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        建筑工程深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的動態(tài)監(jiān)測技術(shù)

        2023-08-17 10:33:06葉國銘
        工程建設(shè)與設(shè)計(jì) 2023年14期
        關(guān)鍵詞:深基坑基坑鉆孔

        1 引言

        在對深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)過程中, 雖然設(shè)計(jì)人員會結(jié)合前期的勘察數(shù)據(jù)對深基坑的支護(hù)形式進(jìn)行設(shè)計(jì), 但是由于土層具備顯著的復(fù)雜性與離散性, 導(dǎo)致前期勘探數(shù)據(jù)無法完整地展現(xiàn)出土層的全部情況。 土層取樣過程中,必然會對土體造成擾動,加之試驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生的誤差,導(dǎo)致勘察數(shù)據(jù)與土層的實(shí)際情況存在一定的偏差,進(jìn)而導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)的荷載設(shè)計(jì)、土方開挖與實(shí)際情況存在較大的偏差。 整體而言,支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)內(nèi)力值與實(shí)際施工狀況基本上很難保持一致。 因此,在開挖深基坑以及支護(hù)結(jié)構(gòu)施工過程中, 施工單位應(yīng)該加大對支護(hù)結(jié)構(gòu)與周圍環(huán)境的監(jiān)測力度,第一時(shí)間掌握土層、支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的變化狀況,同時(shí)觀測附近建筑物、地下管線的變形及位移狀況,然后對觀測數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)值進(jìn)行對比分析,如若二者之間的偏差過大,可以采取必要的防護(hù)措施,保證深基坑開挖過程中的安全性與穩(wěn)定性,為施工人員提供安全保障。

        2 工程概況

        本文以某建筑工程中的深基坑施工項(xiàng)目作為研究案例,屬于是城區(qū)商業(yè)辦公樓,建筑物的層數(shù)設(shè)計(jì)為44 層,建筑層高設(shè)計(jì)為187.50 m。 建筑物使用的鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)形式,基礎(chǔ)形式使用的是樁基礎(chǔ)。 該項(xiàng)目中設(shè)計(jì)有3 層地下室,地下室的底面標(biāo)高設(shè)計(jì)為-9.55 m、 底板的厚度設(shè)計(jì)為0.80 m、墊層的厚度設(shè)計(jì)為0.10 m。該項(xiàng)目的基坑面積約為5 190.32 m2,基坑的周長約為288.37 m。

        3 支護(hù)設(shè)計(jì)

        基坑支護(hù)的基本原則為保證支護(hù)結(jié)構(gòu)具備良好的安全性與穩(wěn)定性,保證附近建筑物、地下管線的安全性,同時(shí)應(yīng)該滿足經(jīng)濟(jì)性、可行性要求,并符合現(xiàn)行管理規(guī)范的基本要求,施工便捷,提高施工效率,縮短施工工期。

        結(jié)合該項(xiàng)目基坑開挖過程中的實(shí)際情況、 施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件、基坑附近的環(huán)境,本工程各支護(hù)剖面采用“φ850 mm三軸攪拌樁+樁間旋噴樁” 止水帷幕形式、“支護(hù)樁+ 三道鋼筋混凝土角撐”支護(hù)形式。

        4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)動態(tài)監(jiān)測技術(shù)

        使用測斜儀對深基坑維護(hù)結(jié)構(gòu)、 邊側(cè)土體的側(cè)向深層水平位移進(jìn)行監(jiān)測; 使用高精度全站儀建立三維坐標(biāo)對支護(hù)樁頂度水平、豎向位移進(jìn)行監(jiān)測;使用埋設(shè)在鋼筋混凝土內(nèi)的應(yīng)力傳感器進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測。

        4.1 測點(diǎn)布置

        1)樁頂部位的水平位移與沉降觀測點(diǎn)布設(shè)。 沿著基坑四周按照20 m 的間隔在基坑的兩側(cè)鉆孔樁上布設(shè)觀測點(diǎn),對鉆孔樁的沉降與水平方向位移進(jìn)行觀測,總計(jì)需要設(shè)置15 個斷面。

        2)樁身水平位移觀測點(diǎn)布設(shè)。 沿基坑四周按照30 m 的間隔在基坑兩側(cè)的鉆孔樁上安裝測斜管, 用來觀測鉆孔樁的變形狀況,總計(jì)需要設(shè)置測斜孔的數(shù)量為10 個,為了保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的完整性與有效性, 可以將側(cè)斜管的長度設(shè)置為與鉆孔樁的長度一樣,但是測斜管的頂部應(yīng)該高于冠梁20 cm,將測斜管固定在鋼筋上,不得出現(xiàn)松動現(xiàn)象[1]。

