深基坑支护工程中桩锚结构受力及变形的计算机模拟研究

1、土钉拉力现场试验1.1、试验原理 试验主要目的是通过对美城国际大厦深基坑土钉支护工程的土钉变形的现场测试，确定土钉拉力，研究其在施工阶段和使用阶段的工作性能和变形规律。 试验原理：电阻应变片按一定的间距粘贴在钢筋表面(应变片布置如图 15 所示)。在外荷载作用下，土钉体内会产生拉应力并产生相应的应变，假定土钉体内的钢筋与浆体协调变形，则土钉内任一截面的内力等于浆体内力与钢筋内力之和。1.2、试验方法为测定土钉因受拉而产生的应力与应变，采用在土钉钢筋表面粘贴应变片的方法。应变片的粘贴技术关系到量测结果可靠度或试验成败，一般包括应变片的筛选、构件表面处理、贴片、固化、导线焊接与固定、粘贴质量检查。1、应变片的筛选1)外观检查要求应变片的基底与覆盖无破损弯曲；敏感栅平直、排列整齐、无锈斑、霉点、气泡；2)采用低压(100V)高阻表量测绝缘电阻；3)量测应变片的初始电阻值，与每片电阻值之差应小于0.6 欧，以便于应变仪的调平。剔除短路、断路的应变片。2、钢筋表面处理 图1 钢筋打磨 图2 粘贴应变片如图1所示，首先使用砂轮打磨除去表面锈斑、涂层、油污，再用砂布交叉磨，然后用脱脂棉球蘸丙酮或酒精沿用同一方向清洗贴片处，直至棉球上看不见污迹为止，然后画出贴片定位线。3、粘贴应变片在钢筋预定贴片处及应变片底面用牙签涂一薄层均匀的胶水，待片刻后，用镊子将应变片安置在顶定位置上，在应变片引线下垫塑料膜，防止粘住引线。上覆聚氯乙烯膜，用手指沿同一方向轻轻滚压挤出多余胶水及气泡，使应变片在预定位置上完全密合，如图 2所示。4、固化在完成粘贴应变片的工序后，对室温固化粘结剂在完成前一工序后，即可自然干燥固化。有时为促进固化，提高粘结强度，可采用电吹风进行加温烘干。升温速率要慢，使水分有足够时间蒸发，避免产生气泡或聚合反应过快而使胶质变脆。 5、导线焊接与固定应变片引线和导线的连接最好通过接线端子，避免应变片的引线直接受力而被挂断。焊接前导线两端应敷锡层，然后用电烙铁焊接，操作要迅速，否则会烧坏应变片。焊点要小而牢固，防止虚焊。引线至量测仪器间的导线规格、长度一定要一致，排列要整齐，分段固定。接在不同仪器上应变片的导线应分开，减少相互干扰和分布电容的影响。固定导线可用医用胶布等，如图3所示。6、粘贴质量检查导线焊接后应检查贴片质量，包括初始电阻值和绝缘电阻值，敏感栅的中线是否与测点方位线重合。若电阻值发生明显变化，应检查焊点断线。7、应变片的防潮保护 图3 固定导线 图4 涂防水材料防潮保护的目的是使贴好的应变片与外界的水、蒸汽、油等介质隔离，防止造成机械损伤。当应变片的基底及胶层吸收水分后会软化和膨胀，降低绝缘电阻及粘结强度，产生附加电阻变化，不能准确传递变形，形成零点漂移，严重时使胶失效而导致应变片的脱落。防潮保护可以用涂料或防护罩，应根据实验条件和要求决定。防潮涂料应满足粘结力强、防潮、绝缘性能好、弹性模量低、有一定的韧性、无腐蚀作用、性能稳定以及使用工艺简便等基础要求。敷防潮涂料前应进行表面处理，涂料面积约为应变片(包括接线端子)的 2-3 倍，厚度以薄而严密为好，如图4所示。1.3、试验仪器图5 YJZ-8/16 型智能数字应变仪YJZ-8/16 型智能数字应变仪(下简称“YJZ-8/16”，见图 20)，是采用目前最先进的微处理器芯片和 Flash 存贮器技术先进、方便实用的智能数字应变仪。