Z型或u型截面钢板桩侧向土压力监测方法
【专利摘要】本发明涉及Z型或U型截面钢板桩侧向土压力监测方法：1)改造常规的振弦式总土压力计；2)沿钢板桩深度方向在需要监测的位置切割尺寸大小与应力传感器大小近似的小孔；3)将土压力计安装在钢板桩内部并保持其表面与钢板桩表面一致；4)通过保护钢片将土压力计固定在钢板桩上面；5)安装保护导线和传感器的三角形槽钢并进行防水处理；6)将所有导线端头固定在保护盒内。本发明可以有效监测由于钢板桩Z型或U型截面所造成的拱效应，避免由于监测仪器和钢板桩之间由于刚度差异、仪器的松动及导线破损等原因而导致所监测到的土压力监测不准确，对掌握钢板桩侧向土压力的发展及控制相应的钢板桩变形发展具有重要意义。
【专利说明】Z型或U型截面钢板粧侧向土压力监测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种侧向土压力监测方法，尤其是涉及一种Z型或U型截面钢板桩侧 向土压力监测方法。
【背景技术】
[0002] 传统的钢板桩围护结构侧向土压力监测方法主要有：（1)把土压力计贴在钢板桩 表面然后打入土层中；(2)在钢板桩打入土层中后在靠近钢板桩的位置沿深度方向钻孔然 后埋设土压力计。第一种监测方法虽然简单易操作，但是在钢板桩打入土层过程中土压力 计极其容易遭到破坏，并且由于土压力计贴在钢板桩表面不可避免导致凹凸效应，因此所 测结果并不准确。第二种监测方法虽然可以避免土压力计在打桩过程中遭到破坏，但是其 监测到的土压力并非真正作用在钢板桩上的土压力，其结果并不真实可靠。其次，目前国内 所用的土压力传感器多属于钢弦式或电阻式，精度较差，其所测到土压力为一个孤立的点 而非一个面，因此并不能真实地反映作用在围护结构上的土压力发展情况。最后，这些传统 的监测方法并不能考虑由于钢板桩Z型或U型截面所造成的"拱效应"对土压力发展的影 响。以上这些因素造成设计、施工或研究人员很难掌握钢板桩侧向土压力真实发展情况，从 而导致预测钢板桩变形发展的困难，造成不必要的浪费或带来不必要的损失。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种监测结果更加 准确、使用寿命更长的Z型或U型截面钢板桩侧向土压力监测方法。
[0004] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0005] Z型或U型截面钢板桩侧向土压力监测方法，采用以下步骤：
[0006] 1)改造常规的振弦式总土压力计；
[0007] 2)沿钢板桩深度方向在需要监测的位置切割尺寸大小与应力传感器大小近似的 小孔；
[0008] 3)将土压力计安装在钢板桩内部并保持其表面与钢板桩表面一致；
[0009] 4)通过保护钢片将土压力计固定在钢板桩上面；
[0010] 5)安装保护导线和传感器的三角形槽钢并进行防水处理；
[0011] 6)将所有导线端头固定在保护盒内，即可以对Z型或U型截面钢板桩侧向土压力 进行监测。
[0012] 步骤1)对常规的振弦式总土压力计进行改造，控制压力计上的应力计片的厚度 和刚度与待监测的钢板桩一致，并且在应力计片的背面焊接一个保护钢片，其作用在于当 应力计片放进钢板桩上面的切口后，其背后的保护钢片可以被焊接在钢板桩背面，从而对 应力计片起到固定和保护作用。
[0013] 步骤2)是在把钢板桩打入土层前，在预先选定的监测位置切割小孔，其形状与使 用的应力计片一致，其尺寸比要使用的应力计片稍大，以避免把钢板桩压入土层过程中应 力计片承受轴向压力作用而遭到破坏。
