樁基托換監(jiān)控量測技術(shù)的應(yīng)用

劉 浩,郭 平

(中鐵一局集團(tuán)有限公司,西安 710054)

隨著城市地鐵的大規(guī)模發(fā)展,樁基托換技術(shù)越來越得到廣泛的應(yīng)用,本文以深圳地鐵3101標(biāo)太陽廣場樁基托換為例,重點(diǎn)介紹了托換中如何通過監(jiān)控量測做到信息化施工,確保施工過程中既有建筑的安全。

1 工程概況

深圳地鐵3號線3101標(biāo)老街站—曬布站盾構(gòu)區(qū)間下穿太陽廣場大廈西南角,太陽廣場為地面七層,地下二層的框架結(jié)構(gòu),基礎(chǔ)為獨(dú)立樁基、人工挖孔樁,樁徑共有 4 種,分別為:1.2、1.3、1.4、2.4 m。ZB11′、ZB12′、ZB13′和 ZB14′沿地下室側(cè)墻布置 ,樁上無柱,主要承受地下室兩層荷載;ZC14′、ZC13樁上有柱,柱截面為0.8 m×0.8 m,承受地面七層及地下室兩層荷載。

根據(jù)基礎(chǔ)樁和隧道的位置關(guān)系,需對隧道頂部的ZB12′、ZB13′、ZC14′進(jìn)行托換 ,隧道兩側(cè)的 ZB11′、ZC13、ZB14′樁基進(jìn)行加固。

其中ZC14′采用主動托換方式,托換梁外包被托換樁承臺和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)梁,托換梁支撐采用φ300 mm嵌巖鋼管灌注樁,被托換樁在托換梁底部截斷。主動托換是本文分析的重點(diǎn)。樁基托換平面布置見圖1。

圖1 樁基托換平面布置

2 監(jiān)測項(xiàng)目、監(jiān)測儀器、監(jiān)測控制標(biāo)準(zhǔn)

2.1 監(jiān)測項(xiàng)目

具體項(xiàng)目詳見表1。

2.2 監(jiān)測儀器

監(jiān)測儀器詳見表2。

2.3 監(jiān)測控制標(biāo)準(zhǔn)

(1)太陽廣場ZC14′主動托換期間最大允許沉降控制在-3 mm(向下位移為-,下同),頂升控制值為+1 mm。

表1 監(jiān)測項(xiàng)目匯總

表2 監(jiān)測儀器匯總

(2)在進(jìn)行變形觀測的同時,應(yīng)加強(qiáng)應(yīng)力觀測,控制結(jié)構(gòu)的裂縫發(fā)展。

(3)如沉降接近警戒值時,應(yīng)加密監(jiān)測頻率,并作日報表;接近控制值,則應(yīng)停止施工,分析原因,及時采取有效措施控制結(jié)構(gòu)變形。

3 主要監(jiān)測方法

3.1 托換梁變形監(jiān)測

(1)測點(diǎn)布置:1號、2號梁各布置2個測點(diǎn),3號梁布置6個測點(diǎn),4號梁布置10個測點(diǎn),共20個變形測點(diǎn)。

(2)測點(diǎn)安裝方法:采用鉆機(jī)在被測物上成孔,并植入φ12 mm的鋼筋。

(3)測試方法:根據(jù)現(xiàn)場條件可采用拓普康DL-111C精密電子水準(zhǔn)儀和百分表2種方式進(jìn)行監(jiān)測。

(4)數(shù)據(jù)處理:通過實(shí)測數(shù)據(jù)計算鋼管樁的沉降和托換梁撓度,并結(jié)合工況繪制沉降時程和撓度曲線。

3.2 鋼管樁內(nèi)力監(jiān)測

(1)測點(diǎn)布置:在托換新樁樁身選取4個截面,每截面對稱布置4個鋼筋應(yīng)變計。每根樁需16根鋼筋應(yīng)變計,6根樁共需96根鋼筋應(yīng)變計。

