基坑的安全监测方法与技术

南京葛南实业有限公司

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主要监测的物理量 1. 垂直位移测量 2. 水平位移测量

3. 倾斜测量 4. 裂缝观测

5. 深层水平位移 6. 围护体系内力

7. 孔隙水压力 8. 土压力

9. 地下水位

1. 垂直位移的测量

1.1 测量方法

精密水准测量、全站仪（三角高程测量）、液体静力水准测量（测量相对变化）等。

水准测量指的是测定各点高程的作业。水准测量又名“几何水准测量”，是用水准仪和水准尺测定地面上两点间高差的方法。

三角高程测量通过观测两点间的水平距离和天顶距（或高度角）求定两点间高差的方法。它观测方法简单，不受地形条件限制，是测定大地控制点高程的基本方法。

在静力水准仪系统中，所有各测点的垂直位移均是相对于其中的一点 ( 又叫基准点 ) 的变化，该点的垂直位移应是相对恒定的或是可用其它方式校核的，以此便能精确计算出静力水准仪系统各测点的沉降相对变化量。

垂直位移的测量

1.2 静力水准仪

本公司生产的 JL-1 型磁致伸缩式静力水准仪，型号为 JL-1 。

JL-1 型磁致伸缩式静力水准仪是一种高精密液位测量系统，该系统适用于测量多点的相对沉降。垂

直位移的测量

传感器主要由测杆、电子仓和套在测杆上的非接触浮球组成，测杆内装有磁致伸缩线 ( 波导丝 ) ，测杆由不导磁的不锈钢管制成，可靠地保护了波导丝。测量时，由电路先发出一起始脉冲，脉冲沿波导丝传输，同时会产生沿波导丝方向前进的旋转磁场，当这个磁场与浮球中的永久磁场相遇时，会产生磁致伸缩效应，使波导丝发生扭转，检测电路测量因扭转而产生的电流脉冲，并计算出两个脉冲之间的时间差，即可精确地算出被液位值。

1.2.1 静力水准仪沉降工程监测图

垂直位移的测量

长春地铁沉降监测

贵阳龙洞堡国际机场沉降监测

1.3 静力水准仪系统的安装

在安装中切勿使传感器的电子部件端或测杆最末端承受大的冲击，传感器的电子部件防泼溅但不可浸没，且不可让液体浸至电子仓部件上方。储液筒不可承受大的冲击；勿使重物压迫通液管。

垂直位移的测量

1.3.1 测墩上安装示意和墙面上安装示意分别如图 2-1 和图 2-2

所示。

垂直位移的测量

1.3.2 安装储液筒

首先根据设计要求确定各测点的等高线 , 将所有容器安装在相同的标高部位 ( 因静力水准仪的工作原理是液体的联通管原理 ) 。然后将装好三个调节螺栓的安装板 ( 测墩安装 ) 或安装座 (墙面安装 ) 用膨胀螺栓固定于基本等高的测墩上或墙面上，再将储液筒安装在调节螺栓上 ,利用位于储液筒上端盖上的水平泡调节螺杆上的螺母使储液筒水平。

安装板为圆形钢板，上面有 3 个￠9 的孔和 1 个￠ 11 的孔。 3个￠9 的孔用于安装调节螺栓， 1 个￠ 11 的孔用于和测墩相联。

安装座为“ L” 形钢板，一面有 3 个￠9 的孔，一面有 2 个￠ 11 的孔。 3 个￠9 的孔用于安装调节螺栓， 2 个￠ 11 的孔用于和墙面相联。

安装板与测墩相联或安装座与墙面相联选用 M10 的膨胀螺栓固定。

1.3.3 连接通液管

在安装储液筒时将带 1 个管接头的储液筒安装在第一个测点和最后一个测点 ,其余测点储液筒均带 2 个管接头。根据各测点间的距离，截取通液管的长度，然后将通液管管口与

管接头相接并用卡箍锁紧，把各测点串联在一起，做好通液管固定和保护工作。

1.3.4 系统充液旋下任意一个储液筒的上端盖，将购买的防冻液 ( 可加少量甘油，防止液体挥发 )充入静力水准系统的储液筒中。

垂直位移的测量

操作时，只能从选定的唯一储液筒加液，加液应缓慢不间断的加入，应完全排除管内的空气和气泡，不断观察系统内的液位高度，当液位达到储液筒标线时停止充液。

检查系统的密封性能，观察各接头部位有无液体渗出，无渗漏方可进行下一步操作。

1.3.5 安装传感器及通气管先将储液筒上端盖旋下，再将磁致伸缩液位传感器测杆上的定位锁紧环卸下，取下浮子，测杆插入储液筒上端盖M18× 1.5螺纹孔中旋紧，再将取下的浮子按原方向复位 (有 CN标记的半球在液面之上 ) ，锁紧环复位 (固定在距测杆端头约 19mm处即可。最后将装好传感器的储液筒上端盖旋紧。通气的作用是使所有液面压力保持一致，整个通气系统应相互连通并仅在一点 ( 两端选其一 ) 与大气相通。

