探究基坑鋼支撐軸力監(jiān)測的優(yōu)化及實踐

司徒斌

廣州市水務(wù)科學(xué)研究所（廣州市二次供水技術(shù)咨詢服務(wù)中心）（510000）

1 城市基坑工程支撐應(yīng)用概述

鋼管支撐目前廣泛應(yīng)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(yīng)用，其優(yōu)點是剛度大，可承受較大的荷載，安全穩(wěn)定性強(qiáng)。但鋼筋混凝土支撐在后期結(jié)構(gòu)完成后，需要進(jìn)行拆除，拆除難度大，且對環(huán)境造成一定影響，如噪聲、灰塵。鋼管材料可以循環(huán)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(qiáng)度達(dá)到后才能進(jìn)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(yōu)點，彌補(bǔ)了鋼筋混凝土支撐和鋼管支撐缺點。鋼支撐應(yīng)用范圍大，整體支撐體系由鋼組合拼裝，適應(yīng)各類基坑。鋼通過螺栓或者焊接連接，安裝精度高，整體穩(wěn)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(jiān)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(lián)絡(luò)線位置。兩個基坑都屬于長條形基坑，“長邊效應(yīng)”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(shè)一排監(jiān)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(biāo)準(zhǔn)段累計最大變形量為24.18 mm，最大日變量達(dá)到3.5 mm/d。同時，監(jiān)測周邊建筑物、地面、管線的數(shù)據(jù)，單日最大變形值及累計最大變形值出現(xiàn)在基坑標(biāo)準(zhǔn)段中部位置。

2.2 采集監(jiān)測數(shù)據(jù)

在工程建設(shè)的過程中，區(qū)間基坑開挖會對基坑內(nèi)外的土體應(yīng)力平衡產(chǎn)生一定程度的影響，由此可能會出現(xiàn)土體變形現(xiàn)象。如果施工地區(qū)的地質(zhì)條件較為復(fù)雜，這種現(xiàn)象會表現(xiàn)得更加明顯。本次施工地質(zhì)情況復(fù)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(nèi)，保證基坑的安全性與穩(wěn)定性。鋼支撐設(shè)計預(yù)加軸力應(yīng)達(dá)到設(shè)計值的70%，實際預(yù)加軸力為設(shè)計預(yù)加軸力值的120%～150%。軸力損失一般在施加軸力1 d 后出現(xiàn)最小值報警，在不超過鋼支撐的極限應(yīng)力（油壓不要超過60 bar）情況下，復(fù)加軸力可以達(dá)到預(yù)加軸力值的150%～180%。

本次研究在監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集上以鋼結(jié)構(gòu)支撐軸力作為研究對象，分析其沉降數(shù)據(jù)與最終位移，對得到的監(jiān)測數(shù)據(jù)建立模擬與分析體系，從而實現(xiàn)對鋼結(jié)構(gòu)支撐變形的及時監(jiān)測。

2.3 變形規(guī)律分析

2.3.1 混凝土支撐穩(wěn)定性強(qiáng)于鋼支撐

該基坑的支撐體系由兩部分構(gòu)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(lián)絡(luò)線，基坑寬度最寬為33 m。為增強(qiáng)此位置支撐強(qiáng)度，將第七、八段第三層設(shè)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(biāo)準(zhǔn)段的變形量，即混凝土支撐穩(wěn)定性強(qiáng)于鋼支撐。

2.3.2 基坑長邊效應(yīng)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(yīng)顯著。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，基坑中部標(biāo)準(zhǔn)段的地墻累計測斜變形量最大，變形最大值達(dá)24.18 mm，即基坑長邊效應(yīng)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(jìn)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(wěn)定。通過對變形數(shù)據(jù)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(xù)性，在各基坑開挖階段的表現(xiàn)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(wěn)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(shè)作業(yè)后，通過該裝置的作用有效減小圍護(hù)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(hù)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(xiàn)場地質(zhì)環(huán)境等，因此也存在微小的區(qū)別。在本次的施工過程中，鋼支撐結(jié)構(gòu)變形原因及對策研究主要包含了鋼支撐軸力、工程地質(zhì)條件、護(hù)樁樁體剛度因素及圍護(hù)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(shè)時間與鋼支撐軸力的影響作用，會導(dǎo)致圍護(hù)樁出現(xiàn)不同程度的變形，對最終變形量產(chǎn)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(yùn)用的研究方式，對圍護(hù)樁變形與鋼支撐軸力之間的關(guān)系進(jìn)行了探索，而且充分結(jié)合了當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)情況。

