锚杆水平倾斜角度测量装置的应用研究

毕泗平 许婷华 李士明

0 引言

近年来,随着国民经济建设的飞速发展以及改造自然的加速,超大型建筑物、构筑物、地铁及在高楼密集的建筑群中兴建高楼、地库等工程的不断出现,变形测量越来越重要,要求也越来越高[1]。锚杆喷射混凝土支护是深基坑支护工程中应用广泛、经济适用的深基坑支护方法,在工程中被大量采用。为确保深基坑支护工程质量及施工安全性,锚杆支护工程中锚杆的水平倾斜角度是设计和施工过程中需严格控制的要点之一。但由于深基坑支护为临时工程,以往工程实践中工程技术人员普遍对深基坑支护工程重视不足,由此造成很多工程事故,损失惨重。

按照GB 50086-2001锚杆喷射混凝土支护技术规范中锚杆施工的一般规定:预应力锚杆的钻孔轴线与设计轴线的偏差不应大于3%;预应力锚杆施工中规定:钻孔与锚杆预定方位的允许角偏差为 1°～3°,其他锚杆的钻孔轴线应符合设计要求;按照GB 50330-2002建筑边坡工程技术规范中锚杆构造设计中锚孔施工规定:锚孔偏斜度不应大于5%[2,3]。实际施工中,锚孔及锚杆的水平方向倾斜角度控制较难实现。

深基坑开挖过程中由于土质、开挖机械、爆破等条件所限,边坡很难实现垂直和平整。原有倾角计的测量极易受周围环境、施工条件等影响[1],很难满足基坑支护中简单、实用、操作方便的需求。

1 新型测量装置的实践基础

为了克服现有深基坑支护中锚杆水平倾斜角度难以方便、快捷测量的问题,通过对工程实践的深入研究,本文提出了一种新型锚杆水平倾角测量装置并研究其使用原理和方法。该测量装置结构简单,不仅能够测出垂直且平整坡面上的锚杆水平倾斜角度,而且能够方便、快捷地测量非垂直且不平整坡面上锚杆的水平倾斜角度;而且测量仪器使用要求不受外界自然条件和施工用电的影响,使用方便、快捷。

在工程实践中通过对原有锚杆水平倾斜角度测量原理的研究,新提出的锚杆水平倾角测量装置是对建筑深基坑施工工程设备的改进,是一种简便、实用的锚杆水平倾角测量装置。该测量装置能准确指示深基坑锚杆支护工程中锚杆水平倾斜角度,尤其是能精确显示不规则坡面上锚杆的水平倾斜角度。

该测量装置发明的任务由以下技术方案完成:研制了一种锚杆水平倾角测量装置,包括由与半圆量角器直角边和直尺连体组成的角度盘,在角度盘的半圆量角器上双向设置两排0°～180°的角度刻度;在角度盘的半圆量角器圆心处通过阻尼铰链和自由铰链依次铰接有锚杆指示针和垂直指示针;锚杆指示针以量角器的圆心为轴,在角度盘的盘面上阻尼旋转指示角度;垂直指示针以量角器的圆心为轴,在角度盘的盘面上自由旋转指示角度。

阻尼铰链和自由铰链,由穿过半圆量角器圆心处的轴心螺栓通过角度盘固定螺母、垫片、锚杆指示针、弹簧垫片、限位螺母、垫片、垂直指示针、垫片和限位端头螺母依次铰接而构成。垂直指示针在针身适当位置处设有重锤,针身两端设有指示箭头。

2 新型锚杆水平倾角的测量原理

2.1 垂直或外倾边坡的测量原理

当该测量装置用于对施工基坑为垂直边坡或向外倾斜的边坡处的锚杆进行水平倾角测量时,应先将角度盘的直尺边顺坡紧靠在施工基坑边坡面上,并使该角度盘的盘面置于铅垂面上,再将角度盘的半圆量角器圆心放在锚杆的轴线上,转动锚杆指示针使其与锚杆的轴线方向一致,此时锚杆指示针所指示的角度按顺时针读数为θ1;垂直指示针依其重锤作用而自由下垂,其指示针所指示的角度按顺时针读数为θ2;则锚杆的水平倾斜角度θ3可按式(1)求解:

