運(yùn)煦 (天津大學(xué)水運(yùn)水利勘察設(shè)計(jì)研究所 天津300072)
天津港南疆復(fù)線公路橋工程11~14#橋墩基坑支護(hù)監(jiān)測(cè)
運(yùn)煦 (天津大學(xué)水運(yùn)水利勘察設(shè)計(jì)研究所 天津300072)
介紹了天津港南疆復(fù)線公路橋11~14#基坑支護(hù)工程的概況和施工要點(diǎn),工程從外業(yè)觀測(cè)到內(nèi)業(yè)資料整理嚴(yán)格按照規(guī)范、規(guī)程進(jìn)行,所取得的數(shù)據(jù)可靠合理,說(shuō)明該項(xiàng)工程的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,施工順序基本可行。
天津港南疆復(fù)線公路橋 基坑支護(hù) 監(jiān)測(cè)
天津港南疆復(fù)線公路橋位于渤海西岸海河入??冢旖蚋勰辖窐蚝湍辖F路橋北側(cè),西端與津沽一線跨海濱大道相接,東端與南疆港區(qū)主干道南港路相接。該大橋和南疆公路大橋平行,兩橋外邊緣間距5 m,兩橋承臺(tái)高差3 m?;娱_(kāi)挖時(shí)支護(hù)受到基坑外側(cè)的土壓力和地下水壓力的共同作用,由于基坑位于軟土地基,基坑開(kāi)挖深度最深為-12 m,支護(hù)受到的荷載較大。為了適時(shí)、有效地監(jiān)控基坑支護(hù)的受力狀態(tài),保障該工程的順利實(shí)施,天津港南疆復(fù)線公路橋11~14#基坑支護(hù)工程采用拉森Ⅳ型鋼板樁,設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)24 m。
本工程基坑開(kāi)挖深度為-7.0 m(12#、13#基坑)、-4.0 m(11#基坑)、-3.5 m(14#基坑)。設(shè)計(jì)要求鋼圍囹采用雙拼(11~14#基坑,第一、二道支撐)、三拼(12#、13#基坑,第三道支撐)、四拼(12#、13#基坑,第四、五道支撐)56b工字鋼,鋼對(duì)撐和角撐采用挖土雙拼(11~14#基坑,第一、二道支撐)、三拼(12#、13#基坑,第三、四、五道支撐)56b工字鋼,輔助撐采用36c工字鋼,穩(wěn)定支撐采用Ф140鋼管。鋼牛腿采用100 mm×100 mm、δ=10 mm的角鋼加工成三角架形式,懸挑長(zhǎng)度為650 mm,一側(cè)角鋼與鋼板樁焊接牢固,并在每支撐點(diǎn)設(shè)一處。基坑降水及清淤過(guò)程中采用分層降水。
基坑開(kāi)挖:11#基坑2006年5月5日開(kāi)始,于5月19日結(jié)束;12#基坑2006年4月28日開(kāi)始,于5月16日結(jié)束;13#基坑2006年3月25日開(kāi)始,于4月24日結(jié)束;14#基坑2006年3月29日開(kāi)始,于4月26日結(jié)束。監(jiān)測(cè)工作從2006年3月16日開(kāi)始,埋設(shè)老橋橋墩沉降及位移監(jiān)測(cè)點(diǎn),以后隨施工進(jìn)度陸續(xù)埋設(shè)完成11~14#基坑表層位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)以及深層土體側(cè)向位移測(cè)斜管,并且于3月17日至3月19日進(jìn)行觀測(cè)確定初值,3月21日開(kāi)始觀測(cè)(老橋橋墩沉降及位移監(jiān)測(cè)),13#基坑3月22日開(kāi)始觀測(cè);14#基坑3月25日開(kāi)始觀測(cè);11#、12#基坑4月28日開(kāi)始觀測(cè)(包括表層位移及深層土體側(cè)向位移),至7月15日結(jié)束。
表層位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)共布設(shè)26點(diǎn),以及沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)(與老橋橋墩表層位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)為同一點(diǎn),共4點(diǎn))、深層土體側(cè)向位移觀測(cè)點(diǎn)。測(cè)斜裝置有測(cè)斜管、測(cè)斜儀、數(shù)字式測(cè)讀儀三部分組成,測(cè)斜管埋設(shè)在支護(hù)梁外側(cè),測(cè)斜管的埋設(shè)頂標(biāo)高為+5.0 m,底標(biāo)高為-25.0 m,共埋設(shè)12根。
