钢板桩围堰深基坑自动化监测技术应用研究.pdf

地基与基础建 筑 技 术 开 发 161Foundation and BasementBuilding Technology Development第50卷第8期2023年8月钢板桩围堰深基坑自动化监测技术应用研究李 飞1，吕钢斧1，何 凌2，李 洋2，尚海军3（1.宿迁市公路事业发展中心，江苏宿迁 223800；2.南京交通工程有限公司，南京 210000；3.山东省公路桥梁检测中心有限公司，济南 250100）摘要 针对复杂环境或严格变形条件下，深基坑施工安全及周边稳定性控制难题，以宿城至泗洪高速公路跨徐洪河主桥142号主墩深基坑监测为工程背景，通过采用深基坑自动化监测技术，对钢板桩顶部水平位移、竖向位移及关键受力截面支撑轴力进行自动化实时监测，得到支护结构的变形及内力发展规律。关键词 深基坑；钢板桩围堰；自动化监测；变形规律 中图分类号TV 543.8 文献标志码A 文章编号1001-523X（2023）08-0161-03RESEARCH ON APPLICATION OF AUTOMATIC MONITORING TECHNOLOGY FOR DEEP FOUNDATION PITS USING STEEL SHEET PILE COFFERDAMLi Fei，Lv Gang-fu，He Ling，Li Yang，Shang Hai-jun AbstractAiming at the construction safety and surrounding stability control problems of deep foundation pits under complex environment or strict deformation conditions,taking the monitoring of the No.142 main pier deep foundation pit of the main bridge across the Xuhong River from Sucheng to Sihong Expressway as the engineering background,the automatic real-time monitoring of the horizontal displacement and vertical displacement of the top of steel sheet pile and the supporting axial force of key stress sections was carried out by adopting the automatic monitoring technology of deep foundation pit.The development laws of deformation and internal force of supporting structure were obtained.Keywordsdeep foundation pit;steel sheet pile cofferdam;automatic monitoring;deformation laws1 工程概况及支护设计盐城至洛阳国家高速公路江苏省宿城至泗洪段跨徐洪河主桥142号主墩深基坑采用钢板桩围堰施工，主墩墩身为矩形空心墩，截面尺寸为6.52 m4 m 17.5 m，承台尺寸为12 m12 m4.2 m，承台分左右幅布置，左右幅承台间距1.98 m，共2个承台，基础采用 1.8 m钻孔灌注桩的群桩基础，9根承台，共计18根桩。142号主墩深基坑位于徐洪河西岸，属于徐淮黄泛冲积平原，地层主要分布2层粉土夹粉质粘土、31层粘土、3 2层粉质粘土夹粉土、3 3层粉质粘土、3 4层粉土、3 1层粘土、4 2层粘土、5 层中细砂、6 1层粘土及 6 2层粘土。不良地质作用主要为饱和粉土地震液化，特殊性岩土主要为填土和膨胀土，承压水主要赋存于5层中细砂。深基坑围堰尺寸为30 m15.6 m，采用拉森钢板桩围堰施工，钢板桩长24 m；采用4层钢围檩，围檩和直支撑均采用H 型钢，斜撑采用 60916钢管。常水位为13.31 m，五年一遇最高洪水位为15.8 m；原地面标高为15.400 m，承台底标高为2.110 m，封底材料为C25混凝土。2 深基坑自动化监测技术2.1 自动化监测技术应用深基坑自动化监测技术具有全天候24 h实时监测、不受天气及现场条件制约、监测连续性及稳定性强、远程化监测数据显现、出现监测异常自动报警等优势，有助于管理单位实时掌控现场变形发展情况，并及时采取相应处理措施防范风险，有利于保障高风险工程的施工安全。2.2 监测项目及测点布设根据本工程钢板桩围堰深基坑施工特点、周边环境风险情况，采用自动化监测技术对深基坑的顶部水平位移、竖向位移及关键受力截面的支撑轴力进行自动化实时监测，以便施工单位和监管部门及时掌握深基坑施工的安全状况与变形发展情况。