其中,θ3为上(下)倾斜的角度值。当θ3为正值时,表明锚杆向上倾斜;当θ3为负值时,表明锚杆向下倾斜。

2.2 内倾边坡的测量原理

当该测量装置用于对内倾边坡处的锚杆进行水平倾角的测量时,应将角度盘的直尺边顺坡紧靠在施工基坑边坡面上,并使该角度盘的盘面置于铅垂面上,再将角度盘的半圆量角器圆心放在锚杆的轴线上,转动锚杆指示针使其与锚杆的轴线方向一致,此时锚杆指示针所指示的角度按顺时针读数为θ1;垂直指示针依其重锤作用而自由下垂,其指示针所指示的角度按顺时针读数为θ2;锚杆的水平倾斜角度θ3可按式(2)求得:

其中,θ3为上(下)倾斜的角度值。当θ3为正值时,表明锚杆向上倾斜;当θ3为负值时,表明锚杆向下倾斜。

3 测量装置的实用效果

本文所提出的锚杆水平倾斜角度测量装置的实用效果在于:在该测量装置角度盘的半圆量角器上双向设置两排0°～180°的角度刻度,在角度盘的半圆量角器圆心处通过阻尼铰链和自由铰链依次铰接有锚杆指示针和垂直指示针。锚杆指示针以该量角器的圆心为轴,在角度盘的盘面上阻尼旋转指示角度;垂直指示针以量角器的圆心为轴,在角度盘的盘面上自由旋转指示角度。

因此,该测量装置可以快速有效地测量锚杆的水平倾斜角度。该测量装置仅在常规的半圆量角器上增加有锚杆指示针和垂直指示针,结构简单。锚杆方向指示针以该量角器的圆心为轴,在角度盘的盘面上通过阻尼铰链阻尼旋转指示角度,使用方便、测量精确。垂直方向指示针以量角器的圆心为轴,在角度盘的盘面上自由旋转指示角度,受外界自然条件影响小,可为锚杆施工及其质量检验提供可靠的水平倾斜角度测量数据。同时也可作为深基坑土钉墙支护工程中土钉水平倾斜角度的测量装置。

由于阻尼铰链由轴心螺栓通过垫片、弹簧垫片、锚杆指示针的依次阻尼铰接且阻尼旋转指示角度,使得锚杆指示针可以精确测量角度;垂直指示针由于重锤作用而自由下垂,其指示的角度更精确。该测量装置不仅能够测出垂直和平整坡面上的锚杆水平倾斜角度,而且能够方便地测量非垂直且不平整坡面上锚杆的水平倾斜角度。其使用方法不受外界自然条件和施工用电等影响,使用方便、快捷。

4 锚杆水平倾角测量装置的构造

本文所提出的锚杆水平倾斜角度测量装置在测量垂直或外倾边坡锚杆水平倾斜角度时的测试使用示意图如图1所示。

本测量装置的实施可以进一步说明如下:锚杆水平倾角测量装置,包括由与半圆量角器直角边和直尺连体组成的角度盘1,在角度盘1的半圆量角器上双向设置两排0°～180°的角度刻度。在该角度盘1的半圆量角器圆心处通过阻尼铰链和自由铰链依次铰接有锚杆指示针6和垂直指示针5;锚杆指示针6以量角器1的圆心为轴,在角度盘1的盘面上阻尼旋转指示角度;垂直指示针5以量角器1的圆心为轴,在角度盘1的盘面上自由旋转指示角度。

阻尼铰链和自由铰链由穿过半圆量角器圆心处的轴心螺栓7通过角度盘固定螺母8、垫片9、锚杆指示针6、弹簧垫片10、限位螺母11、垫片12、垂直指示针5、垫片13和限位端头螺母14依次铰接而构成(见图2)。

5 结语

本文所研制的深基坑工程新型锚杆水平倾斜角度测量装置,以半圆量角器、可自由转动的垂直方向指示针及可阻尼转动的锚杆方向指示针,巧妙地利用重力原理快速测量锚杆的水平倾斜角度。其结构简单、使用方便且受自然条件影响小。通过工程实例的验证,该测量装置可满足锚杆水平倾斜角度的测量及质量控制,对深基坑锚杆喷射混凝土支护工程的施工管理具有较大的实践应用价值。

[2]GB 50330-2002,建筑边坡工程技术规范[S].

[3]GB 50086-2001,锚杆喷射混凝土支护技术规范[S].

[4]二滩水电开发有限责任公司.岩土工程安全监测手册[M].北京:中国水利水电出版社,1999:488-489.