欢迎来到『东合南岩土』官方网站!

岩土研究院

土压力观测仪器和压力传感器

311 2021-11-17 10:37:22

深基坑开挖支护工程现场土压力和孔隙水压力观测。在我国已进行多年,积累了不同类型工程的丰富经验,也促进了各类压力传感器的发展。国内目前常用的压力传感器根据其工作原理分为钢弦式、差动电阻式、电阻应变片式和电感调频式等等。其中钢弦式压力传感器长期稳定性高,对绝缘性要求较低,较适用于作土压力和孔隙水压力的长期的观测。

钢弦式压力计工作原理如图14.5-1所示。当压力盒的量测薄膜上受有压力时,薄膜将发生挠曲,使得其上的两个钢弦支架张开,将钢弦拉得更紧。弦拉得愈紧,它的振动频率也愈高。当电磁线圈内有电流(电脉冲)通过时,线圈产生磁通,使铁芯带磁性,因而激起钢弦振动。电流中断时(脉冲间歇歌),电磁线圈的铁芯上留有剩磁,钢弦的振动使得线圈中的磁通发生变化,因而感应出电动势,用频率计测出感应电动势的频率就可以测出钢弦的振动频率。为了确定钢弦的振动频率与作用在薄膜上的压力之间的关系,需要对压力盒进行标定。为此可以在实验室内用油泵装置对压力盒施加压力,并用频率接收器量测出对应于不同压力的钢弦振动频率。这样就可以绘出每个压力盒的标定曲线.如图14.5-2所示。当现场观测时,通过接收器量测钢弦的频率,根据标定曲线就可以查出该压力盒此时所受压力的大小。

image.png

国内常用的土压力传感器、孔隙水压力计以及相关测量仪器的型号及技术指标如表14.5-1、表14.5-2和表14.5-3所示。

image.png

image.png

压力传感器的标定

无论是哪一种型号的压力传感器。在埋设之前必须进行稳定性、防水密封性、压力标定、温度标定等检验工作。

(1)稳定性检验;传感器的稳定性是指在一定工作条件下。传感器性能在规定时间内保持不变的能力。包括时漂、温漂、零漂。装配好的压力传感器经低温时效,疲劳试验处理后静放 1~3个月,从中选择无温漂、稳定性好的压力传感器再进行密封性检验。

(2)密封性检验;压力传感器在工作状态下均承受一定的水压力,因此,其防水密封的好坏.关系到其能否正常工作的问题。密封的关键是装配时压力传感器本身的密封和传感器与电缆接头的密封。密封检验方法是将传感器放在 300MPa水压力罐中进行防水密封试验。

(3)压力标定∶将压力传感器放在特制的标定设备上。一般用油压标定。也有用水标定和用砂标定。根据压力传感器量程的大小,按20kPa 或 50kPa分级加压和退压,反复进行两次,测定电阻或频率值。然后将压力~电阻或压力-频率曲线绘制在坐标纸上,绘出相关曲线,或将压力-频率值输入计算机,用最小二乘法求出压力标定系数。

(4)温度标定∶将压力传感器浸入不同温度的恒温水中,改变水温测定压力传感器电阻和频率值,将测定值绘在电阻-频率坐标纸上得出电阻修正系数。

(5)确定压力传感器的初始值;传感器的初始值是很重要的,在埋设前要进行多次测量,埋设后在传感器受力前仍需进行测量,根据多次测量确定压力初始值。

压力传感器的现场安装

1.土压力盒的安装

土压力是作用在挡土构筑物表面的作用力。因此,土压力盒应镶嵌在挡土构筑物内,使其应力膜与构筑物表面齐平。土压力盒后面应具有良好的刚性支撑,在土压力作用下不产生任何微小的相对位移,以保证测量的可靠性。

(1)钢板桩或预制钢筋混凝土构件

对于钢板桩或钢筋混凝土预制构件挡土结构,施工时多用打入或震动压入方式。土压力盒及导线只能在施工之前安装在构件上,受震动冲击比较严重,保护措施至关重要,一般采用安装结构进行安装。如图 14.5-3所示。土压力盒用固定支架安装在预制构件上,固定支架、挡泥板及导线保护管使土压力盒和导线在施工过程中免受损坏。

image.png

(2)现浇混凝土挡土结构

对于地下连续墙等现浇混凝土挡土结构,土压力盒采用幕布法安装,即在欲观测槽段的钢筋笼上布置一幅土工织布帷幕。帷幕上土压力盒的安装位置事先缝制一些安装袋,土压力盒安装在帷猿上.,随钢筋笼放入槽段内。唯幕使现场浇注混凝十后十压力盒在挡十构件和被支挡土体之间。为使土压力盒均匀受力,且有较大的受力面积,土压力盒宜采用沥青囊间接传力结构。

2.孔隙水压力计的安装

首先要根据埋设位置的深度,孔隙水压力的变化幅度等确定埋设孔隙水压力计的量程,以免量程太小而造成孔隙水压力超出量程范围.或是量程选用过大而影响测量精度。将滤水石排气 ,备足直径为1~2cm的干燥粘土球。其粘土的塑性指数应大于17,最好采用膨润土供封孔使用。条足纯净的砂,做为压力计周围的过滤层。孔荫水压力计的安装和理设应在水中进行,滤水石不得与大气接触,一旦与大气接触,滤水石层应重新排气。埋设方法一般可采用以下两种∶

(1)压入法

如果土质较软,可将孔隙水压力计直接压入埋设深度。若有困难,可先钻孔至埋设深度以上1m处,再将孔隙水压力计压至埋设深度,上部用粘土球将孔封至孔口。

(2)钻孔埋设法

在埋设处用钻机成孔,达到埋设深度后,先在孔内填入少许纯净砂,将孔隙水压力计送入埋设位置。再在周围填入部分纯净砂,然后上部用粘土球封孔至孔口。如果在同一钻孔内埋设多个探头,则要封到下一个探头的埋设深度。每个探头之间的间距应不小于1m,且要保证封孔质量,避免水压力贯通。

压力传感器现场安装后,应立即做好引出线的保护工作,避免浸泡在水中和在施工中受损。