测斜仪在大型堆料场区域深层水平位移中的应用

张康财，任 军，杨 静 ，周运涛 （.中电建安徽长九新材料股份有限公司，池州 4700；.中国水利水电第八工程局有限公司，长沙 40000）

测斜仪是一种测定地基不同深度的水平位移监测仪器，前期需要进行钻孔安装测斜管，利用管壁供仪器上下移动 。仪器可以在上下移动过程中，对岩体内部进行位移监测，常被利用于勘察监测中。在多年的发展过程中，测斜仪由传统纸质记录模式逐渐发展到全数字模式，在精度上也大大提升。仪器设备精度满足要求，但在技术应用过程中不能完全满足技术要求。在整个测斜监测过程中，每一个环节都至关重要，可能会影响监测精度。

测斜仪位移监测国内最早应用于边坡，20 世纪 90 年代后，随着岩土工程飞速发展，城市化的发展，公路于隧道工程普遍展开，公路两旁的边坡监测至关重要，确保行车安全。因此，测斜仪被大量应用于滑坡和边坡上。其中，大地运动以及边坡施工都会使岩体造成破坏，导致岩体不稳，使得土体发生侧向运动。测斜仪用来监测软土地基水平位移，给施工带来预判，保证了安全施工。

1 测斜仪监测过程

1.1 工作原理

本次测斜监测使用的仪器为 SZDQ-E500 型测斜仪，整套仪器由读数仪、专用电缆、活动探头、数据通讯处理软件等部分组成。

活动式测斜仪附有导轮，可以沿着预先埋设好的测斜管壁上下移动。移动到不同深度时，仪器内部传感器可以感触到当前位置的倾斜角度，输出一个电压信号，最后将电压信号传递到读数面板上。测斜仪测出的电压信号是以测斜导管导槽为方向基准，在某深度处，测斜仪上下导轮标准间距的正弦函数换算成水平位移。探头两对导轮间距 500 mm，以两对导轮之间的间距为一个测段。每一测段上、下导轮间相对水平偏差量可通过下式计算得到。

1.2 测斜管安装

测斜管安装需要注意一些事项，也要采取一些措施减小安装过程中带来的误差。安装完成后，需要采取一定的保护措施，避免后期遭到破坏。

（1）测斜管有一定的标准尺寸，在每一根测斜管连接过程中连接部位需要连接后在密封，在测斜管的最底部需要有保护盖，阻止深部淤泥进入测斜管内。安装完成后需对测斜管顶部配备保护盖，防止上部灰尘以及其他砂石落入，导致管口堵塞。

（2）测斜管放入钻孔以后，测斜管外壁与钻孔的外壁需要选择合适的填充物，一般可以选择小导管注入混凝土浆液或者细沙。填充以后，需要等填充物与周围岩体稳定以后进行监测取基准值。

（3）测斜管的材质选择也会影响到监测精度，不同材质扭矩不同，一般情况选择塑料管。在第一次安装时，为了保证测斜管安装符合扭矩的要求，用扭矩仪对测斜管进行修正，减小导槽扭转带了的不利影响。

1.3 测斜仪监测

为了保证测斜管埋设质量以便获得可靠的监测数据和保证监测精度，初始监测应在测斜管埋设稳定后及时进行。一般连续 3 次监测结果的平均值作为初始监测值，堆料场运行后开始正式监测工作。

每次监测前应检查仪器密封装置和电池电量。将测头高轮方向对准预测位移方向，等测头缓缓沉入管底后，使测头电压稳定后进行测读。依次从管底测出各测段的水平分量至管顶，该方向测值标记为 X＋，将传感器旋转 180° 放入管内，重复读数，第二次测值标记为 X－，测读完毕后即完成1 个测回的观测，根据各深度处水平位移偏量的变化即可求出该深度处的水平位移。若发现两次数值差异较大或有疑义应及时分析原因，必要时重测。本次监测以 1 m 为一个测段。水平位移监测位移方向规定为：左侧往北为“＋”,往南为“－”；右侧往北为“－”，往南为“＋”。

2 工程实例

2.1 工程概况

长九矿石码头一期工程位于安徽省池州市牛头山港区，海螺三期码头平台下游 263 m处，占用岸线 975 m。矿石码头工程区主要陆域场地布置在长江大堤与其南面 318 国道之间的狭长带状平缓地带，堤内陆域场地水塘较多。布置场地长约 830 m，宽约 380 m。矿石码头工程区主要陆域场地内布置有混合料堆场、筛洗分级车间、成品骨料堆场、生产废水处理系统、供水系统及配套工程等设施组成。