垂直位移的测量

静力水准系统两端其一储液筒上的气管与干燥管连接，连接干燥管通大气的一端用三通接头，另一端用直角弯通接头。

根据各测点间的距离，截取通气管的长度，然后将通气管管口与管接头相接，把各测点串联在一起，通过干燥管与大气相通，做好通气管固定和保护。

垂直位移的测量

1.3.6 读数与计算

a)读数JL-1 型静力水准仪手动测量可使用 GN-103A 型读数仪，自动化采集数据可使用 MCU-32分布式模块化自动测量单元。b) 计算静力水准仪基准点液位变化量△ Hj(mm) 可按下列公式计算： △ Hj=Kj(Fj－ Foj)

式中： Kj—静力水准仪基准点的传感器系数； Fj—静力水准仪基准点的实时测量值 (mm) ； Foj—静力水准仪基准点的初始读数 (mm) 。静力水准仪观测点液位变化量△ Hx(mm) 可按下列公式计算： △ Hx=Kx(Fx－ Fox)

式中： Kx—静力水准仪观测点的传感器系数；

垂直位移的测量

Fox—静力水准仪观测点的初始读数 (mm) ；

Fx—静力水准仪观测点的实时测量值 (mm) 。

各观测点沉降或升高的变化量△ H(mm) 可按下列公式计算：

△ H = △ Hx-△ Hj

△ H = Kx(Fx－ Fox)-Kj(Fj－ Foj)

注：△H为正值时表示沉降，△H为负值时表示升高。

垂直位移的测量

2. 水平位移测量2.1视准线法

以两固定点间经纬仪的视线作为基准线，测量监测点到基准线的距离，确定偏移量的测量方法。 水

平位移的测量

2.2 小角度法

在测站上测量测站点至监测点的距离及固定方向与监测点方向间的夹角 ,以确定位移矢量的方法。每次测量夹角的变化，夹角变化量与距离的乘积即位移量。 水

平位移的测量

3. 倾斜测量 直接采用倾斜仪测量被测物的倾斜角度，根据倾斜角度计算出各

分层的位移量。

倾斜测量

本公司生产的 ELT-10 型倾斜仪，型号为 ELT-10 。

3.1 工作原理

结构物产生的倾斜变形，通过安装支架传递给倾斜传感器。传感器内装有电解液和导电触点，当传感器发生倾斜变化时，电解液的液面始终处于水平，但液面相对触点的部位发生了改变，也同时引起了输出电量的改变。倾斜仪随结构物的倾斜变形量与输出的电量呈对应关系，以此可测出被测结构物的倾斜角度，同时它的测量值可显示出以零点为基准值的倾斜角变化的正负方向。

倾斜仪可布设为一个测量单元独立工作，亦可多支连点布设测出被测结构物的各段倾斜量，以此将结构物的变形曲线描述出来。若在被测物上装成二维方向，可测量结构物的二维变形。倾斜仪可以回收重复使用，并且可方便实现倾斜测量的自动化。

倾斜测量

3.2 计算方法当被测结构物体发生倾斜变形时，其倾斜角度 θ与输出的电量读数 F可用如下计算公式： θ=a + b× F + c× F2 + d× F3

式中： θ—被测结构物的倾斜角度，单位为 ° ； F —倾斜仪的实时电量测量值，单位为 F；a﹑b﹑c﹑d—倾斜仪的标定系数；

3.3 埋设与安装

倾斜仪安装前，先根据设计要求确定仪器的安装位置和测量倾斜角的方向，打磨被测结构物的安装部位，使其表面尽量平整。

检查倾斜仪完好后 , 将倾斜仪的安装支架固定在被测结构物的打磨部位，然后把倾斜传感器固定在安装支架上，随后调整安装支架的定位螺钉，使倾斜仪的轴线尽量垂直，之后倾斜仪连接读数仪将初始测值调整接近零点。也可根据设计需要自定仪器的初始倾斜角度，使仪器的正负变化范围适应实际的测量需要。

在倾斜仪的外圆上标有仪器的正负方向记号，安装时以此记号对应测量规定的正负方向。安装时也可松开传感器底面的 4 个螺钉，使仪器的正负方向记号做 90°和 180° 调整以适应安装要求。 特别提示：安装在野外的仪器应设置防雷保护措施。

倾斜测量

3.4 测量

测量传感器应先将测量线快速插头插入VW-103A 型读数仪的左边插座上，将测量线的各色夹子对应连接上传感器的输出电缆，黑、红为电源端，白、绿为测量端。传感器内附有智能识别芯片，其内存贮有该传感器的编号、系数K等信息。用读数仪测量时会自动将识别信息读出，可顺序存入读数仪内，通讯给计算机，方便快速统计计算及查询，使测量实现人工智能无纸化操作。

工程现场多支传感器电缆被意外挖断，仅用读数仪测量一遍，就可自动识别出每支传感器所对应的编号及身份信息。

倾斜测量

梁式倾斜仪

深圳 22座大厦倾斜监测

4. 裂缝监测工程建筑物发生裂缝时，为了了解其现状和掌握其发展情况，应该

进行观测，以便根据这些资料分析其产生裂缝的原因和它对建筑物安全的影响；及时地采取有效措施加以处理。

对混凝土建筑物上裂缝的观测，可以采用本公司生产的 VWD-J 型振弦式测缝计，其中包括有 VWD-20J、 VWJ-50D、 VWD-100J 等型号。

裂缝观测4.1 工作原理

当被测结构物发生变形时将会带动测缝计的测杆伸缩，经万向连轴节传递给二级机械负放大机构，经负放大后的变形传递给振弦转变成振弦应力的变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至读数装置，即可测出被测结构物的变形量。

