大面积堆载作用下软土地基变形监测研究

李晓进

摘要：地基變形问题严重的制约着项目的生产效率和质量，尤其在大面积堆载作用下所引起的地基变形问题更为强烈，所以，如何有效的监测地基变形问题意义非常重大。那么，通过文章下文的分析与论述，从而为有关单位及工作人员在实际工作中提供一定理论和技术帮助。

Abstract： The problem of foundation deformation is seriously restricting the production efficiency and quality of the project. Especially， the problem of foundation deformation caused by large area load is more intense. Therefore， it is very important to monitor the foundation deformation problem effectively. Then， through the analysis and discussion of the article below， so as to the relevant units and staff in the actual work to provide a certain theoretical and technical help.

关键词：大面积；堆载作用；地基变形；监测

Key words： large area；heaped load；foundation deformation；monitoring

中图分类号：TU441+.6 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）19-0133-03

0 引言

近年来，我国各项工程施工建设速度不断加快，地基是工程中非常重要的组成部分，而变形问题又是地基中一种常见的现象。所以，在大面积堆载作用下进行地基变形监测已经成为了一项重要工作。

1 工程案例分析

文章以某工程为例，其基本的情况为：为运料贮料方便，通过围海造地构成了该大面积堆载场区，长度约650米，宽度约300m。场地属滨海沉积地貌，经施工单位对场地进行回填整平后，地形平坦，地面标高在2.5m左右。场地周边已有较多建（构）筑物，料场东侧有余能电厂，南侧有变电站，特别是一次料场10#料条南侧、西侧和北侧，有需重点保护的架空燃气管道。场区为深厚软土区，分布有30多米厚的淤泥质粘土和20多米厚的粘土层。为防止在堆载过程中地基失稳或变形过大，影响正常生产、威胁周围建（构）筑物安全，须严格控制加载频率，对料场及周边建（构）筑物进行监测。

2 工程的特点

地基堆载监测是岩土工程的一个重要环节，它与勘察、设计、施工一起构成岩土工程不可分割的完整系统。岩土条件复杂多变，要在工程设计阶段准确无误地预测岩土体的性状及其在施工、运行过程中的变化是十分困难的。安全监测是工程安全的重要保证手段之一，也是岩土工程设计、施工、运行的重要组成部分。在施工、运行过程中，对工程的实际状况及其稳定性进行动态监测，将为保证工程安全提供科学依据。

该工程具有以下特点：

①地基条件差，淤泥质粘土具有天然含水量高、孔隙比大、抗剪强度低、压缩性高、渗透系数小等特点，在大面积荷载作用下土体变形较大。②周围建（构）筑物对土体变形比较敏感，特别是料场周边的架空煤气管道，一旦管道支架基础因为料条堆载而发生过大位移或变形，后果将不堪设想。③堆载区域大，场地条件复杂。加载区长度较长，有近600m。料条间有堆取料机轨道，各料条间不通视。数据采集场地狭小，干扰大。④荷载复杂。各料条不是单纯加载，是堆料、取料、加载、卸载循环变化的荷载，一些传统的岩土工程监测方法不适用。⑤监测要求高。新增一次料场堆载区域大，场地条件复杂，监测数据量大。如何获取料条加料过程中以及风、暴、潮等灾害性天气发生期，即地基安全风险最大时期完整的数据和最不利数据，如何保证监测数据实时预警是保证工程安全的关键之一。⑥监测时间将持续数年，沉降变形量大（沉降可达数米），埋设的测试仪器在满足精度基础上，必须满足耐久性、大量程的要求。

