測斜儀在大型堆料場區域深層水平位移中的應用

張康財，任 軍，楊 靜 ，周運濤 （.中電建安徽長九新材料股份有限公司，池州 4700；.中國水利水電第八工程局有限公司，長沙 40000）

測斜儀是一種測定地基不同深度的水平位移監測儀器，前期需要進行鉆孔安裝測斜管，利用管壁供儀器上下移動 。儀器可以在上下移動過程中，對巖體內部進行位移監測，常被利用于勘察監測中。在多年的發展過程中，測斜儀由傳統紙質記錄模式逐漸發展到全數字模式，在精度上也大大提升。儀器設備精度滿足要求，但在技術應用過程中不能完全滿足技術要求。在整個測斜監測過程中，每一個環節都至關重要，可能會影響監測精度。

測斜儀位移監測國內最早應用于邊坡，20 世紀 90 年代后，隨著巖土工程飛速發展，城市化的發展，公路于隧道工程普遍展開，公路兩旁的邊坡監測至關重要，確保行車安全。因此，測斜儀被大量應用于滑坡和邊坡上。其中，大地運動以及邊坡施工都會使巖體造成破壞，導致巖體不穩，使得土體發生側向運動。測斜儀用來監測軟土地基水平位移，給施工帶來預判，保證了安全施工。

1 測斜儀監測過程

1.1 工作原理

本次測斜監測使用的儀器為 SZDQ-E500 型測斜儀，整套儀器由讀數儀、專用電纜、活動探頭、數據通訊處理軟件等部分組成。

活動式測斜儀附有導輪，可以沿著預先埋設好的測斜管壁上下移動。移動到不同深度時，儀器內部傳感器可以感觸到當前位置的傾斜角度，輸出一個電壓信號，最后將電壓信號傳遞到讀數面板上。測斜儀測出的電壓信號是以測斜導管導槽為方向基準，在某深度處，測斜儀上下導輪標準間距的正弦函數換算成水平位移。探頭兩對導輪間距 500 mm，以兩對導輪之間的間距為一個測段。每一測段上、下導輪間相對水平偏差量可通過下式計算得到。

1.2 測斜管安裝

測斜管安裝需要注意一些事項，也要采取一些措施減小安裝過程中帶來的誤差。安裝完成后，需要采取一定的保護措施，避免后期遭到破壞。

（1）測斜管有一定的標準尺寸，在每一根測斜管連接過程中連接部位需要連接后在密封，在測斜管的最底部需要有保護蓋，阻止深部淤泥進入測斜管內。安裝完成后需對測斜管頂部配備保護蓋，防止上部灰塵以及其他砂石落入，導致管口堵塞。

（2）測斜管放入鉆孔以后，測斜管外壁與鉆孔的外壁需要選擇合適的填充物，一般可以選擇小導管注入混凝土漿液或者細沙。填充以后，需要等填充物與周圍巖體穩定以后進行監測取基準值。

（3）測斜管的材質選擇也會影響到監測精度，不同材質扭矩不同，一般情況選擇塑料管。在第一次安裝時，為了保證測斜管安裝符合扭矩的要求，用扭矩儀對測斜管進行修正，減小導槽扭轉帶了的不利影響。

1.3 測斜儀監測

為了保證測斜管埋設質量以便獲得可靠的監測數據和保證監測精度，初始監測應在測斜管埋設穩定后及時進行。一般連續 3 次監測結果的平均值作為初始監測值，堆料場運行后開始正式監測工作。

每次監測前應檢查儀器密封裝置和電池電量。將測頭高輪方向對準預測位移方向，等測頭緩緩沉入管底后，使測頭電壓穩定后進行測讀。依次從管底測出各測段的水平分量至管頂，該方向測值標記為 X＋，將傳感器旋轉 180° 放入管內，重復讀數，第二次測值標記為 X－，測讀完畢后即完成1 個測回的觀測，根據各深度處水平位移偏量的變化即可求出該深度處的水平位移。若發現兩次數值差異較大或有疑義應及時分析原因，必要時重測。本次監測以 1 m 為一個測段。水平位移監測位移方向規定為：左側往北為“＋”,往南為“－”；右側往北為“－”，往南為“＋”。

2 工程實例

2.1 工程概況

長九礦石碼頭一期工程位于安徽省池州市牛頭山港區，海螺三期碼頭平臺下游 263 m處，占用岸線 975 m。礦石碼頭工程區主要陸域場地布置在長江大堤與其南面 318 國道之間的狹長帶狀平緩地帶，堤內陸域場地水塘較多。布置場地長約 830 m，寬約 380 m。礦石碼頭工程區主要陸域場地內布置有混合料堆場、篩洗分級車間、成品骨料堆場、生產廢水處理系統、供水系統及配套工程等設施組成。

