对工程中深基坑和管桩工程的要点探讨
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摘 要：本文介绍了管桩工程质量检测静载试验法，并分别加以说明；简要地阐述了支护结构和周围环境这两个方面的深基坑工程监测技术。
关键词：深基坑工程静载试验法 深基坑工程监测
根据国家行业标准 《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）规定，管桩的工程质量检测分为桩身完整性检测和承载力检测两个方面，通常采用低应变法、高应变法和静载试验法三种检测手段。下面分别进行介绍：
静载试验法
管桩的静载试验包括三种，即抗压、抗拔和水平静载试验，目的是检验管桩不同方向的承载力。鉴于管桩通常作为桩基础多用于承受上部结构的竖向下压荷载，这里仅对竖向抗压静载试验作介绍。
1.1 试验设备
一般采用组合钢梁和砼块(重物)组成的压重平台置于碎石垫层面上作为施荷反力系统时，重物平台总重量大于预定最大试验荷载的 10%以上，荷重在试验前一次性加上平台。试验时，由电动高压油泵给置于试桩面的油压千斤顶逐级加、卸荷载。
1.2 技术要求
⑴试验加载：采用慢速维持荷载法，每级加载为预定最大试验荷载的十分之一。第一次加载加至 2 倍荷载分级，以后均按荷载分级加载。加载沉降观测：每级加载后第 5min、15min、30min 各测读一次，以后每隔 15min测读一次，累计 60min 后每隔 30min 测读一次，每级荷载作用下桩顶沉降达到相对稳定标准后加下一级荷载。
沉降相对稳定标准：在每级荷载作用下，60min 内桩顶沉降量不超过 0.1mm，并连续出现两次（从分级荷载加后第 30min 开始，按 90min 连续三次每 30min 的沉降观测值计算），认为已达到相对稳定，可加下一级荷载。
⑵试验卸载：卸载分五级进行，每级卸载值为预定最大试验荷载的五分之一。卸载沉降观测：每级卸载后维持时间为 15min，第 5min、15min 测读桩顶沉降量后，即卸下一级荷载，全部卸载后隔 120min 测读沉降残余值。
⑶沉降观测：若试验桩的直径或者边长大于500mm，应在桩顶两个正交直径方向上对称安装 4 个百分表；若试验桩的直径或者边长小于等于 500mm，应在桩顶对称安装 2 个百分表，并按规定时间测读桩顶在各级荷载作用下的沉降量。
1..3 检测前的准备工作
⑴桩头处理：如果桩头高出地面 50cm 以上，先将桩沿地面锯平，使桩头与地面在同一标高位置，然后设法在桩壁内空心部位浇注 50cm 高的砼，要求该砼的强度等级为 C30。桩头处理后必须平整。如果桩头低于地面50cm 以下，需用相同直径的管桩将试验桩接驳出地面。如果桩头与地面相差 φ50cm，桩头为原桩头，不必处理。
⑵开挖桩头：以试验桩桩心为中心点，开挖平面尺寸为 1200×1200mm、深度为地面以下 800mm 的设备安装基坑
采用组合钢梁和砼块 (重物) 组成的压重平台时，需：
A铺设碎石垫层：在试验桩的两边铺设碎石垫层，垫层厚度为 30cm，保证碎石垫层面比桩头平面高 30cm，
B现场道路平整：现场道路应满足吊机和长平板车将试桩设备和重物（砼块）运至试验桩位置，并能顺利退场。
1.4 检测数量
按总桩数的 1%抽检，且不得少于3根。当总桩数在50 根以内时，不应少于2根。
2 深基坑工程监测技术