主要特点有：人机对话窗口简明快捷，利用主机或 PC 双向设置控制；先进的电子开关技术彻底解决了机械触点诸多弊病；设置控制灵活多样，每个通道的三种桥型和五种量纲(应变、应力、重力、位移、温度)可任意自由变换；具有自动、手动两种采集和平衡方式；1 秒12 小时采集控制时间间隔；理想实用的 PC 处理软件多点曲线实时显示同时生成数据文件，曲线自动生成；RS232C 接口可以实时通讯或事后通讯。除此之外为满足不同用户需要还设计了功能丰富的隐含菜单。YJZ-8/16 主要适合于科研、教学及工程测试。2.2 监测内容本文对包商银行深基坑工程围护结构的监测主要依据建筑基坑工程监测技术规范(GB50497-2009)中对建筑基坑围护结构监测的技术要求。利用科学的施工监测方法和手段，在科学计算和数据的指导下，确保基抗施工的安全。考虑到本基坑工程周围环境的性质和安全等级，确定基坑围护结构监测主要有以下几个方面的内容：（1）桩顶位移监测桩顶水平位移监测，是深基坑围护工程施工监测的一项基本内容。通过对围护桩进行桩顶水平位移监测，可以掌握围护结构在基坑施工期的平面变形情况。将其与设计状态进行比较，可分析基坑施工对基坑安全性及对周围环境的影响。同时，围护桩顶水平位移数值可以作为桩体深层水平位移的基准值。围护桩项水平位移一般使用全站仪进行监测。通过对监测数据的分析，可以对基坑安全性进行评估。（2）围护结构沉降围护结构沉降也是反映基坑安全的一个指标，当支护形式为放坡、土钉墙、水泥土墙时，围护结构的沉降监测就显得尤为重要。沉降监测一般采用精密水准仪进行量测。由于本文中项目采用的是密排桩形式，其沉降量很小，因此，不作为围护桩结构监测的重点。（3）围护结构深层水平位移支护结构在基坑开挖后，将起到平衡基坑内外的水土压力的作用。围护结构在基坑外侧水土压力作用下，会发生侧向变形。为了掌握围护结构的在不同深度上各点的侧向变形，即水平位移，可通过围护结构的测斜监测来实现。围护结构的测斜监测一般使用活动式测斜仪进行监测。（4）桩内应变监测对围护墙体内力监测主要是针对围护桩体的弯矩监测，通过测试围护桩体内的主筋受力情况，来分析支护结构承受的弯矩，以防止围护桩因强度不足而导致支护结构破坏。钢筋的受力测试可使用钢筋计。由于要监测围护桩体的弯矩情况，因此在钢筋计布置时，应在围护墙体的墙前、墙后成对布置，并沿围护墙竖向每隔一定距离布置一对。（5）围护结构锚索轴力监测锚索轴力监测可校核实测拉力与设计计算拉力的差别，及时发现基坑施工过程中支护结构的异常情况，及时采取相应措施，避免发生基坑安全事故。锚索轴力监测一般采用锚索计，安装在锚索锚头下2.3 监测方法2.3.1 桩顶水平位移监测1测点的埋设及布置基坑围护桩桩体监测点设在围护结构冠梁顶上，根据建筑基坑工程监测技术规范中的要求，监测点水平间距不宜大于 20 米，且每边监测点数目不少于 3 个。本文先择每隔 15 米设一点。浇冠梁砼时预埋 15 长的20 钢筋，钢筋头露出地面 15 ，钢筋头磨成半球状并刻“十”字，作为水平和竖直位移的观测点。埋设测点时用经纬仪控制，使同一条边测点尽量埋设在同一条直线上。2监测方法水平位移监测可采用方向观测法和垂距法进行监测，按照二级位移观测精度进行观测，二级测角网各项技术要求如下:水平角观测宜采用方向观测法，当方向数不多于 3 个时。可不归零；对位移观测点的观测，宜采用 2”级全站仪，按照 1 测回观测。方向观测法的限差应符合下表规定：根据现场情况，由于基坑存在两个国家基准点，同时采用垂距法测量采施工的影响较大，本文选择采用方向法对桩顶水平位移进行监测。具体实施方法是基于基准线，采用全站仪对各测点进行边角测量，计