2.2 监测目的

码头区陆域场地布置在长江大堤与其南面 318 国道之间的狭长带状平缓地带，堤内陆域场地水塘较多，场地基本回填形成，地基稳定性较差。在物流廊道试运行期间，陆域堆场部分地基发生了较大的变形。因此，为了确保陆域堆场构筑物安全稳定的运行，了解码头区成品料堆场和混合料堆场地基土体的变形情况，及时评估其安全性，需对堆场地基土体进行变形监测。主要是通过仪器监测和巡视检查来了解和掌握建筑物的工作状态，以便综合分析在堆料过程中对陆域堆场的影响，通过科学的监测手段，根据监测资料对影响性态进行分析，确保构筑物的正常运行。

2.3 监测结果及分析

本次监测设计是由中南勘测设计研究院有限公司通过现场勘查以及地质勘探等相关研究，最终确定监测方案。其中，码头成品料堆场安装测斜管安装 26 个，混合料堆场安装埋设测斜管 18 个，孔间隔为 100 m。通过一段时间的监测数据资料整理发现，其中混合料堆场 IN1-6、IN6、IN1-8和 IN8 总共 4 个测斜孔的位移相对其它孔位移较大。因此，本文选取以上 4 个测斜孔监测数据进行分析。

从 2019 年 7 月 28 日到 2019 年 8 月 27 日之间，共监测 16 次并采集相应数据，表 1 给出了各测斜孔的最大累计水平位移量及相应深度。

表1 各测点的最大累计位移量及相应深度

（1）IN1-6 测斜孔位移—深度曲线如图 1 所示，由图 1 可知，该孔位 A 方向（垂直堆场中轴线方向）影响最深处达 22 m。其中 3～7 m 深处影响最明显，累计位移在1.3～78.8 mm 之间，最大累计位移在 3 m 深处，日位移速率达到 2.58 mm/d，分析其产生原因为堆料过程中地基土体压力持续增加，深层淤泥变形引起。从整个月的深层位移曲线来看，位移累计变化存在两个转折点，第 1 个大的转折点在深度为 15 m 处，第二个小的转折点是深度为 10 m 处，这也和地质资料显示的地下 10 m 和 15 m 处的粉质黏土与淤泥相吻合。

图1 混合料堆场 IN1-6 垂直中轴线向(A 向)测斜孔位移-深度曲线

（2）IN6测斜孔位移—深度曲线如图 2 所示，由图 2 可知，该孔位 A 方向（垂直堆场中轴线方向）影响最深处达22 m。其中 5～10 m 深处影响最明显，在 9 m 深处累计位移达到 89.9 mm，日位移速率为 3.26 mm/d。从整个月的深度位移曲线来看，该曲线呈指数增长，达到一定范围趋于稳定。

图2 混合料堆场 IN6 垂直中轴线向(A 向)测斜孔位移-深度曲线

（3）IN1-8 测斜孔位移—深度曲线如图3所示，由图可知，该孔位 A 方向（垂直堆场中轴线方向）影响最深处达28 m。其中10～15 m 深处影响最明显，但累计位移最大在深度为 4 m 处，该深度位移曲线与其他曲线存在一定的离散性，且较大，主要分布在深度 15 m 以上，同时深度 15 m处也是整体深度位移曲线的转点，也论证了此处是地层变化的分界处。

图3 混合料堆场 IN1-8 垂直中轴线向(A 向)测斜孔位移-深度曲线

（4）IN8 测斜孔位移—深度曲线如图 4 所示，由图 4可知，该孔位 A 方向（垂直堆场中轴线方向）影响最深处达28 m。其中 2～5 m 深处最明显，累计位移最大在 2 m 处，累计位移达到 70.4 mm，日位移速率为 2.01 mm。

图4 混合料堆场 IN8 垂直中轴线向(A 向)测斜孔位移-深度曲线

综合以上分析，码头区混合料堆场地基初期变形较大，在进行地基加固处理后，土体相对稳定，堆场负载较小的情况下，地基趋于稳定。后续加载过程中，无明显滑移面出现。地基变形多表现为弹性变形或者局部的蠕变（淤泥受力变形），地基土体未发现滑移面；目前所显示的变形量是由堆场运行堆放砂石料引起的，深层岩体比较稳定。

3 结 语

依据相关规范并结合具体工程实例进行深入分析可知，测斜仪适用于地基深层水平位移监测，可以满足较高的精度要求，同时得出以下结论：

（1）测斜仪在进行软土地基深层水平位移应用中优点主要体现在灵敏度很高，能够准确监测地基深层水平位移，而且可以根据监测区域选择适宜的测斜仪型号。但是在量程小，变形太大的区域，测斜仪将很难获得准确的数据，在一定程度上会失效，且滑动式测斜仪不能实现数据采集自动化。

（2）通过多期数据采集、数据处理与分析、测斜仪对地基深层水平位移监测，精度与现场环境有密切的关系，为了防止外界因素的影响，应随时注意周边环境，避免重载扰动影响监测结果。