第三讲 深层侧向位移监测
一、监测内容
围护墙体和土体的深层侧向位移，目前围护墙体内测斜一般用在地下连续墙、混凝土灌注桩、水泥土搅拌桩、型钢水泥土复合搅拌桩等围护形式上。深层侧向位移监测为重力式、板式围护体系一、二级监测等级必测项目，重力式、板式围护体系三级监测等级选测项目。
二、仪器、设备简介
1测斜仪用途及原理
测斜仪是种能有效且精确地测量深层水平位移的工程监测仪器。应用其工作原理可以监测土体、临时或永久性地下结构(如桩、连续墙、沉井等)的深层水平位移。测斜仪分为固定式和活动式两种。固定式是将测头固定埋设在结构物内部的固定点上；活动式即先埋设带导槽的测斜管，间隔一定时间将测头放入管内沿导槽滑动测定斜度变化，计算水平位移。
2分类及特点
活动式测斜仪按测头传感器不同，可细分为滑动电阻式、电阻应变片式、钢弦式及伺服加速度计式四种。上海地区用得较多的是电阻应变片式和伺服加速度计式测斜仪，电阻应变片式测斜仪优点是产品价格便宜，缺点是量程有限，耐用时间不长；伺服加速度计式测斜仪优点是精度高、量程大和可靠性好等，缺点是伺服加速度计抗震性能较差，当测头受到冲击或受到横向振动时，传感器容易损坏。
3测斜仪的组成
测斜仪由以下四大部分组成：
1) 探头：装有重力式测斜传感器。
2) 测读仪：测读仪是二次仪表，需和测头配套使用，其测量范围、精度和灵敏度，根据工程需要而定。
3）电缆：连接探头和测读仪的电缆起向探头供给电源和给测读仪传递监测信号的作用，同时也起到收放探头和测量探头所在测点与孔口距离。
4)测斜管：测斜管一般由塑料管或铝合金管制成。常用直径为50～75mm，长度每节2～4m.管口接头有固定式和伸缩式两种，测斜管内有两对相互垂直的纵向导槽。测量时，测头导轮在导槽内可上下自由滑动。
三、测斜管安装
l 测斜孔的布设原则
1)布置在基坑平面上挠曲计算值最大的位置，如悬臂式结构的长边中心，设置水平支撑结构的两道支撑之间。孔与孔之间布置间距宜为20～50m，每侧边至少布置1个监测点。
2)基坑周围有重点监护对象[如建(构)筑物、地下管线]时，离其最近的围护段。
3)基坑局部挖深加大或基坑开挖时围护结构暴露最早、得到监测结果后可指导后继施工的区段。
4)监测点布置深度宜与围护体入土深度相同。
2围护体内测斜管安装
1）地下连续墙内测斜管安装
测斜管在地下连续墙内的位置应避开导管，具体安装步骤如下：
（a）测管连接：将4m（或2m）一节的测斜管用束节逐节连接在一起，接管时除外槽口对齐外，还要检查内槽口是否对齐。管与管连接时先在测斜管外侧涂上PVC胶水，然后将测斜管插入束节，在束节四个方向用自攻螺丝或铝铆钉紧固束节与测斜管。注意胶水不要涂得过多，以免挤入内槽口结硬后影响以后测试。自攻螺丝或铝铆钉位置要避开内槽口且不宜过长。
（b）接头防水：在每个束节接头两端用防水胶布包扎，防止水泥浆从接头中渗入测斜管内。
（c）内槽检验：在测斜管接长过程中，不断将测斜管穿入制作好的地下连续墙钢筋笼内，待接管结束，测斜管就位放置后，必须检查测斜管一对内槽是否垂直于钢筋笼面，测斜管上下槽口是否扭转。只有在测斜管内槽位置满足要求后方可封住测斜管下口。
（d）测管固定：把测斜管绑扎在钢筋笼上。由于泥浆的浮力作用，测斜管的绑扎定位必须牢固可靠，以免浇筑混凝土时，发生上浮或侧向移动。
（e）端口保护：在测斜管上端口，外套钢管或硬质PVC管，外套管长度应满足以后浮浆混凝土凿除后管子仍插入混凝土50cm。