2.2 監測目的

碼頭區陸域場地布置在長江大堤與其南面 318 國道之間的狹長帶狀平緩地帶，堤內陸域場地水塘較多，場地基本回填形成，地基穩定性較差。在物流廊道試運行期間，陸域堆場部分地基發生了較大的變形。因此，為了確保陸域堆場構筑物安全穩定的運行，了解碼頭區成品料堆場和混合料堆場地基土體的變形情況，及時評估其安全性，需對堆場地基土體進行變形監測。主要是通過儀器監測和巡視檢查來了解和掌握建筑物的工作狀態，以便綜合分析在堆料過程中對陸域堆場的影響，通過科學的監測手段，根據監測資料對影響性態進行分析，確保構筑物的正常運行。

2.3 監測結果及分析

本次監測設計是由中南勘測設計研究院有限公司通過現場勘查以及地質勘探等相關研究，最終確定監測方案。其中，碼頭成品料堆場安裝測斜管安裝 26 個，混合料堆場安裝埋設測斜管 18 個，孔間隔為 100 m。通過一段時間的監測數據資料整理發現，其中混合料堆場 IN1-6、IN6、IN1-8和 IN8 總共 4 個測斜孔的位移相對其它孔位移較大。因此，本文選取以上 4 個測斜孔監測數據進行分析。

從 2019 年 7 月 28 日到 2019 年 8 月 27 日之間，共監測 16 次并采集相應數據，表 1 給出了各測斜孔的最大累計水平位移量及相應深度。

表1 各測點的最大累計位移量及相應深度

（1）IN1-6 測斜孔位移—深度曲線如圖 1 所示，由圖 1 可知，該孔位 A 方向（垂直堆場中軸線方向）影響最深處達 22 m。其中 3～7 m 深處影響最明顯，累計位移在1.3～78.8 mm 之間，最大累計位移在 3 m 深處，日位移速率達到 2.58 mm/d，分析其產生原因為堆料過程中地基土體壓力持續增加，深層淤泥變形引起。從整個月的深層位移曲線來看，位移累計變化存在兩個轉折點，第 1 個大的轉折點在深度為 15 m 處，第二個小的轉折點是深度為 10 m 處，這也和地質資料顯示的地下 10 m 和 15 m 處的粉質黏土與淤泥相吻合。

圖1 混合料堆場 IN1-6 垂直中軸線向(A 向)測斜孔位移-深度曲線

（2）IN6測斜孔位移—深度曲線如圖 2 所示，由圖 2 可知，該孔位 A 方向（垂直堆場中軸線方向）影響最深處達22 m。其中 5～10 m 深處影響最明顯，在 9 m 深處累計位移達到 89.9 mm，日位移速率為 3.26 mm/d。從整個月的深度位移曲線來看，該曲線呈指數增長，達到一定范圍趨于穩定。

圖2 混合料堆場 IN6 垂直中軸線向(A 向)測斜孔位移-深度曲線

（3）IN1-8 測斜孔位移—深度曲線如圖3所示，由圖可知，該孔位 A 方向（垂直堆場中軸線方向）影響最深處達28 m。其中10～15 m 深處影響最明顯，但累計位移最大在深度為 4 m 處，該深度位移曲線與其他曲線存在一定的離散性，且較大，主要分布在深度 15 m 以上，同時深度 15 m處也是整體深度位移曲線的轉點，也論證了此處是地層變化的分界處。

圖3 混合料堆場 IN1-8 垂直中軸線向(A 向)測斜孔位移-深度曲線

（4）IN8 測斜孔位移—深度曲線如圖 4 所示，由圖 4可知，該孔位 A 方向（垂直堆場中軸線方向）影響最深處達28 m。其中 2～5 m 深處最明顯，累計位移最大在 2 m 處，累計位移達到 70.4 mm，日位移速率為 2.01 mm。

圖4 混合料堆場 IN8 垂直中軸線向(A 向)測斜孔位移-深度曲線

綜合以上分析，碼頭區混合料堆場地基初期變形較大，在進行地基加固處理后，土體相對穩定，堆場負載較小的情況下，地基趨于穩定。后續加載過程中，無明顯滑移面出現。地基變形多表現為彈性變形或者局部的蠕變（淤泥受力變形），地基土體未發現滑移面；目前所顯示的變形量是由堆場運行堆放砂石料引起的，深層巖體比較穩定。

3 結 語

依據相關規范并結合具體工程實例進行深入分析可知，測斜儀適用于地基深層水平位移監測，可以滿足較高的精度要求，同時得出以下結論：

（1）測斜儀在進行軟土地基深層水平位移應用中優點主要體現在靈敏度很高，能夠準確監測地基深層水平位移，而且可以根據監測區域選擇適宜的測斜儀型號。但是在量程小，變形太大的區域，測斜儀將很難獲得準確的數據，在一定程度上會失效，且滑動式測斜儀不能實現數據采集自動化。

（2）通過多期數據采集、數據處理與分析、測斜儀對地基深層水平位移監測，精度與現場環境有密切的關系，為了防止外界因素的影響，應隨時注意周邊環境，避免重載擾動影響監測結果。