（1）深基坑顶部水平位移、竖向位移。深基坑顶部水平位移、竖向位移监测点布设在钢板桩桩顶，单条长边布设2处观测点，单条短边布设1处观测点，共计6处位移监测点，位移监测点布设示意，如图1所示。收稿日期：20230327作者简介：李飞（1979），男，安徽利辛人，高级工程师，主要研究方向为公路工程及市政工程建设与养护管理。地基与基础建 筑 技 术 开 发162 Foundation and BasementBuilding Technology Development第50卷第8期2023年8月图1 位移监测点布设示意（2）支撑轴力。支撑轴力监测点布置在支撑构件1/3截面处，每个监测点位布置安装两个应变计，传感器信号通过信号传输线缆汇集至采集仪，最终通过无线数据传输节点将现场实时监测数据发送至监控中心。第三层围檩支撑轴力监测点布设示意如图2所示。图2 第三层围檩支撑轴力监测点布设示意3 深基坑自动化监测结果分析采用自动化监测技术对深基坑的钢板桩顶部水平位移、竖向位移及关键受力截面的支撑轴力进行自动化实时监测。3.1 安全控制预警指标根据本工程钢板桩围堰深基坑的安全风险特征，将自动化监测分为三级预警：黄色预警、橙色预警和红色预警。钢板桩水平变形速率的三级预警指标分别为3.2 mm/d、4 mm/d、6 mm/d，钢板桩竖向变形速率的三级预警指标分别为3.2 mm/d、4 mm/d、6 mm/d，支撑轴力变化速率的三级预警指标分别为80%fy、90%fy、100%fy；钢板桩累计水平变形的三级预警指标分别为40 mm、50 mm、75 mm，钢板桩累计竖向变形的三级预警指标分别为24 mm、30 mm、45 mm，累计支撑轴力的三级预警指标分别为80%fy、90%fy、100%fy。3.2 钢板桩顶部水平变形分析深基坑钢板桩顶部水平变形曲线如图3所示，可以看出：（1）随着围堰深基坑的逐步开挖施工，桩顶水平变形逐渐增大，基坑开挖完成且4层钢围檩设置后，水平变形趋于稳定，说明钢围檩支撑对控制钢板桩水平变形具有重要支撑作用；（2）钢板桩顶部最大水平变形出现在基坑南侧W04监测点处，最大水平位移值为19.30 mm，未超过黄色预警值24 mm，自动化监测系统未发生报警，其他监测点位水平变形基本平稳，说明该基坑支护体系处于安全稳定状态。2022.6.19051015202022.6.272022.7.62022.7.142022.7.232022.7.312022.8.82022.8.162022.8.242022.9.12022.9.92022.9.172022.9.252022.10.32022.10.13W04W05W062022.10.21水平变形/mm日期图3 钢板桩顶部水平变形曲线3.3 钢板桩顶部竖向变形分析深基坑钢板桩顶部竖向变形曲线如图4所示，可以看出：（1）随着围堰深基坑的逐步开挖施工，桩顶竖向变形逐渐增大，基坑开挖完成且封底后，竖向变形趋于稳定；（2）钢板桩顶部的最大竖向变形出现在W02监测点处，最大竖向位移值为19.70 mm，未超过黄色预警值24 mm，自动化监测系统未发生报警，其他监测点位竖向变形基本平稳，说明该基坑支护体系处于安全稳定状态。2022.6.192022.6.27-20-16-12-8-4042022.7.62022.7.142022.7.232022.7.312022.8.82022.8.162022.8.242022.9.12022.9.92022.9.172022.9.252022.10.32022.10.13W04W02W032022.10.21竖向变形/mm日期图4 钢板桩顶部竖向变形曲线3.4 支撑轴力分析深基坑支撑轴力变化曲线如图5所示，由图5可以看出，随着围堰深基坑的逐步开挖施工，支撑轴力逐渐增大，其最大支撑轴力出现在Z13监测点处，最大支撑轴力值为24.66 kN，未超过黄色预警值80%fy，自动化监测系统未发生报警，未超出预警值，其他各监测点支撑轴力均在监测预警值范围内，说明该基坑处于安全稳定状态。轴力kN日期2022.7.2705101520252022.7.302022.8.32022.8.62022.8.102022.8.132022.8.182022.8.252022.9.12022.9.82022.9.152022.9.222022.9.292022.10.82022.10.152022.10.22Z1-1Z1-2Z1-3图5 深基坑支撑轴力变化曲线地基与基础建 筑 技 术 开 发 163Foundation and BasementBuilding Technology Development第50卷第8期2023年8月4 结论（1）深基坑自动化监测技术克服了传统监测技术存在工作量大、效率低、时效性差等缺点，具有全天候24 h实时监测、连续性及准确性强、自动报警等优势，尤其适用于复杂环境或严格变形控制条件下的深基坑安全监测。（2）通过对钢板桩围堰深基坑进行桩顶水平位移、竖向位移及关键受力截面支撑轴力自动化实时监测，得到了支护结构变形及内力发展规律，对保障现场施工安全及提升管理效能具有重要应用推广意义。