3 具体的监测方法

该工程主要监测方法和监测情况如下：

3.1 深层土体位移监测

根据工程经验，在地基临近失稳、破坏的时候，侧向位移速率比沉降速率更敏感，因此地基土的侧向位移观测是堆载过程中最重要的监测项目之一，可直接反映地基的安全状况。同时通过测斜管观测可以清楚地了解深层土体在荷载作用下侧向变形的情况，及时发现临近破坏的征兆，通过对土体移动的发展趋势、移动方向及速率等资料的分析，能够综合判断地基的稳定情况。此项监测主要通过测斜仪器对垂直方向上地基土体不同深度的侧向位移情况进行监测。进行深层土体位移观测时，当传感器探头到达一定深度，由于地基土体挤压导致测斜管变形，探头相对于铅垂线方向必定产生一个倾角θ，利用倾角传感器，并通过灵敏度较高的微电子换能器把这个角度转变为电信号，通过处理分析，将被测试点的水平位移量Δi直接显示出来，然后存入仪器中，利用串口向计算机送入并进行处理。

具体的测试原理图如图1所示。

根据测得的各深度测试点的水平位移量Δi，以底部固定端值为零点，自下而上将各区段的位移量Δi累加起来，得出侧向位移曲线，如图2所示。

即：δ=∑Lisinθi

3.2 边桩位移监测

通过水准仪和全站仪设备观测地表位移情况，依据常规的水准测量、常规水平位移法进行检测。在1m左右控制边桩高度，在1m×0.8m左右控制其底面积，将预制标安设到其上部，并且安装标尺基点和棱镜固定点。

为提高观测精度，减小测量误差，边桩水平位移测量宜采用视准线法进行观测，并设置强制归心观测墩。还要定期对工作基点进行检查。边桩垂直位移测量宜采用精密水准测量方法进行观测，并定期对基准网进行复测。

3.3 孔隙水压力监测

孔隙水压力的监测能帮助及时了解土体的实际应力状态，为防止由于加载速率过快而导致的地基失稳提供指导，及时停止堆料或者采取卸料措施。同时能够反映地基的固结度和强度增长情况，为下一步堆载提供指导。

该项目孔隙水压力计测量原理是：当传感器固定在水下某一点时，该测点以上水柱压力作用于水压敏感集成元器件，使元器件电阻发生变化，从而导致电压变化，这样即可间接测出该点的孔隙水压力。当料堆加载时，作用在土体单元上的总压力发生变化导致孔隙水压力发生变化。由于现场土体压缩性高、渗透系数小等特点，荷载增大孔隙水压力增大，停止加荷后，孔隙水压力随之逐渐消散。当荷载过大导致孔隙水压力急剧增大时，要及时采取警戒措施。因此，该项监测建议采取自动化监测手段，实时监控，及时报警。

3.4 地表断面沉降观测

要分析大面积堆载情况下地表的实际沉降情况，除了场地周边的边桩沉降监测外，更重要的是堆载中心地基土的沉降监测，即本文所讲的地表断面沉降监测。这是一个特殊的工程，在工程中会经过加载和卸载的负荷循环变化过程，同路基的沉降不同，这种场地的断面沉降是不断变化的。所以，可以通过遥测设备对地基表面不断变化的沉降情况进行监测。采用国内组装，美国进口的沉降仪设备进行监测，包括三通道储液罐，沉降仪传感器，四芯双胶屏幕通气电缆及专用通液管。通过连通管原理对表面土体的沉降问题进行测量，也就是利用液管把土体外固定位置和土体沉降传感器连接到一起，并且，在同一个大气压中控制二者中的液体。如果有沉降问题出现在表面土体中，电缆会把储液罐和传感器的液面差转变成电子信号，并通过专门的设备进行读取。

4 变形分析

结合该项目监测的数据分析和解读的基本情况，需要对各变形量和变形趋势等进行判断，为地基及周边建（构）筑物的安全性和稳定性提供保障。以该项堆载变形监测为例，科学地展开变形分析，得到如下结论：

①深层侧向位移大部分具有向堆载区域外围变形的趋势，通过数据分析和解读，得到深层侧向位移点的位移情况存在差异，且不同深度位移量和位移速率也不相同。深层侧向位移的差异与该点所处位置的地基情况、堆载量和有效堆放时间有关。地基情况越差、堆载量越大、有效堆放时间越长，其深层侧向位移变形就越大。

