深基坑鋼管支撐軸力監測分析

湯智全

上海市政工程設計研究總院集團佛山斯美設計院有限公司 528200

摘要：隨著城市建設用地的緊張，建筑工程開始向縱深向發展，對地下空間的利用十分重要，因此帶來了深基坑技術的不斷發展。目前，深基坑支護技術無論在安全還是在經濟方面都有了很大程度的提高，在支護的形式中也越來越多樣，其中鋼管支撐能夠處理較復雜的深基坑，所以得到了廣泛的應用。本文筆者結合經驗對鋼管支撐的安裝和監測做了系統的介紹，并對鋼管支撐軸力監測進行分析。

關鍵詞：建筑工程；深基坑；鋼管支撐；軸力監測；監測分析

0.引言

目前，廣東地區深基坑工程越來越多，且珠三角地區地質情況復雜，含有大量的流塑狀淤泥質土層，承載力較低，還存在透水性較強的粉砂層，都不利于基坑施工。為了保證其施工安全，人們逐漸意識到監測的重要性。在深基坑開挖過程中，開挖使得土體改變了原來的應力狀態，從而引起土體的變形，盡管人們不斷的發展基坑支護技術，但這些支護措施，都不能完全保證土體不發生變形，那么不可避免的這些支護結構也會產生變形[1]。這些變形主要包括支撐結構和周圍土體的側向位移和縱向上的沉降以及基坑內土體的隆起。如果這些變形量超過一定的范圍，就會對支撐結構造成巨大的損害，從而危及整個基坑的安全，甚至是周圍建筑的安全。因此，在深基坑開挖的全過程中，需要時刻監測支撐結構的變形，周圍土體的變形以及臨近建筑物、地下管線的變形，只有全方位的了解工程的變化，才能保證基坑的安全和工程的順利實施[2]。

1.鋼管支撐的安裝

在深基坑開挖時，一般采用分段分層式開挖，每段開挖的長度控制在18～25m之間。開挖深度到達設計支撐位置以下時，應停止開挖，避免超挖現象的產生。停止開挖后，應立即掛網進行混凝土的噴射，并安裝鋼圍檁，及時加設好鋼支撐[3]。且圍檁與支護樁需要有較好的連接。

為保證鋼管安裝的精度，安裝時需要保證腰梁、端頭以及千斤頂的軸線在同一平面上，橫向支撐上的螺栓需要對角分等分的進行擰緊，從而保證橫向支撐的平直。縱支撐的安裝一定要緩慢進行，避免產生沖擊現象[4]。為了保證鋼管樁與擋土結構接觸密切，需要把孔樁表面鑿毛，并設置早強快凝的砂漿水泥。與此同時，特別注意鋼管端頭與法蘭盤焊接處，垂直偏差不宜過大，應控制在1.5mm以內，并保證鋼管支撐的偏心不超過20mm[5]。

圖1 鋼管樁架設流程

施工過程中加強監測及巡視，發現護坡樁位移或鋼管支撐軸力超過預警值時，要增加監測頻率；造成支撐撓曲變形，并接近允許值時，必須增加臨時豎向支撐等措施，降低鋼管計算長度，避免失穩，必要時加密支撐，降低其它支撐內力[6]。

2.鋼管支撐軸力檢測

（1）鋼支撐軸力監測的作用。

深基坑的開挖，必然會帶來基坑內部及外部的土體的應力變化，將會帶來支撐結構的受力變化，導致支撐結構和土體的變形，支撐結構會產生內力，如支撐軸力或錨桿拉力等，同時土體會發生隆起、外圍土體則會產生沉降或側向位移，這些變形和內力如果超過某一特定的允許值，就會引起基坑的破壞造成嚴重的后果。另一方面，基坑的支護體系所承受的土壓力存在很多不確定因素，在設計時對基坑支護做了相應的簡化，這也會導致與現實情況有所差異，通過對基坑的研究發現，基坑的開挖與支撐存在在時間和空間的延遲[7]。因此，在基坑工程中，很大部分依靠經驗來判斷，不能形成精確的理論。

