关于深基坑支撑体系轴力监测数字信息化原理几点探讨

2022-01-14厦门上和工程顾问有限公司郑志伟

中国建设信息化 2021年24期

文｜厦门上和工程顾问有限公司郑志伟

1.工程概况

某市XX 项目包括三幢高层住宅及裙房、地下室，工程桩拟采用冲（钻）孔灌注桩与预应力管桩相结合。工程设二层整体地下室，±0.00=黄海高程7.80m。按照目前的工程项目计划，预期对主楼区域的坑底标高按-12.30m 规划实施，主楼所用的基坑开挖，预期深度要达到约11.30m。在实施工程项目之前，对工程主体的基坑侧壁进行了安全等级的测量，所测数值为安全等级一级，系数为1.10。预计对工程实施内支撑支护体系，内支撑支护体系的实施中，SMW 工法是关键，因此，预期内插的支护桩采用HN700×300×13×24 规格的H 型钢桩。

2.设计背景

由于该工程基坑所在位置处于闹市区。基坑北侧紧邻迎宾路，迎宾路分布有市政给水管管顶标高6.36，管直径为DN400，敷设在人行道下，市政给水管道距离基坑坡顶线最近距离约为4.0m；另有一市政污水管道，管顶标高3.70～3.96，距离基坑坡顶线最近距离约为1.5m。基坑东侧为锦绣商业广场，距离基坑坡顶线4m 处分布一市政给水管道，埋深约0.7m。基坑南侧为已建23、55 及56 号楼，该侧分布有小区雨污水管道、市政给水管道、燃气管道。基坑西侧分布有燃气管道，埋深约1.0m。因此，根据施工的实际需要，该工程重点采取了围护结构与内支撑共同作用的体系。

支护设计的典型断面如图1所示。

图1 基坑支护典型断面图

3.轴力监测方案及实施

3.1 混凝土支撑

（1）本工程项目主要采用振弦式钢筋应力计的方式对轴力进行监测与分析。主要通过信息技术系统，将设计好的钢筋计模型测量值输入到计算机系统中，通过信息化的方式对模型值进行计算，从而得到所需的数据，依据计算出的数据进行后面工程设备的安装。

（2）采用信息技术的方式，根据施工图纸的设计与要求，作业人员利用计算机中的作图工具模拟构建出支撑梁与钢筋计的造型图，通过信息技术系统将支撑梁与钢筋计的整个横截面相连，并在十一个断截面上安装固定的钢筋计，使得钢筋计与支撑梁横截面的安装部位规整有序。安装详见图2。

图2 钢筋计安装示意图

（3）本工程实施中，将信息系统中的工程模型图进行现实工程还原，主要将钢筋应力计安装在截断的支撑主筋的位置，为了保证工程项目的顺利实施，将多条钢筋的两端用钢筋段焊接起来，使用焊接的方式将钢筋、两根架管固定，使两根架管焊接为一个整体，中间保留缝隙，保证螺杆能够穿过。为了有利于钢筋计与混凝土的变形协调，在安装过程中，每个钢筋计的两端都焊接了一小段Φ20-22 的螺纹钢。如图3、图4所示。

图3 钢筋计端头处理

图4 钢筋计绑扎

(4)值得注意的是，由于该工程实施中，整个钢支架体的截面有混凝土、钢筋等物质，因此，在对截面的数值测量时，就需要将混凝土与钢筋的数值囊括其中。但是，一般情况下，钢筋截面的总面积值对支撑截面的面积影响较小，因此，为了工程实施与数值计算方便，可以将其忽略。此外，项目工程实施过程中要严格执行我国的《建筑工程施工质量验收统一标准》GB50300-2013、《工程测量规范》GB50026-2007、《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2015 相关标准与要求。要切实保证项目要点的偏差标准与检验方法，重点使用好计算机系统，发挥出信息化对该工程项目的优势作用，注重施工过程中所用材料的选材与质量把关，所有的施工材料必须符合市场标准与施工要求。

（5）监测时，测量人员使用相应的设备与仪器，通过信息技术的使用，严格按照测量标准与开测时间进行作业任务，应对轴力的测量，作业人员要至少进行1 天1次的监测工作，必要时进行1 天2 次或多次的监测。保障施工安全与施工进度的正常运行。待工程项目进展到一半时，此时，相关低端就会暴露在地连墙体一段时间，钢架支撑体的外力与内力值会趋于稳定，此时，可以对项目施工体的测量频率进行一定额调整，但是整体上需要保持在一定的测量流程内，即3 天1 次或一周1 次的监测工作[1]。

3.2 钢支撑

（1）钢支撑是保障整个施工项目顺利开展的核心环节，基于本项目的实施要求与标准，重点选取了振弦式轴力计，通过采用振弦式轴力计，对施工体进行构建与夯实，从而建立起基本的钢支撑架构，保证后续工程项目的顺利实施[2]。