分析模擬結(jié)果可知，鋼支撐預(yù)加軸力與樁身位移呈反比例關(guān)系。初始減小幅度表現(xiàn)較為顯著，在預(yù)加力逐漸加大的背景下，對樁身位移的約束效果也呈現(xiàn)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(chǎn)生太大的影響。根據(jù)設(shè)計原理，在避免鋼支撐產(chǎn)生過大變形的情況下要加強(qiáng)對鋼支撐的設(shè)計。不應(yīng)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(shè)計軸力來設(shè)計鋼支撐預(yù)加軸力。

3.2 鋼支撐軸力監(jiān)測體系優(yōu)化與實踐

在施工過程中，必須嚴(yán)格遵循設(shè)計及相關(guān)信息的反饋原則。對于基坑支護(hù)工程的監(jiān)理，要進(jìn)行嚴(yán)格的變形監(jiān)測。為了保證變形監(jiān)測的實際效果，應(yīng)當(dāng)設(shè)置多個監(jiān)測點，在監(jiān)測過程中適當(dāng)增加監(jiān)測的頻率，采用較為科學(xué)的監(jiān)測方法進(jìn)行檢測。這是保證監(jiān)測效果的重要依據(jù)和前提保證。在變形監(jiān)測過程中，首先，應(yīng)將水平位移和沉降作為監(jiān)測的重中之重予以密切關(guān)注。為了提高監(jiān)測效果，還需要在基坑周圍及臨近管線設(shè)置沉降監(jiān)測點。同時注意控制各監(jiān)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(fù)雜的地方也應(yīng)設(shè)置監(jiān)測點。通過監(jiān)測點收集相關(guān)數(shù)據(jù)和信息，為具體施工提供參考和依據(jù)。同時,在基坑開挖之前,為了避免監(jiān)測點被破壞，有必要全面收集監(jiān)測點的位置和數(shù)量信息,避免在開挖過程中監(jiān)測點損壞,確保穩(wěn)定的監(jiān)測點。根據(jù)工程實際情況，設(shè)置多個管道監(jiān)測點，對保證施工的順利進(jìn)行起到了至關(guān)重要的作用。為了保證監(jiān)測的有效性，有必要通過第三方進(jìn)行監(jiān)測。在監(jiān)測過程中，應(yīng)合理控制監(jiān)測頻率，根據(jù)不同的施工階段采用不同的監(jiān)測頻率。如在基坑支護(hù)施工中，相鄰的兩個監(jiān)測員之間的間隔應(yīng)在2 m以上。支架施工完成后30 d，監(jiān)控間隔控制在10 d內(nèi)。支護(hù)施工30 d 后，由于此時結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，變形較小，監(jiān)測間隔可適當(dāng)延長。通過有效的監(jiān)測，及時反饋監(jiān)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(jìn)行有效的糾正和處理[3]。

4 結(jié)語

鋼支撐體系作為一種新型的支撐體系，相比傳統(tǒng)的鋼筋混凝土支撐，優(yōu)點顯著，不僅應(yīng)用于城市基坑工程，也可應(yīng)用于排水供水管線基坑工程。鋼組合體系對于施工技術(shù)管理要求較高，不管施工、設(shè)計均應(yīng)對此有詳細(xì)研究，制定出標(biāo)準(zhǔn)化的施工管理技術(shù)，以安全第一為基本原則，為城市水務(wù)工程建設(shè)服務(wù)。在施工過程中，通過數(shù)值模擬和實時監(jiān)測，了解、掌握基坑形變及受力情況，正確指導(dǎo)基坑施工，保證基坑施工安全。