深部位移監(jiān)測(cè)方法及其應(yīng)用

1、深部位移監(jiān)測(cè)方法及其應(yīng)用深部位移監(jiān)測(cè)方法廣泛用于邊坡、滑坡和城市深基坑監(jiān)測(cè)中。本文主要通過(guò)這三個(gè)方面詳細(xì)介紹深部位移監(jiān)測(cè)方法。對(duì)于大部分實(shí)際工程（邊坡、滑坡和城市基坑工程），深部位移監(jiān)測(cè)一般均采用鉆孔測(cè)斜儀。所以首先介紹鉆孔測(cè)斜儀器的原理。1.鉆孔測(cè)斜儀的原理在巖土工程領(lǐng)域，測(cè)斜儀主要用于測(cè)量土體運(yùn)動(dòng)，諸如：可能產(chǎn)生在不穩(wěn)固邊坡（滑坡）或挖方過(guò)程中周圍的側(cè)向運(yùn)動(dòng)等。也可用來(lái)監(jiān)測(cè)堤壩、芯墻的穩(wěn)定性，打樁或鉆孔的布置和偏差，以及在回填、筑堤和地下儲(chǔ)罐中土體的沉陷等。深部位移監(jiān)測(cè)儀器采用活動(dòng)式鉆孔測(cè)斜儀。首先在監(jiān)測(cè)位置鉆探一定深度( 至滑動(dòng)面以下) 的豎直孔，并且安設(shè)PVC 測(cè)斜管，測(cè)斜管的底部一般

2、嵌入穩(wěn)定的地層3 m 5 m，測(cè)斜管內(nèi)有沿坡體滑動(dòng)方向、垂直坡體滑動(dòng)方向的導(dǎo)向槽2 組，測(cè)斜儀滑輪在導(dǎo)向槽內(nèi)移動(dòng)?；瑒?dòng)式測(cè)斜儀主要由五部分組成：滑動(dòng)式探頭（探測(cè)器）、便攜式數(shù)據(jù)采集儀、數(shù)據(jù)傳輸電纜、內(nèi)置導(dǎo)向槽測(cè)斜管、旋轉(zhuǎn)式探測(cè)儀。其中測(cè)頭的精度、數(shù)據(jù)采集儀的轉(zhuǎn)換精度、數(shù)據(jù)處理的正確性、測(cè)斜管的質(zhì)量以及使用中的問(wèn)題往往會(huì)決定測(cè)斜儀精度的主要因素。巖土體內(nèi)部位移的測(cè)量、計(jì)算方法分為正序和倒序，即從地面向深處計(jì)算或者從深處向地面計(jì)算。一般情況下，倒序計(jì)算時(shí)需將測(cè)管深入至不變的基礎(chǔ)處，如基巖；正序時(shí)，測(cè)協(xié)管管口處的方位，需要使用經(jīng)緯儀等儀器對(duì)不同時(shí)間的確切位置進(jìn)行確定，以便對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行修正。所有這些

3、場(chǎng)合，通常要安裝一根測(cè)斜管，將其安裝在地下的鉆孔內(nèi)、或?qū)⒐軡仓诨炷两Y(jié)構(gòu)中、也可將管埋在筑堤等之中。該測(cè)斜管有四個(gè)槽口，用于固定便攜式測(cè)斜儀探頭的滑輪。探頭連在和讀數(shù)儀相連的電纜的一端，用于觀測(cè)與測(cè)斜管相關(guān)聯(lián)的豎直（或水平）傾斜量，并以這種方式測(cè)量由土體運(yùn)動(dòng)所引起的任何傾斜量的變化。為了獲得安裝了測(cè)斜管的土體周圍一個(gè)全面的觀測(cè)報(bào)告，必須沿測(cè)斜管進(jìn)行一系列傾斜測(cè)量。常規(guī)的測(cè)斜儀探頭有兩組滑輪，距離相隔0.5 米，將探頭放到測(cè)斜管底部并開(kāi)始讀數(shù)。探頭每提升0.5 米進(jìn)行讀數(shù)，直到到達(dá)測(cè)斜管的頂部，這組讀數(shù)被稱為A+讀數(shù)（正測(cè)）。把探頭從套管中取出，旋轉(zhuǎn)180。重新放入測(cè)斜管中，方法同上，又可得到

