深基坑鋼管支撐軸力監(jiān)測分析

湯智全

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

摘要：隨著城市建設(shè)用地的緊張，建筑工程開始向縱深向發(fā)展，對地下空間的利用十分重要，因此帶來了深基坑技術(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)對鋼管支撐的安裝和監(jiān)測做了系統(tǒng)的介紹，并對鋼管支撐軸力監(jiān)測進(jìn)行分析。

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

0.引言

目前，廣東地區(qū)深基坑工程越來越多，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，人們逐漸意識到監(jiān)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(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)也會產(chǎn)生變形[1]。這些變形主要包括支撐結(jié)構(gòu)和周圍土體的側(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一定的范圍，就會對支撐結(jié)構(gòu)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(jiān)測支撐結(jié)構(gòu)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(shí)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(dá)設(shè)計支撐位置以下時，應(yīng)停止開挖，避免超挖現(xiàn)象的產(chǎn)生。停止開挖后，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，特別注意鋼管端頭與法蘭盤焊接處，垂直偏差不宜過大，應(yīng)控制在1.5mm以內(nèi)，并保證鋼管支撐的偏心不超過20mm[5]。

圖1 鋼管樁架設(shè)流程

施工過程中加強(qiáng)監(jiān)測及巡視，發(fā)現(xiàn)護(hù)坡樁位移或鋼管支撐軸力超過預(yù)警值時，要增加監(jiān)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(wěn)，必要時加密支撐，降低其它支撐內(nèi)力[6]。

2.鋼管支撐軸力檢測

（1）鋼支撐軸力監(jiān)測的作用。

深基坑的開挖，必然會帶來基坑內(nèi)部及外部的土體的應(yīng)力變化，將會帶來支撐結(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)會產(chǎn)生內(nèi)力，如支撐軸力或錨桿拉力等，同時土體會發(fā)生隆起、外圍土體則會產(chǎn)生沉降或側(cè)向位移，這些變形和內(nèi)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(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)計時對基坑支護(hù)做了相應(yīng)的簡化，這也會導(dǎo)致與現(xiàn)實(shí)情況有所差異，通過對基坑的研究發(fā)現(xiàn)，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(jīng)驗(yàn)來判斷，不能形成精確的理論。

作為基坑開挖環(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。通過對比鋼管軸力監(jiān)測數(shù)據(jù)與設(shè)計期望的差值，可以更準(zhǔn)確的為下一階段做預(yù)測。鋼管軸力的監(jiān)測數(shù)據(jù)可以很好的表現(xiàn)樁體的側(cè)向位移，從而可以判斷危險并作出及時的預(yù)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(jiān)測過程中，一般選用支撐軸力計來對鋼管軸力進(jìn)行測量。軸力計其實(shí)是一種振弦式載重傳感器，振弦、受力裝置、夾緊系統(tǒng)、電磁回路以及信號處理是載重傳感器的主要構(gòu)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(jù)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(fā)生相應(yīng)的改變，軸力計利用這一特性，將其轉(zhuǎn)化為頻率信號。處于永久磁場中的振弦，因?yàn)槊}沖電流的產(chǎn)生，會引起磁場發(fā)生改變，進(jìn)一步引起振弦振動。如果激發(fā)脈沖中斷的時候，磁場中的振弦會使線圈產(chǎn)生感應(yīng)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(shè)。

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(jìn)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(diǎn)。軸力計的放置，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(shè)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(jiān)測數(shù)據(jù)分析，并結(jié)合其他參考資料，對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(xiàn)場環(huán)境、開挖方式、開挖速度等因素有很重要的關(guān)系。第二，針對監(jiān)測結(jié)果的分析，可以發(fā)現(xiàn)通過反力計和應(yīng)變計兩種方法所監(jiān)測出的結(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(xiàn)失穩(wěn)狀態(tài)，鋼管支撐的軸力一般會達(dá)到設(shè)計值的40%～60%之間，現(xiàn)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(shè)計人員需要特別注意，需要考慮基坑產(chǎn)生的空間效應(yīng)[13]，適當(dāng)時應(yīng)該增加角部斜向支撐。設(shè)計過程中可以結(jié)合多個設(shè)計軟件進(jìn)行分析，如理正深基坑軟件進(jìn)行單元計算，及GTS有限元分析軟件進(jìn)行基坑整體計算。

4.結(jié)束語

在深基坑的施工過程中，對支撐軸力的監(jiān)測是十分重要的，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支護(hù)的重要結(jié)構(gòu)，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(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固和安全。

參考文獻(xiàn)：

[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(jiān)測分析[J].巖土工程學(xué)報，2010，S1：426-429.

[2]牟亞洲.深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)支撐軸力的監(jiān)測及分析[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2012，01：84-87.

[3]武進(jìn)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(jiān)測與分析[J].鐵道建筑，2013，10：51-54.

[4]崔榮方，朱威，王培達(dá).深基坑鋼管支撐軸力監(jiān)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(hù)結(jié)構(gòu)鋼支撐軸