控制測(cè)量采用導(dǎo)線測(cè)量方法,工作基點(diǎn)(TA、TB、TC三點(diǎn))、位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)測(cè)量嚴(yán)格按照二等變形測(cè)量要求施測(cè)。位移測(cè)量按一級(jí)導(dǎo)線精度要求進(jìn)行觀測(cè),距離觀測(cè)方法采用平距測(cè)量算術(shù)平均值測(cè)量模式,記錄1組數(shù)據(jù)。
使用水準(zhǔn)儀測(cè)量老橋橋墩各監(jiān)測(cè)點(diǎn)高程,通過(guò)高程的變化計(jì)算各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降量。位移及沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)取其數(shù)次平均值,作為各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的初始值。
先將測(cè)頭放入測(cè)斜管底,放置3 min,使測(cè)頭溫度與環(huán)境溫度一致。測(cè)量每500 mm測(cè)讀1次,沿位移正負(fù)方向各測(cè)讀1遍。為保證監(jiān)測(cè)工作連續(xù)、安全,同時(shí)采用兩套同一型號(hào)儀器測(cè)定初始值,依據(jù)規(guī)程要求每一測(cè)斜導(dǎo)管的初始值將測(cè)3次,觀測(cè)成果均取平均數(shù)值作為初始值。
當(dāng)測(cè)頭的敏感軸與基準(zhǔn)軸(地球的重力軸)有一個(gè)角度時(shí),測(cè)頭中的加速度計(jì)就有一個(gè)輸出值,如下式所示:
式中:A為加速度計(jì)的偏值(零偏);K為加速度計(jì)的標(biāo)度因數(shù);G為地球重力加速度;θ為傾角。
為了消除加速度計(jì)零偏的影響,在測(cè)試時(shí)采用正反兩次測(cè)試,比如分別在東西方向上進(jìn)行測(cè)試,可以先測(cè)試東方向上的數(shù)據(jù),記作U1,再進(jìn)行西方向上的測(cè)試,記作U2,將U1-U2得到式2:
式中:L為導(dǎo)輪輪距500 mm;ΔI為水平位移(單位:mm);θ為傾斜角。
將式3代入式2可以得到:
對(duì)于一個(gè)測(cè)孔,在確定的方向上,各測(cè)試點(diǎn)的位移總和即為:
以上測(cè)量原理的描述見(jiàn)圖1。
圖1 測(cè)量原理圖
量測(cè)的結(jié)果整理成水平位移變化曲線,反映各土層的水平位移情況。
各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位移情況見(jiàn)表1~4(表中位移量單位為mm,位移量正號(hào)表示向基坑內(nèi)側(cè),負(fù)號(hào)表示向基坑外側(cè)):
表1 11#基坑表層位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)
表2 12#基坑表層位移監(jiān)測(cè)
表3 13#基坑表層位移監(jiān)測(cè)
表4 14#基坑表層位移監(jiān)測(cè)
基坑開(kāi)挖過(guò)程中,由于現(xiàn)場(chǎng)條件等諸多因素的影響,增加了監(jiān)測(cè)的工作量和難度,基坑支護(hù)在開(kāi)挖后變形較大,為了保證基坑的安全,基坑開(kāi)挖過(guò)程中監(jiān)測(cè)人員每天觀測(cè)2次,至6月16日基坑支護(hù)逐漸趨于穩(wěn)定,監(jiān)測(cè)頻率由每日2次降為每日1次,7月15日表層位移監(jiān)測(cè)工作結(jié)束。
表層位移值比較大的為11#基坑J18(-537.1 mm)、J19(-450.4 mm)、J21(427.9 mm)、J22(405.8 mm);12# 基坑J8(-23.0 mm);13# 基坑 J1(135.6 mm)、J4(-145.7 mm);14# 基坑 J13(90.0 mm)、J14(181.6 mm)、J15(109.7 mm)、J16(145.8 mm)。從11~14#基坑支護(hù)后期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析,11~14#基坑支護(hù)處于受控狀態(tài)。