[0014] 步骤3)中土压力计的应力计片与钢板桩之间的空隙用柔韧性材料填充密实。 [0015] 步骤5)是在应力计片的背面沿深度方向安置一条三角形槽钢，并将沿同一深度 方向布置的应力计片的读数导线和传感器安置在三角形槽钢中，从而避免在施工过程中传 感器和导线被破环。
[0016] 所述的三角形槽钢的底部用三角形钢片焊接密封，顶部用泡沫状具有防水功能的 填充剂进行密封。
[0017] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：
[0018] 1)改造的土压力计所测的土压力为一个面，而非一个单独的点，因此所测到的土 压力更准确，更科学；
[0019] 2)由于应力计片安装在钢板桩中，且其刚度与厚度与钢板桩一致，因此有效避免 了由于仪器凸出或凹进或施工过程中仪器与围护结构变形不一致所带来的凹凸效应；
[0020] 3)可有效监测由于Z型或U型横截面所造成的"拱效应"对侧向土压力的影响；
[0021] 4)应力计片背面的保护钢片可以紧密地把土压力计固定在钢板桩上面，防止应力 计片的松动或脱落；
[0022] 5)三角形槽钢对传感器和导线起到很好的保护作用，可有效避免施工或监测过 程中导线和传感器遭到意外破坏；
[0023] 6)设置于地面的保护盒对仪器的裸露在外的导应力线起到很好保护作用，可有效 避免由于气候或意外情况对导线端头的损坏。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 图1为改造后的振弦式总土压力计王视结构不意图；
[0025] 图2为改造后的振弦式总土压力计俯视结构示意图；
[0026] 图3为改造后的振弦式总土压力计使用时的结构示意图；
[0027] 图4为对土压力进行监测时的示意图；
[0028] 图5为图4中细节1的局部放大图；
[0029] 图6为图4中细节2的局部放大图。
[0030] 图中，1为应力计片、2为传感器、3为导线、4为钢板桩、5为保护钢片、6为三角形 槽钢。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0032] 实施例
[0033] Z型或U型截面钢板桩侧向土压力监测方法，监测时如图4至6所示，采用以下步 骤：
[0034] 1)改造常规的振弦式总土压力计，如图1至3所示，压力计主要由应力计片1、传 感器2以及导线3组成，改造时控制压力计上的应力计片1的厚度和刚度与待监测的钢板 桩一致，并且在应力计片的背面焊接一个保护钢片，其作用在于当应力计片放进钢板桩上 面的切口后，其背后的保护钢片可以被焊接在钢板桩背面，从而对应力计片起到固定和保 护作用；
[0035] 2)在把钢板桩4打入土层前，在预先选定的监测位置切割小孔，其形状与使用的 应力计片一致，其尺寸比要使用的应力计片稍大，以避免把钢板桩压入土层过程中应力计 片承受轴向压力作用而遭到破坏；
[0036] 3)将土压力计安装在钢板桩4内部并保持其表面与钢板桩4的表面一致，土压力 计的应力计片1与钢板桩4之间的空隙用柔韧性材料填充密实；
[0037] 4)通过保护钢片5将土压力计固定在钢板桩4上面；
[0038] 5)安装保护导线和传感器的三角形槽钢6并进行防水处理，应力计片1的背面沿 深度方向安置一条三角形槽钢6,并将沿同一深度方向布置的应力计片的读数导线和传感 器安置在三角形槽钢6中，从而避免在施工过程中传感器和导线被破环，三角形槽钢6的底 部用三角形钢片焊接密封，顶部用泡沫状具有防水功能的填充剂进行密封；
[0039] 6)将所有导线端头固定在保护盒内，即可以对Z型或U型截面钢板桩侧向土压力 进行监测。
