關于深基坑支撐體系軸力監測數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）孔灌注樁與預應力管樁相結合。工程設二層整體地下室，±0.00=黃海高程7.80m。按照目前的工程項目計劃，預期對主樓區域的坑底標高按-12.30m 規劃實施，主樓所用的基坑開挖，預期深度要達到約11.30m。在實施工程項目之前，對工程主體的基坑側壁進行了安全等級的測量，所測數值為安全等級一級，系數為1.10。預計對工程實施內支撐支護體系，內支撐支護體系的實施中，SMW 工法是關鍵，因此，預期內插的支護樁采用HN700×300×13×24 規格的H 型鋼樁。

2.設計背景

由于該工程基坑所在位置處于鬧市區。基坑北側緊鄰迎賓路，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。基坑東側為錦繡商業廣場，距離基坑坡頂線4m 處分布一市政給水管道，埋深約0.7m。基坑南側為已建23、55 及56 號樓，該側分布有小區雨污水管道、市政給水管道、燃氣管道。基坑西側分布有燃氣管道，埋深約1.0m。因此，根據施工的實際需要，該工程重點采取了圍護結構與內支撐共同作用的體系。

支護設計的典型斷面如圖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力計的方式對軸力進行監測與分析。主要通過信息技術系統，將設計好的鋼筋計模型測量值輸入到計算機系統中，通過信息化的方式對模型值進行計算，從而得到所需的數據，依據計算出的數據進行后面工程設備的安裝。

（2）采用信息技術的方式，根據施工圖紙的設計與要求，作業人員利用計算機中的作圖工具模擬構建出支撐梁與鋼筋計的造型圖，通過信息技術系統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，將信息系統中的工程模型圖進行現實工程還原，主要將鋼筋應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調，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，因此，在對截面的數值測量時，就需要將混凝土與鋼筋的數值囊括其中。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行我國的《建筑工程施工質量驗收統一標準》GB50300-2013、《工程測量規范》GB50026-2007、《混凝土結構工程施工質量驗收規范》GB50204-2015 相關標準與要求。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，發揮出信息化對該工程項目的優勢作用，注重施工過程中所用材料的選材與質量把關，所有的施工材料必須符合市場標準與施工要求。

（5）監測時，測量人員使用相應的設備與儀器，通過信息技術的使用，嚴格按照測量標準與開測時間進行作業任務，應對軸力的測量，作業人員要至少進行1 天1次的監測工作，必要時進行1 天2 次或多次的監測。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力值會趨于穩定，此時，可以對項目施工體的測量頻率進行一定額調整，但是整體上需要保持在一定的測量流程內，即3 天1 次或一周1 次的監測工作[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節，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，對施工體進行構建與夯實，從而建立起基本的鋼支撐架構，保證后續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值進行測量，從而獲取到基礎的數據。相關數據與測量值的獲取上，可借助相應的測量儀器與設備，最后將測量值通過計算機系統進行分析與處理，以信息化的方式計算工程數據與測量值。質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，進行下一道工序實施。另外，工序實施過程中，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計循禮門站結構施工圖》（02209-s-JG-01-035、02209-s-JG-01-036 和02209-s-JG-01-037）的相關要求標準實施。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中的模型圖及其數值，采用信息化的方式，將模型圖中的數值輸入到微機系統之中，自動分析深基坑支撐體系軸力監測數據。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值進行測量，從而獲取到基礎的數據，使得整個工程項目數值達到規定范圍內，保證后續工作的實施。

（5）項目觀測周期：①項目的實施初始階段，作業人員要對地下連續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當地下連續墻的開挖進行到一半時，此時開挖深度達到3 米以下，就需要作業人員堅持每周至少觀測三次，而基礎施工期間，根據工程項目的實際需要，可適當的增加觀測次數，尤其是當出現異常時，應進行加密觀測或連續監測[3]。

3.3 應該注意的問題

（1）溫度：該工程項目對一年四季的溫度環境有著一定要求，由于該工程的實施地在市區，且開挖時間正在在夏季，受市區的地理位置與自然溫度環境影響，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構的熱脹冷縮效應，從而影響到整個工程質量，此類溫度影響不能忽略。另外，經過對混凝土支撐軸力的檢測可發現，溫度變化與混凝土支撐軸力值存在著直接關系，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，設計人員與作業人員應對施工時間、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的測量結果產生很大的影響。進行初始值的正確測量，關鍵在于計算機系統的充分使用，借助相關設備的信息化優勢，實施工程項目的測量。另外，導致混凝土支架的初始值與最終結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，導致每一個時段所測的數值與實際數值存在差異，自然會影響到最終結果的確定。以該工程項目為例，受本工程架體的工期限制，規定的工期范圍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，考慮適當放大設計軸力和預警值。

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

4.結束語

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