4.2 计算方法

1 ）当外界温度恒定测缝计仅受到轴向变形时，其变形量 L与输出的频率模数△ F具有如下线性关系：

L = k△ F △ F = F - F0

式中： k—测缝计的测量灵敏度，单位为 mm/F ；

△ F—测缝计实时测量值相对于基准值的变化量，单位为 F；

F—测缝计的实时测量值，单位为 F；

F0—测缝计的基准值，单位为 F。

2 ）当测缝计不受外力作用时 ( 仪器两端标距不变 ) ，而温度增加△ T时，测缝计有一个输出量△ F´，这个输出量仅仅是由温度变化而造成的，因此在计算时应给以扣除。

实验可知△ F´与△ T 具有如下线性关系：

L´= k△ F´+ b△ T = 0 k△ F´= -b△ T △ T = T - T0

裂缝观测

式中： b—测缝计的温度修正系数，单位为 mm/℃；

△ T—温度实时测量值相对于基准值的变化量，单位为℃；

T—温度的实时测量值，单位为℃；

T0—温度的基准值，单位为℃。

c) 埋设在混凝土结构物内或其它结构物上的测缝计，受到的是变形和温度的双重作用，因此测缝计的一般计算公式为：

Lm= k△ F + b△ T = k (F - F0)＋ b (T - T0)

式中： Lm—被测结构物的变形量，单位为 mm 。

注： VWD-J 型振弦式测缝计的敏感测量元件，其与固定机架的材料线膨胀系数极为接近，试验所得其温度修正系数小于最小读数，由此一般计算可用公式 a。

裂缝观测

4.3 安装与测量

裂缝观测

表面测缝计的使用场合很广，仪器经加装一些专用附件后，可以测量被测结构物任何方向裂缝的相对位移变化量，仪器安装时应根据工作场所不同的安装条件，合理的选择埋设位置和安装方法，下面对表面测缝计的通用安装方法进行简单叙述。

4.3.1 单向测缝计跨缝安装

裂缝观测

仪器安装位置和方位确定后，在安装位置应设混凝土安装基床 ,或者对被测结构物仪器安装位置表面进行必要的清理、整平。

4.3.2 单向测缝计的测量

测量振弦式传感器应先将测量线快速插头插入 VW-102A 型读数仪的左边插座上，将测量线的各色夹子对应连接上传感器的输出电缆， 黑、红测频率，白、绿测温度。振弦式传感器内附有智能识别芯片，其内存贮有该传感器的编号、系数K、温度修正系数b等信息。用读数仪测量时会自动将识别信息读出，可顺序存入读数仪内，通讯给计算机，方便快速统计计算及查询，使测量实现人工智能无纸化操作。

工程现场多支传感器电缆被意外挖断，仅用读数仪测量一遍，就可自动识别出每支传感器所对应的编号及身份信息。

西安铁路局铁路隧道内壁病害监测工程

裂缝观测

5. 深层水平位移监测

测斜仪是通过测量测斜管轴线与铅垂线之间夹角变化量，来监测围护墙体、土体深层侧向位移的高精度仪器。

测斜仪分为固定式和活动式两种，按与垂线夹角监测范围不同又分为垂直向测斜仪和水平向测斜仪。

固定式是将测头固定埋设在结构物内部的固定点上；活动式即先埋设带导槽的测斜管，间隔一定时间将测头放入管内沿导槽滑动测定斜度变化，计算水平位移。

深层水平位移的监测

5.1 测斜仪系统简介

活动式测斜仪

固定式测斜仪

观测电缆观测电缆

GN-103A读数仪

GN-103A读数仪

传感器传感器

5.2 规格及主要技术参数

规格代号 GN-1

测杆直径： mm 25/38

轮 距： mm 500

总 长： mm 700

测量范围： ° ± 15

灵敏度： 〃 /F ≤ 9

测量精度： F.S ± 0.1%

系统误差： mm/25m ± 4.5

耐水压： MPa ≥ 1

绝缘电阻： MΩ ≥ 50

测量电缆： 带钢丝芯及长度标记的聚胺脂电缆

深层水平位移的监测

本公司生产的 GN-1 型测斜仪，型号为GN-1 。

GN-1型测斜仪由倾斜传感器、测杆、导向定位轮、信号传输电缆及

电缆箱和测杆箱等组成，可用本公司生产的 GN-103A型读数仪读取测量

数据，并将测量数据传输给计算机。

在需要观测的结构物体上埋设测斜管 , 测斜管内径上有两组互成90 ° 的导向槽，将测斜仪顺导槽放入测斜管内，逐段一个基长 ( 导轮间距 ) 进行测量。测量数据经计算即可描述出测斜管随结构物变形的曲线，以此可计算出测斜管每个基长上的轴线与铅垂线所成倾角的水平位移。