（3）深基坑自动化监测表明，钢板桩顶部最大水平位移值为19.30 mm，最大竖向位移值为19.70 mm，最大支撑轴力值为24.66 kN，均未超过预警值，说明该基坑处于变形及安全稳定状态。参考文献1 周长标,乔丽平.填海区某深厚软土浅基坑事故分析及处理J.岩土工程技术,2022,36(6):452455.2 王德旻.基坑变形监测与事故原因分析J.建材技术与应用,2021(4):3638.3 卢勇.某基坑变形研究及事故处理D.成都:西南科技大学,2021.4 陈伟.城市基坑变形监测技术应用分析J.建筑技术开发,2021,48(1):145146.5 罗伟庭,岳强,李雄军,等.地铁车站深基坑变形监测分析研究J.湖南交通科技,2022,48(3):133138.6 黎平.贵港苏湾大桥深基坑变形监测研究J.四川水泥,2022(9):7274.7 张军舰,汲鹏.深基坑变形监测技术的应用研究J.建筑技术开发,2020,47(22):8990.8 罗显圣.城市地铁深基坑施工过程变形监测及变形规律研究D.重庆:重庆交通大学,2020.9 卢松耀,丘志宇,何显锦.大型基坑自动变形监测系统设计与应用J.地理空间信息,2016,14(8):8183,6.10 陈志华,施昆,邓德标.复杂地质区域深基坑自动变形监测系统开发及应用J.测绘科学,2014,39(2):6972.分级堆载预压下成层软土地基的沉降计算尹燕奎1，孙长帅2，谭 芳3（1.中铁济南工程建设监理有限公司，济南 250000；2.山东电力工程咨询院有限公司，济南 250013；3.山东建筑大学，济南 250101）摘要 成层软土地基的工后沉降问题是工程界极为关注的问题，通过对某一燃煤电厂项目堆载预压期间的分层沉降数据进行分析得出：（1）堆载速率对土层沉降规律有明显影响，采用传统沉降计算方法，结果具有较大误差；（2）提出依据加载情况基于分层沉降数据优化本构模型及参数的沉降计算方法，该方法的沉降预测结果在整个堆载期间均具有更高的准确性。研究结果对类似工程建设具有借鉴价值。关键词 成层软土；堆载预压；沉降预测；本构模型 中图分类号TU 470+.3 文献标志码A 文章编号1001-523X（2023）08-0163-03SETTLEMENT CALCULATION OF LAYERED SOFT SOIL FOUNDATION UNDER STAGED SURCHARGE PRELOADINGYin Yan-kui，Sun Chang-shuai，Tan Fang AbstractThe post-construction settlement of layered soft soil foundation is a problem concerned by the engineering community.By analyzing the layered settlement data of a coal-fired power plant during preloading,the results are as follows:(1)the rate of surcharge has obvious influence on the law of soil settlement,and the traditional settlement calculation method has a large error;(2)it is proposed that the constitutive model and its parameters should be optimized based on the layered settlement data according to the loading condition.This proposed method has a high precision in the settlement prediction of the whole preloading stage.The research results have reference value for similar engineering construction.Keywordslayered soft soil;surcharge preloading;settlement prediction;constitutive model在吹填地基条件下进行建设，工程将面临工后沉降和不均匀沉降的不利问题，必须对地基进行处理。目前，超载预压法、强夯法、深层搅拌法等方法是处理该类问题的常用手段，其中超载预压法以其在提高地基承载力、降低工后沉降、方便施工等方面的优势，被广泛应用1-2。学者们也已在堆载预压下软基变形特性及沉降预测等方面取得了众多研究成果3-8。采用PLAXIS 3D有限元软件对场地地基沉降情况进行分析，发现快速堆载使地基沉降出现较快增长，收稿日期：20230313作者简介：尹燕奎（1964），男，山东济南人，高级工程师，主要研究方向为地基基础变形控制。