許余亮
(上海市政工程設(shè)計研究總院(集團)有限公司,上海市 200092)
楊浦區(qū)松潘排水系統(tǒng)改造工程泵站基坑開挖面積約1 336 m2,周長約160m,開挖深度14.45m,局部15.70 m,基坑安全等級一級,環(huán)境保護等級二級。
泵站基坑工程主要采用鉆孔灌注樁+四道水平支撐的支護體系:
(1)圍護體系:圍護樁主要采用鉆孔灌注樁
(2)支撐體系
水平支撐:采用一道混凝土水平支撐+三道鋼支撐,支撐信息見表1。
表1 支撐體系 mm
(3)止水體系
(1)替代傳統(tǒng)的人工監(jiān)測模式,系統(tǒng)性地全天候24 h不間斷監(jiān)測;
(2)對于某些重要的監(jiān)測指標,加大監(jiān)測頻率,及時、準確的提供實時監(jiān)測數(shù)據(jù),滿足信息化施工的要求;
(3)實時對比,超報警值時第一時間發(fā)出報警,有效保證基坑施工的安全性;
(4)監(jiān)測高效、數(shù)據(jù)準確,避免了人工采集的誤差。
(1)根據(jù)基坑的安全等級及環(huán)境等級設(shè)置以下自動化監(jiān)測內(nèi)容:
a.土體深層水平位移(土體測斜);
b.支撐軸力;
c.周邊地表水平、垂直位移;
d.周邊建(構(gòu))筑物水平、垂直位移。
(2)監(jiān)測頻率的確定以準確連續(xù)反應(yīng)基坑開挖期間周邊環(huán)境與基坑自身的動態(tài)變化為前提,本次監(jiān)測頻率按表2進行安排。
(3)根據(jù)《楊浦區(qū)松潘排水系統(tǒng)改造工程基坑圍護施工藍圖》確定監(jiān)測報警值,見表3。
3.2.1 基準點布設(shè)
在基坑周圍布設(shè)全站儀后視基準點,后視基準點數(shù)量理論情況下不少于2個。本次監(jiān)測設(shè)置后視基準點分別為:東側(cè)項目部墻體與西側(cè)建筑物鋼立柱上。
表2 監(jiān)測頻率計劃表
表3 監(jiān)測報警值
工作后視基準點應(yīng)布設(shè)在變形影響范圍以外的穩(wěn)定區(qū)域,并且需選擇視野開闊、通視條件較好的地點,基點牢固可靠?;鶞庶c之間每月定期聯(lián)測一次,以檢查基準點的穩(wěn)定性。
3.2.2 監(jiān)測點布設(shè)
(1)土體深層水平位移(土體測斜)
土體深層水平位移監(jiān)測是對基坑開挖階段圍護體系縱深方向的土體位移進行監(jiān)控,及時掌握土體的變化方向與基坑變形的動態(tài)信息。
測斜孔的布設(shè)方法:在土體內(nèi)部鉆孔打入高強P V C測斜管,管長應(yīng)大于測斜深度。測斜管外徑為75 mm,管內(nèi)十字滑槽(用于下放測斜儀探頭滑輪)必須與基坑邊線垂直。上、下端管口用專用蓋子封好,接頭部位用膠帶密封。測斜管打入土體之后,立即加入黃沙并夯實,并做好測點保護工作,見圖1。
圖1 測斜孔布設(shè)
本次監(jiān)測共設(shè)4個測點,采用固定式測斜儀進行全天24 h不間斷觀測,每個測點縱向每2.375m布設(shè)固定式測斜儀,總測深為28.125 m,監(jiān)測頻率為40 min。監(jiān)測點位布設(shè)見圖2。
圖2 監(jiān)測點位布設(shè)
(2)支撐軸力
圍護墻外側(cè)的側(cè)向土壓力由圍護墻及支撐體系所承擔,當實際支撐軸力與支撐在平衡狀態(tài)下應(yīng)能承擔的軸力(設(shè)計值)不一致時,將可能引起支撐體系失穩(wěn)。為了監(jiān)控基坑施工期間支撐的內(nèi)力狀態(tài),需設(shè)置支撐軸力監(jiān)測點。
軸力監(jiān)測點布設(shè)方法:
a.混凝土支撐軸力監(jiān)測點安裝在混凝土支撐中,采用鋼筋應(yīng)力計進行混凝土支撐軸力測量。將鋼筋應(yīng)力計安裝在鋼筋構(gòu)架的上、下、左、右四個角點的主筋上,每組安裝4只鋼筋應(yīng)力計,與支撐方向平行,見圖3??刹捎煤附臃绞桨惭b,焊接長度大于10倍的鋼筋直徑(200 mm)。焊接平整、充實。焊接時要用濕麻布片或濕毛巾等包裹鋼筋應(yīng)力計并隨時澆以冷水降低溫度,以保護傳感器不受損壞。
