浅谈轴力计在深基坑工程中的应用

　　摘要：随着道路建设及城市地铁、轻轨的快速发展，基坑的开挖的深度，跨度均逐步加大，在基坑开挖过程中，为保证施工安全进行必要的监测项目中，一般涵盖应用轴力计测量基坑支撑轴力，本文笔者在文中介绍了轴力计的基本特点以及安装方法，从而应用到深基坑工程安全监测中。
　　关键词：深基坑；工程；轴力计；
　　前言
　　随着城市建设的迅猛发展，城市中心深基坑工程也越来越多，深基坑支护体系的结构计算和现场测试信息化施工也显示出其重要的意义。钢支撑轴力监测则是反映支撑结构计算成果与施工工况的差距。同时也是深基坑开挖施工过程中预警的一个最直观的方法。
　　1深基坑工程特点及现状
　　(1)建筑趋向高层化,基坑向大深度方向发展。
　　(2)基坑开挖面积大,长度与宽度有的达到数百米,工程规模日益增大,给支撑系统带来较大难度。
　　(3)在软弱的土层中,基坑开挖会产生较大的位移和沉降,对周围建筑物、市政设施和地下管线造成影响,因此对深基坑稳定和位移控制的要求很严。
　　(4)深基坑施工工期长、场地狭窄,降雨、重物堆放等对基坑稳定性不利,基坑工程施工条件差。
　　(5)在相邻场地的施工中,打桩、降水、挖土及基础浇筑混凝土等工序会相互制约与影响,增加协调工作的难度。
　　(6)岩土性质千变万化,地质埋藏条件和水文地质条件的复杂和不均匀性,造成勘察所得的数据离散性很大,难以代表土层的总体情况,并且精度较低,给深基坑的设计和施工增加了难度。
　　(7)深基坑工程施工周期长,从开挖到完成地面以下的全部隐蔽工程,常需要经历多次降雨、周边堆载、振动、施工不当等许多不利条件,其安全度的随机性较大,事故的发生往往具有突发性。
　　因此，深基坑开挖中需要轴力计进行混凝土支撑轴力监测，监测基坑在施工过程中支撑轴力的变化，避免支撑轴力超过设计强度导致支撑破坏引起整个支护体系失稳。
　　2轴力计的简单介绍
　　目前,钢支撑轴力观测方法有两种:一种是钢筋计;另一种就是反力计。两种测力计的原理基本一致,都是通过设置在仪器内部的钢弦,感知仪器轴向应变,通过其自身频率的变化反映出来的,他们之间的差别主要就是在于安装及费用方面。
　　反力计一般直接安装在支撑的端头上,为了保证支撑端头不变成活动铰支座,一般最少安装数目不少于3个,成品字型,等边三角形分布才是稳定的。反力计由于直接安装在支撑端头部位,故其能较直接地反映出钢支撑的轴力。
　　下面以SZZX-U200J型振弦式反力计为例介绍。
　　2.1用途和特点
　　SZZX-U200J型振弦式反力计,又称轴力计,是一种振弦式载重传感器,具有分辨力高、抗干扰性能强,对集中载荷反应灵敏、测值可靠和稳定性好等优点,能长期测量基础对上部结构的反力,对钢支撑轴力及静压桩试验时的载荷,并可同步测量埋设点的温度。
　　2.2主要技术指标
　　规格：50、100、150、200、250、300、400、500、600
　　测量范围：500、1000、1500、2000、2500、3000、4000、5000、6000KN
　　分辨力：≤0.08%F•S
　　综合误差：≤2.0%F•S
　　工作温度：-25℃～+60℃
　　工作温度精度：+0.5℃
　　2.3埋设与安装
　　轴力计的使用场合较多,仪器的工作及施工条件也不完全一样,需根据现场使用条件制定具体安装方案,下面主要针对支撑轴力测量的安装情况进行叙述:
　　（1）由厂家配套提供的轴力计安装架,安装架圆形钢筒上没有开槽的一端面与支撑的牛腿上的钢板电焊焊接牢固,电焊时必须与钢支撑中心轴线与安装中心点对齐。
　　（2）待冷却后,把轴力计推入焊好的安装架圆形钢筒内并用圆形筒上的4个M10螺丝把轴力计牢固地固定在安装架内,使支撑吊装时,不会把轴力计滑落下来即可。
　　（3）测量一下轴力计的初频,是否与出厂时的初频相符合(≤±20HZ),然后把轴力计的电缆妥善地绑在安装架的两翅膀内侧,使钢支撑在吊装过程中不会损伤电缆为准。
　　（4）钢支撑吊装到位后,即安装架的另一端与围护墙体上的钢板对上,轴力计与墙体钢板间最好再增加一块钢板250㎜×250㎜×25㎜,防止钢支撑受力后轴力计陷入墙体内,造成测值不准等情况发生。