深基坑工程的监测工作包括两个方面：支护结构的监测和周围环境的监测。支护结构需监测挡土墙墙顶的位移、倾斜、主钢筋应力、土压力、孔隙水压力、压顶梁、腰梁及内支撑轴力、应变、立柱的沉降与隆起、锚杆的锚固力等。周围环境需监测开挖影响范围内的建筑物、地下管线和土体的沉降、倾斜、水平位移，以及土体内的水位等。根据前期开挖中监测到的应力、变形数据，与设计中支护结构受力和变形进行比较，对原设计进行评价，判断基坑在目前开挖工况下的安全状况，并通过反分析，预测下一步工况下支护结构变形和稳定状况，为优化设计提供可靠的信息，并对后续开挖及支护方案提出建议，对施工过程中可能发生的险情报警，确保基坑工程的安全。信息化施工流程图如图 4 所示。
图4住处化施工流程图
2.1 支护结构的监测
2.1.1 支护结构桩墙顶位移监测
支护结构桩墙顶位移常用经纬仪和全站仪监测。其原理为：应用水平角全圆方向观测法，测出各点水平角度，然后计算出各点水平位移。其特点中测试简单，费用低，数据量适用。J2 级经纬仪其水平方向测量一测回方向中误差不超过±2 秒，精度完全满足工程要求。在桩墙顶冠梁上布置测点，其位置和数量根据基坑侧壁安全等级及周围建筑物和地下管线可能受影响的程度而定。对于重要基坑，一般沿地下连续墙或桩顶每隔 10～15m布置一个测点。在现场建立的半永久性测站要求妥善保护，不动基准点设在便于观测，不受施工影响的场地，基准点宜做成深埋式。基坑开挖期间，每隔 2～3 天监测一次，位移速率达到 5～10mm/d 时，每天监测 1～2 次。
2.1.2 支护结构倾斜监测
支护结构沿基坑深度方向倾斜常用测斜仪监测，也可采用全站仪观测。在桩身或地下连续墙中埋设测斜管，测斜管底端插入桩墙底以下，使用测斜仪由底到顶逐段测量管的斜率，从而得到整个桩身水平位移曲线。测斜仪按传感元件的不同分为滑动电阻式、电阻应变式、钢弦式及伺服加速度计式等四种。其中伺服加速度计式测斜仪测量范围大，灵敏度高，价格贵；电阻应变式测斜仪技术指标可满足一般工程要求，价格适用。从工程中使用情况看，美国产 GK 系列测斜仪精度高，自动采集数据，仪器耐用性好。
使用测斜仪必须事先埋设测斜管，测斜管可绑扎在钢筋笼上，与钢筋笼同时下放安装，也可在灌注桩或连续墙施工完成后，钻孔埋设测斜管，测斜管下放到孔底后沿管外壁注浆。埋管时要求内壁的两对导槽口对接准确平滑，以保证探头导轮在导槽中畅通无阻；要求一对导槽方向垂直挡土墙延长方向，每次测量时应严格固定测点位置，否则每次测试时位置不同，带来相当大的误差。测斜管沿基坑周边一般每隔 15～20m 布置一根，基坑周边有重要建筑物和地下管线时应加密测点。基坑开挖期间，每隔 3～5 天观测一次，位移速率较大，且呈增长趋势时，监测频率应加密到 1 次 / 天，及时提供支护结构水平位移时间的变化曲线，必要时尽快报警。
2.1.3 支护结构应力监测
用钢筋应力计或混凝土应变计沿桩身钢筋、冠梁和腰梁中较大应力断面处监测主钢筋应力或混凝土应变，对监测应力和设计值进行比较，判断桩身、冠梁、腰梁内应力是否超过设计值。
由于混凝土应变计在测试过程中，应变计导线自接上仪器后，在整个测试过程中不允许拆卸，以免引起接触电阻的变化，而现场往往受到施工干扰，因此，混凝土应变计较少使用。
对基坑面积大，测试桩位分散，测试周期长的工程，可采用钢弦式钢筋计。其优点为：测试方便简单，抗干扰能力强，性能较稳定。其特点为：须焊接连接或套筒连接，电缆保护困难，价格较贵。
