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汤智全
上海市政工程设计研究总院集团佛山斯美设计院有限公司 528200
摘要：随着城市建设用地的紧张，建筑工程开始向纵深向发展，对地下空间的利用十分重要，因此带来了深基坑技术的不断发展。目前，深基坑支护技术无论在安全还是在经济方面都有了很大程度的提高，在支护的形式中也越来越多样，其中钢管支撑能够处理较复杂的深基坑，所以得到了广泛的应用。本文笔者结合经验对钢管支撑的安装和监测做了系统的介绍，并对钢管支撑轴力监测进行分析。
关键词：建筑工程；深基坑；钢管支撑；轴力监测；监测分析
0.引言
目前，广东地区深基坑工程越来越多，且珠三角地区地质情况复杂，含有大量的流塑状淤泥质土层，承载力较低，还存在透水性较强的粉砂层，都不利于基坑施工。为了保证其施工安全，人们逐渐意识到监测的重要性。在深基坑开挖过程中，开挖使得土体改变了原来的应力状态，从而引起土体的变形，尽管人们不断的发展基坑支护技术，但这些支护措施，都不能完全保证土体不发生变形，那么不可避免的这些支护结构也会产生变形[1]。这些变形主要包括支撑结构和周围土体的侧向位移和纵向上的沉降以及基坑内土体的隆起。如果这些变形量超过一定的范围，就会对支撑结构造成巨大的损害，从而危及整个基坑的安全，甚至是周围建筑的安全。因此，在深基坑开挖的全过程中，需要时刻监测支撑结构的变形，周围土体的变形以及临近建筑物、地下管线的变形，只有全方位的了解工程的变化，才能保证基坑的安全和工程的顺利实施[2]。
1.钢管支撑的安装
在深基坑开挖时，一般采用分段分层式开挖，每段开挖的长度控制在18～25m之间。开挖深度到达设计支撑位置以下时，应停止开挖，避免超挖现象的产生。停止开挖后，应立即挂网进行混凝土的喷射，并安装钢围檩，及时加设好钢支撑[3]。且围檩与支护桩需要有较好的连接。
为保证钢管安装的精度，安装时需要保证腰梁、端头以及千斤顶的轴线在同一平面上，横向支撑上的螺栓需要对角分等分的进行拧紧，从而保证横向支撑的平直。纵支撑的安装一定要缓慢进行，避免产生冲击现象[4]。为了保证钢管桩与挡土结构接触密切，需要把孔桩表面凿毛，并设置早强快凝的砂浆水泥。与此同时，特别注意钢管端头与法兰盘焊接处，垂直偏差不宜过大，应控制在1.5mm以内，并保证钢管支撑的偏心不超过20mm[5]。
图1 钢管桩架设流程
施工过程中加强监测及巡视，发现护坡桩位移或钢管支撑轴力超过预警值时，要增加监测频率；造成支撑挠曲变形，并接近允许值时，必须增加临时竖向支撑等措施，降低钢管计算长度，避免失稳，必要时加密支撑，降低其它支撑内力[6]。
2.钢管支撑轴力检测
（1）钢支撑轴力监测的作用。
深基坑的开挖，必然会带来基坑内部及外部的土体的应力变化，将会带来支撑结构的受力变化，导致支撑结构和土体的变形，支撑结构会产生内力，如支撑轴力或锚杆拉力等，同时土体会发生隆起、外围土体则会产生沉降或侧向位移，这些变形和内力如果超过某一特定的允许值，就会引起基坑的破坏造成严重的后果。另一方面，基坑的支护体系所承受的土压力存在很多不确定因素，在设计时对基坑支护做了相应的简化，这也会导致与现实情况有所差异，通过对基坑的研究发现，基坑的开挖与支撑存在在时间和空间的延迟[7]。因此，在基坑工程中，很大部分依靠经验来判断，不能形成精确的理论。
