路基监测仪器埋设.docx

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路基监测仪器埋设

路基变形监测

1测点布置

依托公路K+~K+段黄土路基，选取高填方、挖方和半挖半填典型断面进行现场试验，制定了详细的现场试验监测方案。

主要监测指标包括黄土路基路面不同区域土压力、沉降、湿度、侧向变形等。

现场试验断面布置如图1（其他断面类似）。

图1现场试验断面布置图

2监测仪器的选择

1.2.2.3监测仪器的选择

本项目选择四种传感器：

单点沉降计、土压力盒、土壤湿度计和测斜仪，分别对沉降量、土压力、土壤含水量、侧向位移进行监测。

㈠单点沉降计

（1）单点沉降计工作原理

单点沉降计由位移计、锚头、法兰沉降盘、测杆等部件组成。

如图2。

适用于测量锚头与沉降盘之间土体的变形位移，可进行长期监测和自动化测量。

单点沉降计的锚头设置在相对不动点（一般是设置在基岩处），法兰沉降盘则设置在需要监测高程处。

当地基下沉时，沉降盘与地基同步下沉，使传感器的活动导磁体在其磁通感应线圈发生相对滑移，通过读数仪测出位移量，实现沉降观测目的。

图2单点位移计

（2）单点沉降计相关技术参数

表1单点沉降计的主要技术指标

型号

量程

分辨率

温度围

直径/mm

钻孔直径/mm

JMDL-4710A

100mm

0.01mm

-20℃~80℃

25

110

JMDL-4720A

200mm

0.05mm

25

110

JMDL-4730A

300mm

0.05mm

25

110

JMDL-4740A

400mm

0.1mm

25

110

数据采集

序号

采集方式

所需设备

1

人工采集

通用读数仪（JMZX-3001）

2

自动化采集

直接挂接系统进行自动化数据采集

（3）单点沉降计安装方法及步骤

①钻孔：

在观测点位置进行准确测量放样后即可进行钻孔，孔径大小以φ90mm-110mm为宜，并测量钻孔是否垂直。

钻孔深度穿过软土层、大于地基压缩层厚度，直至基岩且应入岩500mm。

应无缩孔、塌孔现象。

若发生缩孔或塌孔时，则应立即采用φ110PVC套管进行护壁。

套管埋入深度应大于缩孔或塌孔部位深度。

②探孔：

首先用等径接头连接好锚头与测杆，将接好锚头的测杆缓慢放入已钻好的钻孔（锚头朝下，测杆朝上）。

待测杆顶部离孔口高约200mm时停住，且用等径接头加长测杆，再往下放置，直至锚头下放到孔底。

根据下放至孔测杆长度确定孔的实际深度。

在进行探孔时要保证孔底无沉碴、淤泥等，保证单点沉降计的锚头与基岩直接接触。

③安装：

为了更好的保护单点沉降计主体，要求法兰沉降盘应安装与地基基础面以下10-20cm，因此在探孔、确定好孔深后，所需测杆总长应采用不同长度的测杆来配置。

其所需测杆总长=实际孔深－1.4m（沉降计主体拉伸总长）－（0.1-0.2）m。

在确定好所需测杆后，将锚头、测杆与沉降主体连接好、安装至孔且锚头至基岩。

④注浆：

为了将锚头与基岩更好的锚固成为整体，必须用注浆方式将锚头固定。

首先，将注浆管直插到孔底，把注浆管的另一端与地质钻水镑出水管相连接，用地质钻水镑进行注浆。

水泥浆比例（水:

水泥=1:

1），孔底浆层深度为1-2米。

⑤灌沙：

单点沉降计安装好，待水泥浆沉淀2小时后，往孔灌沙回填，以防止安装孔塌孔而影响测试数据。

灌沙时应缓慢灌注，以防孔被堵塞，在灌沙的同时用2m长的竹竿或钢管将沙稍微夯实，使灌沙至法兰沉降盘以下10cm处，再用混凝土填实至法兰沉降盘（防止施工后期雨水渗入孔而影响路基结构），法兰沉降盘上部可用中粗沙回填至地基面。

⑥保护：

单点沉降计及传输电缆的保护是安装后其成活率的关键所在，因此装好单点沉降计后，将传输电缆套上φ20PVC钢丝波纹管进行保护，钢丝波纹管首端应插入法兰沉降盘下，并挖深300mm、宽100mm的布线槽，集中从观测箱一侧引出路基，有条件的可引入自动采集箱，并注意使钢丝波纹管及导线适当松弛。