11~14#基坑深層土體側(cè)向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)分析,基坑在抽水期間開(kāi)始出現(xiàn)位移,在開(kāi)挖過(guò)程中變化較大,特別是13#基坑,由于在前期打設(shè)鋼板樁時(shí),對(duì)周圍的土體產(chǎn)生擾動(dòng),導(dǎo)致CX1#測(cè)斜、CX2#測(cè)斜變形較大,在11~14#基坑澆鑄封底混凝土后,深層土體側(cè)向位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析,基坑基本處于受控狀態(tài)。表5為各基坑深層土體側(cè)向位移最大值(表中位移量單位為mm,位移量正號(hào)表示向基坑內(nèi)側(cè),負(fù)號(hào)表示向基坑外側(cè))。
表5 各基坑深層土體側(cè)向位移最大值
深層土體側(cè)向位移監(jiān)測(cè)頻率與表層位移監(jiān)測(cè)同步進(jìn)行。
在施工過(guò)程中,為了確保12#、13#基坑支護(hù)安全,且判斷下一步施工措施是否符合預(yù)期要求,設(shè)計(jì)要求對(duì)內(nèi)部鋼支撐應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè),以隨時(shí)驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的安全性??紤]到結(jié)構(gòu)受力時(shí),某些桿件承受較大內(nèi)力,某些桿件截面積稍小,故在監(jiān)測(cè)時(shí)將測(cè)點(diǎn)布于這些桿件上,且在每層同一點(diǎn)設(shè)置觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
應(yīng)力監(jiān)測(cè)由儀器監(jiān)測(cè)得到的表面應(yīng)變?chǔ)?,以公式σ=Eε(E為鋼構(gòu)件的彈性模量)求得表面應(yīng)力σ,對(duì)比實(shí)測(cè)應(yīng)力值與設(shè)計(jì)應(yīng)力值,即可驗(yàn)證桿件是否滿足強(qiáng)度要求,按設(shè)計(jì)要求,支撐應(yīng)力不得超過(guò)材料強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的0.95倍。
為滿足測(cè)量精度要求,桿件應(yīng)力監(jiān)測(cè)使用BYB-100型表面應(yīng)變計(jì),采用標(biāo)距100 mm,將儀器固定于被測(cè)構(gòu)件上,分辨率≤0.2%F·S,溫度為3~4 Hz/10℃,工作溫度為-20~50℃,綜合誤差<0.2%F·S,滿足監(jiān)測(cè)精度要求。BYB-100表面應(yīng)變計(jì)用于測(cè)量鋼性結(jié)構(gòu)表面的應(yīng)變,以鋼弦作為傳感元件。工作方式為單線圈間斷脈沖激發(fā)式,與帶有脈沖激發(fā)器的頻率接收儀配合使用組成量測(cè)系統(tǒng)(測(cè)試時(shí),頻率檢測(cè)儀功能鍵應(yīng)轉(zhuǎn)換至與其相符的工作狀態(tài)),具有性能穩(wěn)定、不受導(dǎo)線長(zhǎng)度限制、抗干擾能力強(qiáng)、適用于長(zhǎng)期觀測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。讀數(shù)采用ZX-12振弦頻率檢測(cè)儀,該檢測(cè)儀是一種便攜式液晶顯示測(cè)量?jī)x器。本儀器主要用于測(cè)量鋼弦式傳感器的鋼弦振動(dòng)頻率。測(cè)試時(shí)配以溫度計(jì)測(cè)量溫度變化,對(duì)所測(cè)結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)償,以降低由于溫度變化導(dǎo)致的監(jiān)測(cè)誤差。
