錨頭技術在分層沉降監測中的應用探討

門 龍 高 峰 吳林波

(同濟大學，上海 200092)

?

錨頭技術在分層沉降監測中的應用探討

門 龍 高 峰 吳林波

(同濟大學，上海 200092)

根據多點位移計錨頭構造的方式，從注漿式、刃刀式、葉片式、充氣膨脹式等方面，介紹了不同形式位移計錨頭的組成及優缺點，并分析了位移計錨頭技術在分層沉降監測中的應用現狀，指出多點位移計錨頭設計的合理性對周邊軟土的擾動有較大的影響。

位移計錨頭，軟土地區，基坑工程，沉降監測

0 引言

軟土地層具有含水量高、高壓縮性、高觸變性、強度低等特點，在軟土地區進行基坑工程施工時對區域地面沉降有明顯影響，若大型基坑工程位于建筑物密集地區，則周邊建筑對基坑的沉降和變形反應均比較敏感[1]，必須要時刻監控基坑周圍地面沉降。在分層沉降監測階段可將位移計錨頭放置于鉆孔中進行監測，位移計錨頭的設計根據構造不同主要可分為注漿式、刀刃式、葉片式以及充氣膨脹式等。

1 位移計錨頭構造分類

1.1 注漿式

注漿式多點位移計錨頭可由真空結構的中軸桿、壁筒和底座組成，且各結構之間相互連通以保證上部注入的泥漿可以進入錨頭和土體接觸處以達到錨固的效果。其優點在于真空結構的構造自重較小，可保證沉降量監測數據較準確，泥漿由錨頭結構到達土體后可以加強錨固效果，不會產生太大擾動。但錨頭放置深度較深時，泥漿注入過程中在到達土體接觸面處可能無法保持原有的粘性，則其不適用于深度較大的分層沉降監測。

1.2 刃刀式

刃刀式多點位移計錨頭[2]組成部分包括中軸桿、外桿、傳力桿件，轉動中軸管使彈簧管收縮，與其相連的傳力桿件將錨固刃刀伸出，從而切入鉆孔孔壁土體中。刃刀式位移計錨頭通過刃刀與土體連接，錨固效果較穩定，但刃刀切入軟土地質后若錨固周期較長可能對土體產生附加的破壞，從而影響錨固效果，則刃刀式多點位移計錨頭不適用于周期較長的分期沉降監測。

1.3 葉片式

葉片式位移計錨頭應用最為普遍，構造也相對簡單，主要包括彈簧伸縮式和折疊伸縮式兩種，葉片式位移計錨頭相比注漿式操作更簡便，相比刃刀式對土體的破壞更小，且隨時間推移錨固效果不會發生太大變化。

彈簧伸縮式葉片位移計錨頭工作原理為利用彈簧帶動葉片式錨抓，利用其瞬間釋放的彈性能量切入軟土完成錨固，使錨爪與孔壁的接觸更為緊密，可適用于軟土地層不同孔徑的錨固。

折疊伸縮式葉片位移計錨頭[3]由壁筒、底部框架和折疊葉片組成，折疊葉片和壁筒之間通過轉動軸和齒輪進行連接，與彈簧式伸縮相比，折疊葉片式位移計錨頭需要施加更大的應力作用使葉片進入到土體中，采用齒輪構造可以控制折疊葉片切入土體的速度，操作更為靈活。

1.4 充氣膨脹式

充氣膨脹式多點位移計錨頭[4]由充氣膨脹式錨固頭、中空中心管以及高壓充氣管組成，充氣膨脹錨固頭的外面設有橢圓形葉片式錨抓，中空中心管深入充氣膨脹式錨固頭內部，充氣管的一端與地面高壓充氣裝置連接，另一端穿透中空中心管深入充氣膨脹式錨固頭內的氣囊內部。當氣囊未充氣時，橢圓形葉片式錨抓收攏，使該錨頭方便進入鉆孔內，在到達監測深度后對氣囊進行充氣，橢圓形葉片式錨抓在孔內迅速同步展開并緊貼軟土地層而完成錨固。

充氣膨脹式位移計錨頭構造相對復雜，易損壞，不適用于地形環境較差的土層，對強度較低的粘性土錨固效果較好。

2 位移計錨頭應用現狀

在軟土地區，由于土質較松散，壓縮性較大，極易擾動發生沉降，在基坑工程沉降監測時，目前主要的監測方法是以監測磁環、沉降標體和傳統鉆孔位移計錨頭為主，在監測時都會對原本軟弱的土體結構造成破壞，且錨固效果不佳，監測結果精確度較差。