布线槽用中粗沙回填至地基面，接头注意防水。

单点沉降计安装示意图如图3所示。

单点沉降计现场安装过程如图4所示。

图3单点位移计安装示意图

（a）测杆埋设

（b）测孔回填

（c）数据采集

图4单点沉降计安装及采集

㈡土壤湿度计

（1）土壤湿度计原理

通过测量土壤的介电常数，能直接稳定地反应各种土壤的真实水分含量。

标定方式采用比较法，测量与土壤本身的机理无关的土壤水分的体积百分比，土壤温湿度计将土壤含水量与温度结合为一体进行测量，可进行长期监测和自动化测量。

其安装采用于路基、边坡、待测土壤成型后再钻孔埋入的方式和预埋方式，即在观测处将土壤温湿度计埋设于土体。

土壤温湿度计如图5。

图5土壤湿度计

（2）土壤湿度计相关技术参数

量程：

0～100%

单位：

%（m3/m3）

遥测距离：

<1000m

温度围：

-20℃～80℃

精度：

0～50%（m3/m3）围为±2%（m3/m3）

测量参数：

土壤容积含水量

测量区域：

90%的影响在以中央探针为中心，直径3cm、高7cm的圆柱体。

（3）土壤湿度计安装方法及步骤

①土壤温湿度计安装前检验：

首先，仔细阅读土壤温湿度计与测试仪说明书，了解土壤温湿度计具体参数，熟悉测试仪使用操作；再将土壤温湿度计与测试仪连接，按测试仪“开/关”键开机进行测量，检测土壤温湿度计是否工作正常；检查安装杆、安装杆等径接头、安装套筒是否齐全。

检查传感器数量及导线长度是否正确。

以确定传感器在运输过程中是否损坏或丢失。

②安装时间确定：

一般原地面上部填筑垫层300mm以上，清理好场地后，选择无雨、雪天气进行钻孔预埋安装。

③布点：

根据设计方案进行测量，确定土壤温湿度计安装孔位。

④成孔：

在预埋位置要求钻孔，孔径大小以>∮80为宜，钻孔偏差应小于1.5%。

并无塌孔、缩孔现象存在，软土层应以泥浆护壁，钻孔至拟埋底部土壤温湿度计拟埋标高以上0.2-0.3m的深度。

若有塌孔或缩孔较快现象，必须先下套管再进行钻孔。

套管深度应大于缩孔或塌孔部位深度。

⑤安装：

先把将要装入钻孔底部的土壤温湿度计进行调零。

并作好记录，存档。

A：

将土壤温湿度计连接好测试仪进行测量。

B：

调零，手工记录好土壤温湿度计编号、零点时温度。

C：

用测试仪对整个安装过程进行监测。

在整个安装过程中，土壤温湿度计埋设深度由安装杆长度准确控制。

首先将土壤温湿度计装上安装套筒，装好定位销、连接安装杆，将土壤温湿度计下放到钻孔中，待安装杆杆顶离孔口高约200mm时停住，用等径接头加长安装杆，再继续下放，直至土壤温湿度计安装到孔底，用人工或钻机缓慢加压安装杆顶部，将土壤温湿度计压至埋设深度，此时定位销脱落，再将安装杆退出钻孔。

退出安装杆后，观察测试仪数据显示，确定土壤温湿度计安装后工作是否正常。

记录好土壤温湿度计埋设深度、断面里程、测点编号、现场埋设安装人员、日期、天气。

回填钻孔。

直至该土壤温湿度计埋设完备。

⑥保护：

埋设安装好该断面土壤温湿度计后，将土壤温湿度计测试导线集中套上PVC钢丝软管进行保护，并挖槽将PVC钢丝软管从一侧引出路基，制作好相应标示牌，插在土壤温湿度计导线布置部位，以作标示。

