朱克亮， 邵先鋒

(國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司建設(shè)分公司, 湖北合肥 230022)

1 概述

分層沉降觀測(cè)是測(cè)定土體內(nèi)部各分層土的沉降量、沉降速率以及壓縮層厚度的有效方法，通?？刹捎梅謱映两祪x(分層沉降計(jì))對(duì)土體進(jìn)行分層沉降觀測(cè)[1-2]。分層沉降儀的測(cè)量系統(tǒng)主要由對(duì)磁性材料敏感的探頭、帶刻度的標(biāo)尺、電感探測(cè)裝置以及埋設(shè)于土層中的沉降磁環(huán)和沉降管組成。其中，沉降管一般由柔性塑料管制成，沉降管外每隔一定距離套設(shè)一個(gè)沉降磁環(huán)，地層沉降時(shí)帶動(dòng)沉降磁環(huán)同步下沉。當(dāng)探頭從鉆孔中緩慢下放遇到預(yù)埋在鉆孔中的沉降磁環(huán)時(shí)，電感探測(cè)裝置上的蜂鳴器就會(huì)發(fā)出叫聲，這時(shí)根據(jù)標(biāo)尺在孔口的刻度，就可以計(jì)算沉降磁環(huán)所在位置與孔口的距離。通過(guò)對(duì)比隨時(shí)間變化各沉降磁環(huán)所在位置的變化，得出各地層隨時(shí)間的位移變化情況。

安裝沉降磁環(huán)時(shí)，首先需要鉆孔，鉆孔完成后一般需要對(duì)孔底進(jìn)行清洗，將套接有沉降磁環(huán)的沉降管放入鉆孔中，沉降管可逐節(jié)連接至略深于預(yù)設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的深度處，沉降磁環(huán)一般置于地層分界處，利用紙線(xiàn)將沉降磁環(huán)固定在沉降管上，待紙線(xiàn)在鉆孔中遇水后崩斷，沉降磁環(huán)的錨固鐵片彈開(kāi)嵌入土體中后，用中粗砂填充沉降管外壁與鉆孔內(nèi)壁的間隙，然后固定沉降管管口，沉降磁環(huán)安裝即可完成，后續(xù)可基于各沉降磁環(huán)進(jìn)行分層沉降觀測(cè)[3-4]。

沉降磁環(huán)是沉降測(cè)量系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件，外殼注塑成形，內(nèi)安裝磁性材料，與沉降儀的探頭性能相配合。常見(jiàn)的沉降磁環(huán)如圖1所示，其外殼體積固定，整體密度為定值，在后續(xù)使用過(guò)程中起總體密度無(wú)法發(fā)生改變。而分層沉降儀使用的環(huán)境千變?nèi)f化，不同工程中沉降磁環(huán)周邊土體的密度差別較大。如在灘涂圍填工程中，土體通常為強(qiáng)度低、含水量大、滲透性差以及壓縮性高的淤泥和淤泥質(zhì)粘土，土體密度較小，沉降磁環(huán)埋設(shè)在該環(huán)境中進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)時(shí)，沉降磁環(huán)的密度往往大于周邊土體的密度，即土體未發(fā)生沉降時(shí)沉降磁環(huán)也能由于自重而發(fā)生下沉，進(jìn)而引起監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確；而在一些低水位的高填方工程中，填土密度往往大于沉降磁環(huán)的密度，沉降磁環(huán)的下沉與土體的下沉往往不同步。可見(jiàn)，傳統(tǒng)沉降磁環(huán)總體密度固定不變的設(shè)計(jì)方法，難以有效適應(yīng)各類(lèi)場(chǎng)地環(huán)境，有可能導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存在一定的誤差[5- 6]。

圖1 常用沉降環(huán)實(shí)物

可見(jiàn)，有必要發(fā)展一種總密度可按需調(diào)整的分層沉降磁環(huán)。

2 總密度可按需調(diào)整的沉降磁環(huán)

本文擬提供一種總密度可按需調(diào)整的分層沉降磁環(huán)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、組裝方便，可按需調(diào)整沉降磁環(huán)的總體密度，以便適應(yīng)各類(lèi)場(chǎng)地環(huán)境。