4、另一組數(shù)據(jù)A-，讀數(shù)（反測(cè)）數(shù)據(jù)處理時(shí)，將上述兩組讀數(shù)（A+、A-）相結(jié)合（用一組數(shù)據(jù)減去另一組數(shù)據(jù)），以此來(lái)消除傾角傳感器零漂的影響。測(cè)斜儀探頭在豎直位置時(shí)讀數(shù)產(chǎn)生零漂偏差，理想的偏差應(yīng)是零，而實(shí)際上在使用探頭時(shí)，由于傳感器的偏差、滑輪的磨損、或者因下落以及和測(cè)斜管底部相碰太厲害對(duì)傳感器的沖擊所導(dǎo)致有一零漂。下次的測(cè)斜管觀測(cè)數(shù)據(jù)，當(dāng)與原始的觀測(cè)數(shù)據(jù)相比較時(shí)，就可知測(cè)斜管的傾斜量變化和這些變化所引起的位置變化。傾斜量變化分析的最好方式是通過(guò)計(jì)算上部滑輪相對(duì)于下部滑輪組所產(chǎn)生的傾角（）與觀測(cè)讀數(shù)間距（L）的水平偏移。在測(cè)斜儀各位置處，兩組讀數(shù)（A+、A-），相減就可得出Sin，把這個(gè)值乘以讀數(shù)間

5、距（L）和相應(yīng)的系數(shù)，就得到一個(gè)以工程單位輸出的水平偏移。在數(shù)據(jù)處理的同時(shí)，應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)可靠性的分析，通常的分析方法是“查和”，即將兩組讀數(shù)（A+，A-）相加，相加后的由傾斜引起的那部分讀數(shù)被抵消，只留下一個(gè)等于測(cè)斜儀傳感器零偏移兩倍的一個(gè)值，當(dāng)查和值為常量時(shí)，說(shuō)明測(cè)量的數(shù)據(jù)具有較高的可靠性。側(cè)斜儀是一種可精確測(cè)量沿垂直方向土層或圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部水平位移的工程測(cè)量?jī)x。當(dāng)測(cè)斜管深埋于穩(wěn)定土層中或圍護(hù)樁（墻）體內(nèi)時(shí)，則各點(diǎn)位移可根據(jù)測(cè)讀點(diǎn)間的傾角和距離換算出來(lái)。測(cè)斜儀測(cè)試原理如圖4.2所示，深層水平位移采用測(cè)斜儀施測(cè)。測(cè)量時(shí)放入帶有導(dǎo)輪的伺服加速度式測(cè)斜儀沿導(dǎo)槽滑動(dòng)，由于測(cè)斜儀能反應(yīng)出測(cè)管與重力線之間的

6、傾角，因而能測(cè)出測(cè)斜儀所在位置測(cè)管在土體作用下的傾斜度i，換算成該位置測(cè)斜儀上下導(dǎo)輪間（或分段長(zhǎng)度）的位置偏差d： （4-1）式中，L量測(cè)點(diǎn)的分段長(zhǎng)度（一般為0.5m）。自下而上累加可知各點(diǎn)處的水平位置： （4-2）與初值相減即為各點(diǎn)本次量測(cè)的水平位移。2.邊坡工程深部位移監(jiān)測(cè)已在大量的邊坡或滑坡穩(wěn)定性狀態(tài)監(jiān)測(cè)中得到廣泛應(yīng)用，其監(jiān)測(cè)往往在邊坡坡體開(kāi)挖完全后開(kāi)展的，若邊坡處于穩(wěn)定，深部位移監(jiān)測(cè)特征曲線就沒(méi)有明顯位移反應(yīng)，當(dāng)邊坡處于不穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，深部位移監(jiān)測(cè)特征曲線有向坡面?zhèn)茸冃畏磻?yīng)或出現(xiàn)滑面等變形的位移突變特征。而實(shí)際上，邊坡變形是貫穿于邊坡開(kāi)挖和卸荷整個(gè)過(guò)程中，對(duì)于坡體變形的演化以及邊坡后期穩(wěn)

7、定性狀態(tài)一般都取決于坡體開(kāi)挖卸荷產(chǎn)生變形的進(jìn)一步發(fā)展，因此邊坡的深部位移監(jiān)測(cè)方法可以反映邊坡坡體開(kāi)挖過(guò)程中變形信息的深部位移監(jiān)測(cè)特征曲線，分析邊坡穩(wěn)定度，是評(píng)估邊坡穩(wěn)定性和加固策略實(shí)用可靠的方式。對(duì)于不穩(wěn)定邊坡在開(kāi)挖過(guò)程，在宏觀外表上邊坡往往出現(xiàn)局部的變形跡象，諸如裂縫、坍塌或滑坡等，其監(jiān)測(cè)曲線則反映坡體內(nèi)部變形狀況，監(jiān)測(cè)曲線上的錯(cuò)動(dòng)與滑動(dòng)帶的出現(xiàn)預(yù)示著坡體逐漸趨向不穩(wěn)定狀態(tài)，即穩(wěn)定度逐漸降低。1. 2 監(jiān)測(cè)布控、監(jiān)測(cè)孔安裝及監(jiān)測(cè)要求監(jiān)測(cè)孔布控: 在邊坡開(kāi)挖之前，坡頂紅線外距離坡面3 5m 左右位置監(jiān)測(cè)孔，監(jiān)測(cè)孔布置3 5 個(gè)斷面左右，最高主斷面必須布置一個(gè)監(jiān)測(cè)孔。監(jiān)測(cè)孔安裝要求: ( 1 )