        3)混凝土支撐軸力測點(diǎn)布設(shè)。 對各主要混凝土支撐梁的監(jiān)測截面宜選擇在兩支點(diǎn)間的1/3 部位, 并避開節(jié)點(diǎn)位置,總計(jì)需要布設(shè)5 個斷面。

        4.2 監(jiān)測方法

        4.2.1 基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置

        1)基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置:應(yīng)設(shè)置在基坑開挖深度的3 倍范圍外且穩(wěn)定的地方,應(yīng)避開交通干道主路、地下管線、河岸、滑坡地段以及其他可能使標(biāo)志容易腐蝕和破壞的地方, 利用鉆機(jī)鉆孔至基巖面后,安裝保護(hù)管后,再鉆至預(yù)定深度,然后清孔倒入適量混凝土,隨后安裝芯管。

        2)深埋式基準(zhǔn)點(diǎn)的詳細(xì)情況如圖1 所示。

        圖1 深埋式基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置示意圖(單位:m)

        4.2.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)頂水平、豎向位移監(jiān)測

        (1)部位:支護(hù)結(jié)構(gòu)的頂部。 (2)監(jiān)測點(diǎn)埋設(shè):將其設(shè)置在支護(hù)樁的頂部或是冠梁上, 可以使用膨脹螺絲將角鐵加固在冠梁表面,同時(shí)在角鐵表面粘貼反光貼,如若基坑的頂部為土體時(shí),那么鋼筋插入的深度則不得小于50 cm。(3)測量方法及計(jì)算: 使用二等導(dǎo)線網(wǎng)對支護(hù)結(jié)構(gòu)的水平方向位移與豎向位移進(jìn)行觀測。 外部測量活動則可以使用萊卡全站儀進(jìn)行觀測。①觀測要求可以參照表1 中信息。 ②使用極坐標(biāo)法或是小角度法對基坑的水平方向位移進(jìn)行觀測。 使用導(dǎo)線測量或是后方交會方法對工作基準(zhǔn)點(diǎn)的穩(wěn)定性進(jìn)行檢查。 在使用極坐標(biāo)法或是小角度法進(jìn)行觀測活動時(shí), 需保證全站儀具備較高的精準(zhǔn)度[2]。 (4)測量儀器:高精準(zhǔn)度的全站儀。

        表1 水平位移監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)的主要技術(shù)要求

        4.2.3 鋼筋應(yīng)力監(jiān)測

        1)部位:混凝土支撐梁。

        2)鋼筋測力計(jì)埋設(shè):使用鋼筋應(yīng)力傳感器對鋼筋的應(yīng)力變化進(jìn)行監(jiān)測,傳感器使用的串聯(lián)安裝方式,采用套筒進(jìn)行連接。 在安裝應(yīng)力計(jì)過程中,應(yīng)該逐一將每一條導(dǎo)線有條不紊地整理好,并對其進(jìn)行加固,而后將導(dǎo)線的編號標(biāo)記在防護(hù)欄桿上。 監(jiān)測點(diǎn)的布設(shè)狀況如圖2 所示。

        圖2 應(yīng)力計(jì)埋設(shè)示意圖(單位:mm)

        3)測量方法:將準(zhǔn)備好的連接線的兩極與傳感器的導(dǎo)線兩極進(jìn)行連接,監(jiān)測人員控制讀數(shù)儀,顯示屏?xí)鞲衅鞅O(jiān)測到的數(shù)據(jù)顯示出來, 同時(shí)傳感器監(jiān)測到的數(shù)據(jù)會被記錄在對應(yīng)的記錄表中。

        4)測量儀器:測力計(jì)、頻率儀。

        4.2.4 鋼支撐內(nèi)力監(jiān)測

        1)部位:鋼支撐梁表面。

        2)測力計(jì)埋設(shè):使用應(yīng)力傳感器對鋼支撐的內(nèi)力變化進(jìn)行監(jiān)測,傳感器可以直接與鋼管以并聯(lián)的形式進(jìn)行連接,使用焊接方式對其進(jìn)行加固。 在安裝應(yīng)力計(jì)過程中,應(yīng)該逐一將每一條導(dǎo)線有條不紊地整理好,并對其進(jìn)行加固,而后將導(dǎo)線的編號標(biāo)記在防護(hù)欄桿上[3]。