(2)測點(diǎn)安裝方法:擬定在下鋼管前,把應(yīng)變計焊接于鋼管外表,并安裝保護(hù)罩,由于應(yīng)變計在外表難以保證其完好率,具體將根據(jù)現(xiàn)場鋼管樁的施工工藝調(diào)整鋼管樁應(yīng)力的安裝方法。

(3)測試方法:采用電阻式應(yīng)變讀數(shù)儀采集數(shù)據(jù)。

(4)數(shù)據(jù)處理:計算每次量測的應(yīng)變和累計應(yīng)變,并計算鋼管軸力,根據(jù)工況繪制應(yīng)變時程曲線。

3.3 被托換樁上部結(jié)構(gòu)柱及相鄰柱應(yīng)力監(jiān)測

(1)測點(diǎn)布置:只對4號主動托換樁及相鄰柱進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測,被托換樁外貼振弦式應(yīng)變計,每根樁沿四周各貼1根振弦式應(yīng)變計,3根樁共布置12根振弦式應(yīng)變計。

(2)測點(diǎn)安裝方法:被托換樁在托換梁底距梁底50～100 cm位置安裝鋼弦應(yīng)變計;相鄰樁在其上部對應(yīng)的結(jié)構(gòu)柱四周外貼振弦式應(yīng)變計,并引好導(dǎo)線和編上號加以保護(hù),截面選擇在距節(jié)點(diǎn)50～100 cm處。

(3)測試方法:采用電阻式應(yīng)變讀數(shù)儀和頻率接收儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

(4)數(shù)據(jù)處理:計算每次量測的軸力和累計軸力,并根據(jù)工況繪制時程軸力曲線。

3.4 托換梁應(yīng)力監(jiān)測

(1)測點(diǎn)布置:只對4號主動托換的托換梁進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測。托換梁應(yīng)力主要針對梁的受拉區(qū)進(jìn)行監(jiān)測,即在被托換樁位置兩側(cè),沿梁的縱向按間距30 cm布置一個應(yīng)變計。每片托換梁布置10個(每側(cè)5個,根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際需要可作調(diào)整)。

(2)測點(diǎn)安裝方法:均采用外貼鋼弦應(yīng)變計。

(3)測試方法:采用振弦式應(yīng)變讀數(shù)儀采集數(shù)據(jù)。

(4)數(shù)據(jù)處理:計算每次量測的應(yīng)變和累計應(yīng)變,并根據(jù)工況繪制應(yīng)變時程曲線。

3.5 新樁、被托換樁和相鄰柱沉降監(jiān)測

(1)測點(diǎn)布置:在4號新樁承臺兩側(cè)、被托換樁和相鄰跨樁各布置1個沉降測點(diǎn),共11個沉降點(diǎn)。

(2)測點(diǎn)安裝方法:采用鉆機(jī)在被測物上成孔,并植入φ12 mm的鋼筋。被托換樁和相鄰跨樁沉降測點(diǎn)布置在對應(yīng)的上部結(jié)構(gòu)柱上,地下室地板沉降測點(diǎn)直接布置在地板表面。

(3)測試方法:采用拓普康DL-111C精密電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行監(jiān)測。

(4)數(shù)據(jù)處理:每次量測提供各測點(diǎn)本次沉降和累計沉降報表,并結(jié)合工況繪制沉降時程曲線,必要時對沉降變化量大而快的測點(diǎn)繪制沉降速率曲線。

3.6 被托換樁和托換梁相對位移監(jiān)測

(1)測點(diǎn)布置:在4號被托換樁兩側(cè)各布置1個位移測點(diǎn)。

(2)測點(diǎn)安裝方法:先在被托換樁安裝支架,支架頂部距托換梁底部30 cm,然后在支架上安裝百分表。

(3)測試方法:采用百分表進(jìn)行監(jiān)測。

3.7 鋼管樁和托換梁相對位移監(jiān)測

(1)測點(diǎn)布置:在4號兩新樁承臺頂部各布置2個位移測點(diǎn),每側(cè)1個,共4個測點(diǎn)。

(2)測試方法:采用百分表進(jìn)行監(jiān)測。

3.8 建筑物梁板應(yīng)力監(jiān)測

在地下室底板只對4號主動托換樁相鄰的梁跨進(jìn)行梁體應(yīng)力監(jiān)測,由于4號被托換樁兩側(cè)梁體已和托換梁合為一體,因此只測試負(fù)二層地下室頂板梁體應(yīng)力。