深层水平位移的监测

5.3 工作原理

固定式测斜仪安装示意图

深层水平位移的监测

5.4 安装与埋设 5.4.1 测斜管的安装

先将测斜管装上管底盖，用螺丝或胶固定。测斜管与测斜管之间用管接头连接，测斜管与管接头之间必须用螺丝固定后涂胶填缝密封。

测斜管在安装中应注意导槽的方向，导槽方向必须与设计要求的方向一致。安装时将装好接头的测斜管依次逐节放入钻孔中，直至连接到设计深度的孔底。

当确认测斜管安装完好后既可进行回填，回填一般用膨润土球或原土沙。回填时每填至 3～ 5米时要进行一次注水，注水是为了使膨润土球或原土沙遇水后与孔壁结合的牢固，以此方法直至孔口。露在地表上的测斜管应注意做好保护，盖上管盖防止物体落入。测斜管地表管口段应浇注混凝土，做成混凝土墩台以保护管口及其转角的稳定性。墩台上应设置测绘标点。

安装完成后的测斜管应先用模拟测斜仪试放，试放时测斜管互成 90° 的两个导向槽都应从下到上试放到，保证模拟测斜仪在测斜管导槽内能从上到下或从下到上都很平稳顺畅通过，以此作为测斜管安装完好的标志。

深层水平位移的监测

镇江间壁电厂煤场沉降监测

5.4.2 固定式测斜仪的安装

深层水平位移的监测

在安装前，须对测斜管进行测量，最好用活动测斜仪进行测量，这即可探一下测斜管安装的好坏，同时可绘制出测斜管的管形图，以使传感器就位后测值不至于超过其满量程限度。

在安装前还要检查孔口架是否就位固定好，以及测管是否做好十字导槽的“ A

+”轴向和“ A-”轴向的永久标记。固定测斜仪从生产厂家出厂时是散件包装的，首先应检查测斜仪的导向轮是否

转动灵活，扭簧是否有力。检查传感器部件是否工作正常 ( 以铅垂线为基准倾向高端导向轮一侧读数增大，倾向另一侧读数减小 ) ，按设计高程截取连接钢丝绳 (设计高程加减 25cm) ，并将固定测斜仪用钢丝绳首尾相连，确认完好后以备安装。如在测孔内只安装一套仪器，只要把固定测斜仪头部与钢丝绳连接即可。在安

装时要根据被测体需要观测的偏移方向，先将传感器和轮架导轮的正方向 ( 高轮方向 ) 对准测斜管的“ A+” 轴向的导槽内，缓缓滑入测管内，理顺仪器电缆，每放一段深度用自锁扎带把电缆同吊装钢丝绳缠在一起，不要扎在固定测斜仪的部件上。当放到设计高程后把最后吊装钢丝绳固定在孔口装置的横轴上用锁扣锁紧，将电缆按设计走向埋设。

深层水平位移的监测

串联安装两套以上固定测斜仪时安装方法基本相同，固定测斜仪是用钢丝绳首尾相连 , 组装时应按施工图纸要求的数量装成一个个测量单元，检查确认完好后以备吊装。吊装是按一个个测量单元的顺序放入测斜管内，每个测量单元之间的连接用钢丝绳连接，连接一定要牢靠，各个测量单元的所有导向轮方向必须一致。

需要注意的是每套固定测斜仪要按顺序作好编号记录，逐个装入时电缆要逐个理顺一起用自锁扎带同钢丝绳缠在一起，所有电缆要松弛不能拉紧 ,将最后的钢丝绳缚在孔口装置的横轴上用锁扣锁紧。下放完成后应核查仪器高程是否准确，并拉动吊装钢丝绳用读数仪检查传感器的工作是否正常，随后记录稳定的初始读数。如发现问题可取出仪器重新安装。

提示：固定测斜仪的孔口及观测电缆都应采取防雷措施，尤其雷击高发地区。

5.5 计算方法 当被测结构物发生倾斜变形时，固定式测斜仪将同步感受变形，其变形量 Si与输出的读数 Fi具有如下关系：

Si = Li × Sin(a + b× Fi + c× Fi2 + d× Fi

3)

S = S1 + S2 + S3 + S4 + ...

式中： Si — 被测结构物在第 i点与铅垂线 ( 或水平线 ) 的倾斜变形量，单位为 mm ；

Li — 第 i支测斜仪的两轮距间的标距，单位为 mm ；

Fi — 第 i支测斜仪的实时测量值，单位为 F；

a﹑b﹑c﹑d — 第 i支测斜仪的计算系数；

S — 各测点位移值求和后被测结构物的总倾斜变形量，单位为 mm 。

注：当使用 EXCEL 进行计算时需要先将角度转换为弧度，再乘仪器标距得出位移量，公式如下：

Si = L× Sin((a + b× Fi + c× Fi2 + d× Fi

3) π/180)