8、 鉆孔成孔尺度為直徑D90mm，監(jiān)測(cè)管直徑D77mm; ( 2) 深度為嵌入中風(fēng)化巖層5m 左右為標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)測(cè)孔孔口必須采取固定保護(hù)措施; ( 3) 為了保證測(cè)試及時(shí)性和準(zhǔn)確性，保證測(cè)斜管與巖土體變形協(xié)調(diào)，不采用填沙方式填注灌漿孔壁與監(jiān)測(cè)管之間空隙，采用水泥漿體膠結(jié)處理。坡體深部位移監(jiān)測(cè)要求: ( 1) 為了保證位移監(jiān)測(cè)能反映巖土變形特征，初始測(cè)試在灌漿與孔壁巖土體膠結(jié)完成后，一般為1 周左右; ( 2) 坡體在未開(kāi)挖前，連續(xù)監(jiān)測(cè)一定周期，達(dá)到監(jiān)測(cè)孔沒(méi)有變形反應(yīng)為止，即保證灌漿與孔壁巖土體膠結(jié)完全，或降雨過(guò)程所引起的暫時(shí)性變形信息; ( 3) 開(kāi)挖過(guò)程連續(xù)監(jiān)測(cè)，特別是沒(méi)形成一級(jí)邊坡，需要及時(shí)監(jiān)測(cè)

9、，考察坡體的開(kāi)挖過(guò)程中深部位移變形特征。3.滑坡深部水平位移監(jiān)測(cè)滑坡是斜坡上巖土體在重力作用為主下，由于種種原因改變坡體內(nèi)一定部位的軟弱帶（面）中的應(yīng)力狀態(tài)，或因其他物理、化學(xué)作用降低其強(qiáng)度，以及因地震或其他作用破壞其結(jié)構(gòu)，該帶在應(yīng)力大于強(qiáng)度下產(chǎn)生剪切破壞，帶以上巖土體失穩(wěn)而作整體或幾大塊沿之向下和向前滑動(dòng)的現(xiàn)象。滑坡發(fā)生的突變力學(xué)過(guò)程，其實(shí)質(zhì)是滑帶塑性區(qū)的發(fā)育和發(fā)展的過(guò)程，不論受何種地形、坡體結(jié)構(gòu)的影響，滑坡從孕育到發(fā)生是有階段性的，各個(gè)階段變形特征存在較大差異1。因此建立合理的滑坡監(jiān)測(cè)體系，對(duì)了解滑坡不同發(fā)展階段的變形特征及受控因素具有非常重要的意義。對(duì)于大規(guī)?；虏『ν淮坞y以根治，需

10、分期、分階段逐步實(shí)施，監(jiān)測(cè)工作意義更加重大。深部位移監(jiān)測(cè)是滑坡監(jiān)測(cè)體系中重要的一環(huán)，主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容為沿著豎直鉆孔進(jìn)行位移矢量剖面的量測(cè)，可以分析軸向應(yīng)變分布中的突出峰值和差動(dòng)的側(cè)向位移，查明位移場(chǎng)中不連續(xù)點(diǎn)的位置，從而對(duì)滑坡進(jìn)行準(zhǔn)確的分級(jí)、分塊、分層，在驗(yàn)證勘察成果指導(dǎo)防治工程的實(shí)施和效果檢驗(yàn)方面極為有效，且與地表監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)物應(yīng)力監(jiān)測(cè)等項(xiàng)目共同構(gòu)成了施工安全保證體系。用于判斷滑面或者軟弱帶位置的典型數(shù)據(jù)處理曲線如圖1，通過(guò)對(duì)兩條曲線的綜合對(duì)比分析來(lái)確定拐點(diǎn)是否為滑面或軟弱帶。3 工程應(yīng)用綜合分析深部位移監(jiān)測(cè)技術(shù)在多處滑坡治理中的應(yīng)用性質(zhì)，可將其大致劃分為以下幾類：3.1 第一類，滑坡勘測(cè)期間的監(jiān)

