锚头技术在分层沉降监测中的应用探讨

门 龙 高 峰 吴林波

(同济大学，上海 200092)



锚头技术在分层沉降监测中的应用探讨

门 龙 高 峰 吴林波

(同济大学，上海 200092)

根据多点位移计锚头构造的方式，从注浆式、刃刀式、叶片式、充气膨胀式等方面，介绍了不同形式位移计锚头的组成及优缺点，并分析了位移计锚头技术在分层沉降监测中的应用现状，指出多点位移计锚头设计的合理性对周边软土的扰动有较大的影响。

位移计锚头，软土地区，基坑工程，沉降监测

0 引言

软土地层具有含水量高、高压缩性、高触变性、强度低等特点，在软土地区进行基坑工程施工时对区域地面沉降有明显影响，若大型基坑工程位于建筑物密集地区，则周边建筑对基坑的沉降和变形反应均比较敏感[1]，必须要时刻监控基坑周围地面沉降。在分层沉降监测阶段可将位移计锚头放置于钻孔中进行监测，位移计锚头的设计根据构造不同主要可分为注浆式、刀刃式、叶片式以及充气膨胀式等。

1 位移计锚头构造分类

1.1 注浆式

注浆式多点位移计锚头可由真空结构的中轴杆、壁筒和底座组成，且各结构之间相互连通以保证上部注入的泥浆可以进入锚头和土体接触处以达到锚固的效果。其优点在于真空结构的构造自重较小，可保证沉降量监测数据较准确，泥浆由锚头结构到达土体后可以加强锚固效果，不会产生太大扰动。但锚头放置深度较深时，泥浆注入过程中在到达土体接触面处可能无法保持原有的粘性，则其不适用于深度较大的分层沉降监测。

1.2 刃刀式

刃刀式多点位移计锚头[2]组成部分包括中轴杆、外杆、传力杆件，转动中轴管使弹簧管收缩，与其相连的传力杆件将锚固刃刀伸出，从而切入钻孔孔壁土体中。刃刀式位移计锚头通过刃刀与土体连接，锚固效果较稳定，但刃刀切入软土地质后若锚固周期较长可能对土体产生附加的破坏，从而影响锚固效果，则刃刀式多点位移计锚头不适用于周期较长的分期沉降监测。

1.3 叶片式

叶片式位移计锚头应用最为普遍，构造也相对简单，主要包括弹簧伸缩式和折叠伸缩式两种，叶片式位移计锚头相比注浆式操作更简便，相比刃刀式对土体的破坏更小，且随时间推移锚固效果不会发生太大变化。

弹簧伸缩式叶片位移计锚头工作原理为利用弹簧带动叶片式锚抓，利用其瞬间释放的弹性能量切入软土完成锚固，使锚爪与孔壁的接触更为紧密，可适用于软土地层不同孔径的锚固。

折叠伸缩式叶片位移计锚头[3]由壁筒、底部框架和折叠叶片组成，折叠叶片和壁筒之间通过转动轴和齿轮进行连接，与弹簧式伸缩相比，折叠叶片式位移计锚头需要施加更大的应力作用使叶片进入到土体中，采用齿轮构造可以控制折叠叶片切入土体的速度，操作更为灵活。

1.4 充气膨胀式

充气膨胀式多点位移计锚头[4]由充气膨胀式锚固头、中空中心管以及高压充气管组成，充气膨胀锚固头的外面设有椭圆形叶片式锚抓，中空中心管深入充气膨胀式锚固头内部，充气管的一端与地面高压充气装置连接，另一端穿透中空中心管深入充气膨胀式锚固头内的气囊内部。当气囊未充气时，椭圆形叶片式锚抓收拢，使该锚头方便进入钻孔内，在到达监测深度后对气囊进行充气，椭圆形叶片式锚抓在孔内迅速同步展开并紧贴软土地层而完成锚固。

充气膨胀式位移计锚头构造相对复杂，易损坏，不适用于地形环境较差的土层，对强度较低的粘性土锚固效果较好。

2 位移计锚头应用现状

在软土地区，由于土质较松散，压缩性较大，极易扰动发生沉降，在基坑工程沉降监测时，目前主要的监测方法是以监测磁环、沉降标体和传统钻孔位移计锚头为主，在监测时都会对原本软弱的土体结构造成破坏，且锚固效果不佳，监测结果精确度较差。

