地下與隧道工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)教學(xué)資源庫(kù)Undergroundandtunnelengineeringtechnology——《地下工程監(jiān)控量測(cè)》教案PAGE2地下工程監(jiān)控量測(cè)課程教案教師姓名：白金婷課時(shí)安排：2學(xué)時(shí)教學(xué)課型：理論課題目項(xiàng)目一基坑工程施工監(jiān)測(cè)任務(wù)六支撐軸力監(jiān)測(cè)教學(xué)目的知識(shí)目標(biāo)：1.掌握傳感器的布置；2.熟悉支撐軸力的計(jì)算、監(jiān)測(cè)記錄的填寫(xiě)及支撐軸力歷時(shí)曲線(xiàn)的繪制；3.了解支撐軸力監(jiān)測(cè)的目的、監(jiān)測(cè)儀器種類(lèi)能力目標(biāo):通過(guò)學(xué)習(xí)，讓學(xué)生掌握傳感器的布置，熟悉支撐軸力的計(jì)算、監(jiān)測(cè)記錄的填寫(xiě)及支撐軸力歷時(shí)曲線(xiàn)的繪制。教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：1.傳感器的布置2.支撐軸力計(jì)算與數(shù)據(jù)整理難點(diǎn)：傳感器的布置教學(xué)方式和手段：教學(xué)方式：講授、演示、討論、案例分析教學(xué)手段：多媒體演示教學(xué)準(zhǔn)備：基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及水平支撐示意圖；基坑軸力過(guò)大坍塌視頻；支撐軸力傳感器布置圖片教學(xué)過(guò)程：一監(jiān)測(cè)目的支撐軸力監(jiān)測(cè)的目的在于及時(shí)掌握支撐受力狀況，以便及時(shí)采用加強(qiáng)措施，避免支撐因軸力過(guò)大，超過(guò)材料極限強(qiáng)度而破壞，進(jìn)而導(dǎo)致支護(hù)體系失穩(wěn)及邊坡坍塌。二監(jiān)測(cè)儀器根據(jù)支撐桿件材料不同，監(jiān)測(cè)儀器和方法也有所不同。對(duì)于鋼筋混凝土支撐，主要采用應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(cè)鋼筋的應(yīng)力或采用應(yīng)變計(jì)監(jiān)測(cè)混凝土應(yīng)變，然后通過(guò)鋼筋與混凝土共同工作、變形協(xié)調(diào)條件反算支撐的軸力；對(duì)于鋼支撐，普遍采用鋼支撐軸力計(jì)直接監(jiān)測(cè)支撐軸力，也可用表面應(yīng)變計(jì)間接測(cè)量。在地下工程中，軸力計(jì)主要用于測(cè)量鋼支撐的軸力、基礎(chǔ)對(duì)上部結(jié)構(gòu)的反力及靜壓樁實(shí)驗(yàn)時(shí)的加載控制。鋼支撐軸力計(jì)的外殼是一個(gè)經(jīng)過(guò)熱處理的高強(qiáng)度鋼筒。在筒的周邊設(shè)有3～6個(gè)應(yīng)變計(jì)，用來(lái)測(cè)讀作用在鋼筒上的荷載。這種軸力計(jì)可精確測(cè)出偏心荷載。將各應(yīng)變計(jì)的讀數(shù)相加后取平均值，即可得到軸力值。軸力計(jì)一般采用6芯（三個(gè)傳感器）屏蔽電纜。根據(jù)測(cè)量原理不同，軸力計(jì)可分為鋼弦式與電阻應(yīng)變式等，相應(yīng)采用頻率接收儀和電阻應(yīng)變儀進(jìn)行測(cè)讀。三傳感器的布置（一）鋼筋混凝土支撐體系對(duì)于鋼筋混凝土支撐體系，軸力監(jiān)測(cè)傳感器的埋設(shè)斷面一般選在軸力比較大的桿件上，或在整個(gè)支撐系統(tǒng)中起關(guān)鍵作用的桿件上。如果支撐形式是對(duì)稱(chēng)的，則可布置在開(kāi)挖較早、支撐受力較早的一半，以減少傳感器的數(shù)量，降低監(jiān)測(cè)費(fèi)用。除此之外，選擇監(jiān)測(cè)斷面也要兼顧埋設(shè)和監(jiān)測(cè)的方便、與基坑施工的交叉影響等。當(dāng)監(jiān)測(cè)斷面選定后，監(jiān)測(cè)傳感器布置在該斷面的4個(gè)角或4條邊上，上下左右對(duì)稱(chēng)布置，以便計(jì)算軸力的偏心矩，且在求取平均值時(shí)更可靠。傳感器埋設(shè)方法同圍護(hù)樁（墻）內(nèi)力監(jiān)測(cè)。如圖1-31所示。