振弦式儀器通常包括固定在端塊或被測(cè)元件之間的鋼弦,通過(guò)測(cè)量張緊鋼弦的頻率變化來(lái)測(cè)量鋼弦的張力/應(yīng)變等物理量,鋼弦的振動(dòng)頻率與弦的張力之間的關(guān)系為:
這里:F——鋼弦的自振頻率;L——鋼弦的長(zhǎng)度;M——單位長(zhǎng)度鋼弦的質(zhì)量;T——鋼弦的張力。
由于鋼弦式應(yīng)變計(jì)中鋼弦在初始狀態(tài)存在固定的震動(dòng)頻率,受力后頻率發(fā)生變化,以振弦頻率檢測(cè)儀檢測(cè)出前后的頻率變化值,從而可求出鋼弦的應(yīng)變。這種檢測(cè)方法容易實(shí)施,且精度滿足要求,所以本次工程選用上述儀器在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。
13#基坑圍囹及支撐第二層于3月30日安裝鋼弦式應(yīng)變計(jì),第三道圍囹及支撐鋼弦式應(yīng)變計(jì)于4月2日上午安裝完畢。第四層圍囹及支撐鋼弦式應(yīng)變計(jì)于4月8日、9日安裝完畢,每天采集兩次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),分別為低潮時(shí)和高潮時(shí)。應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析,13#基坑圍囹及支撐最大應(yīng)力點(diǎn)為第四層圍囹3點(diǎn),應(yīng)力為-158.7 N/mm2(4月17日應(yīng)力單位為N/mm2,“-”號(hào)為壓應(yīng)力,“+”號(hào)為拉應(yīng)力),處于設(shè)計(jì)控制范圍內(nèi)。支撐在支護(hù)中受力狀態(tài)良好,未達(dá)到設(shè)計(jì)容許應(yīng)力的0.95倍(設(shè)計(jì)容許應(yīng)力為215 N/mm2)。
12#基坑圍囹及支撐第二層于4月30日安裝鋼弦式應(yīng)變計(jì),第三道圍囹及支撐鋼弦式應(yīng)變計(jì)于5月2日上午安裝完畢,第四層圍囹及支撐鋼弦式應(yīng)變計(jì)于5月9日、10日安裝完畢,第五層圍囹及支撐鋼弦式應(yīng)變計(jì)于5月15日安裝完畢。每天采集兩次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),分別為低潮時(shí)和高潮時(shí)。應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析,12#基坑圍囹及支撐最大應(yīng)力點(diǎn)為第二層圍囹4點(diǎn),應(yīng)力為-131.1 N/mm2,處于設(shè)計(jì)控制范圍內(nèi)。支撐在支護(hù)中受力狀態(tài)良好,未達(dá)到設(shè)計(jì)容許應(yīng)力的0.95倍(設(shè)計(jì)容許應(yīng)力為 215 N/mm2)。
基坑在抽水過(guò)程中鋼板樁開(kāi)始產(chǎn)生變形,在淤泥開(kāi)挖過(guò)程中變形較大。隨著基坑鋼圍囹及支撐的向下施工,鋼板樁變形位移最大值的深度逐步向下延伸,累計(jì)位移值超過(guò)設(shè)計(jì)允許值。鋼圍囹及支撐在施工期間應(yīng)力受力狀態(tài)良好,未達(dá)到設(shè)計(jì)容許應(yīng)力的0.95倍(設(shè)計(jì)容許應(yīng)力為215 N/mm2)。
本次施工是在水下進(jìn)行,施工和監(jiān)測(cè)的難度比較大,監(jiān)測(cè)儀器多次因變形過(guò)大受影響,導(dǎo)致監(jiān)測(cè)儀器損壞,累計(jì)埋設(shè)16組深層土體測(cè)斜。
本工程從外業(yè)觀測(cè)到內(nèi)業(yè)資料整理嚴(yán)格按照規(guī)范、規(guī)程進(jìn)行,基坑支護(hù)監(jiān)測(cè)的觀測(cè)是比較成功的,所取得的數(shù)據(jù)可靠合理。說(shuō)明該項(xiàng)工程的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,施工順序基本可行。建議基坑開(kāi)挖時(shí),應(yīng)盡量減少基坑槽底的暴露時(shí)間,有利于基坑支護(hù)的穩(wěn)定。■
2010-11-09