上海市地质调查研究院所在监测时采用监测工具为引测沉降标体[5]，其结构特征为下部的探头与上部引测标杆连接而成，探头由多个金属片构成，未工作时金属片呈聚合状态，引测标杆至少包括两端，为上细下粗宝塔型结构，在其外部安置金属保护管，当探头进入到土体所需监测深度时，探头金属片打开来锚固周围土体，其上部标杆与金属保护管内壁通过扶正器与金属内壁滑动连接，则下部探头随土体的沉降会带动上部引测标杆的下降，从而得到地面沉降以及分层沉降的监测数据。

与多点位移计锚头相比，其缺陷在于：单个沉降标体只能对应某一深度的监测，一组分层沉降监测需对应不同深度分别钻孔，且钻孔间隔较近，各个钻孔之间的变形会相互影响，引起整体地面的沉降；沉降标体上部引测标杆所连接的金属保护管直径较大，对周围土壁有扰动影响；沉降标体在进入钻孔之后，需要较长的稳定期使探头和土体达到锚固效果，则较长的稳定期会对土体产生附加应力，使监测数据误差较大。

目前市场上已有钻孔多点位移计测点固定装置主要有弹片式、倒楔式和液压支撑式等几种，多用于岩体，但由于其施加锚固力时对钻孔孔壁土体扰动较大，破坏了软土地区原本软弱的土体结构，往往很难测得理想地层沉降数据，因此常采用一个孔测一个地层沉降量的方法进行测量，大大增加了工程造价，同时观测点布置过多，也妨碍开挖支护施工工序，在观测点的保护方面也造成了极大的困难。另外由于已有多点位移计锚头自重较大，因此在软土地区往往因自重作用会对测量结果产生影响。

倒楔式多点位移计锚头包括孔口读数装置、孔内锚固装置及人工操纵杆，锚固方式采用钢片张开式，对于软土地区，该方式无法有效施加锚固力，另外由于其锚头与操纵杆分离在安装和拆卸操纵杆时很容易使孔壁土体受到扰动，从而很难获得软土地区地层沉降的理想数据。

液压支撑式多点位移计锚头装置包括一根排气管，远端锚头和近端锚头，适用于监测岩体变形的装置，不适用于软土地层的锚固及地层沉降的测量，且其注浆管、排气管没有伸缩的功能，也不是对称或者均匀分布的。

3 结语

近年来随着城市化的进展，地铁隧道等工程的建设越来越多，综合型交通枢纽工程施工时相互影响，周边环境更为复杂，采用可以减少对周边土体扰动的位移计锚头技术对工程施工安全具有重要意义，本文介绍的多点位移计锚头对比目前常用磁环、沉降标体监测技术有许多实质改进，但要在工程中得到真正应用仍需根据具体的周边环境设计相对应的检测工具。开发新的位移计锚头监测技术具有广阔的应用前景，随着科技的发展，更多新的技术创新也会应用于基坑工程实践中，不断促进基坑工程监测技术的进步，对基坑工程、隧道工程等施工具有重要意义。

[1] 赵晓光,陈国栋，张佳齐.上海某大型深基坑开挖监测实例[J].低温建筑技术，2016(9):108-111.

[2] 王建秀,刘笑天,姜韵骅，等.一种刃刀切入式软土多点位移计锚头[P].中国.C.CN201210509449.1，2014-06-11.

[3] 王建秀,高 峰,门 龙，等.一种用于软土地层的伸缩臂式多点位移计锚头[P].中国.C.CN201410705835.7，2015-04-08.

[4] 王建秀,邹宝平,周小博，等.一种用于软土地层的充气膨胀式位移计锚头[P].中国.C.CN201210546680.8，2014-06-18.

[5] 顾为栋,万贵富,蒋家正.一种监测地面沉降的引测标体[P].中国.CN01239455.6，2002-02-06.

Inquiry on the application of anchor-head technology in layered settlement monitoring

Men Long Gao Feng Wu Linbo

(TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

According to multi-point displacement-meter anchor-head structure methods, starting from aspects of grouting methods, blade knife style, leaf style and inflated style, the paper introduces different displacement meter anchor head composition and merits and defects, analyzes the application status of displacement meter anchor head technology in layered settlement monitoring, and finally points out that: multi-point displacement meter anchor-head design rationality has great impact upon surrounding soft soil disturbance.

displacement-meter anchor-head, soft soil region, foundation engineering, settlement monitoring

1009-6825(2017)06-0091-02

2016-12-17

门 龙(1990- )，男，在读硕士; 高 峰(1992- )，男，在读硕士; 吴林波(1988- )，男，在读博士

TU441.6

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