關(guān)于深基坑支撐體系軸力監(jiān)測數(shù)字信息化原理幾點探討

文｜廈門上和工程顧問有限公司 鄭志偉

1.工程概況

某市XX 項目包括三幢高層住宅及裙房、地下室，工程樁擬采用沖（鉆）孔灌注樁與預(yù)應(yīng)力管樁相結(jié)合。工程設(shè)二層整體地下室，±0.00=黃海高程7.80m。按照目前的工程項目計劃，預(yù)期對主樓區(qū)域的坑底標高按-12.30m 規(guī)劃實施，主樓所用的基坑開挖，預(yù)期深度要達到約11.30m。在實施工程項目之前，對工程主體的基坑側(cè)壁進行了安全等級的測量，所測數(shù)值為安全等級一級，系數(shù)為1.10。預(yù)計對工程實施內(nèi)支撐支護體系，內(nèi)支撐支護體系的實施中，SMW 工法是關(guān)鍵，因此，預(yù)期內(nèi)插的支護樁采用HN700×300×13×24 規(guī)格的H 型鋼樁。

2.設(shè)計背景

由于該工程基坑所在位置處于鬧市區(qū)?；颖眰?cè)緊鄰迎賓路，迎賓路分布有市政給水管管頂標高6.36，管直徑為DN400，敷設(shè)在人行道下，市政給水管道距離基坑坡頂線最近距離約為4.0m；另有一市政污水管道，管頂標高3.70～3.96，距離基坑坡頂線最近距離約為1.5m。基坑?xùn)|側(cè)為錦繡商業(yè)廣場，距離基坑坡頂線4m 處分布一市政給水管道，埋深約0.7m。基坑南側(cè)為已建23、55 及56 號樓，該側(cè)分布有小區(qū)雨污水管道、市政給水管道、燃氣管道?；游鱾?cè)分布有燃氣管道，埋深約1.0m。因此，根據(jù)施工的實際需要，該工程重點采取了圍護結(jié)構(gòu)與內(nèi)支撐共同作用的體系。

支護設(shè)計的典型斷面如圖1所示。

圖1 基坑支護典型斷面圖

3.軸力監(jiān)測方案及實施

3.1 混凝土支撐

（1）本工程項目主要采用振弦式鋼筋應(yīng)力計的方式對軸力進行監(jiān)測與分析。主要通過信息技術(shù)系統(tǒng)，將設(shè)計好的鋼筋計模型測量值輸入到計算機系統(tǒng)中，通過信息化的方式對模型值進行計算，從而得到所需的數(shù)據(jù)，依據(jù)計算出的數(shù)據(jù)進行后面工程設(shè)備的安裝。

（2）采用信息技術(shù)的方式，根據(jù)施工圖紙的設(shè)計與要求，作業(yè)人員利用計算機中的作圖工具模擬構(gòu)建出支撐梁與鋼筋計的造型圖，通過信息技術(shù)系統(tǒng)將支撐梁與鋼筋計的整個橫截面相連，并在十一個斷截面上安裝固定的鋼筋計，使得鋼筋計與支撐梁橫截面的安裝部位規(guī)整有序。安裝詳見圖2。

圖2 鋼筋計安裝示意圖

（3）本工程實施中，將信息系統(tǒng)中的工程模型圖進行現(xiàn)實工程還原，主要將鋼筋應(yīng)力計安裝在截斷的支撐主筋的位置，為了保證工程項目的順利實施，將多條鋼筋的兩端用鋼筋段焊接起來，使用焊接的方式將鋼筋、兩根架管固定，使兩根架管焊接為一個整體，中間保留縫隙，保證螺桿能夠穿過。為了有利于鋼筋計與混凝土的變形協(xié)調(diào)，在安裝過程中，每個鋼筋計的兩端都焊接了一小段Φ20-22 的螺紋鋼。如圖3、圖4所示。