11、測(cè)這類滑坡的監(jiān)測(cè)主要以確定滑動(dòng)面的位置、提高勘察精度、指導(dǎo)設(shè)計(jì)為主。對(duì)于碎石土邊坡，由于滑面及滑床均為碎塊石，若干鉆孔從地表下幾米至三十幾米深均為塊石，單純通過(guò)地質(zhì)上鉆孔巖芯的鑒定和分析無(wú)法確定滑面位置，而滑動(dòng)面判定不準(zhǔn)，不是造成浪費(fèi)，就是造成工程的失敗。為準(zhǔn)確揭示滑動(dòng)面位置，勘察過(guò)程中采用了深孔測(cè)斜，監(jiān)測(cè)出滑面位置對(duì)應(yīng)鉆孔深度的巖芯為塊石土，通過(guò)深孔測(cè)斜準(zhǔn)確的確定了滑面位置，提高了勘察的精度，為設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。3.2 第二類，防治工程期間的安全監(jiān)測(cè)這類監(jiān)測(cè)主要目的是保障施工過(guò)程的安全?；陆?jīng)歷了施工前期小擾動(dòng)、施工中大擾動(dòng)與主體工程完工三個(gè)主要階段，滑坡變形范圍波動(dòng)較大。監(jiān)測(cè)可以達(dá)到安全預(yù)報(bào)

12、與預(yù)警的目的，為施工安全服務(wù)效果良好。用于保證施工安全的監(jiān)測(cè)工作極為必要，通常輔以地表位移觀測(cè)、裂縫觀測(cè)、深部位移觀測(cè)、結(jié)構(gòu)物應(yīng)力觀測(cè)等。深部位移觀測(cè)可以很好的量測(cè)出滑坡深部的微變形，與其他觀測(cè)手段相比較而言更加直接、及時(shí)。施工中的安全監(jiān)測(cè)宜適量布置測(cè)孔，由于施工擾動(dòng)往往會(huì)造成滑坡局部或淺表層的加速變形，測(cè)管極易遭到破壞，可選擇有代表性的斷面布置兩個(gè)鉆孔即可，還應(yīng)重點(diǎn)結(jié)合其他監(jiān)測(cè)手段輔助進(jìn)行安全預(yù)報(bào)工作。3.3 第三類，治理后效果評(píng)價(jià)由于治理工程發(fā)揮作用，深孔曲線圖上不再有大的位移變化。除結(jié)構(gòu)物的應(yīng)力變化長(zhǎng)期觀測(cè)外，深部位移監(jiān)測(cè)也是評(píng)價(jià)工程治理效果的一項(xiàng)重要手段。綜合類似工程經(jīng)驗(yàn)，選擇最不利斷

13、面加設(shè)工后測(cè)孔，能夠降低施工破壞風(fēng)險(xiǎn)，較之結(jié)構(gòu)物的應(yīng)力觀測(cè)更加易于操作，宜作為后評(píng)價(jià)的主要手段。3.4 第四類，對(duì)大型古滑坡的監(jiān)測(cè)由于滑坡本身的性質(zhì)極為復(fù)雜，新近有活動(dòng)的多個(gè)小滑坡均發(fā)育在古滑坡體上，勘探工作者對(duì)古滑坡的定性問(wèn)題多有爭(zhēng)議，且項(xiàng)目區(qū)處于口岸位置，若發(fā)生滑動(dòng)勢(shì)必帶來(lái)巨大的損失，所以在古滑坡勘察階段同時(shí)進(jìn)行了深孔位移監(jiān)測(cè)，用以輔助鉆探工作，為準(zhǔn)確判定滑面層數(shù)、位置及滑坡的穩(wěn)定性提供資料。當(dāng)古滑坡穩(wěn)定時(shí)，主要表現(xiàn)為位移曲線變化平緩，基本無(wú)突變。若（古）滑坡處于蠕動(dòng)擠壓變形或速滑階段。對(duì)于大型、復(fù)雜的（古）滑坡或交通位置重要的滑坡，因投資等問(wèn)題暫不進(jìn)行治理的，勘察階段宜配套采用深部位移監(jiān)

