土壓力傳感器(亦稱土壓力盒)在基坑工程中被用來測挖土過程中,作用于擋墻上的土壓力變化情況,以便及時了解其與土壓力設計值的差異,保護支護結構的安全。土壓力盒的埋設可以是在擋墻構筑期間,也可以在擋墻完成后進行。若在擋墻完成后進行,由于鉆孔位置與擋墻之間不可能直接緊貼,需要保持一段距離,因而測得的數據與擋墻上土壓力作用荷載相比具有一定的近似性,這一點上鉆孔埋設不及擋墻構筑時同期埋設的方法。
但是,若在擋墻構筑的同時埋設土壓力盒,土壓力盒需埋設在圍護結構的迎土面上。樁墻成槽<孔)后,土壓力盒隨鋼筋籠一起入槽(孔),其面向土層的表面鋼膜很容易在水下澆筑過程中被混凝土所包裹,混凝土凝固結硬后,作用在其上的水土壓力根本無法由土壓力傳感器所感應和接收,造成埋設失敗。為了解決土壓力盒在圍護擋墻迎土面上的安裝這一難題,工程技術人員提出了許多方法,以下介紹的是幾種在國內已有成功先例的埋設方法。
(1)掛布法埋設
將土壓力盒按監測方案設定的布設位置,首先安裝在預先制備的維尼布或帆布掛簾上,然后將維尼布或帆布平鋪在鋼筋籠表面并與鋼筋籠綁扎牢固。掛簾隨鋼筋籠一起吊入槽<孔),放入導管水下澆筑混凝土。由于混凝土在掛簾的內側,流態混凝土的側向擠壓力將掛簾連同土壓力盒一起壓向土層,隨著混凝土液面的上升,混凝土側壓力增大,迫使土壓力盒與土層垂直表面密貼。此法的特點是,方法可靠,埋設元件成活率高,缺點是大面積鋪設很可能改變量測槽段或樁體的摩擦效應,影響結構受力。
采用掛布法埋設時,布簾要求具有足夠的寬度,以保證混凝土不流入布簾的外側;布簾上可以預先縫制好放置土壓力盒的口袋,壓力盒放入后進行封口固定;布簾通過縱橫分布的繩索將牢固于鋼筋籠上;入槽(孔)時要注意對壓力盒和引出導線的保護,并確保布簾不被鋼筋戳破。
(2)頂入法
頂入法是將土壓力盒安裝在小型千斤頂端頭,將千斤頂水平固定在鋼筋籠上,位置對應于土壓力量測點(圖 130)。鋼筋籠吊入槽(孔)后,通過連接管道用氣壓或液壓驅動千斤頂活塞,利用活塞桿將壓力盒推向槽壁土層。當讀數表明壓力盒表面與槽壁土層有所接觸后,適當增大推力以讀取壓力盒初始值,維持該值直至流態混凝土表面抵達壓力盒所在標高以上再卸載。頂入法操作簡便,效果理想,但需將千斤頂埋入擋墻,加上氣壓、液壓驅動管道,投入成本較高。
(3)彈入法埋設
彈入法的基本原理與頂入法相似,但其頂力來源于彈簧裝置,而不是千斤頂,因此成本可大大降低。圖131所示為該裝置的構造圖,主要由彈簧、剛架和限位插銷三部分組成。首先將裝有壓力盒的機械裝置焊接在鋼筋籠上,利用限位插銷將彈簧壓縮,貯存向外的彈力能量,待鋼筋籠吊入槽(孔)后,在地面上通過牽引鐵絲將限位插銷拔除,由彈簧彈力將壓力盒推向土層側壁,根據壓力盒讀數的變化可判定壓力盒安裝狀況。此法所埋設的壓力盒成活率較高,基本上未出現鋼膜被混凝土包裹的情況。曾在上海人民廣場地下車庫地下連續墻監測中首次使用,取得成功。
對于因施工條件或擋墻結構形式的限制,只能在擋墻完成之后埋設土壓力盒的情況。通常采用鉆孔法埋設。將土壓力盒按照測試位置固定于鋼筋骨架或薄形槽鋼上,壓力盒接觸面朝土體一側,在擋墻外側0.5m 以外土層中鉆孔,沉設帶有土壓力盒的鋼筋骨架或薄形槽鋼,引測試導線至地面,然后在孔中填入細砂或與土體性質基本一致的漿液,填充空隙。注意鉆孔回填細砂的情況,土壓力盒前期測試值一般偏小,這是由于砂子的固結需要一定時間的緣故。