        3)測量方法:將準(zhǔn)備好的連接線的兩極與傳感器的導(dǎo)線兩極進(jìn)行連接,監(jiān)測人員控制讀數(shù)儀,顯示屏?xí)鞲衅鞅O(jiān)測到的數(shù)據(jù)顯示出來, 同時(shí)傳感器監(jiān)測到的數(shù)據(jù)會被記錄在對應(yīng)的記錄表中。

        4)測量儀器:測力計(jì),頻率儀。

        4.3 監(jiān)測結(jié)果分析

        4.3.1 樁頂水平位移分析

        結(jié)合監(jiān)測儀器所收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,不難發(fā)現(xiàn),自基坑開挖作業(yè)開始, 圍護(hù)結(jié)構(gòu)背側(cè)的土層的應(yīng)力就已經(jīng)開始釋放,隨著基坑開挖深度的不斷加深,鉆孔樁頂部水平方向的位移隨之增大。 該項(xiàng)目中的基坑開挖使用的是分層開挖方式,每開挖一層,鉆孔樁的位移量會逐漸增大,且每層的位移量變化幅度比較大,但是在施加支撐以后,鉆孔樁的水平位移量開始減緩,這是因?yàn)闃俄敳课坏幕炷两Y(jié)構(gòu)剛度非常大,在經(jīng)過測量以后得出樁頂?shù)淖畲笪灰屏繛?.2 mm。 由此可以發(fā)現(xiàn),在測量過程中鉆孔樁的位移量波動相對比較小。

        4.3.2 樁身水平位移分析

        鉆孔樁樁身部位的水平位移主要是隨著開挖的深度不斷加深而產(chǎn)生相應(yīng)的變化。 在開挖土方過程中,樁身水平位移逐漸增大,開挖至基底標(biāo)高后,變形基本上趨于穩(wěn)定,累計(jì)最大變形發(fā)生在樁號CX1-2 位置的7 m 深處, 最大位移量為18.2 mm, 遠(yuǎn)小于最大容許值90 mm, 基坑結(jié)構(gòu)安全。 通過CX1-2 的樁身水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可以看到,1 月8日第一層土體開挖結(jié)束,此時(shí)圍護(hù)樁整體變形均較小,這是由于大部分樁體仍埋在土體中,產(chǎn)生這樣的情況是合理的,在3月1 日時(shí),第二層基坑開挖完成,這時(shí)的開挖深度為9 m,最大位移量為10.2 mm;在3 月10 日時(shí),基坑開挖至13 m 深度部位,這時(shí)的樁體位移量明顯增大;在4 月22 日時(shí),已經(jīng)開挖至基坑底部,開挖的深度為17 m,圍護(hù)結(jié)構(gòu)受到的主動土壓力大幅度提高,樁體的最大位移量出現(xiàn)在4 月12 日,單日位移量為4.8 mm,當(dāng)?shù)装宀课坏幕炷翝仓瓿梢院?,底板與支撐體系能夠在斷面處形成強(qiáng)有力的支撐結(jié)構(gòu),提高樁身的穩(wěn)定性。樁身側(cè)向變形圖見圖3。 結(jié)合整體情況而言,本文認(rèn)為該項(xiàng)目中的圍護(hù)結(jié)構(gòu)具備較高的安全性。 結(jié)合施工過程中監(jiān)測到的數(shù)據(jù)來看,鉆孔樁水平方向的位移量與施工現(xiàn)場的實(shí)際情況、基坑的開挖深度存在同步性,所以,在實(shí)際施工過程中,必須對基坑變形的時(shí)間因素與空間因素予以考慮, 嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)流程施工,及時(shí)做好支撐,確保施工項(xiàng)目的安全性。

        圖3 樁身側(cè)向變形圖

        5 結(jié)語

        1)鉆孔樁頂部的水平方向位移的每日變化量最大值為3.2 mm/d,最大日變化量出現(xiàn)在第一層土開挖過程中,待第一層內(nèi)支撐完成并形成一定強(qiáng)度后,變形顯著減少,最終的水平位移量達(dá)到13.70 mm, 說明鉆孔樁的頂部水平位移在內(nèi)支撐的作用下受到顯著的約束。

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