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某混凝土内撑式支护结构深基坑监测与分析

发表时间：2020/8/19 来源：《基层建设》2020年第10期作者：陈绿茵

[导读] 摘要：随着中国经济的快速发展和城市化的迅速发展，城市空间逐年减少，土地资源减少，急需扩展地下空间。

        广西壮族自治区建筑工程质量检测中心广西 530005
        摘要：随着中国经济的快速发展和城市化的迅速发展，城市空间逐年减少，土地资源减少，急需扩展地下空间。深基坑检测工程正成为岩土工程领域的热门，深基坑工程是一个综合的工程系统，需要结合各个结构和学科进行监测。在这种不断变化的环境中，现有技术规范和理论知识的应用难以保证渠道排水过程的安全。在过去的几十年中，许多科学家和科学研究人员对深基坑工程设计进行了广泛的研究，并取得了许多重要成果，但真实的建设过程却是在深粗糙坑钻和施工中进行的，在竖向位移、荷载结构和荷载结构单元的水平位移方面仍然存在许多问题。
        关键词：内支撑；基坑支护；深基坑监测
        在施工阶段，许多建筑单位正在加强高层建筑的建设，使用现代技术可以有效地提高基础建筑物的稳定性和强度。因此，我们正在研究由于深基坑地板的变形和拆除而导致的各种建筑物的质量和安全问题，研究深基坑支护监测技术在某些建筑物单元中的应用。显然，错误的技术选择和粗心的支持，是项目问题的主要原因。由于各种维护保护性结构等问题，对项目中高质量、有效和深水沟渠的开发留下了许多隐患。内部支护结构为当前建筑项目的深基坑建设提供了完美的应用效果。通过科学和适当的监控程序有效地实现了支护技术的深基坑技术。在施工阶段，为安全建设建筑物的基础进行了组装。
        1内撑式支护结构深基坑工程的发展状况
        深基坑工程研究的基础是始于1920年代的以基坑工程领域为特征的“工程地质学”和“地质力学”模式的出现，在1950年代，外国学通过现有的理论和基础知识，包括大量技术监测数据，可用来研究严重问题的发生。1960年代初，根据来自芝加哥和奥斯陆等城市的一些数据。在深基坑工程的建设中，一些专家使用了精确的设备来监测和评估实时混凝土内撑式的变形和结构，并用图形反映了这种影响。在此期间进行了地震理论、测量技术、土壤表征参数和土壤质量模型，使得旧城区得到了蓬勃发展。自1970年代以来，美国和一些欧洲国家已经建立了一套建筑标准，建立了一个渐进的结构挖掘和施工。
        2内撑式支护结构深基坑支护结构的设计方法
        目前，基本的空腔结构基本上具有三种设计方法:经典方法、解析方法和有限元方法。
        2.1经典法
        经典方法也称为静态平衡方法，该方法主要是根据平衡极限来计算结构的内力。可以垂直于结构梁，选择单位宽度的光束作为支护目标，并将支撑点用作固定船体。然后，在墙后的动力和压力的作用下，使梁达到平衡，并且可以通过求解静态平衡方程，来获得结构的内部承载力和外部承载力。内外部承载力是根据经典或机械理论（即兰基理论或理论）来计算的，其中要考虑计算结果是否会根据实际条件而变化。
        经典方法包括半固体法、等效梁法和刚性梁组合法。该方法在计算方面相对容易，可以手动计算，但是仅可用的是支撑结构的近似内部解。使用排序原理计算，内部承载力通常较大，外部承载力通常较小。使用等效梁原理计算，承载力与地面的摩擦角越大，承载力越大。钻孔技术对支撑结构的位移有一些要求，该方法不计算支撑结构的位移，并且难以研究支撑结构的一般性能。而传统的方法通常不会考虑施工过程的影响。
        2.2解析法
        解析方法通常包括弹性地基梁技术和弹塑性技术，最常用的方法是弹性地基梁技术。其改进之处在于计算墙体保持的承载力，这样支撑结构会被认为是垂直放置的梁。本方法将支护过程当做是一个垂直梁，与经典法不一样，可以使用分析方法和有限技术来分析弹性可比性。这个方法的核心是计算土壤的弹簧硬度，常用方法包括常数法等。当前，中国的基本工程规范需要有弹性支点法，将支撑物视为弹性支点。解决其下的弹性梁的微分方程，并根据该方法计算地基的土抗力。对于分土层，值是不同的，并且分段微分方程也比较复杂。通常，使用杆系有限元方法可以解决该问题。弹性支点法被广泛认为是土、结构、支撑或铺杆的综合作用，程序简单，可以满足项目的要求，目前广泛用于工程中。
        2.3有限元法
        有限元法是用于解决连续力学问题的数值方法，是一组由离散连续元素组成的离散有限元单元。该核心由中心元素的连续聚焦方法和杆系有限元系统的弹性基础组成。
        3内撑式支护结构深基坑支护类型
        3.1地下连续墙
        通过使用特种挖槽机械借助泥浆护壁的作用来制作连续的地下墙，沿施工方的轴线开挖，以形成狭窄的沟渠。将制作好坚固的笼子放在凹槽中，然后将混凝土浸入裂缝的第一部分，然后按照这种方法逐段进行。这样，它就可以逐步发挥作用，并且分隔的部分通过特定的连接方法彼此连接，以形成地下连接，连续混凝土墙如图1所示。地下连续墙需要占用的空间小，刚度比较大，整体性能好，可以有效地限制基础的支撑和变形。施工过程中的振动和低噪音可缓和施工过程中的周围环境，例如建筑物和地下管线。由于城市建设、基底支护的使用比堆承受拥堵的速度更快、工作效率高、施工时间短、质量稳定、经济效益高。但是，这种结构也具有许多缺点，例如在城市建设，废物处理困难，并且项目成本会大大增加。如果泥浆和废水处理不当，或者技术错误，也可能造成环境污染。沙质土壤稀疏不当的建筑物管理会导致邻近地面的建筑物遭到破坏，很容易造成水土流失，威胁到周围建筑物或道路的安全。对于深度超过10 m的深层排水工程，可以将支撑结构视为整体结构的一部分。