作為基坑開挖環節中最為重要的環節，鋼管支撐軸力需要進行特備細心的監測。通過對比鋼管軸力監測數據與設計期望的差值，可以更準確的為下一階段做預測。鋼管軸力的監測數據可以很好的表現樁體的側向位移，從而可以判斷危險并作出及時的預報，保證深基坑的安全[8]。

（2）測量原理。

目前，在深基坑鋼管軸力監測過程中，一般選用支撐軸力計來對鋼管軸力進行測量。軸力計其實是一種振弦式載重傳感器，振弦、受力裝置、夾緊系統、電磁回路以及信號處理是載重傳感器的主要構成部分[9]。

軸力計的工作原理是由鋼弦組成的敏感元件，根據其震動頻率來判斷受力。隨著受力的不同，振弦的震動頻率就會發生相應的改變，軸力計利用這一特性，將其轉化為頻率信號。處于永久磁場中的振弦，因為脈沖電流的產生，會引起磁場發生改變，進一步引起振弦振動。如果激發脈沖中斷的時候，磁場中的振弦會使線圈產生感應電動勢，電動勢的頻率和振弦的頻率保持一致[10]。

（3）軸力計鋪設。

鋼管支撐的端部一般放置軸力計，軸力計的安裝需要配套的安裝架。安裝架有鋼板，用于與冠梁或腰梁上的鋼板進行焊接，從而保證安裝牢固。在鋼板的焊接過程中，需要注意鋼支撐中心軸線對齊安裝中心點。軸力計的放置，需要帶鋼板冷卻后，推入安裝架圓形鋼筒內，然后用兩對M10螺絲固定在安裝架上，保證牢固，避免在鋼管支撐吊裝的過程中，軸力計松動滑落。軸力計的鋪設一般每25m就選擇一個斷面，斷面必須具有代表性，在斷面上安裝軸力計[11]。

3.鋼管支撐軸力分析

筆者通過多年的監測數據分析，并結合其他參考資料，對于鋼管支撐的軸力得出如下結論：第一，鋼管支撐一般都會產生預應力的損失，其損失率一般在20%～40%范圍之內[12]。隨著開挖深度的增加，鋼管支撐的軸力也會隨之增大，其大小的變化情況和現場環境、開挖方式、開挖速度等因素有很重要的關系。第二，針對監測結果的分析，可以發現通過反力計和應變計兩種方法所監測出的結果比較接近。第三，支護結構的方式、工況的不同對鋼管支撐的軸力有很大的影響，隨著開挖深度的增加這種影響會增大。在深基坑的拐角處軸力一般較小，基坑的中間部分鋼管所受軸力較大。第四，如果基坑出現失穩狀態，鋼管支撐的軸力一般會達到設計值的40%～60%之間，現在正在用的土壓力計算公式相對來說比較保守，在角撐部位，設計人員需要特別注意，需要考慮基坑產生的空間效應[13]，適當時應該增加角部斜向支撐。設計過程中可以結合多個設計軟件進行分析，如理正深基坑軟件進行單元計算，及GTS有限元分析軟件進行基坑整體計算。

4.結束語

在深基坑的施工過程中，對支撐軸力的監測是十分重要的，它也是實現信息化施工應該具備的。鋼管支撐作為基坑臨時支護的重要結構，是保證施工安全的重中之重，對鋼管支撐的檢測確保了基坑支護結構的穩固和安全。

參考文獻：

[1]張忠苗，房凱，劉興旺，吳祖福.粉砂土地鐵深基坑支撐軸力監測分析[J].巖土工程學報，2010，S1：426-429.

[2]牟亞洲.深基坑圍護結構內支撐軸力的監測及分析[J].鐵道標準設計，2012，01：84-87.

[3]武進廣，王彥霞，楊有海.杭州市秋濤路地鐵車站深基坑鋼支撐軸力監測與分析[J].鐵道建筑，2013，10：51-54.

[4]崔榮方，朱威，王培達.深基坑鋼管支撐軸力監測分析[J].山西建筑，2013，31：83-84.

[5]郭利娜，胡斌，李方成，徐海清.武漢地鐵深基坑圍護結構鋼支撐軸