14、測(cè)技術(shù)，可以準(zhǔn)確判定滑面層位以及滑坡體的穩(wěn)定性狀態(tài)。4.深部位移監(jiān)測(cè)技術(shù)在城市深基坑監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快, 城市地鐵建設(shè)在不斷的反戰(zhàn), 伴隨而來(lái)的便是大量的城市深基坑的開(kāi)挖。城市中的深基坑由于其所處地理位置的特殊性, 在基坑周圍往往有大量的城市基礎(chǔ)設(shè)施以及已經(jīng)建成的房屋建筑。因此, 對(duì)于城市中的深基坑的位移變形控制必然會(huì)有更高的要求, 做好基坑位移的精確監(jiān)測(cè)就成了當(dāng)務(wù)之急。而數(shù)字式垂直測(cè)斜儀的使用則可以有效的解決這一難題。4.2城市地鐵基坑測(cè)斜測(cè)點(diǎn)埋設(shè)沿本站主體長(zhǎng)邊方向每陽(yáng)角處及中部，短邊中部的鉆孔樁樁身內(nèi)埋設(shè)測(cè)斜管。測(cè)斜管拼裝時(shí)應(yīng)注意導(dǎo)槽對(duì)接，埋設(shè)時(shí)將測(cè)斜管兩端封閉并牢固綁扎

15、在鋼筋籠背土面一側(cè)，同鋼筋籠一同放入成孔內(nèi)，同時(shí)注意測(cè)斜管的導(dǎo)向槽應(yīng)垂直于基坑面，灌注混凝土。測(cè)斜管長(zhǎng)應(yīng)為樁長(zhǎng)加冠梁高并露出冠梁10。注意在鋼筋籠放入孔內(nèi)砼澆注前一定要校正測(cè)斜管的方向。4.3深部水平位移曲線分析得到水平位移曲線后，應(yīng)結(jié)合施工情況、土方開(kāi)挖情況、周圍堆載、車輛荷載，鋼支撐軸力綜合分析。對(duì)于下一步施工具有一定的指導(dǎo)意義。5.其它儀器監(jiān)測(cè)1.滑動(dòng)式水平測(cè)斜儀存在問(wèn)題1.需要消耗大量人力，且遇到刮風(fēng)下雨天氣對(duì)于邊坡測(cè)讀人員而言危險(xiǎn)系數(shù)增加。2.無(wú)法連續(xù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，由于數(shù)據(jù)斷續(xù)采集, 數(shù)據(jù)采集效率低, 難以捕捉到災(zāi)害來(lái)臨前和發(fā)生時(shí)的重要信息, 給監(jiān)測(cè)控制和預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)帶來(lái)困難。3.在實(shí)際監(jiān)測(cè)

16、中，經(jīng)常會(huì)碰到pvc管被堵情況，無(wú)法繼續(xù)監(jiān)測(cè)。4. 由于是移動(dòng)式監(jiān)測(cè), 測(cè)斜管設(shè)計(jì)是內(nèi)帶四方導(dǎo)槽, 鉆孔傾斜儀裝有滑輪, 依靠滑輪在導(dǎo)槽內(nèi)上下滑動(dòng)進(jìn)行測(cè)量。在實(shí)施監(jiān)測(cè)過(guò)程中測(cè)斜管受到孔壁側(cè)向巖土層推力作用產(chǎn)生變形或剪斷,鉆孔傾斜儀無(wú)法下到測(cè)點(diǎn)位置進(jìn)行測(cè)量, 因而中斷監(jiān)測(cè), 使監(jiān)測(cè)鉆孔報(bào)廢。自動(dòng)化通信監(jiān)測(cè)方法的產(chǎn)生2.1無(wú)線數(shù)傳模塊方法即數(shù)傳電臺(tái)方法(圖4 6), 據(jù)傳送的距離選用不同功率0.5 35 W電臺(tái), 不同工作頻段, 具有TTL、RS232、RS485半雙工多種電平接口, 可實(shí)現(xiàn)透明數(shù)據(jù)傳輸, 無(wú)需改變?cè)型ㄐ懦绦蚣斑B接方法, 在移動(dòng)通訊網(wǎng)達(dá)不到山區(qū)選擇該種方法把信號(hào)傳送到移動(dòng)通訊能達(dá)到地區(qū), 然后再通過(guò)無(wú)線上網(wǎng)傳送信號(hào)。2.無(wú)線網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸方法中聯(lián)信通科技有限公司推出CDMA/GPRS無(wú)線網(wǎng)卡(DTU)產(chǎn)品設(shè)備, 可進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊, GPRS通信是基于IP地址的數(shù)據(jù)分組通信網(wǎng)絡(luò), 監(jiān)測(cè)中心計(jì)算主機(jī)配置地址, 各個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)采用GPRS模塊和該主機(jī)進(jìn)行通信。2.3衛(wèi)星遙測(cè)方法采用通信衛(wèi)星系統(tǒng)組網(wǎng)進(jìn)行遙測(cè)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)。以上3種方法中, 第1種和第2種方法成本低,第3種方法成本高, 一般采用第1種或第2種