        图1 地下连续墙示意图
        3.2钻孔灌注桩
        如图2所示，钻孔灌注桩现在是一种非常成熟的深基坑支护类型，可以通过根接头、环接头和外壳粘结，形成完整的耐用结构。该支护结构提供了相对简单的制造过程和容易的质量控制，桩的直径可以轻松调整，以适应项目的需要，而且墙壁的建造成本很低。当前，许多超深基坑支持项目都使用双排灌注桩和钻孔咬合桩等技术。通常，预期的漏洞池可能更适当地限制大型团队的影响，排桩挤扩作用可以减小桩的直径和长度，并提高桩的承载能力。钻孔桩可以识别无法从其他工作档案中获得的各种硬土层。但是，在现场钻孔铸造时，有许多因素会影响成桩的质量，桩阻力和桩端结构不同，质量不稳定。同时，桩体的承载能力很高，而实验室条件无法确定其极限承载。通常，确定最终重量的人数并不完全了解质量结构变形和破坏的规律，因此有必要进一步完善设计原理。钻孔灌注桩适用于土壤条件下地板深度不超过15 m的深基坑工程。

        图2 钻孔灌注排桩示意图
        注：1-围檩；2-支撑；3-立柱；4-工程桩；5-钻孔灌注桩；6-水泥搅拌桩止水帷幕；7-水泥搅拌桩加固；

        图3 钢板桩示意图
        注：（a）内撑方式；（b）锚拉方式；1-钢板桩；2-围檩；3-角撑；4-立柱与支撑；5-支撑；6-锚拉杆；
        3.3钢板桩
        钢板桩连接在由钢槽钢形成的钢板部件之间，该结构增加了防水承重功能。这种支护方法的优点是简单、经济且可多次使用。然而，当将钢板用于大容量驱动器时，整体运动会比较大而且耐水性差。钢板之间的接头要求将越来越严格，以确保更多的水流。通常，它适用于水深7米以下的基坑项目。
        4某混凝土内撑式支护结构深基坑监测与分析
        4.1工程概况
        珠海某国际大厦项目位于珠海市横琴的十字门中央商务核心区，地面层数为26层，高度为120ｍ，占地面积约为14310m2，可以引入摩天大楼墙之类的结构。大楼的内撑式支护结构指定地下室，总面积约为7971.2m2。本项目基坑采用桩＋混凝土内支撑支护型式，基坑开挖深度约18.6ｍ。该内撑式支护的一种现场视图是沿海平原。表1显示了各层的物理力学参数
        表1 各岩土层物理力学参数