并安排专职人员负责看管，以防土壤温湿度计导线因施工或自然因素而破坏。

土壤温湿度计安装示意图如图6所示。

图6土壤湿度计安装示意图

土壤温湿度计现场安装过程如图7所示。

（a）浅层埋设

（b）深层埋设

图7土壤温湿度计安装及采集

㈢测斜仪

（1）测斜仪原理

测斜管通常安装在穿过不稳定土层至下部稳定地层的垂直钻孔。

使用数字垂直活动测斜仪探头，控制电缆，滑轮装置和读数仪来观测测斜管的变形。

第一次观测可以建立起测斜管位移的初始断面。

其后的观测会显示当地面发生运动时断面位移的变化。

观测时，探头从测斜管底部向顶部移动，在半米间距处暂停并进行测量倾斜工作。

探头的倾斜度由两支受力平衡的伺服加速度计测量所得。

一支加速度计测量测斜管凹槽纵向位置，即测斜仪探头上测轮所在平面的倾斜度。

另一支加速度计测量垂直于测轮平面的倾斜度。

倾斜度可以转换成侧向位移。

对比当前与初始的观测数据，可以确定侧向偏移的变化量，显示出地层所发生的运动位移。

绘制偏移的变化量可以得到一个高分辨率的位移断面图。

此断面图有助于确定地面运动位移的大小，深度，方向和速率。

本项目采用金码生产的JMQJ-7000倾角式测斜仪。

图8测斜仪

（2）测斜仪技术参数

测斜仪的相关技术参数如下表2。

表2测斜仪的主要技术指标

品名

型号

量程

精度

灵敏度

备注

综合测斜仪

JMQJ-7000

0.1%

0.01°

全能一表通

测斜探头

JMQJ-7140Y

±30°

0.1%

0.01°

1、采用进口精密重力平衡伺服倾角传感器。

2、全密封、高可靠设计。

3、管测量剖面倾斜。

数据采集

序号

采集方式

所需设备

1

人工采集

JMQJ-7000

（3）测斜仪安装方法及步骤

①在选定部位钻孔，孔径以大于测斜导管最大外径40mm为宜，钻孔的铅直度偏差不应大于正负1°。

孔深达无水平位移处，即应埋入硬土层或基岩中不少于1m。

②接长管道时，应使导向槽严格对正，不得偏扭。

③将有底盖的测斜导管放入钻孔，用管接头将测斜导管连接，然后逐根边铆接、边封闭边下入孔，注意应使测斜导管的一对导槽向预计位移的主方向靠近。

安装测斜管时应必须保证管清洁。

④导向槽与欲测方位应用经纬仪严格对正。

⑤测斜导管与孔壁之间的空隙用粗砂回填。

⑥埋设完成后，应及时记录测斜孔编号、孔深、孔口高程、孔底高程、埋设位置、导槽方向等有关资料，并经一段时间稳定后，即可建立初值。

测斜管

测斜探头

路基钻孔

图9测斜仪安装示意图

测斜管现场安装过程如图10所示。

（a）测斜管埋设

（b）测斜探头放置

（c）数据采集

图1-15测斜管安装及采集

㈣土压力盒

（1）土压力盒原理

图11土压力盒

当被测结构物土应力发生变化时，土压力计感应板同步感受应力的变化，感应板将会产生变形，变形传递给振弦转变成振弦应力的变化，从而改变振弦的振动频率。

电磁线圈激励振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至读数装置，即可测出被测结构的压应力值。

（2）土压力盒相关技术参数

土压力盒的相关技术参数如下表3。

表3土压力盒相关技术参数

品名

型号

特点

量程

灵敏度

备注

土压力盒

JMZX-50xxB

基本型

0.3MPa

0.6MPa

1MPa

2MPa

0.1Hz

0.001MPa

路基土体部应力的测量。

JMZX-50xxBT

编码温度型

JMZX-50xxA

智能记忆型

JMZX-50xxAT

智能温度型

数据采集

序号

采集方式

所需设备

1

人工采集

通用读数仪（JMZX-3001）

2

自动化采集

直接挂接系统进行自动化数据采集

（3）土压力盒安装方法及步骤

①埋设前应先将把土压力盒置于与所测环境温度一致的环境中半个小时以上，再测定其初始频率，该数值应等于或接近该土压力计出厂标定表中的零点频率，记录该数值将其作为以后代入计算公式的数据。

②埋设时将土压力盒受力膜（承压膜）面朝向土体并与拟测压力方向垂直。

监测垂直土压力时，应将土压力盒底部填入10cm深中砂压实垫平，用水平尺控制将土压力盒安装水平。

③埋设过程中应有土压力膜保护措施。

④安装好土压力盒后，在其周围覆盖30cm厚的中砂，压实。

⑤同断面土压力盒安装完成后，测试导线应套上PVC钢丝软管或蛇纹管进行保护，并集中从一侧引出路基。

⑥在土压力盒上填筑层较薄的情况下