新型板桩码头超深地下连续墙土压力测试技术

・２８０・土工测试技术实践与发展新型板桩码头超深地下连续墙土压力测试技术蔡正银焦志斌王剑平李景林（南京水利科学研究院，南京２１００２４）摘要：仪器选型与埋设技术是地下连续墙±压力测试的核心。本文通过某板桩码头地下连续墙土压力测试工程实例，介绍了目前国内地下连续墙土压力测试的常用仪器与埋设技术，分析了测试过程中存在的问题，并提出了一种地下连续墙土压力测试仪器的埋设方法——气缸顶出法。工程实践表明，该法具有费用低、易操作、适用性广和可靠性强等优点，可以推广使用。关键词：板桩码头；地下连续墙；土压力测试；埋设方法１引言地下连续墙最早于２０世纪５０年代应用于欧洲，６０年代传到我国并应用于土石坝工程，作为防渗墙，后来又将其应用于深基坑支护工程。由于地下连续墙整体刚度大、防渗性能好，适用于地下水位以下的软黏土和砂土等多种地层条件和复杂的施工环境，因而在地下工程中得到了广泛应用。２０世纪９０年代，地下连续墙开始应用于板桩码头，并于１９９４年建造了３．５万ｔ级板桩码头，２００４年又开始兴建了７万ｔ级新型板桩码头——遮帘式板桩码头，墙体的深度接近４０１ＴＩ。与工程应用相比，地下连续墙结构的计算理论和测试技术还很不完善，尤其是超深地下连续墙土压力的测试技术研究还很落后。这主要是受监测仪器及其埋设安装技术的限制，常规的埋设方法不能满足地下连续墙土压力观测的要求，而国外采用的液压式顶出安装技术成本很高，无法在国内推广。本文结合某新型板桩码头地下连续墙土压力原型观测实例，介绍了一种新的土压力盒实用埋设方法——气缸顶出法，并对墙体静止状态下的土压力测试结果进行了分析，为超深地下连续墙结构设计提供了技术支撑。２常用观测仪器地下连续墙土压力的常用观测仪器为界面式或接触式土压力计，主要有一次膜型和二次膜型两种。一次膜型精度低，不能满足地下连续墙土压力的观测要求。双膜结构，分钢弦式和差动电阻式髓种［１］，见图１。双膜钢弦式土压力计主要为国外进口产品，国内尚无定型产品，仪器精度高，灵敏度高，耐久性好，信号可长距离传输，电缆要求较低，但价格昂贵。差动电阻式土压力计长期稳定性好，结构牢固，不受埋设深度的影响，无冻害问题，对传输距离要求较高。还有一种将单膜结构改装为双膜结构的土压力计，它是在单膜外增加一个油囊，精度和耐久性相对前面的两种仪器有差距，但是经济适用，可以满足工程需求。本工程选择的就是经过改装的仪器。３埋设技术界面式土压力计的埋设方法较多，主要是根据现场实际情况选取。但对于码头地下连续墙，由于墙体深度大，可达近４０ｍ，其埋设技术受到限制，目前国内常用的方法为“挂布法”‘３３；国外常用第四篇原位土工试验及测试技术・２８１・液压式顶出法；近几年国内也有采用活动支杆扩张法等…，取得了较满意的结果，但没有成型的技术，只在某个具体工程中得到了应用。本工程采用一种新的土压力计埋设方法——气缸顶出法。电缆盒件缆膜（ａ）钢弦式土压力计结构图ｌ（ｂ）差动电阻式土压力计界面式或接触式土压力计结构示意图３．１挂布法这是目前国内应用最广泛的界面式土压力计安装埋设方法，它是预先在挂布上按设计要求深度固定好土压力计，受压膜放在挂布处（对准土面）与挂布成平行状态，信号线放在挂布内并固定在挂布上，将挂布挂在钢筋笼的侧面。挂布可选用土工布，要求透水性能好，但不允许渗水泥浆，并且有足够的强度。下钢筋笼后利用混凝土浇注时的外挤力，将挂布及土压力计紧贴于墙侧土面。挂布法安装埋设工艺简单，费用低廉，但是影响测试结果的因素较多，无法保证土压力盒的埋设质量。