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1、接触土压力观测问题的探讨 倡 詹金林 水伟厚 （上海现代建筑设计集团申元岩土工程有限公司 ，上海 ） 摘 要 ： 对土压力观测的设计及土压力计选型进行简介 ， 通过对受力明显的平板载荷试验和复杂桩筏基础载荷试 验的接触土压力观测分析 ， 并对不同类型土压力计进行观测结果对比分析 ， 总结出接触土压力观测存在的 一些问题 。 关键字 ： 接触土压力 ； 监测 ； 载荷试验 ； 土压力计 1 前 言 土压力通常认为是挡土构筑物周围土体介质传递给挡土构筑物的水平力 ， 也可认为是竖向荷 载在土体内部产生竖向土柱力 ， 它包括土体自重应力 、 附加应力和水压力等 ， 土压力大小直接决定 着挡土构筑物及
2、被挡土体的稳定和安全 。 现实中影响土压力的因素很多 ， 如土体介质的物理力学 性质及结构组成 ， 附加应力和地震力作用 ， 水位变化及波浪作用 ， 挡土构筑物的类型及施工工艺 ， 被 挡土体的回填工艺等 ， ， 。 这些影响因素给理论分析带来一定困难 ， 使得土压力的研究在土力学 地基基础学科中成为一个比较薄弱的课题 。 一般理论分析的土压力大小及沿深度分布规律难以准 确表达土压力实际情况 ， 计算和实测往往存在一定差距 ， 因此常常进行必要的原型观测来监测土压 力的分布规律 ， 指导现实工程设计与施工 。 通过以往众多的实践证明 ， 观测土中的土压力结果相对比较准确 ， 但观测土与构筑物的
3、接触土 压力效果尚不是十分理想 ， 往往难以反应地基土的真实受力情况 ， 本文根据两个土压力实例观测结 果 ， 揭示了接触土压力量测存在的一些问题 。 2 接触土压力观测 2 1 土压力观测设计 土压力观测设计前一般应收集下列资料 ： （）挡土构筑物类型及结构特点 ； （）场地周围地层特性及作用条件 ； （）附加荷载的大小及作用条件 ； （）施工荷载的大小及作用条件 ； （）与构筑物相关的回填及开挖工艺 ； （）地下水位变化 ； （）根据土性及理论计算选择合适的监测仪器 ； 2 2 土压力计的选择 土压力计选取应在量程与精度 、 稳定性 、 抗震和抗冲击性能 、 水密性等有严格要求 ， 应满足
4、相关 土工原位测试 倡作者简介 ： 詹金林（ ） ， 男 ， 硕士 ， 工程师 ， 从事基础工程与软基处理研究 、 设计工作 。 规范标准要求 。 现有土压力计的类型主要有钢弦式 、 差动电阻式 、光纤光栅式 、 分离式等众多品种 。 其中钢弦 式 、 差动电阻式历史较为悠久 ， 光纤光栅式 、 分离式为最近几年才出现新型产品 。 钢弦式土压力计应用最为广泛 ， 长期稳定性高 ， 对绝缘性要求较低 ， 抗干扰能力强 ， 受温度影响 小 ， 较适用土压力的长期观测要求 ， 在我国岩土工程中应用最为广泛 。 光纤光栅式土压力计具有可靠性好 ， 抗干扰能力强 ， 测量精度高 ， 抗电磁干扰 、 抗腐
5、蚀 、 能于恶 劣的化学环境 ， 使用寿命长等特点 ， 越来越被广泛应用 。 分离式土压力计为承压薄板与传感器分离的结构 ， 是按照土压力测试理论的要求而设计的 ， 能 大大降低土压计埋设位置上土应力集中的现象 ， 匹配特性好 ， 测点应力场畸变小 ， 保证了测量精度 ， 适合于土中应力的测定 。 由于等效弹性模量的提高 ， 能保证接触土压力的测量精度 ， 所以也适合于 接触土压力的测定 。 3 土压力观测实例分析 为使土压力实际观测具有可比性 ， 我们在同一地点通过两组土压力观测试验进行对比分析 。 为使观测结果简介明显 ， 我们做了一个平板载荷试验 ， 在载荷板下 cm 均匀埋设 个土压力
6、计 ， 受力简单明确 。 另一个试验是在桩筏基础的筏板（m m）下埋设 个土压力计 ， 观测大型堆 载试验过程中土压力的变化情况 。 3 1 平板载荷试验土压力观测 试验场地为人工回填的砂垫层 ， 回填的粉细砂掺 的 水泥 ， 分层碾压密实 ， 平均标贯击 数达 畅 击 ， 回填砂垫层厚度为 畅m 。 在荷载板放置前 ， 先对粉细砂载荷试坑进行找平 ， 人工小 心翼翼地在试坑中挖出埋设土压力计的小坑 ， 缓缓放入土压力计 ， 然后在仪器四周孔隙内填入粉细 砂 ， 找平后放置荷载板进行试验 。 为确保土压力计与载荷板底部的严密接触 ， 试验前预压一级半荷 载 ， 在载荷板下形成一个平整 、 密实
7、的承压层 。 本次静载试验在荷载板下 cm 内的砂垫层里均匀分部埋设了 个土压力计 ， 其中 个带沥 青囊的钢弦式土压力计 ， 个不带沥青囊的钢弦式土压力计 ， 一个进口的钢弦式土压力计 ， 土压力 计埋深位置见图 所示 。 载荷板尺寸为 畅m 畅m ， 试验加荷方法采用慢速维持荷载法 ， 每级荷 载为 kPa ， 加载至地基土破坏 。 在试验过程中对对土压力进行观测 。 图 1 土压力计埋深示意图 图 为各级荷载下实测土压力与理论土压力的对比曲线 ， 从图中可以看出 ， 带沥青囊的国产土 压力计实测结果要比不带沥青囊的土压力计离散性和测试结果小 。 但无论是国产土压力计 ， 还是 进口的土压
