基坑監(jiān)測(cè)元件安裝技術(shù)研究

孫軍溪 馬 麟

(中鐵上海工程局華海工程有限公司,上海 201101)

基坑監(jiān)測(cè)元件安裝技術(shù)研究

孫軍溪 馬 麟

(中鐵上海工程局華海工程有限公司,上海 201101)

以某工程為依托，就基坑施工過程中的安全監(jiān)控措施進(jìn)行了相應(yīng)研究，根據(jù)相關(guān)已知參數(shù)運(yùn)用軟件GTS建立了基坑支護(hù)模型，對(duì)工程基坑體監(jiān)測(cè)過程中的監(jiān)測(cè)元件安裝作了詳細(xì)的闡述，將監(jiān)測(cè)中的各項(xiàng)內(nèi)容從監(jiān)測(cè)元件的施工工序、安裝方法以及注意事項(xiàng)等方面進(jìn)行了具體的說明，對(duì)基坑后續(xù)的施工安全監(jiān)控奠定了基礎(chǔ)。

基坑支護(hù)，元件安裝，沉降監(jiān)測(cè)

0 引言

隨著鐵路建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，在施工過程中因隧道基坑開挖引起的問題也接踵而至，如基坑本身的水平位移[1]、沉降[2]、傾斜[3]，甚至引發(fā)的局部坍塌，基坑周邊地下管線、建筑物、道路的沉降形變等，已越來越受各界的關(guān)注。基坑的安全問題，對(duì)施工人員的生命財(cái)產(chǎn)安全會(huì)造成一定的影響，為此采取有效的監(jiān)控預(yù)防措施已是刻不容緩。在基坑的開挖、降水、支護(hù)和結(jié)構(gòu)施工的過程中，基坑內(nèi)外地基應(yīng)力[4]的重分布會(huì)引起圍護(hù)結(jié)構(gòu)[5]及周圍土體的變形，從而有可能危及基坑、主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和周圍建(構(gòu))筑物的安全。因此，在基坑和結(jié)構(gòu)施工過程中，必須隨時(shí)了解基坑內(nèi)各個(gè)巖土層[6]、支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力[7]及臨近建筑物變形情況，并及時(shí)提供監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)[8]，以確定和優(yōu)化下一步的施工參數(shù)，做到信息化施工。為此，對(duì)基坑工程中采取合適的基坑支護(hù)形式、在基坑體及其周圍合理布設(shè)安裝監(jiān)測(cè)元件也就顯得尤為重要。

1 基坑支護(hù)形式

某鐵路工程隧道全長(zhǎng)38.671 km，沿線分布有多座橋梁和隧道。標(biāo)段起始里程為：DK798+350～DK802+100，隧道全長(zhǎng)3 750.00 m，基坑最大開挖深度約18 m。

選取里程段DK801+350～DK801+440所采用的SMW工法支護(hù)[11]為例，作典型斷面支護(hù)形式進(jìn)行有限元數(shù)值分析。工程實(shí)地巖土層自上而下劃分為：①2素填土層，層厚1.8 m，②3-1粉質(zhì)粘土層，層厚3.1 m，②2-2淤泥質(zhì)粘土層，層厚8.1 m，②3-2粉質(zhì)粘土層，層厚2.2 m，⑦2-1全風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層，層厚5.2 m，⑦2-2強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層，層厚1.1 m，⑦2-3微風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層，層厚7.0 m。

計(jì)算所選取的基坑開挖深度為8.0 m。基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)上部采用放坡支護(hù)(此法較簡(jiǎn)易，在此不多贅述)，下部采用SMW工法樁加內(nèi)支撐支護(hù)，支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算剖面如圖1所示。該計(jì)算模型中其他材料的計(jì)算參數(shù)如下：SMW工法樁：SMW工法樁采用φ850水泥土攪拌樁內(nèi)插HN700×300×13×14的型鋼。有限元計(jì)算模型中SMW工法樁采用板單元來模擬，板單元的彈性模量E=3.0×104MPa，泊松比υ=0.22。板單元的厚度按剛度等效原理計(jì)算為677 mm。混凝土支撐和混凝土腰梁：鋼筋混凝土內(nèi)支撐和腰梁均采用C30混凝土澆筑，彈性模量E=3.0×104MPa，泊松比υ=0.22。鋼支撐和鋼腰梁：鋼支撐和鋼腰梁的彈性模量E=2.0×105MPa，泊松比υ=0.3。