（f）吊装下笼：现在一般一幅地墙钢笼都可全笼起吊，这为测斜管的安装带来了方便。绑扎在钢笼上的测斜管随钢笼一起放入地槽内，待钢笼就位后，在测斜管内注满清水，然后封上测斜管的上口。在钢笼起吊放入地槽过程中要有专人看护，以防测斜管意外受损。如遇钢笼入槽失败，应及时检查测斜管是否破损，必要时须重新安装。
（g）圈梁施工：圈梁施工阶段是测斜管最容易受到损坏阶段，如果保护不当将前功尽弃。因此在地下连续墙凿除上部混凝土以及绑扎圈梁钢筋时，必须与施工单位协调好，派专人看护好测斜管，以防被破坏。同时应根据圈梁高度重新调整测斜管管口位置。一般需接长测斜管，此时除外槽对齐外，还要检查内槽是否对齐。
（h）最后检验：在圈梁混凝土浇捣前，应对测斜管作一次检验，检验测斜管是否有滑槽和堵管现象，管长是否满足要求。如有堵管现象要做好记录，待圈梁混凝土浇好后及时进行疏通。如有滑槽现象，要判断是否在最后一次接管位置。如果是，要在圈梁混凝土浇捣前及时进行整改。
2）混凝土灌注桩内测斜管安装
基本步骤同上，需要特别注意的是：因为围护桩钢筋笼一般需要分节吊装，因此给测斜管的安装带来不少麻烦，测斜管安装过程中，上段测斜管要有一定的自由度，可以与下段测斜管对接。接头对接时，槽口要对齐，不能使束节破损，一旦破损必须把换掉。接头处要用使用胶水，并用螺丝固定连接，胶带密封。每节钢筋笼放入时，应该在测斜管内注入清水，测斜管的内槽口，一边要垂直于围护边线，由于桩的钢筋笼是圆形的，施工时极有可能要发生旋转，使原对好的槽口发生偏转，为了保证安装质量，要与施工单位协调，尽量满足测斜管安装要求。
3）型钢水泥土复合搅拌桩内测斜管安装
型钢水泥土复合搅拌桩，由多头搅拌桩内插H型钢组成。型钢水泥土复合搅拌桩(SMW工法桩)围护形式的测斜管的安装方法有两种，第一种：安装在H型钢上，随型钢一起插入搅拌桩内；第二种：在搅拌桩内钻孔埋设。在此仅介绍第一种方法。
（a）连接：将4m（或2m）一节的测斜管用束节逐节连接在一起，接管时除外槽口对齐外，还要检查内槽口是否对齐。管与管连接时先在测斜管外侧涂上PVC胶水，然后将测斜管插入束节，在束节四个方向用自攻螺丝或铝铆钉固紧束节与测斜管。注意胶水不要涂得过多，以免挤入内槽结硬后引起测斜仪在测试过程中滑槽。自攻螺丝或铝铆钉位置要避开内槽口且不宜过长，以免影响测斜仪在槽内移动。
（b）接头防水：在每个束节接头两端用防水胶布包扎，防止水泥浆从接头中渗入测斜管内。
（c）内槽检验：接管结束后，必须检查测斜管内槽是否扭转。
（d）测管固定：将测斜管靠在H型钢的一个内角，测斜管一对内槽须垂直H型钢翼板，间隔一定距离，在束节处焊接短钢筋把测斜管固定在H型钢上。固定测斜管时要调整一对内槽始终垂直于H型钢翼板。
（e）端口保护：因测斜管固定在H型钢内，一般不需在测斜管上端口外套钢管或硬质PVC管，只要在上口用管盖密封即可。
（f）型钢插入：在型钢插入施工过程中要有专人看护，以防测斜管意外受损。如遇测斜管固定不牢在型钢插入过程中上浮，表明安装失败，应重新安装。
（g）圈梁施工：圈梁施工阶段是测斜管最容易受到损坏阶段，如果保护不当将前功尽弃。因此必须与施工单位协调好，派专人看护好测斜管，以防被破坏。
（h）最后检验：在圈梁混凝土浇捣前，应对测斜管作一次检验，检验测斜管是否有滑槽和堵管现象，管长是否满足要求。如有堵管现象要做好记录，待圈梁混凝土浇好后及时进行疏通。
4）水泥土搅拌桩内测斜管安装
水泥土搅拌桩内测斜管采用钻孔法安装，步骤如下：
（a）钻孔:孔深大于所测围护结构的深度5～10m，孔径比所选的测斜管大5～10cm。在土质较差地层钻孔时应用泥浆护壁。
（b）接管：钻孔作业的同时，在地表将测斜管用专用束节连接好，并对接缝处进行密封处理。
