大型设备吊装地耐力检测及沉降监测平台的研究

王 磊 王俊杰 刘军岐 符 宾

陕西化建工程有限责任公司 陕西杨凌示范区 712100

以往对吊装场地的处理基本上是根据施工经验，采取不同的开挖深度和回填方式，没有科学的依据做支撑。尤其在大型设备吊装时，地基的处理深度是否安全合理，很难进行科学界定。而大型设备吊装地耐力检测及沉降监测平台可以实时、准确地测量出不同填埋介质深度下压力大小及压力衰减的变化规律，检测地基在某个具体时刻是否发生了沉降，并获得具体沉降数据，为大型设备吊装地基的处理提供可靠的依据和参考。

1 地耐力检测及沉降监测平台研究的目的

与混凝土、砌体等材料相比，土壤属于大变形材料。当承受荷载增加时，随着基础变形的相应增大，地基承载力（即地耐力）也在逐渐加大，很难界定出一个真正的极限值。地基极限承载力的确定，目前没有一个通用的界定标准，也没有一个适用于一切土壤类别的计算公式，主要根据工程经验所定下的界限和相应的安全系数加以调整。

陕西化建工程有限责任公司以往都是根据施工经验，对不同型号的吊车，不同的对地压力，采取不同的开挖深度和回填方式，没有科学的依据做支撑，尤其在大型设备吊装时更难进行科学界定。为此，对大型设备吊装场地进行地耐力检测及沉降监测显得尤为重要。

2 地基最终沉降量的弹性力学计算

地基沉降量通常指的是地基的最终沉降量，目前常用的计算方法有弹性力学法、应力面积法、分层总和法，以及考虑历史影响的沉降计算法。最终沉降量是地基在载荷作用下沉降完全稳定后的沉降量。对于砂土，处理完成后即可测出沉降量；对于粘土，测量沉降量的时间会更长一些。

对于局部载荷下的地基沉降，可以利用式（1），根据叠加原理求得。地基最终沉降量的弹性力学计算方法以Boussinesq 课题的位移解为依据，在弹性半空间表面作用着一个竖向集中力（p），表面位移就是地基表面的沉降量（s）。

式中：s——地基表面的沉降量；

μ——地基土的泊松比；

E——地基土的弹性模量；

γ——为地基表面任意点到集中力P 作用点的距离。

地基沉降的弹性力学公式的一般形式见式（2）。

式中：b——矩形载荷的宽度或圆形载荷的直径；

E0——变形模量；

P0——载荷面积内某点处的分布载荷；

通常情况下，由于弹性力学公式是按匀质线性变形半空间的假设得到的，而实际上地基通常是非匀质的，按式（2）计算的基础最终沉降量偏大。

3 地耐力检测平台原理及应用

3.1 目前使用较多的地基沉降检测设备

图1 目前常用检测设备

目前常用的检测设备见图1，该检测装置需要按照施工方案要求把地基处理完成后，在地基上面放置一定的重物，通过百分表读数的变化来测量地基沉降量。它的主要优点是简单易学，缺点是测量精度不高；对地基处理的深度及不同深度的压力不能进行测量；要靠检测人员的经验进行测量，但不能具体测量某个时刻的沉降量；测试结果的准确性受现场测试人员技术水平的影响。

3.2 地耐力检测及沉降监测平台的检测

地耐力检测及沉降监测平台主要由电脑、分析仪、采集仪、拉线式位移传感器（图2）、压力传感器和数据通信线等组成，其通讯连接方式如图3 所示，实物图见图4。

图2 拉线式位移传感器实物图

图3 通讯连接原理图

图4 检测装置设备与元件连接图

吊装场地的处理根据现场吊车吨位、吊装设备或构件的重量、土质情况等对场地开挖一定深度，开挖后从下至上每隔500～800mm 在同层对称位置放置两个土压力盒。目的一是为了测量时进行数据对比和后期数据的修正；二是为了检测不同深度压力衰减变化和最大深度压力是否衰减为零。每层压力盒在埋设时，压力盒下面垫层要平整。放置好压力盒后，在其上面铺设一层软土或细沙后分层夯实。后续的压力盒逐层进行埋设。图5 为压力盒埋设前后对比图。

图5 压力盒埋设前后对比图

压力盒埋设完成后，对位移传感器和土压力盒分别进行信号线的连接、参数设置及调试。然后，在压力盒正上方给予一定的压力，如放置预制的混凝土块、配重、圆板、液压千斤顶等；并将位移传感器在配重支架外侧对称部位进行固定；固定合格后进行数据采集、现场观测、数据分析等。测试过程流程图及相关环节见图6—9。

图6 测试过程流程图

图7 测试现场调试

图8 位移传感器及压力盒参数设置

4 地耐力检测及沉降监测平台实现的功能

图9 地耐力检测及沉降监测

在地基沉降方面，采用东华测试DH801- 1000 型拉线式位移传感器（量程1000mm，精度可以达到0.01mm）。它与电脑实时进行通讯，可以设置采集时间、采样频率等参数，实时对地基沉降进行观测，大大减轻了检测人员读取数据的工作量。数据采集完成后，对数据进行进一步分析处理，可以得到地基在某个具体时刻是否发生沉降，以及沉降了多少等可靠数据。

在压力传递方面，由于压力盒按一定深度分层铺设，可以得到不同土壤、不同地基处理方式、不同深度的压力传递过程中的压力衰减变化情况。

5 结语

通过对大型设备吊装地耐力检测及沉降监测平台进行研究，表明该平台可以实时、准确地测量出不同填埋介质深度下压力大小及压力衰减的变化规律，获得地基在某个具体时刻的沉降量等可靠数据。不仅可为地基处理节约大量的经济成本，而且可为大型设备吊装提供可靠的安全保障。