深基坑鋼管支撐軸力監(jiān)測(cè)分析

湯智全

上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院集團(tuán)佛山斯美設(shè)計(jì)院有限公司 528200

摘要：隨著城市建設(shè)用地的緊張，建筑工程開(kāi)始向縱深向發(fā)展，對(duì)地下空間的利用十分重要，因此帶來(lái)了深基坑技術(shù)的不斷發(fā)展。目前，深基坑支護(hù)技術(shù)無(wú)論在安全還是在經(jīng)濟(jì)方面都有了很大程度的提高，在支護(hù)的形式中也越來(lái)越多樣，其中鋼管支撐能夠處理較復(fù)雜的深基坑，所以得到了廣泛的應(yīng)用。本文筆者結(jié)合經(jīng)驗(yàn)對(duì)鋼管支撐的安裝和監(jiān)測(cè)做了系統(tǒng)的介紹，并對(duì)鋼管支撐軸力監(jiān)測(cè)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：建筑工程；深基坑；鋼管支撐；軸力監(jiān)測(cè)；監(jiān)測(cè)分析

0.引言

目前，廣東地區(qū)深基坑工程越來(lái)越多，且珠三角地區(qū)地質(zhì)情況復(fù)雜，含有大量的流塑狀淤泥質(zhì)土層，承載力較低，還存在透水性較強(qiáng)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(shí)到監(jiān)測(cè)的重要性。在深基坑開(kāi)挖過(guò)程中，開(kāi)挖使得土體改變了原來(lái)的應(yīng)力狀態(tài)，從而引起土體的變形，盡管人們不斷的發(fā)展基坑支護(hù)技術(shù)，但這些支護(hù)措施，都不能完全保證土體不發(fā)生變形，那么不可避免的這些支護(hù)結(jié)構(gòu)也會(huì)產(chǎn)生變形[1]。這些變形主要包括支撐結(jié)構(gòu)和周?chē)馏w的側(cè)向位移和縱向上的沉降以及基坑內(nèi)土體的隆起。如果這些變形量超過(guò)一定的范圍，就會(huì)對(duì)支撐結(jié)構(gòu)造成巨大的損害，從而危及整個(gè)基坑的安全，甚至是周?chē)ㄖ陌踩Ｒ虼耍谏罨娱_(kāi)挖的全過(guò)程中，需要時(shí)刻監(jiān)測(cè)支撐結(jié)構(gòu)的變形，周?chē)馏w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(shí)施[2]。

1.鋼管支撐的安裝

在深基坑開(kāi)挖時(shí)，一般采用分段分層式開(kāi)挖，每段開(kāi)挖的長(zhǎng)度控制在18～25m之間。開(kāi)挖深度到達(dá)設(shè)計(jì)支撐位置以下時(shí)，應(yīng)停止開(kāi)挖，避免超挖現(xiàn)象的產(chǎn)生。停止開(kāi)挖后，應(yīng)立即掛網(wǎng)進(jìn)行混凝土的噴射，并安裝鋼圍檁，及時(shí)加設(shè)好鋼支撐[3]。且圍檁與支護(hù)樁需要有較好的連接。

為保證鋼管安裝的精度，安裝時(shí)需要保證腰梁、端頭以及千斤頂?shù)妮S線在同一平面上，橫向支撐上的螺栓需要對(duì)角分等分的進(jìn)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(jìn)行，避免產(chǎn)生沖擊現(xiàn)象[4]。為了保證鋼管樁與擋土結(jié)構(gòu)接觸密切，需要把孔樁表面鑿毛，并設(shè)置早強(qiáng)快凝的砂漿水泥。與此同時(shí)，特別注意鋼管端頭與法蘭盤(pán)焊接處，垂直偏差不宜過(guò)大，應(yīng)控制在1.5mm以?xún)?nèi)，并保證鋼管支撐的偏心不超過(guò)20mm[5]。

圖1 鋼管樁架設(shè)流程

施工過(guò)程中加強(qiáng)監(jiān)測(cè)及巡視，發(fā)現(xiàn)護(hù)坡樁位移或鋼管支撐軸力超過(guò)預(yù)警值時(shí)，要增加監(jiān)測(cè)頻率；造成支撐撓曲變形，并接近允許值時(shí)，必須增加臨時(shí)豎向支撐等措施，降低鋼管計(jì)算長(zhǎng)度，避免失穩(wěn)，必要時(shí)加密支撐，降低其它支撐內(nèi)力[6]。

2.鋼管支撐軸力檢測(cè)

（1）鋼支撐軸力監(jiān)測(cè)的作用。

深基坑的開(kāi)挖，必然會(huì)帶來(lái)基坑內(nèi)部及外部的土體的應(yīng)力變化，將會(huì)帶來(lái)支撐結(jié)構(gòu)的受力變化，導(dǎo)致支撐結(jié)構(gòu)和土體的變形，支撐結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生內(nèi)力，如支撐軸力或錨桿拉力等，同時(shí)土體會(huì)發(fā)生隆起、外圍土體則會(huì)產(chǎn)生沉降或側(cè)向位移，這些變形和內(nèi)力如果超過(guò)某一特定的允許值，就會(huì)引起基坑的破壞造成嚴(yán)重的后果。另一方面，基坑的支護(hù)體系所承受的土壓力存在很多不確定因素，在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)基坑支護(hù)做了相應(yīng)的簡(jiǎn)化，這也會(huì)導(dǎo)致與現(xiàn)實(shí)情況有所差異，通過(guò)對(duì)基坑的研究發(fā)現(xiàn)，基坑的開(kāi)挖與支撐存在在時(shí)間和空間的延遲[7]。因此，在基坑工程中，很大部分依靠經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷，不能形成精確的理論。