圖3 鋼筋應(yīng)力計布設(shè)
b.鋼管支撐軸力監(jiān)測點安裝在鋼支撐中,采用表面應(yīng)變計進行鋼支撐的軸力測量。將表面應(yīng)變計分別焊接在鋼支撐截面的兩側(cè),與支撐方向平行,焊接時平整、充實,固定應(yīng)變計時與結(jié)構(gòu)無扭動間隙,見圖4。
圖4 表面應(yīng)變計布設(shè)
本次軸力監(jiān)測第一層混凝土支撐采用鋼筋計,其余三層鋼支撐采用表面應(yīng)變計,對支撐軸力進行全天24 h不間斷觀測,每一層支撐的監(jiān)測點為4點,監(jiān)測頻率為35 min。監(jiān)測點位布設(shè)見圖5~圖 8。
圖5 第一道混凝土支撐軸力點位布置圖
圖6 第二道鋼支撐支撐軸力點位布置圖
圖7 第三道鋼支撐支撐軸力點位布置圖
圖8 第四道鋼支撐支撐軸力點位布置圖
(3)地表與周邊建(構(gòu))筑物三維位移監(jiān)測
a.地表監(jiān)測點的布設(shè)(見圖9)
首先在地面開Φ120 mm的孔,打入Φ22 mm螺紋鋼筋(如果是混凝土路面,鋼筋底部至少應(yīng)進入到路面下的路床上10 cm,并與路面分離),然后在標志鋼筋周圍填入細砂夯實,為了防止由于路面沉降帶到測點沉降影響監(jiān)測成果數(shù)據(jù);
在打入的鋼筋上嵌套微型棱鏡,微型棱鏡中心應(yīng)高于地面5 mm正對監(jiān)測儀器方向并用保護罩加以保護,以防止路過車輛或行人碰撞或破壞;
在其基坑周圍布設(shè)地表豎向位移監(jiān)測點,每個監(jiān)測點從基坑圍護外側(cè)起算約1~3 m。
b.周邊建(構(gòu))筑物監(jiān)測點的布設(shè)(見圖10)
建筑物監(jiān)測點設(shè)在建筑物的角點、中點、大轉(zhuǎn)角處且與儀器方向通視良好,沿周邊布置間距6~20 m;
圖10 周邊建(構(gòu))筑物監(jiān)測點布設(shè)
高低層建筑物、新舊建筑物等交接處的兩側(cè);
圓形、多邊形的建(構(gòu))筑物宜沿縱橫軸線對稱布置。
本次監(jiān)測采用帶伺服馬達的全站儀進行24 h不間斷觀測,共布設(shè)地表監(jiān)測點10點,周邊建(構(gòu))筑物監(jiān)測點8點,監(jiān)測頻率為13 min。監(jiān)測點位布設(shè)見圖11。
圖11 監(jiān)測點位布設(shè)
3.2.3 儀器的布設(shè)
a.全站儀的布設(shè)(見圖12)
澆筑全站儀基礎(chǔ)應(yīng)先制作帶螺桿的鋼筋籠,螺桿共8根,裸露長度約100 mm,分布間隔200 mm,澆筑長度大于400 mm,應(yīng)與鋼筋籠焊接為一體;
立桿底部法蘭盤與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)連接;
全站儀架設(shè)于立桿頂部,在室外架設(shè)保護箱進行儀器的防塵防水保護。
b.自動化測斜的布設(shè)(見圖13)
利用桿件將測斜儀相連或利用機械手段驅(qū)動測斜儀,將測斜儀下入測斜孔中;
設(shè)備箱放置在對應(yīng)測斜孔旁。
本次基坑自動化監(jiān)測的主要儀器如全站儀、固定式測斜儀、鋼筋計、表面應(yīng)變計等均選用進口型號,見表4。
圖12 全站儀布設(shè)
圖13 自動化斜測布設(shè)
表4 本項目擬使用的主要儀器、設(shè)備一覽表
3.3.1 水平、豎向位移監(jiān)測
利用極坐標、三角高程法進行監(jiān)測點的水平豎向位移監(jiān)測,后視基準點經(jīng)過后方交會修正測站坐標,通過溫度補償修正測距精度,監(jiān)測時采用雙盤位消除軸系誤差。歷史豎向位移是以首次監(jiān)測數(shù)據(jù)為基準的相對位移。
某監(jiān)測點本次測量值減前次測量值的差值為本次偏差值,本次測量值減初始測量值為累計偏差值。
儀器:S O KK I A N E T05AX II;
測距精度:0.8 mm+1 pp m;
測角精度:0.5″。
3.3.2 土體測斜