（2）采用与混凝土支撑轴力检测一样的流程体系，即将轴力计安装到11 个断截面上，在对钢支撑与轴力计安装后，确定出支架的载荷，在钢管支撑体达到固定的水平值时，采用视准线法对整体的轴力计数值进行测量，从而获取到基础的数据。相关数据与测量值的获取上，可借助相应的测量仪器与设备，最后将测量值通过计算机系统进行分析与处理，以信息化的方式计算工程数据与测量值。质量检测员进行支撑轴力、架体验收合格后，方可进入混凝土支撑轴力的布置换机按照“测量、验收、再测量”的原则，分别安装后续的第二道、第三道、第四道工序。待各个工序验收合格，进行下一道工序实施。另外，工序实施过程中，需要将材料进行分类码放，禁止禁止随意丢弃，避免造成焊接件变形以及影响其强度（见图5）。

图5 轴力计平面图

（3）为了保障本项目工程的顺利开展，需要明确项目工程实施的相关要求与标准。因此，以本项目为例，本工程主要按照《某轨道交通二号线一期工程施工图设计循礼门站结构施工图》（02209-s-JG-01-035、02209-s-JG-01-036 和02209-s-JG-01-037）的相关要求标准实施。其中，轴力计主要通过安装架来固定在钢支撑的端头。轴力计安装见图6、图7。

图6 轴力计安设示意图

图7 轴力计安装

（4）以本项目工程为例，在对钢支撑与轴力计安装后，就需要确定出支架的载荷，重点利用好计算机系统中的模型图及其数值，采用信息化的方式，将模型图中的数值输入到微机系统之中，自动分析深基坑支撑体系轴力监测数据。而在钢管支撑体达到固定的水平值时，需要采用视准线法对整体的轴力计数值进行测量，从而获取到基础的数据，使得整个工程项目数值达到规定范围内，保证后续工作的实施。

（5）项目观测周期：①项目的实施初始阶段，作业人员要对地下连续墙开挖部门实施密切观察，整体上保持每天观测一次或以上。另外，当项目的土方开挖到深度3 米的时候，作业人员要每五天至少观测一次。观测的过程中，要将工程中存在的问题找出来，给予纠正解决。②当地下连续墙的开挖进行到一半时，此时开挖深度达到3 米以下，就需要作业人员坚持每周至少观测三次，而基础施工期间，根据工程项目的实际需要，可适当的增加观测次数，尤其是当出现异常时，应进行加密观测或连续监测[3]。

3.3 应该注意的问题

（1）温度：该工程项目对一年四季的温度环境有着一定要求，由于该工程的实施地在市区，且开挖时间正在在夏季，受市区的地理位置与自然温度环境影响，一天当中的温度差较大，因此，会对工程项目的支撑体系造成一定影响，极其容易引起钢支撑结构的热胀冷缩效应，从而影响到整个工程质量，此类温度影响不能忽略。另外，经过对混凝土支撑轴力的检测可发现，温度变化与混凝土支撑轴力值存在着直接关系，当支撑轴力值的偏差越大，实际的温度差也就越大。因此，在实施该工程项目，设计人员与作业人员应对施工时间、当天温度变化进行考量，尽量地将温度影响因素压缩到最小，从而保证工程的顺利开展。

（2）初始值：以本项目工程为案例，在对混凝土的支撑体测量时，混凝土支撑体本身存在一定的碰撞与收缩时间，因此在对混凝土浇筑后立即测量初始值会对后续的测量结果产生很大的影响。进行初始值的正确测量，关键在于计算机系统的充分使用，借助相关设备的信息化优势，实施工程项目的测量。另外，导致混凝土支架的初始值与最终结果值差异的主要原因机制在于，混凝土建筑过程中及建筑后，支架体本身处于冷缩的过程，由于冷缩值的不断变更，导致每一个时段所测的数值与实际数值存在差异，自然会影响到最终结果的确定。以该工程项目为例，受本工程架体的工期限制，规定的工期范围28d的要求无法满足。土方开挖在混凝土支架浇筑约10 天后进行，因此在此之前必须进行初值测量，这样就无法完全消除混凝土收缩变形对钢筋计变形的影响，考虑适当放大设计轴力和预警值。

（3）以本项目工程为例，在使用专业仪器按照计划时间对混凝土收缩与徐变发展速度值测量时，所测量到的钢筋混凝土支撑内力远远大于实际内力值。但是，实际上内力值与所测数值的差距并非那么大，只是受测量时其它因素的交互影响，导致数据存在着一定合理误差，并且，目前国内的相关研究结论，普遍支持这一主流看法。如当所测内力值与实际内力值比较时，虽然存在着一定误差，而混凝土的支撑体并没有出现裂缝，由此可见，对支撑体的预警值调整及测量时，解决混凝土支撑内力监测中较为普遍出现的结果异常问题。