm。
（2）磁环：沉降磁环由注塑制成，内安放稀土高能磁性材料，形成磁力圈。外安装弹簧片，弹簧片张开后外径约200mm，磁环套在导管处，弹簧片与土层接触，随土层移动而位移。
（3）测头：不锈钢制成，内部安装了磁场感应器，当遇到外磁场作用时，便会接通接收系统，当外磁场不作作用时，就会自动关闭接收系统。
（4）电缆：由钢尺和导线采用塑胶工艺合二为一，既防止了钢尺锈蚀，又简化了操作过程，测读更加方便、准确。钢尺电缆一端接入测头，另一端接入接收系统。
（5）接收系统：由音响器和峰值指示组成，音响器发出连续不断的蜂鸣声响，蜂值指示为电压表指针指示，两者可通过拨动开关来选用，不管用何种接收系统，测读精度是一致的。
（6）绕线盘：由绕线圆盘和支架组成。
3分层沉降仪使用方法
测量时，拧松绕线盘后面螺丝，让绕线盘转动自由后，按下电源按钮，手持测量电缆，将测头放入沉降管中，缓慢地向下移动。当测头穿过土层中的磁环时，接收系统的蜂鸣器便会发出连续不断的蜂鸣声。若是在噪声较大的环境中测量，蜂鸣声不能听清时可用峰值指示，只要把仪器面板上的选择开关拨至电压挡即可测量。方法同蜂鸣声指示。
三、分层沉降标（磁环）的埋设
1布设原则
1）分层垂直位移监测孔：监测孔应布置在邻近保护对象处，竖向监测点（磁环）宜布置在土层分界面上，在厚度较大土层中部应适当加密，监测孔深度宜大于2.5倍基坑开挖深度，且不应小于基坑围护结构以下5～10m。
2）坑底回弹监测孔：监测点宜按剖面布置在基坑中部，剖面间距30～50m，数量不少于2条，剖面上监测点间距10～20m，数量不少于3个。
2沉降管与磁环的埋设
方法一：用钻机在预定孔位上钻孔，孔深由沉降管长度而定，孔径以能恰好放入磁环为佳。然后放入沉降管，沉降管连接时要用内接头或套接式螺纹，使外壳光滑，不影响磁环的上、下移动。在沉降管和孔壁间用膨润土球充填并捣实，至底部第一个磁环的标高再用专用工具将磁环套在沉降管外送至填充的粘土面上，施加一定压力，使磁环上的三个铁爪插入土中，然后再用膨润土球充填并捣实至第二个磁环的标高，按上述方法安装第二个磁环，直至完成整个钻孔中的磁环埋设。
方法二：在沉降管下孔前将磁环按设计距离安装在沉降管上，磁环之间可利用沉降管外接头进行隔离，成孔后将带磁环的沉降管插入孔内。磁环在接头处遇阻后被迫随沉降管送至设计标高。然后将沉降管向上拔起1m，这样可使磁环上、下各1m范围内移动时不受阻，然后用细砂在沉降管和孔壁之间进行填充至管口标高。
四、监测技术
1测试方法
监测时应先用水准仪测出沉降管的管口高程，然后将分层沉降仪的探头缓缓放入沉降管中。当接收仪发生蜂鸣或指针偏转最大时，就是磁环的位置。捕捉响第一声时测量电缆在管口处的深度尺寸，每个磁环有两次响声，两次响声间的间距十几厘米。这样由上向下地测量到孔底，这称为进程测读。当从该沉降管内收回测量电缆时，测头再次通过土层中的磁环，接收系统的蜂呜器会再次发出蜂鸣声。此时读出测量电缆在管口处的深度尺寸，如此测量到孔口，称为回程测读。磁环距管口深度取进、回程测读数平均数。
2 测试数据处理
分层沉降标（磁环）位置应以绝对高程表示，计算式如下：
（4-1）
式中： —分层沉降标（磁环）绝对高程(m)；
—沉降管管口绝对高程(m)；
—分层沉降标（磁环）距管口的距离(m)。
由式（4-1）可以分别算出磁环前后两次位置变化即本次垂直位移量和累计垂直位移量：
（4-2）
（4-3）
式中： —第i次水位绝对高程(m)；
—第i-1次水位绝对高程(m)；
—水位初始绝对高程(m)；
—本次垂直位移(mm)；
—累计垂直位移(mm)。
3工程算例
五、 注意事项
(1) 深层土体垂直位移的初始值应在分层标埋设稳定后进行，一般不少于一周。每次监测分层沉降仪应进行进、回两次测试，两次测试误差值不大于l.0mm，对于同一个工程应固定监测仪器和人员，以保证监测精度。
(2) 管口要做好防护墩台或井盖，盖好盖子，防止沉降管损坏和杂物掉入管内。