作为基坑开挖环节中最为重要的环节，钢管支撑轴力需要进行特备细心的监测。通过对比钢管轴力监测数据与设计期望的差值，可以更准确的为下一阶段做预测。钢管轴力的监测数据可以很好的表现桩体的侧向位移，从而可以判断危险并作出及时的预报，保证深基坑的安全[8]。
（2）测量原理。
目前，在深基坑钢管轴力监测过程中，一般选用支撑轴力计来对钢管轴力进行测量。轴力计其实是一种振弦式载重传感器，振弦、受力装置、夹紧系统、电磁回路以及信号处理是载重传感器的主要构成部分[9]。
轴力计的工作原理是由钢弦组成的敏感元件，根据其震动频率来判断受力。随着受力的不同，振弦的震动频率就会发生相应的改变，轴力计利用这一特性，将其转化为频率信号。处于永久磁场中的振弦，因为脉冲电流的产生，会引起磁场发生改变，进一步引起振弦振动。如果激发脉冲中断的时候，磁场中的振弦会使线圈产生感应电动势，电动势的频率和振弦的频率保持一致[10]。
（3）轴力计铺设。
钢管支撑的端部一般放置轴力计，轴力计的安装需要配套的安装架。安装架有钢板，用于与冠梁或腰梁上的钢板进行焊接，从而保证安装牢固。在钢板的焊接过程中，需要注意钢支撑中心轴线对齐安装中心点。轴力计的放置，需要带钢板冷却后，推入安装架圆形钢筒内，然后用两对M10螺丝固定在安装架上，保证牢固，避免在钢管支撑吊装的过程中，轴力计松动滑落。轴力计的铺设一般每25m就选择一个断面，断面必须具有代表性，在断面上安装轴力计[11]。
3.钢管支撑轴力分析
笔者通过多年的监测数据分析，并结合其他参考资料，对于钢管支撑的轴力得出如下结论：第一，钢管支撑一般都会产生预应力的损失，其损失率一般在20%～40%范围之内[12]。随着开挖深度的增加，钢管支撑的轴力也会随之增大，其大小的变化情况和现场环境、开挖方式、开挖速度等因素有很重要的关系。第二，针对监测结果的分析，可以发现通过反力计和应变计两种方法所监测出的结果比较接近。第三，支护结构的方式、工况的不同对钢管支撑的轴力有很大的影响，随着开挖深度的增加这种影响会增大。在深基坑的拐角处轴力一般较小，基坑的中间部分钢管所受轴力较大。第四，如果基坑出现失稳状态，钢管支撑的轴力一般会达到设计值的40%～60%之间，现在正在用的土压力计算公式相对来说比较保守，在角撑部位，设计人员需要特别注意，需要考虑基坑产生的空间效应[13]，适当时应该增加角部斜向支撑。设计过程中可以结合多个设计软件进行分析，如理正深基坑软件进行单元计算，及GTS有限元分析软件进行基坑整体计算。
4.结束语
在深基坑的施工过程中，对支撑轴力的监测是十分重要的，它也是实现信息化施工应该具备的。钢管支撑作为基坑临时支护的重要结构，是保证施工安全的重中之重，对钢管支撑的检测确保了基坑支护结构的稳固和安全。
参考文献：
[1]张忠苗，房凯，刘兴旺，吴祖福.粉砂土地铁深基坑支撑轴力监测分析[J].岩土工程学报，2010，S1：426-429.
[2]牟亚洲.深基坑围护结构内支撑轴力的监测及分析[J].铁道标准设计，2012，01：84-87.
[3]武进广，王彦霞，杨有海.杭州市秋涛路地铁车站深基坑钢支撑轴力监测与分析[J].铁道建筑，2013，10：51-54.
[4]崔荣方，朱威，王培达.深基坑钢管支撑轴力监测分析[J].山西建筑，2013，31：83-84.