        4.2支护结构设计
        采用基坑+混凝土式内支撑，桩支撑为直径1.2米，桩长1.5米的混凝土斜桩。支护结构的典型横截面如图4所示。

        图4围护结构典型剖面图
        底孔是使用顺作方法建造的，基坑上总共有四个混凝土水平支撑系统，支撑由撑角撑组成。钢筋的混凝土柱和围檩的混凝土强度为C40。支撑保护结构和基础材料的选择：
        （1）侧壁的安全等级为一级，重要性系数为R = 1.10。
        （2）该基坑采用桩+混凝土内支撑支护型式。支撑桩是直径为1.2米，桩的间距为1.5米。
        （3）根据原始设计计划，已经完成了多达10处基坑的挖掘。开挖的部分采用通用支撑系统，用于多种铁、水泥土和增强水泥土岩石的自然分级。天然粒径分割后的雕刻混凝土的厚度与表层为200×200，间隔100mm。
        4.3监测方案设计
        4.3.1监测项目
        根据特定地质条件、开挖深度和环境条件，基坑的防护等级由I级根据相关规范确定。表2和图5显示了检测和基坑布局。
        表2监测项目表

        图5监测点位平面布置图
        4.3.2监测项目报警值
        表3显示了监视频率，在监视期间或每天波动较大时，监视频率会增加。
        表3监测频率要求

        4.4监测结果与分析
        4.4.1桩体水平位移
        用Cinco测斜仪以0.02毫米/ 500毫米的分辨率和±0.01％FS重复率测量球的水平位移。如图6所示，选择在下腔中跟踪典型的遍历跟踪点CX1、CX5、CX11的结果，以获得随时间变化的水平虚拟曲线（“ +”偏移基孔的水平位移，“-”在孔外）。

        图6CX1桩体水平位移随时间变化曲线
        从图6中可以看出，在2016年1月8日，放置CX1倾角仪的部分支撑了从土壤挖掘到其他施工阶段的初始施工阶段，并且桩体显示出了较高的位移特性。钻探后，水平桩体位移值偏移了10 m，达到40.3 mm。之后，随着井底钻孔深度的增加，桩体水平位移随着时间继续变化，最大值逐渐减小，并增大横截面。该基础与随后的接地电压的释放集成在一起，逐渐增加了桩体的水平位移，最终于11月8日达到了76.7毫米。测斜点CX5和CX11位于基坑两侧相对位置，如图5所示。在建立第一个支撑架之前，CX11所在的建筑物区域显著改善了桩体水平的位移（见图7）。 2015年12月4日，桩体的水平位移在支撑结构的早期超出了警报值56.1 mm，因此，桩体的水平位移的变化对应于CX1，CX11失速器的位移范围达到了132.9 mm。

        图7CX11桩体水平位移随时间变化曲线

        图8CX5桩体水平位移随时间变化曲线
        如图8所示，在2016年1月2日第二次水平位移之前，对于测量的倾斜点CX11的结构以及具有底部孔的土壤层的位置，桩体被水平位移到CX5。随着1月19日继续进行地基钻探，水平桩的移除开始向内移动。在那之后，改变水平绒头移除的规律与CX1相同；10月24日，CX5桩体水平位移达到最大值44.7mm，非常接近报警值。
        堆叠的水平运动监控结果如图显示，许多检查人点超过了警报值，最大的值超过了警报值3倍。在1-1和2-2节的汇合处发生了裂缝，在5-5节的道路附近发生了裂缝。相似项目的施工过程建议根据施工计划恢复，减少基坑的暴露时间，并采取有效措施进行控制。
        4.4.2支撑轴力
        钢筋混凝土中包含的轴力，通过测量干扰电压来转换轴段的轴承部分，项目使用JMZX-3001读取设备来测量读取目的。通过选择特定的测量点ZC3和ZC6，可沿图9所示的时变曲线保持轴向强度。