（c）下管：钻孔结束后马上将测斜管沉人孔中，然后在管内充满清水，以克服浮力。下管时一定要对好槽口。
（d）封孔：测斜管沉放到位后，在测斜管与钻孔空隙内填人细砂或水泥和膨润土拌和的灰浆，其配合比取决于土层的物理力学性能和地质情况。刚埋设完几天内，孔内充填物会固结下沉因此要及时补充保持其高出孔口。
（e）保护：圈梁施工阶段是测斜管最容易受到损坏阶段，如果保护不当将前功尽弃。因此必须与施工单位协调好，派专人看护好测斜管，以防被破坏。测斜管管口一般高出圈梁面20cm左右，周围砌设保护井，以免遭受损坏。
5）土体内测斜管安装
同水泥土搅拌桩内测斜管安装。
四、监测技术
1测试方法
测斜管应在工程开挖前15～30d埋设完毕，在开挖前的3～5天内复测2～3次．待判明测斜管已处于稳定状态后，取其平均值作为初始值，开始正式测试工作。每次监测时，将探头导轮对准与所测位移方向一致的槽口，缓缓放至管底．待探头与管内温度基本一致、显示仪读数稳定后开始监测。 一般以管口作为确定测点位置的基准点，每次测试时管口基准点必须是同一位置，按探头电缆上的刻度分划，均速提升。每隔500mm读数一次，并做记录。待探头提升至管口处。旋转180°后，再按上述方法测量测，以消除测斜仪自身的误差。
2 测试数据处理
1)计算原理
通常使用的活动式测斜仪采用带导轮的测斜探头，探头两对导轮间距500mm，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。
(3-1)
式中： —上、下导轮间距；
—探头敏感轴与重力轴夹角。
测段n相对于起始点的水平偏差量 ，由从起始点起连续测试得到的 累计而成，即
(3-2)
式中： —起始测段的水平偏差量（mm）；
—测点n相对于起始点的水平偏差量（mm）。
（a）测斜管形状曲线
测斜仪单次测试得到的是测斜仪上、下导轮间相对水平偏差量，按式(3-2)计算得到的是测点n相对于起始点的水平偏差量，如果将起始点设在测斜管的一端（孔底或孔口），以上、下导轮间距（0.5m）为测段长度，则将每个测段 沿深度连成线就构成了测斜管形状曲线。
（b）测斜管水平位移曲线（侧向位移曲线）
若将测段n第j次与第j-1次的水平偏差量之差表示为 （ ），则 即为测段n本次水平位移量， 沿深度的连线就构成了测斜管本次水平位移曲线。
若将测点n第j次与初次的水平偏移量之差表示为 （ ），则 即为测段n累计水平位移量， 沿深度的连线就构成了测斜管累计水平位移曲线。用公式可表示为：
(3-3)
式（3-3）即为以测斜管底部测斜仪下导轮为固定起算点（假设不动）深层侧向变形计算公式。如果以测斜管顶部为固定起算点，因为测斜仪测出的是以测斜管顶部上导轮为起算点，因此深层侧向变形计算还要叠加上导轮（管口）水平位移量 。计算公式为：
(3-4)
2）实际计算
在实际计算时，因读数仪显示的数值一般已经是经计算转化而成的水平量，因此只需按仪器使用说明书中告知的计算式计算即可，不同产家生产的测斜仪其计算公式各不相同。要注意的是，读数仪显示的数值一般取 =500mm作为计算长度。
3工程算例
五、 注意事项
(1) 因测斜仪的探头在管内每隔0.5m测读一次，故对测斜管的接口位置要精确计算，避免接口设在探头滑轮停留处。
(2) 测斜管中有一对槽口应自上而下始终垂直于基坑边线，若因施工原因致使槽口转向而不垂直于基坑边线，则须对两对槽口进行测试，然后在同一深度取矢量和。
(3) 测点间距应为0.5m，以使导轮位置能自始至终重合相连，而不宜取1.0m测点间距，导致测试结果偏离。