[5]郭利娜，胡斌，李方成，徐海清.武汉地铁深基坑围护结构钢支撑轴
上海市政工程设计研究总院集团佛山斯美设计院有限公司 528200
摘要：随着城市建设用地的紧张，建筑工程开始向纵深向发展，对地下空间的利用十分重要，因此带来了深基坑技术的不断发展。目前，深基坑支护技术无论在安全还是在经济方面都有了很大程度的提高，在支护的形式中也越来越多样，其中钢管支撑能够处理较复杂的深基坑，所以得到了广泛的应用。本文笔者结合经验对钢管支撑的安装和监测做了系统的介绍，并对钢管支撑轴力监测进行分析。
关键词：建筑工程；深基坑；钢管支撑；轴力监测；监测分析
0.引言
目前，广东地区深基坑工程越来越多，且珠三角地区地质情况复杂，含有大量的流塑状淤泥质土层，承载力较低，还存在透水性较强的粉砂层，都不利于基坑施工。为了保证其施工安全，人们逐渐意识到监测的重要性。在深基坑开挖过程中，开挖使得土体改变了原来的应力状态，从而引起土体的变形，尽管人们不断的发展基坑支护技术，但这些支护措施，都不能完全保证土体不发生变形，那么不可避免的这些支护结构也会产生变形[1]。这些变形主要包括支撑结构和周围土体的侧向位移和纵向上的沉降以及基坑内土体的隆起。如果这些变形量超过一定的范围，就会对支撑结构造成巨大的损害，从而危及整个基坑的安全，甚至是周围建筑的安全。因此，在深基坑开挖的全过程中，需要时刻监测支撑结构的变形，周围土体的变形以及临近建筑物、地下管线的变形，只有全方位的了解工程的变化，才能保证基坑的安全和工程的顺利实施[2]。
1.钢管支撑的安装
在深基坑开挖时，一般采用分段分层式开挖，每段开挖的长度控制在18～25m之间。开挖深度到达设计支撑位置以下时，应停止开挖，避免超挖现象的产生。停止开挖后，应立即挂网进行混凝土的喷射，并安装钢围檩，及时加设好钢支撑[3]。且围檩与支护桩需要有较好的连接。
为保证钢管安装的精度，安装时需要保证腰梁、端头以及千斤顶的轴线在同一平面上，横向支撑上的螺栓需要对角分等分的进行拧紧，从而保证横向支撑的平直。纵支撑的安装一定要缓慢进行，避免产生冲击现象[4]。为了保证钢管桩与挡土结构接触密切，需要把孔桩表面凿毛，并设置早强快凝的砂浆水泥。与此同时，特别注意钢管端头与法兰盘焊接处，垂直偏差不宜过大，应控制在1.5mm以内，并保证钢管支撑的偏心不超过20mm[5]。
图1 钢管桩架设流程
施工过程中加强监测及巡视，发现护坡桩位移或钢管支撑轴力超过预警值时，要增加监测频率；造成支撑挠曲变形，并接近允许值时，必须增加临时竖向支撑等措施，降低钢管计算长度，避免失稳，必要时加密支撑，降低其它支撑内力[6]。
2.钢管支撑轴力检测
（1）钢支撑轴力监测的作用。
深基坑的开挖，必然会带来基坑内部及外部的土体的应力变化，将会带来支撑结构的受力变化，导致支撑结构和土体的变形，支撑结构会产生内力，如支撑轴力或锚杆拉力等，同时土体会发生隆起、外围土体则会产生沉降或侧向位移，这些变形和内力如果超过某一特定的允许值，就会引起基坑的破坏造成严重的后果。另一方面，基坑的支护体系所承受的土压力存在很多不确定因素，在设计时对基坑支护做了相应的简化，这也会导致与现实情况有所差异，通过对基坑的研究发现，基坑的开挖与支撑存在在时间和空间的延迟[7]。因此，在基坑工程中，很大部分依靠经验来判断，不能形成精确的理论。