②边桩监测点水平位移大部分具有向堆载区域外围位移的趋势。由于受到堆载挤压，地基土表面土体会向外产生一定位移，其位移量与堆载量、有效堆放时间和外围是否有挡墙有关。当料堆卸载后，位移变形会有部分回弹。该项变形特征与深层侧向位移上部变形特征基本一致。

③边桩及断面沉降均表现为往下沉降，料堆卸载后少量点存在反弹。该项目沉降存在区域性，中间断面点受料堆正面堆载压力，沉降量和沉降速率均较大，两边边桩沉降速率较小。地基薄弱处沉降量更大。

④孔隙水压力主要表现为荷载增加压力增大。且不同深度孔隙水压力变化幅度不同，深度越深，孔隙水压力变化越大。加载停止后，孔隙水压力逐渐消散。料堆卸载后，孔隙水压力迅速减小。

⑤变形趋势的判断，结合数据处理的情况，对观测点的变形量进行分析，利用各项变形监测分析系统，对监测点的数据展开分析和解读，并采用变形曲线图的形式，对观测点的变形趋势进行判断，提高地基及周边建（构）筑物的变形分析质量。

⑥地基稳定性的判断，该项目监测的目的是保障地基及周边建（构）筑物的安全，避免安全问题的发生，根据数据的分析和解读，分别对变形量和变形速率等指标进行计算。在现场堆载的过程中，当地表、周边建（构）筑物的沉降或位移速率连续3天超过3mm/d或者累计变形超过规范容许值时，表明地基有失稳破坏的征兆，应立即通报相关单位启动应急预案停止加载。如果停止加载后，失稳征兆不减时，应及时通报加载管理单位进行卸载。

地基的稳定还与地基土质变化的参数有关，特别是土质强度的变化。预测地基失稳破坏的征兆，可按图3所示以测点水平位移与时间关系曲线的走向判定，同时，辅以现场目视，观测其倾向。

5 注意事项

大面积堆载作用下软土地基变形监测，需要科学分析堆载单位对场地的需求情况，科学的展开变形监测工作，并对地基堆载变形监测中的注意事项进行控制，减小变形监测的误差，保障地基堆载的安全。

①监测点要按照设计单位的要求布设，并符合相关规范，布设在场地能反应变形情况的部位。

②深层侧向位移测斜管埋设时，应及时检查测斜管内的一对导槽，其指向是否与欲测量的位移方向一致，并应及时修正。测斜管埋设完成后，应用清水将测斜管内冲洗干净，用测头模型放入测斜管内，沿导槽上下滑行一遍，以检查导槽是否畅通无阻，滚轮是否有滑出导槽的现象。由于测斜仪的测头是贵重的仪器，在未确认测斜管导槽畅通时，不宜放入真实的测头。

③当遇到雨天和恶劣天气时，加载的矿料密度可能会加大，应加密监测，密切关注场地及周围建（构）筑物的变形动态，及时预警。条件允许的情况下，部分监测项目宜采用自动化设备直接读取和计算数据，采用相关软件自动分析和报警，做到实時监控。

6 结语

大面积堆载作用下，会严重地影响着地基变形程度，通常会将常规荷载影响下的程度超出。所以，要求有关人员要引起足够的重视，在一定时间内，大面积堆载情况下的土体是趋于稳定的。但是，对比复合型地基，大面积堆载地基形变问题要比其高出很多倍，所以，地基处理是一项非常重要的工作，必须要引起足够的重视，计算和分析研究大面积堆载作用下软土地基的变形问题，从而为项目的堆载安全及正常生产提供保障。

参考文献：

[1]孙晓东.大面积堆载作用下地基变形影响分析[J].河北工程大学学报（自然科学版）：896-897.

[2]金宗川，顾国荣，韩黎明，郭春生，陈杰.大面积堆载作用下软土地基变形特性[J].岩石力学与工程学报，2011（07）：962-963.

[3]金宗川，顾国荣，韩黎明，郭春生，陈杰.大面积堆载作用下软土地基变形特性[J].岩石力学与工程学报，2005（06）.