組合支護(hù)結(jié)構(gòu)整體計(jì)算模型寬度取兩跨的水平間距，即24 m。支護(hù)剖面計(jì)算范圍寬80 m，深33 m。圖2為組合支護(hù)結(jié)構(gòu)整體計(jì)算的有限元網(wǎng)格劃分圖。

2 監(jiān)測(cè)儀器埋設(shè)與安裝

2.1 土釘軸力的儀器安裝

試驗(yàn)選擇的是錨桿軸力計(jì)，錨桿測(cè)力計(jì)安裝一般有：碰焊法與綁焊法兩種。

碰焊法：先將需要測(cè)量部位的錨桿截?cái)?根據(jù)錨桿測(cè)力計(jì)主體長(zhǎng)度)，再將錨桿測(cè)力計(jì)的兩端拉桿旋上，將兩端插入中空的錨桿，四周滿焊即可。綁焊法：準(zhǔn)備與錨桿測(cè)力計(jì)主筋直徑相同的鋼筋若干，長(zhǎng)度一般為：25 cm～35 cm，用兩根25 cm～35 cm的鋼筋等距離夾在連接桿與主筋接頭處兩旁，單面滿焊即可。如用單根25 cm～35 cm的鋼筋應(yīng)雙面滿焊。在本工程施工現(xiàn)場(chǎng)主要是采用碰焊法。

2.2 土壓力的安裝

土壓力安裝方法很多，有掛布法、氣頂法、鉆孔法等等。根據(jù)方案及設(shè)計(jì)要求，本工程只能選擇鉆孔法埋設(shè)。圖3是鉆孔埋設(shè)法中使用到的土壓力安裝架。架長(zhǎng)根據(jù)所需埋設(shè)深度而定，寬度等于土壓力盒直徑，把不同深度的土壓力固定于架上，分段連接埋設(shè)到鉆孔里，用砂回填密實(shí)。

在安裝過程中，由于萬能角鐵上有很多連接孔，現(xiàn)場(chǎng)組裝時(shí)，只需要用螺絲進(jìn)行連接，具有重量輕，安裝快速、節(jié)約成本及人力的優(yōu)點(diǎn)，但仍然具有抗扭剛度小的缺點(diǎn)。為此，采用土壓力盒和不銹鋼管直接焊接，就可解決抗扭剛度小的問題，進(jìn)一步提高了現(xiàn)場(chǎng)組裝速度，很好地控制土壓力受力的方向。

2.3 鋼筋計(jì)及測(cè)斜管的安裝

本工程鋼筋計(jì)與測(cè)斜管的安裝同時(shí)進(jìn)行，為此將二者施工工藝共同處理。本工程鋼筋計(jì)及測(cè)斜管安裝在同一根樁內(nèi)，按平均18 m的鋼筋籠，其中3根主筋，6個(gè)～7個(gè)深度布有鋼筋計(jì)，總共18個(gè)～21個(gè)鋼筋計(jì)/籠；布置有測(cè)斜管1條，如圖4所示。

圍護(hù)樁內(nèi)的鋼筋計(jì)及測(cè)斜管安裝流程跟隨著圍護(hù)樁的施工流程直至冠梁的混凝土澆筑完畢后才算結(jié)束，其中經(jīng)歷數(shù)個(gè)施工過程。

1)鋼筋計(jì)焊接：鋼筋計(jì)電纜接長(zhǎng)時(shí)應(yīng)按要求進(jìn)行，接線完成后檢查鋼筋計(jì)的絕緣電阻和頻率初值是否正常。要求焊接可靠穩(wěn)定且接頭的防水性能達(dá)到耐水壓要求。鋼筋計(jì)在焊接時(shí)應(yīng)將鋼筋與鋼筋計(jì)的連接桿對(duì)中之后采用對(duì)接法焊接在一起。