        图9ZC6混凝土支撑轴力随时间变化曲线
        在图9中，当将混凝土支撑物施加到混凝土上时，可以看到，下一个支撑物通过挖土直到最终的轴强度接近其最大值而使层的轴向强度急剧增加。当2016年5月20日完成基坑挖掘时，ZC6-2和ZC6-3的车轴轴承力逐渐增加直至稳定，警报值随时间变化为25000 kN，但是完成量分别达到28000kN和31000kN。 ZC6-2和ZC6-3支座的轴向强度明显高于其他两个支座，这表明，在该项目的下部空腔的情况下，第二和第三支撑件专门支撑着横向轴力。

        图10ZC3混凝土支撑轴力随时间变化曲线
        通过图 10可以看出，ZC3的承载力变化与ZC6的承载力变化相对应，ZC3-2和ZC3-3轴强度的最大值分别可以达到27000kN和333kN。但是，当第二个ZC3-1支架完成时，轴向强度逐渐降低了5000 kN。这表明有必要在混凝土的支撑过程和基础之间恢复结构的内部载荷强度。
        4.4.3地表沉降
        在地表沉降的位置可以放置一个围绕地面高程监视器的底部孔放置的监视器。监控器约为30m，监控部分约为50m 5米。表面固定检查检测是在电子水平Leica Den 05上进行的，选择型腔的西南测量点D17至D20进行数据分析监视。图4和5显示了地表沉降随时间的变化。

        图11地表沉降随时间变化曲线
        如图11所示。 2015年8月至2015年11月（根据原始设计计划，该场地采用了集成的自然分拣支撑系统钢棒，水泥-粘土混合物和水泥-粘土桩，前5 m均已稳定）。在表面逐渐增加并达到约50 mm的过程中，警报值渐渐超过35 mm。从2015年12月到2016年5月，地表沉降指标水平继续急剧上升；5月20日基坑挖至基底后，地表沉降增速放缓；10月4日D19测点沉降达到最大值201.65mm。这表明在沿海平原的泥泞土壤条件下，钻底孔对周围土壤的变形有很大的影响。如果不能有效地限制地表的横向变形，则可能在地表沉降周围发生整体损坏。图12是在表面运行的每个测量点的折衷值的比较，其中远轴是从测量点到下孔边缘的距离。而图12显示了最大的表面分割发生在2015年5月至2015年12月的D20和D19，这表明该阶段的开挖是否在地表的5 m至10 m范围内。 2016年1月至6月，D19和D18细分最多，表明从地面10 m到15 m的底部钻孔对土壤的影响最大。在地面上钻探地表的有效边界是一个几乎等于下腔末端钻孔深度的区域，很明显，该区域的管道和建筑物需要严格的检查和监视。

        图12地表沉降各测点沉降对比
        4.4.4地下水位
        沿着地表沉降的各个测量点放置了七个地下水监测仪。图13显示了水面曲线随时间的变化，从图中可以看到该项目所基于的地基之外的地下水位相对敏感。分析认为，造成这种现象的原因是距沿海通向海岸的海仅200米，并且地下水位正在急剧变化。从2015年12月到2016年5月，我们处于挖沟阶段的底部。此时，流域外的水位在逐渐下降，并下降到比W3和W4水位警报值高5m的位置。造成这一现象的原因是坑内降水，坑外地下水向坑内渗入。需要注意，W3和W4位于同一区域，因为该项目积极参与了地表水的分配，地表水的分配根据监测点D17至D20较大的指标，表明水位的下降也导致了地表的沉降。

        图13地下水位随时间变化曲线
        5结论
        本文以珠海混凝土内撑式支护结构为例，介绍了在沿海平原泥层中铺设地基的工程方案，地面辅助桩的水平轴向载荷平衡。通过，得到了以下结论:
        （1）基坑开挖中的桩体水平位移非常快，当挖到基底的时候开发速度很慢，但不会停止。最后，最大水平位移是报警值的三倍。基坑的建造过程应合理化设计方案，减少基坑的暴露时间。
        （2）在滨海平原淤泥层的条件下，基坑的开挖对周围土壤的变形有很大的影响。如果不能有效地限制基坑的侧向变形，则在基坑底部周围的地面上会出现大量沉淀物。
        （3）许多在建的监测项目超过了报警值，基坑检测可以为施工过程和所采取的措施提供及时的反馈信息，因此所提供的混凝土支撑的类型具有良好的整体结构。
        参考文献
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