作為基坑開(kāi)挖環(huán)節(jié)中最為重要的環(huán)節(jié)，鋼管支撐軸力需要進(jìn)行特備細(xì)心的監(jiān)測(cè)。通過(guò)對(duì)比鋼管軸力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)期望的差值，可以更準(zhǔn)確的為下一階段做預(yù)測(cè)。鋼管軸力的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以很好的表現(xiàn)樁體的側(cè)向位移，從而可以判斷危險(xiǎn)并作出及時(shí)的預(yù)報(bào)，保證深基坑的安全[8]。

（2）測(cè)量原理。

目前，在深基坑鋼管軸力監(jiān)測(cè)過(guò)程中，一般選用支撐軸力計(jì)來(lái)對(duì)鋼管軸力進(jìn)行測(cè)量。軸力計(jì)其實(shí)是一種振弦式載重傳感器，振弦、受力裝置、夾緊系統(tǒng)、電磁回路以及信號(hào)處理是載重傳感器的主要構(gòu)成部分[9]。

軸力計(jì)的工作原理是由鋼弦組成的敏感元件，根據(jù)其震動(dòng)頻率來(lái)判斷受力。隨著受力的不同，振弦的震動(dòng)頻率就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的改變，軸力計(jì)利用這一特性，將其轉(zhuǎn)化為頻率信號(hào)。處于永久磁場(chǎng)中的振弦，因?yàn)槊}沖電流的產(chǎn)生，會(huì)引起磁場(chǎng)發(fā)生改變，進(jìn)一步引起振弦振動(dòng)。如果激發(fā)脈沖中斷的時(shí)候，磁場(chǎng)中的振弦會(huì)使線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電動(dòng)勢(shì)的頻率和振弦的頻率保持一致[10]。

（3）軸力計(jì)鋪設(shè)。

鋼管支撐的端部一般放置軸力計(jì)，軸力計(jì)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(jìn)行焊接，從而保證安裝牢固。在鋼板的焊接過(guò)程中，需要注意鋼支撐中心軸線對(duì)齊安裝中心點(diǎn)。軸力計(jì)的放置，需要帶鋼板冷卻后，推入安裝架圓形鋼筒內(nèi)，然后用兩對(duì)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(guò)程中，軸力計(jì)松動(dòng)滑落。軸力計(jì)的鋪設(shè)一般每25m就選擇一個(gè)斷面，斷面必須具有代表性，在斷面上安裝軸力計(jì)[11]。

3.鋼管支撐軸力分析

筆者通過(guò)多年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，并結(jié)合其他參考資料，對(duì)于鋼管支撐的軸力得出如下結(jié)論：第一，鋼管支撐一般都會(huì)產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力的損失，其損失率一般在20%～40%范圍之內(nèi)[12]。隨著開(kāi)挖深度的增加，鋼管支撐的軸力也會(huì)隨之增大，其大小的變化情況和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、開(kāi)挖方式、開(kāi)挖速度等因素有很重要的關(guān)系。第二，針對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的分析，可以發(fā)現(xiàn)通過(guò)反力計(jì)和應(yīng)變計(jì)兩種方法所監(jiān)測(cè)出的結(jié)果比較接近。第三，支護(hù)結(jié)構(gòu)的方式、工況的不同對(duì)鋼管支撐的軸力有很大的影響，隨著開(kāi)挖深度的增加這種影響會(huì)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(xiàn)失穩(wěn)狀態(tài)，鋼管支撐的軸力一般會(huì)達(dá)到設(shè)計(jì)值的40%～60%之間，現(xiàn)在正在用的土壓力計(jì)算公式相對(duì)來(lái)說(shuō)比較保守，在角撐部位，設(shè)計(jì)人員需要特別注意，需要考慮基坑產(chǎn)生的空間效應(yīng)[13]，適當(dāng)時(shí)應(yīng)該增加角部斜向支撐。設(shè)計(jì)過(guò)程中可以結(jié)合多個(gè)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行分析，如理正深基坑軟件進(jìn)行單元計(jì)算，及GTS有限元分析軟件進(jìn)行基坑整體計(jì)算。

4.結(jié)束語(yǔ)

在深基坑的施工過(guò)程中，對(duì)支撐軸力的監(jiān)測(cè)是十分重要的，它也是實(shí)現(xiàn)信息化施工應(yīng)該具備的。鋼管支撐作為基坑臨時(shí)支護(hù)的重要結(jié)構(gòu)，是保證施工安全的重中之重，對(duì)鋼管支撐的檢測(cè)確保了基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固和安全。

參考文獻(xiàn)：

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