4 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

4.1 托換梁線形監(jiān)測

托換梁實(shí)測線形數(shù)據(jù)見表3。

從表3可以看出,C9、C10處于托換梁懸臂端,且該處千斤頂加載較另一端要大,其變形較其他要明顯,但總體看,其變形不大,圖2給出托換梁在頂升過程中各級荷載作用下的變形曲線。從圖中可以看出,托換梁在各級荷載作用下,其變形曲線基本順滑(由于測量誤差的存在,個別處有輕微的凹凸現(xiàn)象),沒有出現(xiàn)異常變形現(xiàn)象。

表3 托換梁線形實(shí)測結(jié)果mm

圖2 托換梁實(shí)測變形曲線

根據(jù)托換梁各點(diǎn)的變形數(shù)據(jù),推算托換梁在被托換樁位置的撓度如表4所示。

表4 托換梁在被托換樁處的實(shí)測撓度 mm

從圖3看出,托換梁實(shí)測撓度較小,撓度與荷載關(guān)系基本呈線性關(guān)系,說明托換梁始終處于彈性工作狀態(tài),其剛度滿足托換要求。

圖3 托換梁在被托換樁處的實(shí)測撓度與荷載效率關(guān)系曲線

4.2 托換梁應(yīng)力監(jiān)測

托換梁實(shí)測線形數(shù)據(jù)見表5。

表5 托換梁實(shí)測應(yīng)變 με

表5為托換梁梁底的實(shí)測應(yīng)變,各點(diǎn)實(shí)測應(yīng)變并不均勻,且有些點(diǎn)應(yīng)變較大,這主要因?yàn)橥袚Q梁在頂升過程中不僅出現(xiàn)因彎曲變形而產(chǎn)生的拉應(yīng)力,而且存在因各千斤頂施力不同步致使托換梁扭轉(zhuǎn)變形而產(chǎn)生的拉應(yīng)力。實(shí)測最大應(yīng)變?yōu)長3-1點(diǎn)181με,推算鋼筋應(yīng)力為36.20 MPa,遠(yuǎn)小于鋼筋設(shè)計允許應(yīng)力,滿足托換要求。

下面給出部分測點(diǎn)實(shí)測應(yīng)變與荷載的關(guān)系圖,從圖4中可以看出,在各級荷載作用下,各測點(diǎn)應(yīng)變沒有畸變和退化現(xiàn)象,托換梁應(yīng)變與荷載效率線性相關(guān)系數(shù)在0.981 8～0.996 5,線性關(guān)系良好,說明托換梁處于良好的彈性工作狀態(tài)。

圖4 托換梁應(yīng)變與荷載效率關(guān)系曲線

4.3 托換新樁沉降監(jiān)測

托換新樁承臺實(shí)測沉降見表6。

表6 實(shí)測新樁承臺沉降 mm

在托換過程中,新樁承臺下沉最大的是東南承臺,下沉4.93mm,在加載至最大級持荷1 d后,新樁承臺下沉最大為0.21 mm,下沉量很小。從圖5中可以看出,除西北承臺外,其他承臺下沉與荷載效率存在較好的線性關(guān)系,說明新樁下沉大多表現(xiàn)為彈性下沉,鋼管樁施工質(zhì)量較好。

圖5 新樁承臺沉降與荷載效率關(guān)系曲線

由于在卸載一級后,新樁承臺與托換梁之間的百分表因頻繁施工類遭破壞,其相對位移無法測試,且卸載二級、撤千斤頂澆筑混凝土、新混凝土收縮等因素存在,均可能產(chǎn)生新樁承臺與托換梁的相對位移,所以托換梁的沉降數(shù)據(jù)不能真實(shí)反應(yīng)新樁沉降,故后期新樁沉降數(shù)據(jù)未能提供。由于6月22日澆筑承臺與托換梁之間的混凝土,至7月2日盾構(gòu)通過后的新樁沉降可利用托換梁的沉降數(shù)據(jù),從表中看出,盾構(gòu)通過導(dǎo)致新樁有一定下沉,其中西北樁下沉最大,為-1.61 mm(當(dāng)次沉降),總體看來,新樁沉降不大。

