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基坑钢支撑轴力监测在南京某项目中的应用

401 2020-07-27 09:47:43

1、引言

装配式型钢支撑是一种用于基坑支护的新型内撑加固体系,它最早源于日本,具有绿色施工、可周转等特点,构件连接形式全部为螺栓连接,现场无焊接,大幅度保证了构件的连接效果及质量。近些年随着我国对于装配式施工、绿色施工、智慧建造的推崇与发展,装配式型钢支撑技术已在国内多个项目应用并取得良好的效益。本文对装配式型钢支撑结合轴力在线监测系统在逆作法施工中的应用进行论述。

2、工程概况

NO.2014G45地块项目位于南京南站地区,工程周边有商业设施、市政道路、轨道交通,基坑面积小,基坑支护要求高,环保管控严。工程采用逆作法施工,基坑支护形式为混凝土灌注桩+止水帷幕,竖向支撑体系为支护排桩及钢管柱,钢管柱采用与工程桩上下对接的一柱一桩法施工,其在逆作施工阶段承担竖向支撑作用,在主体结构完工以后成为永久竖向结构。水平支撑体系为地下室B1、B2结构梁板及B0层位置的临时钢支撑,其中临时钢支撑为基坑四个角部的角撑,东北角和西北角采用装配式型钢支撑结合轴力监测系统。

在逆作法施工中,型钢支撑的主要作用为在B0板施工前形成对基坑的支撑体系,为土方开挖和逆作梁板施工提供时间和条件,待B0施工完成并达到满足要求的混凝土强度等级后,即可按顺序拆除型钢支撑完成换撑工作,型钢支撑施工位置及现场照片见图1。

型钢支撑施工位置及现场照片
型钢支撑施工位置及现场照片

图1  型钢支撑施工位置及现场照片

3、装配式型钢支撑施工方法

3.1 型钢支撑的加工及预拼装

由于构件在加工过程存在不可避免的误差,在满足规范的前提下,构件很有可能由于累积误差导致施工现场无法顺利连接,为了保证现场安装精度,对于连接杆件较多部位在构件出厂前进行预拼装,检验加工精度,并根据预拼装结果指导生产。

3.2 型钢支撑主要构件组成规格

本工程基坑设置12道型钢支撑,每道支撑采用双拼的形式,即两根钢支撑通过连接型钢组成一道支撑,以弥补单根钢支撑轴力强度不足的劣势。型钢支撑设置在BO位置,标高为-2.400。

主要构件有钢支撑、钢系梁、控位角钢、梯形连接板、连接型钢、牛腿预埋锚板等。本工程型钢支撑过程中的钢支撑间纵向连接、双拼钢支撑间横向连接、钢支撑与钢系梁之间等均通过螺栓进行连接,钢支撑端部与基坑边设置的钢围檩通过牛腿预埋锚板进行连接固定,钢围檩采用型钢H400×400×13×21。型钢支撑的双拼形式及连接方式见图2,主要构件及规格见表1。

图2  型钢支撑的双拼形式及主要连接方式示意图

图2  型钢支撑的双拼形式及主要连接方式示意图

基坑支撑规格表

表1  基坑支撑规格表

3.3 型钢支撑安装整体流程

型钢支撑安装及轴力监测系统的安装、调试及运行可细分为表2中所述的18个步骤,安装时整体遵循“先节点、后整体、先系梁、后支撑”的原则,在保证每个细部节点连接完成的基础上方可进行预应力的施加,型钢支撑及轴力监测系统安装、运行流程见表2。

表2  型钢支撑及轴力监测系统安装、运行流程

4、轴力在线监测技术

4.1 轴力监测系统的工作原理

轴力监测系统由振弦式微应变计、自动化数据采集仪、电脑或手机终端等组成。具体操作流程为将应变计安装在施工完成的型钢支撑上并设置自动化数据采集仪,数据采集仪可以设置多个,放置在型钢支撑不同的部位,数据采集仪收集的数据传输至电脑或手机终端,操作人员可直接通过终端进行识别和监控。与此同时,本监测系统还可将数据信息扩展至G云平台实现线上信息化管理、连接报警器进行应力变化的预警提示,还可连接数据电台进行相关数据信息情况的实时语音播报,帮助项目部更全方位的监控基坑变形,保证基坑稳定性,轴力监测系统工作流程见图3。

图3  轴力监测系统工作流程图

4.2 振弦式应变计

振弦式微应变计用于安装在型钢支撑表面,测量支撑结构的应变。该仪器与待测型钢支撑的温度膨胀系数相同,与混凝土的温度膨胀系数也非常接近,具有很高的精度和灵敏度、卓越的防水性能、耐腐蚀性和长期稳定性,适合在恶劣的环境下长期监测型钢支撑的应变变化,振弦式微应变计结构示意见图4,型钢支撑上设置的应变计示意见图5。

图4  振弦式微应变计结构示意图

图5  在型钢支撑上设置应变计

4.3 数据采集仪

数据采集仪由防潮机箱、测量模块、电源管理模块、蓄电池及电源适配器组成,同时预留光纤通讯模块、人工读数接口模块、加热器等选配部件的安装接口、GPRS/CDMA无线通讯模块等,数据采集仪结构示意见图6,工作原理示意见图7。

图6  数据采集仪结构示意图

图7  数据采集仪多种模块工作原理示意图

4.4 轴力监测系统的建立和运行

数据采集仪安装完成后,与前期设置的应变计进行连接,形成数据传输系统,通过全自动云平台建立针对本工程型钢支撑的轴力监测系统,该系统的工作原理是可实现对数据库中的监测数据的查询、整编等功能,并可通过测点配制的测值转化公式,计算结果测值测值,将结果生产报表并导出。

系统可对自动化采集单元和安全监测设备进行增加、删除以及修改等配置,实现自动化配置,并通过对系统中某一特定部位的应变计进行监控和控制实现对轴力情况的点对点监测,轴力监测系统的点对点观测见图8。

图8  轴力监测系统的点对点观测

轴力监测系统每10分钟自动上传数据一次,操作人员可在电脑端对型钢支撑应力变化情况进行实时监控,当应力变化超过预警值时,进行相应的应急处理,自动传输功能示意见图9。

图9  轴力监测系统自动传输功能

4.5 轴力监测系统的功能扩展

数据采集仪具有多种模块,还具有GPRS/CDMA无线通讯模块功能,并可用于连接报警器、数据电台等实现数据信息的语音监控及预警。本工程利用数据采集仪的GPRS/CDMA无线通讯模块功能,开通了手机客户端通讯接口,将型钢支撑轴力监测信息与手机客户端进行连接,操作人员可在手机上对轴力变化情况进行监控。当基坑应力值接近预警值时,手机端会接收到来自数据采集仪的报警信息,以便操作人员及时进行应急处理,本课题所属单位是江苏省建筑安全监督总站,参与单位是南京市建筑安全监督站。

5、小结

本文阐述了装配式型钢支撑与轴力在线监测技术的结合在实际逆作法工程中的应用,通过预应力型钢支撑施工完成、施加预应力后安装应变计和数据采集仪等装置,对型钢支撑的轴力情况进行监测,从而达到监测基坑变形的目的。同时将数据采集仪预留的多种模块进行功能扩展,实现了数据的在线传输和云端监控,它还可用于连接电脑、手机等多种客户端实现信息化管理,并可连接报警器和数据电台实现数据信息的语音监控及预警,该应用在项目落地实施并取得较好效益,在类似工程中具有借鉴和推广价值。