2)鋼筋計(jì)測(cè)線綁扎及固定測(cè)斜管：讀取鋼筋計(jì)頻率值后，檢查鋼筋計(jì)焊接后是否有損壞，并做好記錄。接著，測(cè)線處理及綁扎。因鋼筋籠是分段安裝，所以測(cè)斜也是分段綁扎，底部鋼筋籠段的測(cè)線只需要綁扎到底部鋼筋籠和頂部鋼筋籠的連接處。頂部鋼筋籠的測(cè)線綁扎到鋼筋籠頂部。隨著鋼筋籠一起埋入混凝土中，鋼筋計(jì)測(cè)線線頭處用AB環(huán)氧樹脂做防水處理，避免損壞儀器。

3)綁扎測(cè)斜管：測(cè)斜管同樣是分段綁扎，測(cè)斜管用18號(hào)鐵絲固定在鋼筋籠里，并在一測(cè)斜管接頭下端20 cm～30 cm處綁一鐵絲，避免測(cè)斜管在起吊時(shí)往下掉。測(cè)斜管接頭處用PVC膠水密封，再用電工膠布包裹。

4)鋼筋籠頂部測(cè)線及測(cè)斜管保護(hù)處理：頂部測(cè)線預(yù)留一定的長(zhǎng)度以備日后樁頭開鑿后引出冠梁頂部，鋼筋籠內(nèi)焊接1根大于1.5 m的4寸鐵管用于保護(hù)測(cè)斜管，管進(jìn)入樁頂混凝土標(biāo)高1 m或者更多，以保護(hù)樁頭開鑿時(shí)測(cè)斜管受到破壞。

5)頂部鋼筋籠引線管綁扎：引線管用于穿引鋼筋計(jì)測(cè)線，能夠使測(cè)線從鋼筋籠內(nèi)部加強(qiáng)筋與外部箍筋之間沿著主筋往上穿行。解決下放混凝土導(dǎo)管時(shí)對(duì)測(cè)線的損害，并且能夠提高下放鋼筋籠時(shí)(過程3)的工作效率。引線管固定于焊接鋼筋計(jì)的主筋旁，并在管中預(yù)穿一條尼龍繩用于牽引測(cè)線。

6)鋼筋籠現(xiàn)場(chǎng)埋設(shè)：首先將鋼筋籠起吊。起吊前需檢查測(cè)斜管、鋼筋計(jì)測(cè)線是否有損壞。鋼筋籠分段安裝，當(dāng)下放第一段鋼筋籠到位后，通過旋轉(zhuǎn)鋼筋籠方向和測(cè)斜管方向，調(diào)整鋼筋計(jì)和測(cè)斜管方位，方位正確后，用鐵絲固定測(cè)斜管，使管不能上下移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)。待第二段鋼筋籠組裝完成后將第二段測(cè)斜管連接到第一段測(cè)斜管上。將成束的測(cè)線連接(過程5)尼龍繩，將測(cè)線通過滑輪穿過引線管，牽引至鋼筋籠頂部。

2.4 鋼支撐軸力的安裝

軸力計(jì)的使用場(chǎng)合較多，儀器的工作及施工條件也不完全一樣，下面主要針對(duì)支撐軸力測(cè)量的安裝情況進(jìn)行敘述。

1)安裝架圓形鋼筒上沒有開槽的一端面與支撐的牛腿(活絡(luò)頭)上的鋼板電焊焊接牢固，電焊時(shí)必須與鋼支撐中心軸線與安裝中心點(diǎn)對(duì)齊。待冷卻后，把軸力計(jì)推入焊好的安裝架圓形鋼筒內(nèi)并用圓形鋼筒上的4個(gè)M10螺絲把軸力計(jì)牢固地固定在安裝架內(nèi)，使支撐吊裝時(shí)，不會(huì)把軸力計(jì)滑落下來即可。

2)測(cè)量一下軸力計(jì)的初頻，是否與出廠時(shí)的初頻相符合(≤±20 Hz)，然后把軸力計(jì)的電纜妥善地綁在安裝架的兩翅膀內(nèi)側(cè)。鋼支撐吊裝到位后，即安裝架的另一端(空缺的那一端)與圍護(hù)墻體上的鋼板對(duì)上，軸力計(jì)與墻體鋼板間最好再增加一塊鋼板250 mm×250 mm×25 mm。

