錨桿水平傾斜角度測量裝置的應用研究

畢泗平 許婷華 李士明

0 引言

近年來,隨著國民經濟建設的飛速發展以及改造自然的加速,超大型建筑物、構筑物、地鐵及在高樓密集的建筑群中興建高樓、地庫等工程的不斷出現,變形測量越來越重要,要求也越來越高[1]。錨桿噴射混凝土支護是深基坑支護工程中應用廣泛、經濟適用的深基坑支護方法,在工程中被大量采用。為確保深基坑支護工程質量及施工安全性,錨桿支護工程中錨桿的水平傾斜角度是設計和施工過程中需嚴格控制的要點之一。但由于深基坑支護為臨時工程,以往工程實踐中工程技術人員普遍對深基坑支護工程重視不足,由此造成很多工程事故,損失慘重。

按照GB 50086-2001錨桿噴射混凝土支護技術規范中錨桿施工的一般規定:預應力錨桿的鉆孔軸線與設計軸線的偏差不應大于3%;預應力錨桿施工中規定:鉆孔與錨桿預定方位的允許角偏差為 1°～3°,其他錨桿的鉆孔軸線應符合設計要求;按照GB 50330-2002建筑邊坡工程技術規范中錨桿構造設計中錨孔施工規定:錨孔偏斜度不應大于5%[2,3]。實際施工中,錨孔及錨桿的水平方向傾斜角度控制較難實現。

深基坑開挖過程中由于土質、開挖機械、爆破等條件所限,邊坡很難實現垂直和平整。原有傾角計的測量極易受周圍環境、施工條件等影響[1],很難滿足基坑支護中簡單、實用、操作方便的需求。

1 新型測量裝置的實踐基礎

為了克服現有深基坑支護中錨桿水平傾斜角度難以方便、快捷測量的問題,通過對工程實踐的深入研究,本文提出了一種新型錨桿水平傾角測量裝置并研究其使用原理和方法。該測量裝置結構簡單,不僅能夠測出垂直且平整坡面上的錨桿水平傾斜角度,而且能夠方便、快捷地測量非垂直且不平整坡面上錨桿的水平傾斜角度;而且測量儀器使用要求不受外界自然條件和施工用電的影響,使用方便、快捷。

在工程實踐中通過對原有錨桿水平傾斜角度測量原理的研究,新提出的錨桿水平傾角測量裝置是對建筑深基坑施工工程設備的改進,是一種簡便、實用的錨桿水平傾角測量裝置。該測量裝置能準確指示深基坑錨桿支護工程中錨桿水平傾斜角度,尤其是能精確顯示不規則坡面上錨桿的水平傾斜角度。

該測量裝置發明的任務由以下技術方案完成:研制了一種錨桿水平傾角測量裝置,包括由與半圓量角器直角邊和直尺連體組成的角度盤,在角度盤的半圓量角器上雙向設置兩排0°～180°的角度刻度;在角度盤的半圓量角器圓心處通過阻尼鉸鏈和自由鉸鏈依次鉸接有錨桿指示針和垂直指示針;錨桿指示針以量角器的圓心為軸,在角度盤的盤面上阻尼旋轉指示角度;垂直指示針以量角器的圓心為軸,在角度盤的盤面上自由旋轉指示角度。

阻尼鉸鏈和自由鉸鏈,由穿過半圓量角器圓心處的軸心螺栓通過角度盤固定螺母、墊片、錨桿指示針、彈簧墊片、限位螺母、墊片、垂直指示針、墊片和限位端頭螺母依次鉸接而構成。垂直指示針在針身適當位置處設有重錘,針身兩端設有指示箭頭。

2 新型錨桿水平傾角的測量原理

2.1 垂直或外傾邊坡的測量原理

當該測量裝置用于對施工基坑為垂直邊坡或向外傾斜的邊坡處的錨桿進行水平傾角測量時,應先將角度盤的直尺邊順坡緊靠在施工基坑邊坡面上,并使該角度盤的盤面置于鉛垂面上,再將角度盤的半圓量角器圓心放在錨桿的軸線上,轉動錨桿指示針使其與錨桿的軸線方向一致,此時錨桿指示針所指示的角度按順時針讀數為θ1;垂直指示針依其重錘作用而自由下垂,其指示針所指示的角度按順時針讀數為θ2;則錨桿的水平傾斜角度θ3可按式(1)求解:

其中,θ3為上(下)傾斜的角度值。當θ3為正值時,表明錨桿向上傾斜;當θ3為負值時,表明錨桿向下傾斜。

2.2 內傾邊坡的測量原理

當該測量裝置用于對內傾邊坡處的錨桿進行水平傾角的測量時,應將角度盤的直尺邊順坡緊靠在施工基坑邊坡面上,并使該角度盤的盤面置于鉛垂面上,再將角度盤的半圓量角器圓心放在錨桿的軸線上,轉動錨桿指示針使其與錨桿的軸線方向一致,此時錨桿指示針所指示的角度按順時針讀數為θ1;垂直指示針依其重錘作用而自由下垂,其指示針所指示的角度按順時針讀數為θ2;錨桿的水平傾斜角度θ3可按式(2)求得:

其中,θ3為上(下)傾斜的角度值。當θ3為正值時,表明錨桿向上傾斜;當θ3為負值時,表明錨桿向下傾斜。

3 測量裝置的實用效果

本文所提出的錨桿水平傾斜角度測量裝置的實用效果在于:在該測量裝置角度盤的半圓量角器上雙向設置兩排0°～180°的角度刻度,在角度盤的半圓量角器圓心處通過阻尼鉸鏈和自由鉸鏈依次鉸接有錨桿指示針和垂直指示針。錨桿指示針以該量角器的圓心為軸,在角度盤的盤面上阻尼旋轉指示角度;垂直指示針以量角器的圓心為軸,在角度盤的盤面上自由旋轉指示角度。

因此,該測量裝置可以快速有效地測量錨桿的水平傾斜角度。該測量裝置僅在常規的半圓量角器上增加有錨桿指示針和垂直指示針,結構簡單。錨桿方向指示針以該量角器的圓心為軸,在角度盤的盤面上通過阻尼鉸鏈阻尼旋轉指示角度,使用方便、測量精確。垂直方向指示針以量角器的圓心為軸,在角度盤的盤面上自由旋轉指示角度,受外界自然條件影響小,可為錨桿施工及其質量檢驗提供可靠的水平傾斜角度測量數據。同時也可作為深基坑土釘墻支護工程中土釘水平傾斜角度的測量裝置。

由于阻尼鉸鏈由軸心螺栓通過墊片、彈簧墊片、錨桿指示針的依次阻尼鉸接且阻尼旋轉指示角度,使得錨桿指示針可以精確測量角度;垂直指示針由于重錘作用而自由下垂,其指示的角度更精確。該測量裝置不僅能夠測出垂直和平整坡面上的錨桿水平傾斜角度,而且能夠方便地測量非垂直且不平整坡面上錨桿的水平傾斜角度。其使用方法不受外界自然條件和施工用電等影響,使用方便、快捷。

4 錨桿水平傾角測量裝置的構造

本文所提出的錨桿水平傾斜角度測量裝置在測量垂直或外傾邊坡錨桿水平傾斜角度時的測試使用示意圖如圖1所示。

本測量裝置的實施可以進一步說明如下:錨桿水平傾角測量裝置,包括由與半圓量角器直角邊和直尺連體組成的角度盤1,在角度盤1的半圓量角器上雙向設置兩排0°～180°的角度刻度。在該角度盤1的半圓量角器圓心處通過阻尼鉸鏈和自由鉸鏈依次鉸接有錨桿指示針6和垂直指示針5;錨桿指示針6以量角器1的圓心為軸,在角度盤1的盤面上阻尼旋轉指示角度;垂直指示針5以量角器1的圓心為軸,在角度盤1的盤面上自由旋轉指示角度。

阻尼鉸鏈和自由鉸鏈由穿過半圓量角器圓心處的軸心螺栓7通過角度盤固定螺母8、墊片9、錨桿指示針6、彈簧墊片10、限位螺母11、墊片12、垂直指示針5、墊片13和限位端頭螺母14依次鉸接而構成(見圖2)。

5 結語

本文所研制的深基坑工程新型錨桿水平傾斜角度測量裝置,以半圓量角器、可自由轉動的垂直方向指示針及可阻尼轉動的錨桿方向指示針,巧妙地利用重力原理快速測量錨桿的水平傾斜角度。其結構簡單、使用方便且受自然條件影響小。通過工程實例的驗證,該測量裝置可滿足錨桿水平傾斜角度的測量及質量控制,對深基坑錨桿噴射混凝土支護工程的施工管理具有較大的實踐應用價值。

[2]GB 50330-2002,建筑邊坡工程技術規范[S].

[3]GB 50086-2001,錨桿噴射混凝土支護技術規范[S].

[4]二灘水電開發有限責任公司.巖土工程安全監測手冊[M].北京:中國水利水電出版社,1999:488-489.