深层水平位移的监测

6 维护体系监测6.1 监测项目

主要包括支撑内力、锚杆拉力、围护墙内力、围檩内力、立柱内力等。

支撑内力、锚杆拉力为板式围护体系一、二级监测等级必测项目，三级监测等级选测项目。

围护墙内力、围檩内力为板式围护体系一级监测等级必测项目，二级监测等级选测项目。

立柱内力为板式围护体系一、二级监测等级选测项目，主要用于逆作法施工。

维护体系监测

6.2 维护体系的内应力

维护体系监测

VWA 型振弦式锚索测力计

VWR 型振弦式钢筋计

VWE-S 型振弦式混凝土应力计

维护体系监测

• 振弦传感器的工作原理图

振弦传感器物理模型

振弦式传感器测量物理是基于钢弦振动频率随钢丝张力的变化，输出频率（ f ）信号。

振弦式传感器由定位支座、线圈、振弦及封装组成。振弦式传感器可等效成一个两端固定绷紧的均匀弦，如图所示。

激振线圈

钢弦振弦的振动频率 f 可由以下公式确定：

振弦式传感器

激振电路

检测电路单片机 显示电路显示

测频原理框图

其中 s 为振弦的横截面积， l工作段（即两固定点之间）的长度， 为𝞼振弦所受的应力， 为振弦的密度。𝞺

P = k △ F △ F = F- F0

维护体系监测

式中：P— 为待测物理量；k— 与待测物理量相匹配的标定系数；

6.2.1 VWA 型振弦式锚索测力计

VWA 型振弦式锚索测力计，其中包括 VWA-100kN～ 5000 kN

系列型号。 VWA 型振弦式锚索测力计适用于长期监测水工结构物及其它混凝土结构物、岩石边坡、桥梁等预应力的锚固状态，并可同步测量埋设点的温度。

1 ）规格及主要技术参数

规格代号 VWA-5000

尺寸参数 测力筒高 L: mm 90

锚索内直径 d: mm 147

锚索外直径 d: mm 196

性能参数

额定载荷 P: kN 0 ～ 5000

最大载荷 Pm: kN 0 ～ 6250

应变计支数 : 4

灵敏度 : %F.S ≤ 0.04

测量精度： F.S ±0.25%

温度测量范围 : ℃ -40～ +150

温度测量精度 : ℃ ±0.5

耐水压： MPa ≥0.5

绝缘电阻 : MΩ ≥50

维护体系监测

VWA 型振弦式锚索测力计在测力钢筒上均布着数支振弦式应变计，当荷载使钢筒产生轴向变形时，应变计与钢筒产生同步变形，变形使应变计的振弦产生应力变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至读数装置，即可测出引起受力钢筒变形的应变量，代入标定系数可算出锚索测力计所感受到的荷载值。

VWA 型振弦式锚索测力计中的每支应变计为一个的测量单元，单支仪器即可测出测力计单边的受力状况，以此可计算出测力计受力的偏心方向及大小。由数支振弦式应变计的平均测值可计算出测力计的整体受力状况。测力计测量信号由一根多芯电缆线引出。

VWA 型振弦式锚索测力计工作条件：

a) 测力计能在 -30℃～+70℃的环境温度下正常工作。

b) 测力计能承受 500kPa 水压力。

c) 测力计绝缘电阻应＞ 50ＭΩ。

维护体系监测

2 ） VWA 型振弦式锚索测力计在实际工程中的应用

维护体系监测广东粤澳大桥索力监测

贵州毕威高速岩质滑坡监测唐家山堰塞湖边坡锚

固监测

唐家山堰塞湖滑坡监测

维护体系监测

昆明时代广场基坑监测

当荷载作用于测力计时，测力计钢筒将产生轴向变形，其荷载量 P与输出频率模数的变化量△ F具有如下线性关系：

P = k △ F

△ F = F- F0

3 ）振弦式锚索测力计埋设与安装

维护体系监测

根据结构设计要求，测力计应安装在锚垫座上，钢绞线或锚索从测力筒中心孔中穿过，测力计置于锚垫座和工作锚之间。

安装时锚索测力计上下面与承压面之间应清理干净，不能有铁屑和沙粒，否则会影响测值，并使锚索测力计的轴线与待测索轴线平行。

安装时锚索测力计应放置平稳，如发现几何偏心过大 ( 仪器分测不等值，既为有几何偏心 ) ，应即时予以调整。锚索测力计安装定位后应及时测量仪器初值，根据仪器编号和设

计编号作好记录并存档，严格保护好仪器的引出电缆。

6.2.2 钢筋计

VWR 型振弦式钢筋计适用于长期埋设在水工结构物或其它混凝土结构物内，测量结构物内部的钢筋应力，并可同步测量埋设点的温度。加装配套附件可组成锚杆测力计、基岩应力计等测量应力的仪器。振弦式钢筋计具有智能识别功能。 维

护体系监测

当被测结构物内部的钢筋发生应力变化时，钢筋计将受到拉伸或压缩，钢套同步产生变形，变形使钢筋计感受拉伸或压缩的变形，变形传递给振弦转变成振弦应力的变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至读数装置，即可测出被测结构物内钢筋所受的应力。同时可同步测量埋设点的温度值。

1 ）规格及主要参数

规格代号 R-20 R-25 R-28 R-32 R-36 R-40

尺寸参数

配筋直径 d：mm 20 25 28 32 36 40

钢套截面积 A： c㎡ 3.14 4.90 6.30 8.05 10.2 12.6

钢套长度 L：mm 120

性能参数

应力测量范围

拉伸：MPa

300

压缩：MPa

200

灵敏度 K：MPa/F ≤0.10

测量精度： F.S ±0.1%

温度测量范围 : ℃ -40～ +150

温度测量精度 : ℃ ±0.5

耐水压： MPa ≥1

绝缘电阻 : MΩ ≥50

维护体系监测

2 ）安装与埋设

维护体系监测

基坑钢筋应力监测

维护体系监测

钢筋计由传感器和连接钢套两部分组成，传感器用于测量，两个连接钢套用于传感器与被测钢筋的连接，从而完成力的传递。

钢筋计是测量受力物体应力的仪器，仪器经加装一些附件可以组成锚杆测力计、基岩应力计等，这些仪器的工作情况及安装条件各不相同，所以埋设安装方法有所不同。下面主要对埋设在混凝土内的钢筋计的安装方法作一些简述，其他场合的埋设安装方法可参照进行。