3)在施加鋼支撐預(yù)應(yīng)力前，進(jìn)行軸力計(jì)的初始頻率的測(cè)量，必須記錄在案。施加鋼支撐預(yù)應(yīng)力達(dá)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后即可開始正常測(cè)量。

4)變量的確定：本次支撐軸力測(cè)量與上次同點(diǎn)號(hào)的支撐軸力的變化量，與同點(diǎn)號(hào)初始支撐軸力值之差為本次變化量。并填寫成果匯總表及繪制支撐軸力變化曲線圖。

2.5 位移點(diǎn)的安裝

位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的安裝與埋設(shè)，主要分為水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)和豎向位移(沉降)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的安裝與埋設(shè)過程相對(duì)簡(jiǎn)單，關(guān)鍵在于控制點(diǎn)的選取。

1)水平位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝。

a.在基坑體兩側(cè)圍護(hù)樁處選取監(jiān)測(cè)點(diǎn)，用鉆頭按監(jiān)測(cè)元件規(guī)格鉆孔。

b.將元件放入后，澆筑水泥冷卻后固定。每次監(jiān)測(cè)時(shí)，擰開監(jiān)測(cè)元件螺絲，擰緊鋼管，安上棱鏡即可。

c.安裝水平位移控制點(diǎn)。每個(gè)施工段，需在基坑外找三個(gè)穩(wěn)定處。每處均做一個(gè)控制點(diǎn)，用混凝土在每一穩(wěn)定處澆筑觀測(cè)墩，視線要好。如若條件不允許，需在穩(wěn)定處深埋控制點(diǎn)，且每隔一個(gè)月三點(diǎn)控制點(diǎn)需相互檢核，以確保其穩(wěn)定。

2)豎向位移(沉降)監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝。

a.豎向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要分兩部分，一部分是基坑體本身沉降，安裝于基坑灌梁中部，用鉆機(jī)打孔后埋設(shè)監(jiān)測(cè)元件，用混凝土澆筑；第二部分是基坑周圍建筑物的監(jiān)測(cè)點(diǎn)埋設(shè)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)選取于建筑物墻體四周，安裝埋設(shè)方法相同。

b.豎向位移控制點(diǎn)選取與埋設(shè)。選取在基坑外圍穩(wěn)定處，若是非基巖等自然穩(wěn)定點(diǎn)，需將該處泥土挖出并澆筑混凝土，而后埋設(shè)控制點(diǎn)，豎向位移監(jiān)測(cè)控制點(diǎn)的選取應(yīng)當(dāng)要在基坑外圍穩(wěn)定處選取3個(gè)以上，每隔一段時(shí)間就要檢核一次，以確保其穩(wěn)定。

3 結(jié)語

工程標(biāo)段的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件復(fù)雜，施工難度較大。根據(jù)測(cè)區(qū)地下水的形成、賦存條件、水力特征及水力性質(zhì)，對(duì)不同里程段采用合適的基坑支護(hù)形式。對(duì)基坑及其周圍進(jìn)行的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的安裝與埋設(shè)過程，包括有土釘軸力、土壓力、鋼筋計(jì)、測(cè)斜管、鋼支撐軸力、位移點(diǎn)等，對(duì)工程后續(xù)施工過程中的變形監(jiān)測(cè)工作奠定了一定基礎(chǔ)。

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Study on foundation monitoring element installation technology

Sun Junxi Ma Lin

(HuahaiEngineeringCo.,Ltd,ChinaRailwayShanghaiEngineeringBureau,Shanghai201101,China)

Taking the engineering as the background, the article studies the foundation construction safety monitoring measures, establishes foundation support model according to parameters known by applying GTS, specifically illustrates the engineering foundation monitoring element installation, and describes its construction procedures, installation methods and matters needing attention in construction process, which has laid a foundation for continuous foundation construction safety monitoring.

foundation support, element installation, subsidence monitoring

2015-02-12

孫軍溪(1973- )，男，高級(jí)工程師

1009-6825(2015)12-0065-03

TU463

A