钢筋计比较合理的安装位置，应根据支护设计弯矩包络图确定。布置间距 2～3m 为宜。钢筋计焊接可采用绑条焊或对接焊，但应符合钢筋焊接规范。接头处清渣后逐个进行外观检查，要求焊缝表面平整，不得有缺陷，接头尺寸偏差不允许超过规范规定值。在焊接过程中，为避免热传导使钢筋计零漂增加，必须采用流水冷却方法。
在焊接钢筋计和吊装钢筋笼时，应避免造成钢筋计较大的初始应力。焊接时由于不对中，或钢筋笼吊装时挤压，都会给钢筋计施加较大的初始应力，给监测带来不利影响。当初始应力为数值较大的拉应力或压应力时，都会使测量范围变小。初始应力过大时，钢筋庄测试初期或测试过程中可能失效。
2.1.4 锚杆锚固力监测
人工挖孔排桩加预应力锚杆在广州地区广泛使用，这类锚杆一般采用多束钢绞线。锚杆张拉时所产生的预应力，由于张拉工艺和材料特性等原因，产生预应力损失。根据大量工程监测数据统计，锚头锁定时预应力损失为 10%～30%左右。为保证锚杆张拉时达到设计的预应力值，必须进行超张拉，通过在锚头位置安装锚固力传感器，测定锚杆锁定时的锚固力及开挖过程中锚固力的变化，从而确定锚杆是否处于正常工作状态及是否达到了极限破坏状态。
测力计有电阻应变计式，也有钢弦式，一般采用钢弦式测力计。
2.2 周围环境监测
2.2.1 邻近建筑物的沉降观测
在深基坑开挖过程中，为了掌握邻近建筑物的沉降情况，应进行沉降观测。在被观测建筑物的首层柱上设置测点，在开挖影响范围外的建筑物柱上埋设基准点或通过钻孔至基岩内设置深埋式基准点。基准点个数为2～3 个。测点布置间距以 15～20m 为宜。采用精密水准仪，测出观测点的高程，再计算沉降量。在基坑开挖期间，一般每隔 5～7 天观测一次，沉降速率较大，相邻柱基之间的差异沉降超过地基规范规定的稳定标准时，应每天观测一次，基坑有坍危险时，应连续 24 小时观测。
2.2.2 邻近道路和地下管线的沉降观测
邻近道路和地下管线的沉降观测方法也是采用精密水准仪观测。测点布置应根据管线的材料、管节的长度、接头的方式而定。对于承插式和法兰式接头，一般需在接头处布置沉降观测点，测点直接固定在管道上。观测频率同邻近建筑物沉降观测一致。
2.2.3 边坡土体的位移和沉降观测
边坡土移采用测斜仪监测。在土体中埋设测斜管，在基坑开挖前，测试 2～3 次作初读数，开挖过程中，监测频率与挡土桩一致。对土体深层部分埋设分层沉降标。通过对土移和沉降监测，可及时掌握基坑边坡的稳定性，当边坡潜在滑裂面出现险情预兆时应及时作出报警。
2.2.4 地下水位测试
地下水位采用电极传感器进行监测。水位观测孔钻孔深度必须达到隔水层，钻孔中应安装带滤网的硬塑料管。一般情况下，每隔 3～5 天观测一次。当发现基坑侧壁明显渗漏或沿基坑底产生管涌时，每天观测 1～2 次。地下水位的变化对基坑支护结构的稳定性有很大的影响，暴雨或地表水强补给引起的地下水位快速上升，对支护结构产生的土压力将增加较大，严重时导致支护结构破坏。地下水位明显下降，可能在开挖面以上发生渗漏，也可能在坑底发生渗流。
3 结束语
对深基坑开挖施工方法的研究，既是老课题，又是个新的问题，可以说方法很多，深浅不一。但都要做好深基坑开挖的前期准备、施工方法和特殊问题的处理等方面的工作。只有这样才能确保施工安全，提高工程质量，缩短施工时间，减少成本投入，实现经济营利
注：文章中所涉及的公式和图表请用PDF格式打开
宝鸡市第二建筑工程有限责任公司 杨江平 杨宏海