探究基坑鋼支撐軸力監測的優化及實踐

司徒斌

廣州市水務科學研究所（廣州市二次供水技術咨詢服務中心）（510000）

1 城市基坑工程支撐應用概述

鋼管支撐目前廣泛應用在城市基坑工程中，特別適用于寬度較窄的基坑工程。鋼筋混凝土支撐在基坑的第一道支撐中得到廣泛應用，其優點是剛度大，可承受較大的荷載，安全穩定性強。但鋼筋混凝土支撐在后期結構完成后，需要進行拆除，拆除難度大，且對環境造成一定影響，如噪聲、灰塵。鋼管材料可以循環利用，但造價高。鋼管材料存在工藝精度較差、安全性不高等問題。另外需要等鋼筋混凝土強度達到后才能進行基坑開挖，影響整體的工期。鋼支撐綜合了鋼筋混凝土支撐和鋼管支撐的優點，彌補了鋼筋混凝土支撐和鋼管支撐缺點。鋼支撐應用范圍大，整體支撐體系由鋼組合拼裝，適應各類基坑。鋼通過螺栓或者焊接連接，安裝精度高，整體穩定性好，施工速度快，后期拆卸方便[1]。

2 某基坑開挖變形分析

2.1 變形總體監測情況

該基坑長度 318 m，分為 A、B 兩個基坑。A 基坑斷面變化較大，基坑最大寬度為33 m，位于5、10號線聯絡線位置。兩個基坑都屬于長條形基坑，“長邊效應”明顯。基坑長邊方向變形整體，呈兩頭小、中間大的趨勢。基坑短邊方向布設一排監測點，此位置變形較長邊小。該基坑要求，開挖過程中基坑墻體變形不能超過35 mm。實際開挖過程中，該基坑墻體測斜累計變形量均未超變形控制值。以A基坑為例，長邊方向南、北端頭開挖過程中，墻體測斜累計值分別為22.09 mm、24.65 mm，標準段累計最大變形量為24.18 mm，最大日變量達到3.5 mm/d。同時，監測周邊建筑物、地面、管線的數據，單日最大變形值及累計最大變形值出現在基坑標準段中部位置。

2.2 采集監測數據

在工程建設的過程中，區間基坑開挖會對基坑內外的土體應力平衡產生一定程度的影響，由此可能會出現土體變形現象。如果施工地區的地質條件較為復雜，這種現象會表現得更加明顯。本次施工地質情況復雜，具有較大的工程基坑跨度，同時地下水位變化幅度也較大。因此要求檢測基坑鋼支撐的變形情況，從多種角度控制鋼支撐變形值，將變形值控制在限值之內，保證基坑的安全性與穩定性。鋼支撐設計預加軸力應達到設計值的70%，實際預加軸力為設計預加軸力值的120%～150%。軸力損失一般在施加軸力1 d 后出現最小值報警，在不超過鋼支撐的極限應力（油壓不要超過60 bar）情況下，復加軸力可以達到預加軸力值的150%～180%。

本次研究在監測數據的采集上以鋼結構支撐軸力作為研究對象，分析其沉降數據與最終位移，對得到的監測數據建立模擬與分析體系，從而實現對鋼結構支撐變形的及時監測。

2.3 變形規律分析

2.3.1 混凝土支撐穩定性強于鋼支撐

該基坑的支撐體系由兩部分構成，這兩部分分別為混凝土支撐梁和鋼支撐體系，其中第一、五道為混凝土支撐，因為第七段位置連接5、10 聯絡線，基坑寬度最寬為33 m。為增強此位置支撐強度，將第七、八段第三層設計為混凝土支撐梁，第二、三、四道支撐為φ609 t=16 焊接鋼管，第六、七道為φ800 t=16 焊接鋼管。在實際基坑開挖過程中，第七段最大地墻累計測斜變形量為22.09 mm，其累計變形量要小于標準段的變形量，即混凝土支撐穩定性強于鋼支撐。

2.3.2 基坑長邊效應顯著

由于該基坑長度為318 m，開挖周期半年。在開挖過程中，支撐暴露時間過長及基坑長邊效應顯著。根據監測數據顯示，基坑中部標準段的地墻累計測斜變形量最大，變形最大值達24.18 mm，即基坑長邊效應非常顯著。

