桥梁施工钢管桩围堰变形安全监测系统应用_李麒.pdf

5 3桥梁施工钢管桩围堰变形安全监测系统应用李麒（山东高速路桥集团股份有限公司，山东 济南 250013）0 引言钢管桩围堰属于工程建设施工临时辅助结构，围堰结构安全一直是桥梁水下施工安全管控的重点1。摘要：为确保钢管桩围堰结构施工安全，本文基于工程建设项目实际设计了围堰变形安全智能监测方案，通过在钢管桩围堰上埋设应力传感器进行变形数据采集与分析，可精确采集钢管桩水平位移、竖向位移和轴力变化，及时对钢管桩围堰变形超限进行预警与预控。通过实证，该智能安全监测系统在深基坑施工中具有较好的实用性。关键词：建筑施工；钢管桩；围堰变形；安全监测中图分类号：X947 文献标志码：B在基坑开挖、封底、承台施工过程中，围堰承受河床的侧向压力，此外还承受河水的侧向压力和冲击力，位移变化幅度较大，可能出现钢管桩、围囹、内支撑图 1 锁口钢管桩围堰及内支撑布置变形等情况，继而引发基坑围堰坍塌，造成人员淹溺事故的发生2-3。因 此，施 工变形监测工作是钢管桩围堰安全使用的必要条件。通常，对于钢管桩围堰结构的垂直度、平面位置、封底与水流速度等常规监测，可借助普通光学测量仪器和简易测试仪器等手段完成。钢管桩围堰结构的变形和应力监测作为监测工作的重难点，是钢管桩围堰受力情况的直接反应，是决定钢研究与探讨5 4管桩围堰结构安全性的重要因素，采用传统常规手段通常不易及时掌握围堰支护体内受力情况与变化趋势4-5。通过在钢管桩围堰上埋设应力传感器进行数据采集与分析可有效监测应力变化。目前，变形监测技术的研发相对滞后，国内外尚未形成成熟的技术措施与标准。本文基于某项目施工现场实际，在钢管桩受力较大部位安装应力监测元件，通过数据收集、传输和后台实时处理，精确采集钢管桩水平位移、竖向位移和轴力变化，及时对钢管桩围堰变形超限进行预警。1 工程概况本研究以某铁路工程项目为例，开展钢管桩围堰变形安全监测方案设计及应用。该工程项目部管段起讫里程正线全长 5.153 km，桥梁孔跨布置为跨黄河主桥的一联为矮塔斜拉桥，其余为胶拼连续梁，唯一桥墩位于黄河河道中间，其中河床高程为 29.3 m。黄河 710月处于汛期，黄河水位波动较大，最高水位约 35.4 m。桥墩基坑支护采用锁口钢管桩围堰，围堰基底开挖至高程 15.22 m，围堰顶高程为 38.87 m，围堰内采用上下 4 道钢围囹和内支撑进行加固，受黄河水侧向压力和冲击力影响，位移变化幅度较大，可能出现钢管桩、围囹、内支撑变形等情况具体如图 1 所示。图 2 应力计布置图图 3 轴向压应力曲线图图 4 钢管桩围堰变形智能监测平台研究与探讨5 52 钢管桩围堰变形监测装置布设通过对桥墩锁口钢管桩实景调查，研究采用Midas 软件进行受力分析，在围囹、三层内支撑关键受力点上安装应力计 15 个，具体位置如图 2 所示。其中，橙色为内撑监测测点，黄色为顶部沉降测点，蓝色为顶部水平位移测点，红色为深层水平位移测点。对钢管桩围堰变形进行了不定期监测及受力数据统计分析，所得轴向压应力曲线如图 3 所示。随着时间推移和汛期（710 月份）影响，整个三层支撑的轴向压应力呈先增大、波动稳定、后下降的趋势，同时受水流影响，三层东北方向所受轴向压应力最大，西北方向最小，监测数据与实际情况相符。基于钢管桩围堰变形监测数据，进一步建立了在线智能监测系统，该系统能够实现对三层内撑各监测点变形压力值的实时显示，同时通过平台能够对围堰结构顶部沉降、顶部和深层水平位移情况进行安全评估，一旦超出预警限值，系统即发出报警提升信息。如图 4 所示，在整个施工活动期间，监测获得最大位移和应力值均未达到预警界限 21 mm 和 752.5，锁口钢管桩围堰安全可控，可正常施工。钢管桩围堰变形安全监控措施的有效实施，能够及时消除了施工过程中存在的安全风险，使桥墩基坑开挖、封底、承台浇筑得以圆满完成。3 应用效果分析本研究中钢管桩围堰变形监测系统采用先进、可靠的仪器及方法，将现场无法直接排查的施工风险因素数据化、可现化、形象化，通过进行数据、图像对比后，能够指导现场作业人员及时制定行之有效的措施。通过安装锁口钢管桩围堰变形监测系统，无需定期使用测量仪器对围堰位移情况进行测量，可以节省很大一部分人力物力，只需通过监测平台即可对围堰位移和应力变化实时监测。应力变形监控系统安装前后效果对比见表 1。综上，该应力监测系统方案适用于一级、二级、三级基坑支护变形监测，较为适合在有深基坑的工程建设项目进行推广使用。4 小结围堰结构安全一直是水下施工安全管控的重点和难点。本文基于工程项目实际设计了钢管桩围堰变形安全智能监测系统，通过预埋应力传感器进行变形数据采集与分析，精确采集钢管桩水平位移、竖向位移和轴力变化，及时对钢管桩围堰变形超限进行预警与预控。通过前后对比，该监测系统在工程应用中取得了较好效果。参考文献1杨津.桥梁工程锁口钢管桩围堰施工技术J.交通世界.2022,(29):170-172.2 王灏.深水围堰组合体系施工关键技术 J.建筑施工.2022,44(07):1508-1511.3 张双洋.深水大跨桥梁水中墩锁口钢管桩围堰施工技术研究 J.铁道建筑技术.2021,(12):101-104+164.4 黄梁,王宁,康华,等.流速对深水锁扣钢管桩围堰侧向变形的影响 J.科学技术与工程.2022,22(10):4160-4169.5 高明慧.深水桥梁基础锁扣钢管桩围堰应用技术研究 J.国防交通工程与技术.2021,19(05):48-52+77.安编辑 刘亚民序号工作内容未安装应力变形监控安装应力变形监控1隐患排查无科学数据依据，仅靠经验排查有科学数据依据，结果精确2风险预防无数据支撑，只能根据施工经验进行风险防控可根据监控系统提供的数据，有效进行风险防控3围堰变形监测通过人员测量及数据统计，投入大、效率低、准确性差、措施滞后通过监测平台上的数据进行变形对比，能及时制定整治措施4汛期河水影响排查无科学数据进行对比有效掌握汛期河水对围堰的冲击表1 应力变形监控系统安装前后效果对比研究与探讨