当工地上有剥肋直螺纹滚丝机设备，将两根被测钢筋滚丝后直接与钢筋计两端的连接钢套旋紧，形成一根长钢筋后将其就位到被测钢筋网中。

当工地上有剥肋直螺纹滚丝机设备 , 被测钢筋网已绑扎完，在钢筋网准备安装钢筋计的部位截取 0.8～ 1m 米长钢筋 ( 长度视配筋大小 ) ，将其一裁二根，将两根被测截筋滚丝后直接与钢筋计两端的连接钢套旋紧，形成一根长钢筋后将其焊接到被截部位。

搭焊长度要大于 10倍的钢筋计直径，焊接时要给传感器的部位浇水冷却，使传感器温度不要太高，温度过高将会使传感器造成永久损坏，但不得在焊缝处浇水。

维护体系监测

当工地上没有剥肋直螺纹滚丝机设备，被测钢筋网未绑扎完，将两根被测钢筋焊接在连接钢套上，焊接前先将钢筋计两端的连接钢套拧下，分别与长筋焊接在一起。

当工地上没有剥肋直螺纹滚丝机设备，被测钢筋网已绑扎完，在钢筋网准备安装钢筋计的部位截取 0.8～ 1m 米长钢筋 ( 长度视配筋大小 ) ，将其一裁二根，将两根被测截筋与钢筋计的两头连接钢套焊接。焊接前先将钢筋计两端的连接钢套拧下，分别与截筋焊接在一起。

维护体系监测

3 ）计算

钢筋计一般计算公式为：

σ = k△ F + b△ T = k (F - F0) + b (T - T0)

式中： σ— 被测结构物钢筋所受的应力值，单位为 MPa 。注： VWR 型振弦式钢筋计的敏感测量元件，其与测力钢套的材料线膨胀系数极为接近，试验所得其温度修正系数小于最小读数，一般计

算时可用公式 σ = k△ F = k (F - F0) 。

6.2.3 混凝土应力计

VWE-S 型振弦式应力计由背板、感应板、信号传输电缆、振弦及激振电磁线圈等组成。

维护体系监测

当被测结构物内部应力发生变化时，混凝土应力计感应板同步感受应力的变化，感应板将会产生变形，变形传递给振弦转变成振弦应力的变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至读数装置，即可测出被测结构物的压应力值。同时可同步测出埋设点的温度值。

1 ）工作原理

2 ）安装与埋设

维护体系监测

在混凝土凝固后的第二天清扫空腔，清除全部松动料与积水，铲除凸出于表面的骨料并刷净凿毛，在底面铺 6mm

厚水泥砂浆垫层，水泥砂浆配合比为 2 ∶ 3 ，水灰比为 0.5 。

按规范要求连接好仪器的接长电缆。水泥砂浆初凝后，再用约 80克水泥和 120克通过 30#筛的细砂拌成水泥砂浆，使用的水量只要足以产生稠度即可，然后将水泥砂浆注入倒圆锥空腔内的底部平面上( 成一圆锥型 ) 以备安放压应力计。图 c

将压应力计往复旋转压入水泥砂浆，以使砂浆从压应力计底部周围挤出，仪器底部水泥砂浆的厚度控制在 3 毫米左右，并使压应力计与底板保持水平。 (图 d)

置放三脚架和 10 公斤压重块，用压重块把仪器压紧固定住。 (图 e)

维护体系监测

山东留驾水库混凝土应力监测

在压应力计周围分次浇筑少量混凝土，并用手工仔细振捣压实（浇筑、振捣混凝土时不得碰撞三脚架和仪器），然后移去压重和三脚架，继续浇筑混凝土至略高出浇筑层顶面。待空腔全部回填完成后，其上禁止通行，直到砂浆完全凝固为止。 (图 f)

维护体系监测

3 ）计算方法

当外界温度恒定，应力计仅受到压应力时，其压应力值 P与输出的频率模数△ F具有如下线性关系：

P = k △ F △ F = F - F0

式中： k — 应力计的测量灵敏度，单位为 KPa/F ；△ F — 应力计实时测量值相对于基准值相的变化量，单位为 F；F — 应力计的实时测量值，单位为 F； F0 — 应力计的基准值，单位为F。T0 — 温度的基准值，单位为℃。当应力计受到应力和温度的双重作用时，应力计的一般计算公式为： Pm

= k△ F + b△ T = k (F - F0) + b (T - T0)