影响挂布法的主要因素有：①土压力盒的受压面难以与墙面平行：由于地下连续墙成孔时槽壁难以做到光滑，局部还有塌孔存在，砂土层时尤为明显，土压力盒受压面的方向取决于槽壁接触面方向；②土压力盒难以紧贴墙壁：挂布法埋设的土压力盒在挤压移动过程中所受的外力为混凝土的外挤力，外挤力往往不足以将土压力盒推至槽壁，有可能致使土压力盒滞留于混凝土中；③挂布的安放问题：挂布在钢筋笼安装过程中也会因槽壁的阻力而改变土压力盒的位置与受压面的方向。３．２液压式顶出法Ｈ１液压式顶出法的安装需要专用的顶出式结构，见图２。结构支撑盘上开有一圆孔和螺栓孔，以固定压力计，并通过钢支撑连接到双向液压千斤顶的一端，支撑盘和反作用盘的上下两边被弯曲，以避免它们在墙体侧面受到约束，反作用盘固定到双向液压千斤顶的另一端。千斤顶牢固地固定到钢筋上，以使反作用盘不能向外移动。液压管和信号电缆以１ＩＴＩ的间隔绑扎在钢筋上。当钢筋笼放到合适的深度时，启动千斤顶，推动两个盘顶紧在墙体侧壁上，千斤顶的加载压力应大于千斤顶安装深度处的设计灌浆压力。保持千斤顶的压力，直到浇注结束至混凝土初凝。图２液压顶出式安装示意图液压式顶出法安装精度高，能保证仪器的垂直度，是一种理想的安装方法。但安装附属结构造价昂贵，一般工程难以接受，只能适用于大型重点工程的重点监测断面，限制了其推广应用。３．３气缸顶出法气缸顶出法只需要普通气缸及加压装置作为附件，气缸在市场上很容易采购，行程越大越好，一般需１５～２０ｃｍ，土压力计与气缸之问有一连杆相连。在钢筋笼制作过程中，在安装部位先焊接一块小钢板，将土压力计与气缸连好，通过法兰与小钢板相连，调整土压力计受力面的方向并固定，使受力・２８２・土工测试技术实践与发展面与钢筋笼的对应面平行。这样，受力面的方向取决于墙体的垂直度。连接压力管，并进行仪器和气缸性能测试，测试合格后分别进行通信电缆和压力管的绑扎，与钢筋接触部位需做保护套，有条件的可用钢管保护。钢筋笼安装好后，在地面通过气泵进行加压，通过气缸将土压力盒顶至侧壁，加压大小根据实际工程选取，加压过程中要进行压力观测，混凝土初凝后打开气阀排出气体。这种安装方法操作简单，费用低廉，所需附件采购方便，安装精度高，土压力计受力方向能保证与墙体垂直，且受力面能与土体紧密接触。实际工程应用中必须注意气缸量程的选择及压力管与信号电缆的保护。４工程应用北方某港口遮帘式板桩码头，地下连续墙深３２．７ＩＴＩ，遮帘桩深３６．２１ＴＩ，均采用现场浇注，钢筋笼一次吊装。地下连续墙与桩体土压力测量用的土压力计是将单膜结构的钢弦式土压力计外加一油囊改装而成，仪器埋设采用本文提出的气缸顶出法。仪器埋设稳定后（码头未开挖）沿桩身与墙身土压力的观测结果见图３。总压力（ｋＰａ）０１００２００３００４００５０００５０１００总压力ｆｋＰａ）１５０２００２５０３００３５０４００４５０５００—５－１０一一１５曼一一１５曼驰犍一２０１５｛【恒一２０一２５－３０—３５（ａ）沿桩身土压力分布（ｂ）沿墙身土压力分布图３桩与地下连续墙体静止侧压力分布圈图３中计算值采用水土分离方法计算而得，观测结果表明：①静止状态下墙（桩）身压力与理论计算值非常接近；②墙（桩）身的土压力大小随土层变化出现了明显的波动，这是由于土层土性变化引起的。５结语码头地下连续墙土压力的测试技术在我国才刚刚起步，原型观测作为工程设计的校核和安全施工的保障必不可少，土压力计的安装埋设技术及成本制约了原型测试技术的发展，应尽快找出适合我国国情的安装埋设方法。本文提出了一种简单而有效的方法，稍加改进后可进行推广使用。参考文献［１］二滩水电开发有限责任公司．岩土工程安全监测手册．北京：中国水利水电出版社，１９９９［２］徐至钧，赵锡宏．逆作法设计与施工．北京：机械工业出版社，２００２［３］陈作华，房彦梅，殷云萍．云州水库混凝土防渗墙观测仪器埋设新技术．北京水利，１９９５（３）：３３－－３５