圖3 鋼筋計端頭處理

圖4 鋼筋計綁扎

(4)值得注意的是，由于該工程實施中，整個鋼支架體的截面有混凝土、鋼筋等物質(zhì)，因此，在對截面的數(shù)值測量時，就需要將混凝土與鋼筋的數(shù)值囊括其中。但是，一般情況下，鋼筋截面的總面積值對支撐截面的面積影響較小，因此，為了工程實施與數(shù)值計算方便，可以將其忽略。此外，項目工程實施過程中要嚴格執(zhí)行我國的《建筑工程施工質(zhì)量驗收統(tǒng)一標準》GB50300-2013、《工程測量規(guī)范》GB50026-2007、《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50204-2015 相關(guān)標準與要求。要切實保證項目要點的偏差標準與檢驗方法，重點使用好計算機系統(tǒng)，發(fā)揮出信息化對該工程項目的優(yōu)勢作用，注重施工過程中所用材料的選材與質(zhì)量把關(guān)，所有的施工材料必須符合市場標準與施工要求。

（5）監(jiān)測時，測量人員使用相應(yīng)的設(shè)備與儀器，通過信息技術(shù)的使用，嚴格按照測量標準與開測時間進行作業(yè)任務(wù)，應(yīng)對軸力的測量，作業(yè)人員要至少進行1 天1次的監(jiān)測工作，必要時進行1 天2 次或多次的監(jiān)測。保障施工安全與施工進度的正常運行。待工程項目進展到一半時，此時，相關(guān)低端就會暴露在地連墻體一段時間，鋼架支撐體的外力與內(nèi)力值會趨于穩(wěn)定，此時，可以對項目施工體的測量頻率進行一定額調(diào)整，但是整體上需要保持在一定的測量流程內(nèi)，即3 天1 次或一周1 次的監(jiān)測工作[1]。

3.2 鋼支撐

（1）鋼支撐是保障整個施工項目順利開展的核心環(huán)節(jié)，基于本項目的實施要求與標準，重點選取了振弦式軸力計，通過采用振弦式軸力計，對施工體進行構(gòu)建與夯實，從而建立起基本的鋼支撐架構(gòu)，保證后續(xù)工程項目的順利實施[2]。

（2）采用與混凝土支撐軸力檢測一樣的流程體系，即將軸力計安裝到11 個斷截面上，在對鋼支撐與軸力計安裝后，確定出支架的載荷，在鋼管支撐體達到固定的水平值時，采用視準線法對整體的軸力計數(shù)值進行測量，從而獲取到基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)。相關(guān)數(shù)據(jù)與測量值的獲取上，可借助相應(yīng)的測量儀器與設(shè)備，最后將測量值通過計算機系統(tǒng)進行分析與處理，以信息化的方式計算工程數(shù)據(jù)與測量值。質(zhì)量檢測員進行支撐軸力、架體驗收合格后，方可進入混凝土支撐軸力的布置換機按照“測量、驗收、再測量”的原則，分別安裝后續(xù)的第二道、第三道、第四道工序。待各個工序驗收合格，進行下一道工序?qū)嵤?。另外，工序?qū)嵤┻^程中，需要將材料進行分類碼放，禁止禁止隨意丟棄，避免造成焊接件變形以及影響其強度（見圖5）。

圖5 軸力計平面圖

（3）為了保障本項目工程的順利開展，需要明確項目工程實施的相關(guān)要求與標準。因此，以本項目為例，本工程主要按照《某軌道交通二號線一期工程施工圖設(shè)計循禮門站結(jié)構(gòu)施工圖》（02209-s-JG-01-035、02209-s-JG-01-036 和02209-s-JG-01-037）的相關(guān)要求標準實施。其中，軸力計主要通過安裝架來固定在鋼支撐的端頭。軸力計安裝見圖6、圖7。

圖6 軸力計安設(shè)示意圖

圖7 軸力計安裝

（4）以本項目工程為例，在對鋼支撐與軸力計安裝后，就需要確定出支架的載荷，重點利用好計算機系統(tǒng)中的模型圖及其數(shù)值，采用信息化的方式，將模型圖中的數(shù)值輸入到微機系統(tǒng)之中，自動分析深基坑支撐體系軸力監(jiān)測數(shù)據(jù)。而在鋼管支撐體達到固定的水平值時，需要采用視準線法對整體的軸力計數(shù)值進行測量，從而獲取到基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)，使得整個工程項目數(shù)值達到規(guī)定范圍內(nèi)，保證后續(xù)工作的實施。