2.3.3 基坑變形最大的在基坑深度2/3 位置

基坑開挖過程中，對每一層的單日變化和累計變化進行了分析。在每塊土層開挖過程中，支撐軸力施加后大約12 h 基坑變形穩定。通過對變形數據的分析，在開挖第一、二、三層土過程中，基坑最大變形在開挖面以上2～3 m 位置。隨著開挖深度的增加，變形最大位置相對于開挖面將逐漸上移，待基坑開挖見底，第一塊底板澆筑完成，基坑變形最大處在第五道支撐位置，大約在基坑深度2/3 位置。

3 鋼支撐軸力檢測及對策研究

鋼支撐的變形具有持續性，在各基坑開挖階段的表現不盡相同，主要有以下三個方面: ①開挖初期，基坑總體保持穩定，并未受到明顯的擾動，僅存在微量的變形；②開挖中期，在完成鋼支撐的架設作業后，通過該裝置的作用有效減小圍護樁的上部變形量，此時最大水平位移主要集中在樁體中部；③基坑開挖到底，通過分析得知，實際變形曲線與圍護樁的理論曲線幾乎一致，但各樁的工作條件不同，如鋼支撐軸力、現場地質環境等，因此也存在微小的區別。在本次的施工過程中，鋼支撐結構變形原因及對策研究主要包含了鋼支撐軸力、工程地質條件、護樁樁體剛度因素及圍護樁樁頂沉降因素的影響與處理措施[2]。

3.1 鋼支撐軸力的影響與處理措施

鋼支撐架設時間與鋼支撐軸力的影響作用，會導致圍護樁出現不同程度的變形，對最終變形量產生了較大程度的影響。本次研究綜合采用了實測與模擬共同運用的研究方式，對圍護樁變形與鋼支撐軸力之間的關系進行了探索，而且充分結合了當地的水文地質情況。

分析模擬結果可知，鋼支撐預加軸力與樁身位移呈反比例關系。初始減小幅度表現較為顯著，在預加力逐漸加大的背景下，對樁身位移的約束效果也呈現出逐漸下降的趨勢，最終趨近于0。因此能夠看出過大的作用對樁身的位移并不會產生太大的影響。根據設計原理，在避免鋼支撐產生過大變形的情況下要加強對鋼支撐的設計。不應盲目提升鋼支撐，在此情況下并不能避免樁體位移，因此可選取50%～80%的設計軸力來設計鋼支撐預加軸力。

3.2 鋼支撐軸力監測體系優化與實踐

在施工過程中，必須嚴格遵循設計及相關信息的反饋原則。對于基坑支護工程的監理，要進行嚴格的變形監測。為了保證變形監測的實際效果，應當設置多個監測點，在監測過程中適當增加監測的頻率，采用較為科學的監測方法進行檢測。這是保證監測效果的重要依據和前提保證。在變形監測過程中，首先，應將水平位移和沉降作為監測的重中之重予以密切關注。為了提高監測效果，還需要在基坑周圍及臨近管線設置沉降監測點。同時注意控制各監測點之間的距離，控制距離在20～30 m。另外，變形較大的地方和條件復雜的地方也應設置監測點。通過監測點收集相關數據和信息，為具體施工提供參考和依據。同時,在基坑開挖之前,為了避免監測點被破壞，有必要全面收集監測點的位置和數量信息,避免在開挖過程中監測點損壞,確保穩定的監測點。根據工程實際情況，設置多個管道監測點，對保證施工的順利進行起到了至關重要的作用。為了保證監測的有效性，有必要通過第三方進行監測。在監測過程中，應合理控制監測頻率，根據不同的施工階段采用不同的監測頻率。如在基坑支護施工中，相鄰的兩個監測員之間的間隔應在2 m以上。支架施工完成后30 d，監控間隔控制在10 d內。支護施工30 d 后，由于此時結構相對穩定，變形較小，監測間隔可適當延長。通過有效的監測，及時反饋監測信息，有助于人們了解和掌握基坑的變形情況，從而對基坑的首次異常進行有效的糾正和處理[3]。

4 結語

鋼支撐體系作為一種新型的支撐體系，相比傳統的鋼筋混凝土支撐，優點顯著，不僅應用于城市基坑工程，也可應用于排水供水管線基坑工程。鋼組合體系對于施工技術管理要求較高，不管施工、設計均應對此有詳細研究，制定出標準化的施工管理技術，以安全第一為基本原則，為城市水務工程建設服務。在施工過程中，通過數值模擬和實時監測，了解、掌握基坑形變及受力情況，正確指導基坑施工，保證基坑施工安全。