　　（5）在施加钢支撑预应力前,把轴力计的电缆引至方便正常测量时为止,并进行轴力计的初频率的测量,必须记录在案。
　　轴力计安装示意图如下：
　　
　　2.5监测数据的采集及计算分析
　　施加钢支撑预应力达设计标准后即可开始正常测量了。变量的确实:一般情况下,本次支撑轴力测量与上次同点号的支撑轴力的变化量,与同点号初始支撑轴力值之差为本次变化量.并填写成果汇总表及绘制轴力变化曲线图。
　　一般计算公式
　　P=K（fo2-fi2）
　　式中:P-支撑轴力(KN)
　　K-轴力计的标定系数(KN/Hz2);
　　fo-初始频率 
　　fi—测量时的频率读数值
　　2.6其中应注意：
　　（1）仪器应在测量范围内工作。
　　（2）根据现场需要接长电缆时,应注意接头处的防水密封要可靠。
　　（3）仪器未使用放置12个月以上时,使用前应重新进行标定。
　　3深基坑工程监测的内涵
　　由于设计理论和计算方法还不够完善,勘察、施工中不确定因素多,管理不到位,近年来深基坑工程安全事故频发,已成为建设工程危险性较大的分部分项工程之一。为保证工程安全顺利地进行,在基坑开挖及结构构筑期间开展严密的施工监测是很有必要的。从某种意义上施工监测也可以说是一次1:1的岩土工程原型试验,所取得的数据是基坑支护结构和周围地层在施工过程中的真实反映,是各种复杂因素影响下的综合体现。深基坑工程监测是在深基坑开挖过程全过程、动态地对基坑的围护结构、支撑体系、坑内外水土情况进行实时监测,以指导后续基坑开挖,因此通常被称为信息化施工。信息化施工指在对深基坑支护工程进行认真监测并获得准确的数据之后,对所得数据进行定量的分析与评价,及时进行险情预报,提出合理化措施与建议,并进一步检验加固处理后的效果,直至问题解决。因此监测工作的重要性是不言而喻的,建设单位要通过一定的措施和手段对工程监测进行控制和管理。
　　4深基坑监测存在的主要问题
　　4.1现场数据分析水平有待提高
　　现场监测目的是及时掌握基坑支护结构和相邻环境的变形和受力特征,并预测下一步发展趋势。但由于现场监测人员水平的参差不齐以及对实测数据的敏感性差异,往往使基坑监测工作事倍功半。目前大部分现场监测的模式停留在”测点埋设-数据测试-数据简单处理-提交数据报表”阶段,监测人员很少对所测得的数据及变化规律进行分析,更谈不上预测下一步发展趋势及指导施工。
　　4.2现场监测数据的可靠性和真实性
　　在实际基坑监测过程中,数据的可靠性和真实性是我国基坑工程界目前面临的一个非常严肃的问题。某种意义上来说”失真”的监测数据非但不会起到指导施工的作用,甚至会”误导”施工,起到相反的效果。
　　4.3监测数据警戒值标准
　　设定基坑监测警戒值的目的是及时掌握基坑支护结构和周边环境的安全状态,对可能出现的险情和事故提出警报。但目前对于基坑警戒值暨控制值的确定还缺乏系统的研究,大多数还是依赖经验,而且各地区差异较大,很难形成量化指标;即使形成量化指标也很难实际操作。由于目前基坑工程监测的警戒值设置存在不合理现象,很多现场监测人员发现实测数据超过警戒值后,很少分析是否真的存在隐患或者数据下一步发展趋势,而是以报警了事。这样的后果导致报警次数增多而未发生险情,产生麻痹思想,反而忽视真正险情而错过了最佳抢险时机导致事故的发生。所以基坑警戒值的合理性值得探讨,如何提出一套合理有效的报警体系成为基坑工程师关注的热点问题。
　　4.4监测数据的利用率和经验积累
　　现场监测除了作为确保实际施工安全可靠的有效手段外,对于验证原设计方案或局部调整施工参数、积累数据、总结经验、改进和提高原设计水平具有相当的实际指导意义。但目前我国有关各基坑工程监测项目资料的汇总和总结尚无统一规划和收集,建立地区性的数据网络和成果汇集,对于资源共享,提高水平将有着不可估量的积极作用。
　　5结语
　　近年来，我国的基坑工程设计、施工、监测技术得到了迅猛发展,各地均有相应基坑施工项目，几乎均设置轴力监测项目,使轴力计得以广泛的应用，在施工过程中混凝土轴力变化是判定边坡稳定最直观的依据，可见轴力计在基坑工作中起到非常重要的作用，也有力地促进了基坑施工安全的监控。

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