式中： Pm — 被测结构物的压应力值，单位为 KPa 。

7. 孔隙水压力

7.1 基本内容

主要用于堆载预压的施工速率控制、沉桩施工及基坑开挖等施工项目中。

静态孔隙水压力监测相当于水位监测。潜水层的静态孔隙水压力测出的是孔隙水压力计上方的水头压力，可以通过换算计算出水位高度。

孔隙水压力

微承压水和承压水层，孔隙水压力计可以测出水的压力。结合土压力监测，量测结果可应用于固结度计算及进行土体有效应

力分析，作为土体稳定计算的依据。不同深度孔隙水压力监测可以为围护墙后水、土压力分算提供设计依据。

孔隙水压力监测为重力式围护体系一、二级监测等级、板式围护体系一级监测等级选测项目。

7.2 振弦式渗压计（孔隙水压力）

孔隙水压力

VWP 型振弦式渗压计由透水板、感应膜、密封壳体，信号传输电缆、振弦及激振电磁圈等组成。潜水层的静态孔隙水压力测出的是孔隙水压力计上方的水头压力，

可以通过换算计算出水位高度。微承压水和承压水层，孔隙水压力计可以测出水的压力。并可同步测量埋设点的温度。

7.2.1 工作原理当被测水压荷载作用在渗压计上，将引起弹性膜板的变形，其变形带动振弦转变成振弦应力的变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至读数装置，即可测出水荷载的压力值。同时可同步测出埋设点的温度值。

7.2.2 安装与埋设

孔隙水压力

安徽花凉亭水库渗压计埋设

渗压计用于观测土体中的孔隙水压力及岩体和混凝土内的渗透水压力，埋设安装时应根据设计要求进行观测点的布设，并根据被测结构物的特点采用相应的安装埋设方法。

下面介绍在混凝土浇筑层面埋设、基岩面上埋设与水平浅孔内埋设。详细见本公司相关使用说

明书。

a ）在混凝土浇筑层面埋设（图一）

当混凝土浇筑层达到设计要求需安装埋设渗压计的高程时，应在浇筑再上一层混凝土前，在埋设位置的层面做一个深 30cm 、直径 20cm 的孔。

在孔内铺一上细砂，将预备好的渗压计放在孔内砂垫层上，用粗砂将渗压计四周埋好，布置好观测电缆的走向后再浇筑上层混凝土。

孔隙水压力

b ）在基岩面上埋设（图二）

在渗压计埋设的基岩位置钻一个孔深 100cm 、孔径 5cm 的集水孔。钻孔经过渗水试验合格后，将事先准备好的裹有细砂包的渗压计放

在集水孔中。沙包的准备过程：将一布袋放入盛水大容器内，袋内充填适量级配

砂，将渗压计放在袋的中央，并继续在渗压计周围充填级配砂，待充满后将袋口扎紧。如不用沙包也可用土工布把渗压计裹严后埋设，沙包在埋设前都应浸没在水中保存。

c ）在水平浅孔内埋设（图三） 在地下洞室围岩内或边坡基岩表面浅层埋设渗压计，需要用水平浅孔埋设和集水法。 在埋设渗压计的位置钻一个水平孔深 50cm 、孔径 15cm～ 20cm

的浅孔，如孔无透水裂隙，可根据需要的深度，在孔底套钻一个 3cm

的小孔。 经渗水试验合格后，在小孔内填入砾石，在大孔内填入细砂。 将渗压计埋在细砂中，孔口用盖板封上，引出仪器电缆后用水泥沙浆封住，接长观测电缆，安排好观测电缆的走向，待沙浆凝固后，即可填筑混凝土。

孔隙水压力

7.3 计算方法

a) 当外界温度恒定，渗压计仅受到渗透 ( 孔隙 ) 水压力时，其压力值 P与输出的频率模数△ F具有如下线性关系：

P = k△ F △ F = F0 - F

式中： k — 渗压计的测量灵敏度，单位为 KPa/F ；

△ F — 渗压计基准值相对于实时测量值的变化量，单位为 F；

F — 渗压计的实时测量值，单位为 F；

F0 — 渗压计的基准值，单位为 F。

b) 当作用在渗压计上的渗透 ( 孔隙 ) 水压力恒定时，而温度增加△ T，此时渗压计有一个输出量△ F´，这个输出量仅仅是由温度变化而造成的，因此在计算时应给以扣除。

孔隙水压力

实验可知△ F´与△ T 具有如下线性关系：

P´= k△ F´+b△ T = 0

k△ F´= -b△ T

△ T = T - T0

式中： b — 渗压计的温度修正系数，单位为 KPa /℃；

△ T — 温度实时测量值相对于基准值的变化量，单位为℃；

T — 温度的实时测量值，单位为℃；

T0 — 温度的基准值，单位为℃。

孔隙水压力

8. 土压力的监测

土压力监测

基坑工程土压力监测主要用于量测围护结构内、外侧的土压力。

用土压力盒进行量测时，主要是针对法向的总应力。结合孔隙水压力监测，可以进

行土体有效应力分析，作为土体稳定计算的依据。不同深度土压力的监测可以为围护墙后水、土压力分算提供设计依据。测量所获得的土压力可能为土中压力和土体结构间接触压力。土压力监测为板式围护体系一、二级监测等级选测项目。

VWE 型土压力计

8.1 土压力计（盒）

土压力盒有钢弦式、差动电阻式、电阻应变式等多种。目前基坑工程中常用的是钢弦式。

VWE 型振弦式土压力计适用于长期测量土石坝、土堤、边坡、路基等结构物内部土体的压应力，是了解被测结构物内部土压力变化量的有效监测设备，并可同步测量埋设点的温度。振弦式土压力计具有智能识别功能。