作为基坑开挖环节中最为重要的环节，钢管支撑轴力需要进行特备细心的监测。通过对比钢管轴力监测数据与设计期望的差值，可以更准确的为下一阶段做预测。钢管轴力的监测数据可以很好的表现桩体的侧向位移，从而可以判断危险并作出及时的预报，保证深基坑的安全[8]。
（2）测量原理。
目前，在深基坑钢管轴力监测过程中，一般选用支撑轴力计来对钢管轴力进行测量。轴力计其实是一种振弦式载重传感器，振弦、受力装置、夹紧系统、电磁回路以及信号处理是载重传感器的主要构成部分[9]。
轴力计的工作原理是由钢弦组成的敏感元件，根据其震动频率来判断受力。随着受力的不同，振弦的震动频率就会发生相应的改变，轴力计利用这一特性，将其转化为频率信号。处于永久磁场中的振弦，因为脉冲电流的产生，会引起磁场发生改变，进一步引起振弦振动。如果激发脉冲中断的时候，磁场中的振弦会使线圈产生感应电动势，电动势的频率和振弦的频率保持一致[10]。
（3）轴力计铺设。
钢管支撑的端部一般放置轴力计，轴力计的安装需要配套的安装架。安装架有钢板，用于与冠梁或腰梁上的钢板进行焊接，从而保证安装牢固。在钢板的焊接过程中，需要注意钢支撑中心轴线对齐安装中心点。轴力计的放置，需要带钢板冷却后，推入安装架圆形钢筒内，然后用两对M10螺丝固定在安装架上，保证牢固，避免在钢管支撑吊装的过程中，轴力计松动滑落。轴力计的铺设一般每25m就选择一个断面，断面必须具有代表性，在断面上安装轴力计[11]。
3.钢管支撑轴力分析
笔者通过多年的监测数据分析，并结合其他参考资料，对于钢管支撑的轴力得出如下结论：第一，钢管支撑一般都会产生预应力的损失，其损失率一般在20%～40%范围之内[12]。随着开挖深度的增加，钢管支撑的轴力也会随之增大，其大小的变化情况和现场环境、开挖方式、开挖速度等因素有很重要的关系。第二，针对监测结果的分析，可以发现通过反力计和应变计两种方法所监测出的结果比较接近。第三，支护结构的方式、工况的不同对钢管支撑的轴力有很大的影响，随着开挖深度的增加这种影响会增大。在深基坑的拐角处轴力一般较小，基坑的中间部分钢管所受轴力较大。第四，如果基坑出现失稳状态，钢管支撑的轴力一般会达到设计值的40%～60%之间，现在正在用的土压力计算公式相对来说比较保守，在角撑部位，设计人员需要特别注意，需要考虑基坑产生的空间效应[13]，适当时应该增加角部斜向支撑。设计过程中可以结合多个设计软件进行分析，如理正深基坑软件进行单元计算，及GTS有限元分析软件进行基坑整体计算。
4.结束语
在深基坑的施工过程中，对支撑轴力的监测是十分重要的，它也是实现信息化施工应该具备的。钢管支撑作为基坑临时支护的重要结构，是保证施工安全的重中之重，对钢管支撑的检测确保了基坑支护结构的稳固和安全。
参考文献：
[1]张忠苗，房凯，刘兴旺，吴祖福.粉砂土地铁深基坑支撑轴力监测分析[J].岩土工程学报，2010，S1：426-429.
[2]牟亚洲.深基坑围护结构内支撑轴力的监测及分析[J].铁道标准设计，2012，01：84-87.
[3]武进广，王彦霞，杨有海.杭州市秋涛路地铁车站深基坑钢支撑轴力监测与分析[J].铁道建筑，2013，10：51-54.
[4]崔荣方，朱威，王培达.深基坑钢管支撑轴力监测分析[J].山西建筑，2013，31：83-84.
[5]郭利娜，胡斌，李方成，徐海清.武汉地铁深基坑围护结构钢支撑轴