上海市地質調查研究院所在監測時采用監測工具為引測沉降標體[5]，其結構特征為下部的探頭與上部引測標桿連接而成，探頭由多個金屬片構成，未工作時金屬片呈聚合狀態，引測標桿至少包括兩端，為上細下粗寶塔型結構，在其外部安置金屬保護管，當探頭進入到土體所需監測深度時，探頭金屬片打開來錨固周圍土體，其上部標桿與金屬保護管內壁通過扶正器與金屬內壁滑動連接，則下部探頭隨土體的沉降會帶動上部引測標桿的下降，從而得到地面沉降以及分層沉降的監測數據。

與多點位移計錨頭相比，其缺陷在于：單個沉降標體只能對應某一深度的監測，一組分層沉降監測需對應不同深度分別鉆孔，且鉆孔間隔較近，各個鉆孔之間的變形會相互影響，引起整體地面的沉降；沉降標體上部引測標桿所連接的金屬保護管直徑較大，對周圍土壁有擾動影響；沉降標體在進入鉆孔之后，需要較長的穩定期使探頭和土體達到錨固效果，則較長的穩定期會對土體產生附加應力，使監測數據誤差較大。

目前市場上已有鉆孔多點位移計測點固定裝置主要有彈片式、倒楔式和液壓支撐式等幾種，多用于巖體，但由于其施加錨固力時對鉆孔孔壁土體擾動較大，破壞了軟土地區原本軟弱的土體結構，往往很難測得理想地層沉降數據，因此常采用一個孔測一個地層沉降量的方法進行測量，大大增加了工程造價，同時觀測點布置過多，也妨礙開挖支護施工工序，在觀測點的保護方面也造成了極大的困難。另外由于已有多點位移計錨頭自重較大，因此在軟土地區往往因自重作用會對測量結果產生影響。

倒楔式多點位移計錨頭包括孔口讀數裝置、孔內錨固裝置及人工操縱桿，錨固方式采用鋼片張開式，對于軟土地區，該方式無法有效施加錨固力，另外由于其錨頭與操縱桿分離在安裝和拆卸操縱桿時很容易使孔壁土體受到擾動，從而很難獲得軟土地區地層沉降的理想數據。

液壓支撐式多點位移計錨頭裝置包括一根排氣管，遠端錨頭和近端錨頭，適用于監測巖體變形的裝置，不適用于軟土地層的錨固及地層沉降的測量，且其注漿管、排氣管沒有伸縮的功能，也不是對稱或者均勻分布的。

3 結語

近年來隨著城市化的進展，地鐵隧道等工程的建設越來越多，綜合型交通樞紐工程施工時相互影響，周邊環境更為復雜，采用可以減少對周邊土體擾動的位移計錨頭技術對工程施工安全具有重要意義，本文介紹的多點位移計錨頭對比目前常用磁環、沉降標體監測技術有許多實質改進，但要在工程中得到真正應用仍需根據具體的周邊環境設計相對應的檢測工具。開發新的位移計錨頭監測技術具有廣闊的應用前景，隨著科技的發展，更多新的技術創新也會應用于基坑工程實踐中，不斷促進基坑工程監測技術的進步，對基坑工程、隧道工程等施工具有重要意義。

[1] 趙曉光,陳國棟，張佳齊.上海某大型深基坑開挖監測實例[J].低溫建筑技術，2016(9):108-111.

[2] 王建秀,劉笑天,姜韻驊，等.一種刃刀切入式軟土多點位移計錨頭[P].中國.C.CN201210509449.1，2014-06-11.

[3] 王建秀,高 峰,門 龍，等.一種用于軟土地層的伸縮臂式多點位移計錨頭[P].中國.C.CN201410705835.7，2015-04-08.

[4] 王建秀,鄒寶平,周小博，等.一種用于軟土地層的充氣膨脹式位移計錨頭[P].中國.C.CN201210546680.8，2014-06-18.

[5] 顧為棟,萬貴富,蔣家正.一種監測地面沉降的引測標體[P].中國.CN01239455.6，2002-02-06.

Inquiry on the application of anchor-head technology in layered settlement monitoring

Men Long Gao Feng Wu Linbo

(TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

According to multi-point displacement-meter anchor-head structure methods, starting from aspects of grouting methods, blade knife style, leaf style and inflated style, the paper introduces different displacement meter anchor head composition and merits and defects, analyzes the application status of displacement meter anchor head technology in layered settlement monitoring, and finally points out that: multi-point displacement meter anchor-head design rationality has great impact upon surrounding soft soil disturbance.

displacement-meter anchor-head, soft soil region, foundation engineering, settlement monitoring

1009-6825(2017)06-0091-02

2016-12-17

門 龍(1990- )，男，在讀碩士; 高 峰(1992- )，男，在讀碩士; 吳林波(1988- )，男，在讀博士

TU441.6

A