测量设备为 VW-102A 型振弦式读数仪。

土压力监测

8.2 土压力计组成

VWE 型振弦式土压力计由背板、感应板、信号传输电缆、振弦及激振电磁线圈等组成。

8.3 工作原理

当被测结构物内土应力发生变化时，土压力计感应板同步感受应力的变化，感应板将会产生变形，变形传递给振弦转变成振弦应力的变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至读数装置，即可测出被测结构物的压应力值。同时可同步测出埋设点的温度值。

土压力监测

土压力计根据用途不同分为：用于测量不同介质接触面 (界面 ) 垂直压力的界面土压力计，和用于测量土体本身内部应力变化的土中土压力计。

土压力计在工业、民用建筑工程中安装埋设，通常是为了测量建筑物与土体接触的界面土压力值，一般都埋设在界面上，因此称在这种情况下应用的土压力为界面式土压力计。

8.4 安装与埋设

8.4.1 界面土压力计的具体的埋设方法

传感器的埋设位置在建筑物还没有建造基础时，可利用土基础平面上直接制备埋设基床面的方法安放传感器并压实固定，安排好观测电缆的接长和敷设引出后，再浇筑建筑物的混凝土基础。

制备基床的表面必须平整、均匀、密实，有时为了使传感器的受压面与土体能充分接触还要在基床表面均匀敷设一层细砂。（图 1-a ）

传感器的埋设位置在建筑物基础已建造时，可采用挖洞坑的方法安放传感器。这种方法又分为：预埋模盒法，模盒尺寸应为土压力计直径尺寸的 1.1倍；开凿坑槽埋设法。洞坑的大小以能放下整个土压力计并略有富余即可，深度以露出土体面为准。

在洞坑内制备基床面的要求同上，安放土压力计后，压重力固定，接长观测电缆并敷设引出。最后回填混凝土填满洞坑。（图 1-b ）

土压力监测

土压力监测

8.4.2 土压力计在混凝土防渗墙中埋设土压力计在混凝土防渗墙中埋设，应把先土压力计固定在汽缸或气筒设备上，再一起固定在钢筋笼上。钢筋笼下槽定位后，给汽缸或气筒通气加压，将土压力计的受力膜面与槽壁的土体充分接触顶紧，然后灌注混凝土把土压力计固定在防渗墙与土体接触的界面上。

土压力计安装埋设完成后应及时测读传感器的读数，选取稳定的读数作为初始读数。浇注混凝土埋设的仪器要选取水化热过后，不同天连续测读 3次读数基本相同后的平均值。初始读数选定后应记录在案，作为今后计算和分析的基本参数使用。

土压力监测

8.5 计算方法

1) 当外界温度恒定，土压力计仅受到压应力时，其压应力值 P与输出的频率模数△ F具有如下线性关系：

P = k△ F △ F = F - F0

式中： k — 土压力计的测量灵敏度，单位为 KPa/F ；

△ F — 土压力计实时测量值相对于基准值相的变化量，单位 为 F；

F — 土压力计的实时测量值，单位为 F；

F0 — 土压力计的基准值，单位为 F。

2) 当土压力计受到压应力和温度的双重作用时，土压力计的一般计算公式为：

Pm = k△ F + b△ T = k (F - F0) + b (T - T0)

式中： Pm — 被测结构物的压应力值，单位为 KPa 。

土压力监测

水位测量系统由二部分组成：第一部分为地下埋入材料部分—水位管；第二部分为地表测试仪器—平尺水位计，由探头、钢尺电缆、接收系统、绕线架等部分组成。

9. 地下水位的监测

地下水位监测

DCK─ 110 平尺水位计适用于测量井、钻孔及坝体测压管内的水位，特别适用于水利工程地下水位或土石坝的测压管内的浸润线的人工观测。

平尺水位计的水位探头和聚乙烯覆膜的钢尺相连，尺子固定在卷筒上，探头的两电极之间有一个绝缘间隙，当探头和水接触时形成短路，导通电路推动音响和指示灯，此时可在井或钻孔顶部，直接从尺上读数确定水位深度。

9.1 工作原理

9.2 操作

开机，按下卷筒上红色按钮即接通水位测量电路。

使用前应检查电池是否充足，按下试验按钮，根据仪器的声光指示判断。如果声音响亮，指示灯较亮，表示电池电压充足，可正常使用；如果声音较弱，指示灯变暗，表示电池电压不足，应及时更换电池。如果将灵敏度调至最大 (顺时针旋转），有可能会使仪器蜂鸣器长时间鸣叫，这说明灵敏度太高应反向调整。

松开制动器，从卷筒上拉出探头，如果对待测水体水质 ( 电导率 ) 不太了解，可取部分待测水样进行标定，将灵敏度旋钮调节到合适的位置。

测量时一只手拿平尺，另一只手握住卷筒上的手柄，控制探头及平尺缓慢放下，过快的速度会导致探头与测井 (钻孔 )底或壁的突出物发生碰撞损坏。当预计探头接近水面时，更应放慢平尺下降速度，当探头到达水面时，由于水的导通作用使仪器发出声光指示，这时应注意略收回平尺，将平尺调节到仪器刚好发出稳定的声光指示的位置，记录井或钻孔顶部平尺的刻度，即为当前的实测水位。

地下水位监测

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