圖1-31鋼筋混凝土支撐應(yīng)力計(jì)（應(yīng)變計(jì)）的布置與安裝示意圖（二）鋼支撐體系對(duì)于鋼支撐體系，沿基坑長(zhǎng)邊設(shè)置3～4個(gè)主測(cè)斷面，主測(cè)斷面宜設(shè)在每一道支撐中軸力最大或跨度較大處，該斷面處的每道支撐均設(shè)測(cè)點(diǎn)，此外，在受力較大的斜撐和基坑深度變化處宜增設(shè)測(cè)點(diǎn)。測(cè)點(diǎn)一般布置在支撐端部或中部，當(dāng)支撐長(zhǎng)度較大時(shí)也可安設(shè)在1/4點(diǎn)處。監(jiān)測(cè)軸力的重要支撐，宜同時(shí)監(jiān)測(cè)其兩端和中部的沉降與位移。測(cè)點(diǎn)布設(shè)隨鋼支撐安設(shè)同時(shí)進(jìn)行，并保護(hù)好引線(xiàn)。1．軸力計(jì)的安裝軸力計(jì)安裝一般借助安裝配件進(jìn)行。安裝配件是一個(gè)直徑略大于軸力計(jì)外徑的圓形鋼筒，鋼筒外側(cè)焊接4片呈十字形布置、與鋼筒長(zhǎng)度相當(dāng)?shù)匿摪逯瞥傻陌惭b支架。安裝時(shí)先在圍護(hù)墻表面焊接一塊250mm×250mm×250mm的加強(qiáng)鋼墊板，以防止鋼支撐受力后軸力計(jì)陷入圍護(hù)墻體內(nèi)，影響測(cè)試結(jié)果。然后將安裝支架的一端與鋼支撐的牛腿鋼板焊接，另一端頂在圍護(hù)墻體的鋼墊板上。待焊接溫度冷卻后，將軸力計(jì)推入安裝架并用螺絲固定好。安裝過(guò)程中應(yīng)保持軸力計(jì)與鋼支撐軸線(xiàn)處于同一條直線(xiàn)上，各接觸面平整，確保鋼支撐受力狀態(tài)通過(guò)軸力計(jì)正常傳遞到圍護(hù)結(jié)構(gòu)上。具體安裝如圖1-33所示。圖1-33鋼支撐軸力計(jì)安裝示意圖2．表面應(yīng)變計(jì)的安裝由于軸力計(jì)使鋼支撐與鋼圍檁的接觸面積減少，在鋼支撐受力較大時(shí)，鋼圍檁可能會(huì)產(chǎn)生局部屈服、失穩(wěn)，影響圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，故也可采用在鋼支撐表面安裝表面應(yīng)變計(jì)進(jìn)行測(cè)試。采用表面應(yīng)變計(jì)時(shí)，每組測(cè)點(diǎn)由２個(gè)表面應(yīng)變計(jì)組成，對(duì)稱(chēng)安裝在鋼管支撐兩側(cè)，安裝示意圖如圖1-34所示。圖1-34鋼支撐表面應(yīng)變計(jì)安裝示意圖四監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)整理（一）支撐軸力計(jì)算監(jiān)測(cè)時(shí)將軸力計(jì)引線(xiàn)與頻率接收儀相連接，頻率接收儀即顯示出支撐桿件在當(dāng)前軸力下的自振頻率，設(shè)軸力計(jì)埋設(shè)后的初始自振頻率為f0，當(dāng)前監(jiān)測(cè)自振頻率為f，則支撐軸力可用式（1-19）計(jì)算求得，或參考監(jiān)測(cè)元件說(shuō)明書(shū)。式中：Nc—支撐桿件軸力；ki—鋼弦式軸力計(jì)的常數(shù)；f0—軸力計(jì)埋設(shè)后的初始自振頻率；f—軸力計(jì)的監(jiān)測(cè)自振頻率。（二）監(jiān)測(cè)記錄將計(jì)算結(jié)果填入記錄表，見(jiàn)表1-12。（三）支撐軸力歷時(shí)曲線(xiàn)繪制以日期（月或日）為橫軸，軸力值（KN）為縱軸，繪制軸力歷時(shí)曲線(xiàn)，據(jù)以分析支撐軸力隨時(shí)間的發(fā)展規(guī)律，判定支撐體系的穩(wěn)定性。如圖1-35所示為某圍護(hù)結(jié)構(gòu)支撐軸力實(shí)測(cè)曲線(xiàn)，由支撐軸力歷時(shí)曲線(xiàn)可知：（1）第一道支撐軸力隨著基坑開(kāi)挖增加較快，隨后趨于穩(wěn)定，并小于設(shè)計(jì)值的８０％。第二道支撐架設(shè)后，第一道支撐軸力稍有減小，并逐漸穩(wěn)定。（2）支撐軸力在施加預(yù)應(yīng)力后，由于加力方式及支撐自重的影響，軸力有逐漸衰減的過(guò)程，以及因施工及溫度影響而產(chǎn)生的波動(dòng)現(xiàn)象。（3）在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，由于其周邊特殊的結(jié)構(gòu)形式，導(dǎo)致支撐預(yù)加軸力小于設(shè)計(jì)軸力值，也客觀(guān)地造成部分樁體的偏移值過(guò)大。表1-1支撐軸力、錨桿及土釘拉力監(jiān)測(cè)日?qǐng)?bào)表圖1-35支撐軸力歷時(shí)曲線(xiàn)思考題：1、簡(jiǎn)述支撐軸力