（5）項目觀測周期：①項目的實施初始階段，作業(yè)人員要對地下連續(xù)墻開挖部門實施密切觀察，整體上保持每天觀測一次或以上。另外，當項目的土方開挖到深度3 米的時候，作業(yè)人員要每五天至少觀測一次。觀測的過程中，要將工程中存在的問題找出來，給予糾正解決。②當?shù)叵逻B續(xù)墻的開挖進行到一半時，此時開挖深度達到3 米以下，就需要作業(yè)人員堅持每周至少觀測三次，而基礎(chǔ)施工期間，根據(jù)工程項目的實際需要，可適當?shù)脑黾佑^測次數(shù)，尤其是當出現(xiàn)異常時，應(yīng)進行加密觀測或連續(xù)監(jiān)測[3]。

3.3 應(yīng)該注意的問題

（1）溫度：該工程項目對一年四季的溫度環(huán)境有著一定要求，由于該工程的實施地在市區(qū)，且開挖時間正在在夏季，受市區(qū)的地理位置與自然溫度環(huán)境影響，一天當中的溫度差較大，因此，會對工程項目的支撐體系造成一定影響，極其容易引起鋼支撐結(jié)構(gòu)的熱脹冷縮效應(yīng)，從而影響到整個工程質(zhì)量，此類溫度影響不能忽略。另外，經(jīng)過對混凝土支撐軸力的檢測可發(fā)現(xiàn)，溫度變化與混凝土支撐軸力值存在著直接關(guān)系，當支撐軸力值的偏差越大，實際的溫度差也就越大。因此，在實施該工程項目，設(shè)計人員與作業(yè)人員應(yīng)對施工時間、當天溫度變化進行考量，盡量地將溫度影響因素壓縮到最小，從而保證工程的順利開展。

（2）初始值：以本項目工程為案例，在對混凝土的支撐體測量時，混凝土支撐體本身存在一定的碰撞與收縮時間，因此在對混凝土澆筑后立即測量初始值會對后續(xù)的測量結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。進行初始值的正確測量，關(guān)鍵在于計算機系統(tǒng)的充分使用，借助相關(guān)設(shè)備的信息化優(yōu)勢，實施工程項目的測量。另外，導(dǎo)致混凝土支架的初始值與最終結(jié)果值差異的主要原因機制在于，混凝土建筑過程中及建筑后，支架體本身處于冷縮的過程，由于冷縮值的不斷變更，導(dǎo)致每一個時段所測的數(shù)值與實際數(shù)值存在差異，自然會影響到最終結(jié)果的確定。以該工程項目為例，受本工程架體的工期限制，規(guī)定的工期范圍28d的要求無法滿足。土方開挖在混凝土支架澆筑約10 天后進行，因此在此之前必須進行初值測量，這樣就無法完全消除混凝土收縮變形對鋼筋計變形的影響，考慮適當放大設(shè)計軸力和預(yù)警值。

（3）以本項目工程為例，在使用專業(yè)儀器按照計劃時間對混凝土收縮與徐變發(fā)展速度值測量時，所測量到的鋼筋混凝土支撐內(nèi)力遠遠大于實際內(nèi)力值。但是，實際上內(nèi)力值與所測數(shù)值的差距并非那么大，只是受測量時其它因素的交互影響，導(dǎo)致數(shù)據(jù)存在著一定合理誤差，并且，目前國內(nèi)的相關(guān)研究結(jié)論，普遍支持這一主流看法。如當所測內(nèi)力值與實際內(nèi)力值比較時，雖然存在著一定誤差，而混凝土的支撐體并沒有出現(xiàn)裂縫，由此可見，對支撐體的預(yù)警值調(diào)整及測量時，解決混凝土支撐內(nèi)力監(jiān)測中較為普遍出現(xiàn)的結(jié)果異常問題。

4.結(jié)束語

考慮到深基坑支撐體系復(fù)雜性，為了增強對基坑支護體系工程的監(jiān)測與管理，文中從支撐體系的軸力監(jiān)測到施工方法，以數(shù)字化監(jiān)測為核心，在此項目中，有效解決了基坑監(jiān)測問題。通過實例驗證，該技術(shù)的可行性，拓展了新的工藝空間，為后期相關(guān)項目提供參考。