[0040] 作为一种常见的柔性支挡结构，钢板桩能承受较大变形，并且在施工过程中不需 要降水措施，因而适用于地下水位较高或承载力较差的场地。鉴于这些优点，钢板桩（Sheet Pile Walls)被普遍应用于基坑开挖、海岸工程、港口工程和交通工程中。钢板桩设计理论 往往基于土压力或弯矩平衡，因此一定量的现场土压力监测数据有助于设计、施工和科研 人员改善和提高相关钢板桩设计施工水平。由于传统的监测方法导致监测仪器在钢板桩入 土和施工过程中极易遭到破坏且传统的土压力传感器精度不高，到目前为止，只有非常有 限的室内或现场监测数据是有关基坑开挖过程中作用在有支撑或锚杆复合钢板桩上的土 压力分布情况，并且这些监测并非直接测量作用在钢板桩上的土压力，而是监测支撑或锚 杆的内力。由于现场实测数据的缺乏，从而导致钢板桩设计施工困难并且难以对钢板桩在 施工过程中的变形发展做出可靠的预测。
[0041] 随着科学技术的进步和相关监测仪器的不断创新，因此有可能对作用在钢板桩上 的侧向土压力进行准确地监测。对于方法一，不同于传统的土压力传感器，新的振弦式土压 力传感器所监测是一个相对较大的面积上的土压力情况而非一个孤立的点，因此所测到的 数据更为接近真实土压力发展情况。通过对土压力传感器的改造，使得传感器与钢板桩结 构在监测过程中融为一体，从而避免了由于仪器本身的凹凸或仪器和钢板桩结构变形不一 致而造成的土压力监测不准确。而位于土压力传感器背后的钢片可以有效地把土压力仪固 定在钢板桩中，避免其滑动或脱落。三角形槽钢的存在使得传感器和读数导线得到很好的 保护，在桩入土以及施工活动中不易遭到损坏。同时，密封的三角形槽钢使得导线和传感器 不会长期浸泡在水中，从而延长了监测仪器的使用寿命。
【权利要求】
1. Z型或U型截面钢板桩侧向土压力监测方法，其特征在于，该方法采用以下步骤： 1) 改造常规的振弦式总土压力计； 2) 沿钢板桩深度方向在需要监测的位置切割尺寸大小与应力传感器大小近似的小 孔； 3) 将土压力计安装在钢板桩内部并保持其表面与钢板桩表面一致； 4) 通过保护钢片将土压力计固定在钢板桩上面； 5) 安装保护导线和传感器的三角形槽钢并进行防水处理； 6) 将所有导线端头固定在保护盒内，即可以对Z型或U型截面钢板桩侧向土压力进行 监测。
2. 根据权利要求1所述的Z型或U型截面钢板桩侧向土压力监测方法，其特征在于，步 骤1)对常规的振弦式总土压力计进行改造，控制压力计上的应力计片的厚度和刚度与待 监测的钢板桩一致，并且在应力计片的背面焊接一个保护钢片。
3. 根据权利要求1所述的Z型或U型截面钢板桩侧向土压力监测方法，其特征在于，步 骤2)是在把钢板桩打入土层前，在预先选定的监测位置切割小孔，其形状与使用的应力计 片一致,其尺寸比要使用的应力计片稍大。
4. 根据权利要求1所述的Z型或U型截面钢板桩侧向土压力监测方法，其特征在于，步 骤3)中土压力计的应力计片与钢板桩之间的空隙用柔韧性材料填充密实。
5. 根据权利要求1所述的Z型或U型截面钢板桩侧向土压力监测方法，其特征在于，步 骤5)是在应力计片的背面沿深度方向安置一条三角形槽钢，并将沿同一深度方向布置的 应力计片的读数导线和传感器安置在三角形槽钢中。
6. 根据权利要求1或5所述的Z型或U型截面钢板桩侧向土压力监测方法，其特征在 于，所述的三角形槽钢的底部用三角形钢片焊接密封，顶部用泡沫状具有防水功能的填充 剂进行密封。
【文档编号】E02D1/00GK104110021SQ201410325244
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年7月9日 优先权日:2014年7月9日
【发明者】谭勇, 蔡超君, 李想 申请人:同济大学