4.4 托換梁與既有樁相對位移監(jiān)測

托換梁與既有樁相對位移見表7。

表7 托換梁與既有樁相對位移 mm

從表中數(shù)據(jù)可以看出,在托換過程中托換梁與既有樁相對位移很小,說明托換梁與既有樁銜接牢靠。

4.5 被托換樁上部結(jié)構(gòu)柱應(yīng)力監(jiān)測

表8給出了被托換樁上部結(jié)構(gòu)柱的實(shí)測應(yīng)變,從表中數(shù)據(jù)可以看出,各點(diǎn)應(yīng)變有較大差異,但應(yīng)變較小,最大拉應(yīng)變?yōu)?4με,遠(yuǎn)小于混凝土理論開裂應(yīng)變。以上現(xiàn)象說明結(jié)構(gòu)柱因托換梁受力不均勻存在扭轉(zhuǎn)變形,但變形很小,不影響結(jié)構(gòu)安全。

表8 被托換樁上部結(jié)構(gòu)柱實(shí)測應(yīng)變 με

4.6 建筑物結(jié)構(gòu)梁應(yīng)力監(jiān)測

表9給出了建筑物結(jié)構(gòu)梁的實(shí)測應(yīng)變,應(yīng)變很小,均表現(xiàn)為壓應(yīng)力。主要因ZC14相對ZD14上抬引起。

表9 建筑物結(jié)構(gòu)梁實(shí)測應(yīng)變 με

4.7 托換梁裂縫分析

在加載至第五級后,對托換梁進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn),其西側(cè)面有如圖6所示裂縫,即在ZB14′樁附近出現(xiàn)斜裂縫,最大裂縫寬度為0.15mm,在承臺2位置有較多豎向裂縫,最大裂縫寬度為0.05 mm。

圖6 托換梁裂縫

根據(jù)裂縫的形態(tài)可判斷,ZB14′樁附近出現(xiàn)斜裂縫為典型的剪切裂縫,即在托換梁頂升后,由于ZB14′樁給托換梁提供了向下的豎向集中荷載,致使該處產(chǎn)生較大剪力,導(dǎo)致托換梁側(cè)面開裂。承臺2位置的裂縫均為豎向裂縫,呈棗核狀分布,即中間寬,兩端窄,且兩端沒有延伸至梁的上緣和下緣,所以判斷為混凝土收縮裂縫,在荷載作用下,由于會在裂縫處產(chǎn)生應(yīng)力集中,且截面中部鋼筋布置不如邊緣密集,裂縫會更加明顯。

托換梁裂縫其寬度均小于《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010—2002)中的裂縫允許寬度,滿足規(guī)范要求。

5 結(jié)論

在整個托換施工過程中,各監(jiān)測項(xiàng)目測量值均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,未出現(xiàn)超出警戒值現(xiàn)象。在盾構(gòu)機(jī)通過該段后一個月內(nèi)進(jìn)行持續(xù)觀測,各項(xiàng)指標(biāo)均滿足要求。通過施工過程中進(jìn)行托換梁變形監(jiān)測、鋼管樁內(nèi)力監(jiān)測、被托換樁上部結(jié)構(gòu)柱及相鄰柱應(yīng)力監(jiān)測、托換梁應(yīng)力監(jiān)測、新樁、被托換樁和相鄰柱沉降監(jiān)測、被托換樁和托換梁相對位移監(jiān)測、鋼管樁和托換梁相對位移監(jiān)測,托換過程中新樁及原結(jié)構(gòu)各部分變形完全受控,做到信息化施工,確保建筑物及托換結(jié)構(gòu)的安全。

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