一種總密度可按需調(diào)整的分層沉降磁環(huán)(圖2～圖5)，包括剛性外殼與彈性外殼；剛性外殼呈軸對(duì)稱(chēng)狀態(tài)，中部設(shè)圓柱形孔洞供沉降管穿越，剛性外殼上均勻、對(duì)稱(chēng)的設(shè)置多個(gè)錨固鐵片，磁性材料安裝在剛性外殼的內(nèi)部；剛性外殼沿外側(cè)環(huán)向設(shè)置環(huán)狀凹槽，彈性外殼能正好嵌入該環(huán)狀凹槽內(nèi)；彈性外殼由彈性材料制成，內(nèi)部中空，彈性外殼上設(shè)置一個(gè)可打開(kāi)與封閉的連接口，通過(guò)連接口可向彈性外殼的內(nèi)部填入不同密度的散體材料；彈性外殼通過(guò)張拉發(fā)生彈性變形可套入剛性外殼的環(huán)狀凹槽內(nèi)、或從剛性外殼的環(huán)狀凹槽內(nèi)取出；彈性外殼嵌入剛性外殼的環(huán)狀凹槽后，在沉降監(jiān)測(cè)工作過(guò)程中彈性外殼無(wú)法從剛性外殼上自行脫落。

圖2 新型沉降環(huán)三維結(jié)構(gòu)示意

圖3 沉降環(huán)的剛性外殼結(jié)構(gòu)示意

圖4 沉降環(huán)的彈性外殼結(jié)構(gòu)示意

圖5 沉降環(huán)剖面

彈性外殼嵌入剛性外殼的凹槽后，彈性外殼與剛性外殼之間相互接觸緊密，整體外輪廓呈連續(xù)、渾圓分布狀，彈性外殼與剛性外殼之間無(wú)明顯間隙。彈性外殼內(nèi)按需裝入不同重量的散體材料后，可使各沉降磁環(huán)的總體密度與其工作狀態(tài)時(shí)周邊土體的密度相等。

彈性外殼內(nèi)按需裝入不同重量的散體材料后，可使各沉降磁環(huán)的總體密度與其工作狀態(tài)時(shí)周邊土體的密度相等。彈性外殼內(nèi)部中空，基于連接口可向彈性外殼內(nèi)部填充物質(zhì)，且填入物質(zhì)后基于連接口可進(jìn)行固定與封口，使彈性外殼內(nèi)部的物質(zhì)不會(huì)外溢。如果沉降磁環(huán)的總體密度較大，可向彈性外殼內(nèi)部裝入密度較大的鐵砂顆粒；如果沉降磁環(huán)的總體密度適中，可向彈性外殼內(nèi)部裝入砂礫、沙土等；如果沉降磁環(huán)的總體密度較小，可向彈性外殼內(nèi)部裝入水、黏土等?？傊梢詤⒄展ぷ鳝h(huán)境中沉降磁環(huán)周邊土體的密度，設(shè)計(jì)并配置使沉降磁環(huán)的總體密度與其周邊的土體密度相等。

進(jìn)一步地，同一鉆孔中不同位置處的土體密度也不盡相同，因此，可逐個(gè)配置各沉降磁環(huán)的總體密度，使各沉降磁環(huán)的總體密度與其工作位置處的土體密度相等。即可實(shí)現(xiàn)同一套管上的各個(gè)沉降磁環(huán)的密度互不相同，這是傳統(tǒng)沉降磁環(huán)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。沉降磁環(huán)的總體密度與其工作狀態(tài)時(shí)周邊土體的密度相等，消除了沉降磁環(huán)與周邊土體重度不一致對(duì)沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的影響，提高了分層沉降的觀測(cè)精度。

通過(guò)張拉彈性外殼發(fā)生彈性變形可使其方便的套入剛性外殼或從剛性外殼上取出，便于獨(dú)立的向彈性外殼內(nèi)填充物質(zhì)，也便于工作結(jié)束后清洗各部件，操作方便，效率高。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，該沉降環(huán)的優(yōu)點(diǎn)為：(1)沉降磁環(huán)的密度可按需調(diào)整，基于連接口向彈性外殼內(nèi)按需裝入不同重量的散體材料后，可使沉降磁環(huán)的總體密度與其工作狀態(tài)時(shí)周邊土體的密度相等，消除了沉降磁環(huán)與周邊土體重度不一致對(duì)沉降監(jiān)測(cè)的影響，提高了分層沉降的觀測(cè)精度。(2)通過(guò)張拉彈性外殼發(fā)生彈性變形可使其方便的套入剛性外殼或從剛性外殼上取出，便于獨(dú)立的向彈性外殼內(nèi)填充物質(zhì)，也便于工作結(jié)束后清洗各部件，操作方便，效率高。

3 結(jié)論

文章提出了一種總密度可按需調(diào)整的分層沉降磁環(huán)，包括剛性外殼與彈性外殼，向彈性外殼的內(nèi)部填入不同密度的散體材料，可使沉降磁環(huán)的總體密度與其工作狀態(tài)時(shí)周邊土體的密度相等，消除了沉降磁環(huán)與周邊土體重度不一致對(duì)沉降監(jiān)測(cè)的影響，提高了分層沉降的觀測(cè)精度。