一种分层沉降监测装置及其施工方法

邵先锋，钱朝军，宣善钦,汪东林

（1.国网安徽省电力有限公司建设分公司，安徽 合肥 230071；2.安徽建筑大学土木工程学院，安徽 合肥 230601）

1 引言

近年来，随着我国公路、铁路、机场、水利水电等一系列建设项目不断实施，越来越多的项目遇到高填方工程。为了掌握填方土体的沉降量、沉降差及稳定性，需对填方工程进行沉降观测。通常可采用分层沉降仪(分层沉降计)对土体进行分层沉降观测[1～3]。但这类方法是在高填方场区回填结束后，在填土中钻孔设置观测点，仅能观测到回填后地基上部的沉降数据，无法对回填过程中各高度的沉降量进行监测，进而无法掌握高填方土体的密实程度，导致存在安全隐患。

也有部分能够对高填方土体分层沉降观测的装置，装置整体埋设于填方土体后，但其铅垂度难以得到有效保证，若由于不均匀沉降发生倾斜，其监测竖向沉降值的精度大大降低[4～8]。

可见，有必要发展一种消除倾斜影响的高填方土体分层沉降监测装置。

2 高填方土体分层沉降监测装置

本文拟提供一种高填方土体分层沉降监测装置，其结构简单、施工方便，可有效维持自身的铅垂特性，提高沉降监测的精度。

一种高填方土体分层沉降监测装置，包括钢钎与多个互嵌的套筒；套筒底部焊接有对称状分布的沉降板，套筒与沉降板之间通过加劲肋加强连接；最里面套筒的中空内径略大于钢钎的外径，互嵌的各套筒中外部套筒的内径略大于其相邻内部套筒的外径；各套筒由外至里其沉降板埋置的深度依次变大。图1给出了套筒的结构示意图，图2给出了所提分层沉降监测装置的结构示意图，插图标记统一说明如下：1——套筒；2——沉降板；3——加劲肋；4——钢钎；A——回填起始标高面；B——第一层填土面；C——第二层填土面；D——第三层填土面；E——回填最终标高面。

图1 套筒三维结构示意图

图2 所提分层沉降监测装置三维结构示意图

套筒为中空的直筒，套筒与沉降板通过加劲肋进行固定，提高整体的强度与刚度。最里面套筒的中空内径略大于钢钎的外径，互嵌的各套筒中的外部套筒的内径略大于其相邻内部套筒的外径，如图2与图3所示。钢钎应具有足够的长度与刚度，且需打入强度较高的土层中，尽可能减小后续填土对其铅垂度的影响。钢钎铅垂的打入地基稳定层中后，其对各套筒起到约束作用，维持各套筒的铅垂特性，确保各沉降管及沉降板仅沿铅垂方向发生沉降，大大提高了竖向沉降的监测精度。

钢钎与各套筒的中上部均设有刻度尺，基于各刻度尺的读数差可判断各沉降板的竖向沉降量。可视钢钎为不再发生位移的固定参照物，基于各套筒与钢钎上刻度尺的读数差可快速的得到各沉降板的沉降值，读数方便、效率高。所提监测装置主要用于填方工程，在填筑过程中边填筑边埋设各套筒。而传统的沉降监测装置是在填方工程结束后，在土体中钻孔再进行埋设。

图3 所提分层沉降监测装置剖面图

所提监测装置的施工方法如下：①在拟设置监测装置的填方工程场地上，打入钢钎，使钢钎底部进入强度较高的土层中，且钢钎处于铅垂状态。②把最内层套筒套在钢钎上，套筒底部的沉降板与土体接触紧密。为了减小相互摩擦，可在钢钎及各套筒的外侧涂上润滑剂。③开展填方工程施工，根据设计填筑至一定高度时，在该位置处套入一个套筒，再继续填筑，直至再填筑至一定高度时再套入下一个套筒，依次类推，直至填筑至设计标高，如图4所示。

在确认钢钎的铅垂度满足要求的前提下，记录各套筒与钢钎之间的初始刻度尺读数差，后续各套筒读数差的变化值即为相应沉降板的实际沉降值。填筑过程中，应采取措施降低填筑施工对已埋深沉降管及钢钎的扰动影响，维护装置的铅垂特性。

具体实施过程中，最外层套筒的顶端应高于填土面300mm以上；各套筒的顶端高度由内到外依次降低，且相邻套筒的顶端差距不小于50mm；钢钎的顶端高于最内层套筒顶端100mm以上；钢钎及各套筒的顶部标注有刻度尺且不会相互遮挡。

与现有技术相比，本文所提分层沉降监测装置的优点为：①钢钎铅垂的打入地基稳定层中后，其对各套筒起到约束作用，维持各套筒的铅垂特性，确保各沉降管及沉降板仅沿铅垂方向发生沉降，大大提高了竖向沉降的监测精度。②所提沉降监测装置结构简单、制作方便，可视钢钎为不再发生位移的固定参照物，基于各套筒与钢钎上刻度尺的读数差可快速的得到各沉降板的沉降值，读数方便、效率高。

图4 所提分层沉降监测装置施工过程示意图

3 结语

本文提出了一种高填方土体分层沉降监测装置，包括钢钎与多个互嵌的套筒；最里面套筒的中空内径略大于钢钎的外径，互嵌的各套筒中的外部套筒的内径略大于其相邻内部套筒的外径；各套筒由外至里其沉降板埋置的深度依次变大。所提装置的钢钎铅垂打入地基稳定层中后，其对各套筒起到约束作用，维持各套筒的铅垂特性，确保各沉降管及沉降板仅沿铅垂方向发生沉降，大大提高了竖向沉降的监测精度。