8、力计 ， 其实测的土压力均小于理论值 ， 在理论土压力为 kPa kPa 时 ， 带沥青囊的 土工测试新技术 第 届全国土工测试学术研讨会论文集 图 2 各级荷载下压力值 土压力计显示值仅 畅kPa 畅kPa ， 是理论土压力的 畅 。 可见对于接触土压力观测 ， 当附 加压力较小时 ， 观测结果不是很理想 ， 当上覆压力足够大时观测结果才比较明显 ， 并且实测观测值 同理论计算值还是存在一定差别 。 造成这种情况的原因可能跟土压力的率定有关 ， 因此监测土压 力时 ， 应在埋设条件相同的情况下进行率定 ， 比如对于本试验 ， 可现在砂垫层中埋设待标定的土压 力计 ， 通过施加上覆压力进行土压
9、力计率定 。 3 2 桩筏基础载荷试验的土压力观测 本桩筏基础试验地点紧邻前面的静载试验点 ， 地基土类型及地质情况与平板载荷试验相同 。 浇筑筏板前 ， 在场地埋设了 个土压力计 ， 埋设位置见图 所示 。 载荷试验最大加载吨位为 kN ， 加载配重采用压船铁 ， 加载区域位置位于图 中的阴影部分 。 筏板尺寸为 m m ， 筏板下设 根 PHC 桩 ， 具体位置见图 平面布置图 。 加 、 卸载及维持时间如表 所示 ， 表 中中墩为 组 ， 边墩为 组 ， 每级荷载单位为吨 ； 每级荷 载维持时间为 小时 ， 其中包括加载或卸载时间 ； 最高级荷载维持时间不少于 天 ， 之后连续 天数据无
10、变化则可以卸载 。 本次试验加载分级为 级 ， 即 kN 、 kN 、 kN ， 试验历时 天 ， 土压力测试频率为每天 次 。 表 1 加载 、 卸载级数和维持时间 阶段 第一级第二级第三级 中墩边墩维持中墩边墩维持中墩边墩维持 加载 + h 沣 潩h m d 阶段 第一级第二级第三级 中墩边墩维持中墩边墩维持中墩边墩维持 卸载 噰 *h 唵h 倡 m 创h 阶段 第四级第五级 中墩边墩维持中墩边墩维持 卸载 p 挝h 灋 Ah 倡 h 后如数据无变化可进行下一级卸载 图 为加荷阶段筏板下 个土压力计 个横向监测线的平均值在纵向剖面的发展变化实测 曲线 。 可以看出横向土压力中心略微有所偏移
11、 ， 但总的土压力值比较小 ， 基本在 kPa 以内 。 图 为加荷阶段筏板下 个土压力计 个横向监测线的平均值在纵向剖面的发展变化曲线 （依对称关系绘出 个点）。 各级加载分界明确 ， 随荷载增加 ， 中部桩顶反力的增幅超过边桩反力 ， 土工原位测试 图 3 土压力计埋深示意图 土反力呈钟形 。 以 畅m 为对称轴 ， 每边 畅m 范围的土压力较大 ， 畅m 范围以外基本为零 。 实 测反映的土压力数值较小 ， 在 kPa 以内 。 图 为加荷阶段筏板下 个土压力计在 个横向监测线的平均值随时间的发展变化曲线 。 每级荷载作用下的土反力变化明显 ， 各级加载分界明确 。 随荷载增加 ， 土反
12、力有上下被动和调整现 象 ， 中部荷载较大 ， 土压力也得到较大发挥 ， 筏板边缘的 轴线土压力基本未发挥 。 本次加载量 共 kN ， 扣除根据观测所得的总桩基承载力 ， 筏板产生的平均附加应力 畅kPa ， 而土压力所 反映的土压力反力不到理论值的 ， 实测土压力值差别还是很大 。 4 结 论 根据本文所述的两个实测载荷试验土压力计观测结果分析 ， 可初步得出以下结论 ： （）即使在受力边界十分明显的条件下 ， 接触土压力的监测不是十分理想 ， 监测值常远远小于 理论计算值 。 因此土压力计率定最好在相同土质条件下进行率定 ， 减小实测误差 。 （）带沥青囊的钢弦式土压力计实测结果要比不带
13、沥青囊的钢弦式土压力计离散性小 ， 但测试 土工测试新技术 第 届全国土工测试学术研讨会论文集 ( m ) 图 4 各级荷载下压力值 图 5 各级荷载下压力值 图 6 土压力随时间的变化曲线 效果不如不带沥青囊的钢弦式土压力计 。 （）对于受力比较复杂的桩筏基础 ， 筏板底部接触土压力观测值和实际情况还是存在很大 土工原位测试 差异 。 （）对边界处接触土压力的观测尚需新的改进埋设工艺和研究更加精确的土压力观测仪器 。 参考文献 林宗元主编 岩土工程试验监测手册 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 夏才初 ， 李永盛 地下工程测试理论与监测技术 上海 ： 同济大学出版社 ， 钱家欢 ， 殷宗泽主编 土工原理与计算 北京 ： 中国水利水电出版社 ， 土工测试新技术 第 届全国土工测试学术研讨会论文集