測斜孔自下而上布設(shè)傳感器測定該點偏角值(注:傳感器與傳感器之間鋼管相連,一端剛性連接,另一端萬向節(jié)保證可活動),每個測斜管每測點的初始值為首次測量所獲得的數(shù)據(jù)。施工過程中的日常監(jiān)測值與初始值的差為其累計水平位移量,本次值與前次值的差值為本次位移量。
儀器:基康固定測斜儀B G K-6150;
精度:±0.1%F S;
測斜計算公式:
式中:Xi為某深度的偏移值(底部起算);Li為該段的測段長度;αj為該測段測出的傾角。
3.3.3 支撐軸力監(jiān)測
傳感器埋設(shè)前需檢查其無受力狀態(tài)時頻率f0,當其與出廠標定頻率f0在誤差范圍內(nèi)時方可采用。應(yīng)在使用前分兩次測定初始讀數(shù),取平均值為其初始值。日常監(jiān)測值與初始值的差值為其累計變化量,本次值與前次值的差值為其本次變化量。
儀器:葛南 V W R-20(鋼筋計)/V W S-10F(表面應(yīng)變計);
精度:±0.1%F S;
鋼筋混凝土支撐軸力計算公式:
式中:Pi為單個鋼筋計所測算求得的應(yīng)力;AS為單根主筋的截面積;∑As為主筋的總面積;ES為鋼筋的彈性模量;AC為混凝土的截面積;EC為混凝土的彈性模量。
鋼支撐軸力計算公式:
式中:K為表面應(yīng)變計的靈敏系數(shù);M為測得的頻率模量;M0為初始頻率模量;b為溫度改正系數(shù);α為鋼的熱膨脹系數(shù);T為測得的溫度;T0位初始溫度;A為鋼支撐截面積;E為鋼支撐彈性模量(206)。
3.4.1 自動化監(jiān)測云平臺
本次自動化監(jiān)測的數(shù)據(jù)采用實時無線傳輸至遠程服務(wù)器,通過瀏覽器在云平臺中實時查看監(jiān)測數(shù)據(jù),平臺界面見圖14。
圖14 自動化監(jiān)測云平臺界面
3.4.2 實時數(shù)據(jù)界面
實時數(shù)據(jù)界面顯示當前時間點下監(jiān)測項的實時數(shù)據(jù):
(1)土體內(nèi)部位移
內(nèi)部位移監(jiān)測項的實時界面顯示最近7 d的測斜變化曲線,可單擊左邊的圖例進行某一天曲線的單獨查看,見圖15。
圖15 實時數(shù)據(jù)界面顯示
(2)支撐軸力
支撐軸力監(jiān)測項的實時界面顯示最近一次監(jiān)測數(shù)據(jù),第一層支撐為鋼筋混凝土支撐,每一個監(jiān)測截面由4個傳感器構(gòu)成,圖表中下面4個表示每個傳感器的應(yīng)力監(jiān)測值,最上邊的數(shù)值表示該支撐當前的軸力監(jiān)測值,見圖16。
圖16 支撐軸力
(3)三維位移
三維位移監(jiān)測項的實時界面顯示的為上月平均數(shù)據(jù)、上周平均數(shù)據(jù)、前天平均數(shù)據(jù)、昨天平均數(shù)據(jù)、當前最新監(jiān)測數(shù)據(jù)共5個數(shù)據(jù)點,見圖17。
圖17 三維位移
3.4.3 對比分析
本工程在深基坑施工過程中運用自動化監(jiān)測技術(shù)對基坑進行實時數(shù)據(jù)采集和對比,共出現(xiàn)過兩次報警現(xiàn)場,一是地面沉降、二是土體內(nèi)部位移。出現(xiàn)報警現(xiàn)場后現(xiàn)場立即停工,組織設(shè)計及施工單位技術(shù)人員分析原因,制定措施,消除安全隱患。
本工程基坑已順利施工完成,運用自動化監(jiān)測技術(shù),降低了工程的監(jiān)測成本,在監(jiān)測頻率上達到了人工監(jiān)測所不能實現(xiàn)的采集數(shù)據(jù)頻率,并且24 h不間斷采集,發(fā)生異常情況第一時間報警,高效、準確。本工程中運用自動化監(jiān)測技術(shù)效果非常好。
在深基坑施工過程中運用自動化監(jiān)測技術(shù),尤其是安全等級高、環(huán)境等級高的深基坑工程,全面監(jiān)控施工過程中基坑、周邊建(構(gòu))筑物及周邊環(huán)境的變化情況,實現(xiàn)實時監(jiān)測、24 h不間斷采集、自動對比預警,使施工現(xiàn)場能隨時了解變形情況,以便及時采取有關(guān)措施,調(diào)控施工步序與節(jié)奏,做到信息化施工,確?;邮┕ろ樌M行。