土石坝、路基、隧道护壁、抗滑桩这些工程,都有一道结构与土体的接触面。接触面上压应力是多少、随时间怎么变,靠土压力计长期盯着。现场常见的困惑是:仪器验收合格、接线正常,装上之后测值却总是偏低,而且偏低得不明显——不是坏掉的空白,而是一个温和偏小的数,容易被当成"土压力本来就不大"。

先把它的测量对象说清楚。VWE型振弦式土压力计测的是被测体与土体接触面(界面)的压应力,比如混凝土建筑物基础与土基接触面、隧道混凝土护壁与土体的压应力,也可以测土石坝、路基内部土体的压应力。它的感应板同步感受土应力变化,产生变形并传给振弦,改变振弦振动频率;电磁线圈激振并测频,频率信号经电缆送到读数装置,就得到压应力值,同时同步测出埋设点的温度。
正因为测的是"界面",安装埋设方法不正确极易导致土压力计与被测物体脱空卸载,测值随之失真。手册把这一点写在概述里,用的就是"脱空卸载"这四个字。理解了这个前提,再看各类埋设方法,会发现它们其实都在做同一件事:让受压面与土体充分接触受力,同时把背板这一侧填实。
以最常见的混凝土建筑物基础与土基接触面为例:在底板还没浇筑时,先把土压力计安放在基础土基面上并使其压实受力。土基面要平整、均匀、密实,可以在土基面均匀敷设一层细砂,帮助两者接触并受力,随后做好观测电缆的接长与敷设引出,再浇筑混凝土基础底板。如果结构底板已经建好,则采用挖洞坑的办法补装:预埋模盒法的模盒尺寸应为土压力计直径的1.1倍;开凿坑槽法要求洞坑略大于土压力计,深度以能看到土体为准。坑内土基面要求与前面相同,安装后土压力计压重物固定,接长电缆引出,最后回填混凝土。
在混凝土防渗墙中埋设走的是另一条路子:先把土压力计固定在推顶汽缸上,再固定到钢筋笼上;钢筋笼顺槽下到位后给汽缸通气加压,把土压力计顶出,使受压膜面与槽壁土体充分接触受力,随后灌注混凝土,将它固定在防渗墙与土体的接触界面上。
表面安装则借助安装支架:把仪器固定在监测面上,感应膜面朝向土体,背面靠紧混凝土结构物,用膨胀螺栓固定,也可直接预埋在混凝土中。利用浇筑模板或钢筋笼固定时,要注意埋设时感应膜面与模板接触、不能弄反;拆模后需清除感应膜上的残留混凝土——为便于清除,浇筑前可在膜面涂一层油。
无论哪种方式,有几条硬要求是一致的。水泥砂浆不能包裹住受力感应板;受压面要与土体充分接触;背板四周的缝隙用水泥砂浆填充捣实。埋设安装后的初测值应当大于埋设前的自由状态,也就是说仪器装好后应处于受压状态——这条正好可以作为"有没有脱空"的现场判据。电缆敷设采用挖沟埋设,沟深不小于0.3米,堆石坝内应加保护管,敷设引长要留余量、不要拉直和交绕,出线口处电缆应打回环,避免受力过大。
装完之后的基准值选取也直接关系到测值能不能用。安装埋设完成后应及时测读读数,此时的读数应比埋设前大;在土压力计上浇筑混凝土的,要选取水化热过后的测值,分时连续测读3次,读数基本相同、经平均后才能作为基准值,选定后做好记录。
土压力计的使用寿命很长,但它对安装工艺的容错很低。把接触面处理平整密实、把仪器装成受压状态、把背板侧填实,再取一个站得住的基准值,后面几年的数据才有讨论的意义。
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