明挖地鐵車站樁體位移測(cè)斜及鋼支撐軸力的關(guān)系

白 光 宇

(石家莊市軌道交通有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050011)

明挖地鐵車站樁體位移測(cè)斜及鋼支撐軸力的關(guān)系

白 光 宇

(石家莊市軌道交通有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050011)

介紹了樁體測(cè)斜儀與鋼支撐及軸力頻率讀數(shù)儀的工作原理，針對(duì)明挖地鐵車站基坑開挖過程中圍護(hù)樁樁體測(cè)斜及鋼支撐軸力的監(jiān)測(cè)成果進(jìn)行分析討論，總結(jié)了樁體位移與鋼支撐軸力之間的關(guān)系，對(duì)保證基坑的安全性具有重要意義。

地鐵，明挖車站，基坑開挖，施工監(jiān)測(cè)

1 工程概況

北宋站位于中山東路與建華大街交口處，沿中山路東西向布置，為1號(hào)線與遠(yuǎn)期4號(hào)線換乘車站，采用T型換乘方式。車站起點(diǎn)里程K14+607.530，車站終點(diǎn)里程K14+835.190，車站總長(zhǎng)227.66 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度22.1 m，盾構(gòu)端頭井段寬度25.6 m。

由于車站主體屬于深基坑，在施工過程中為了保證基坑的整體穩(wěn)定，采用圍護(hù)樁與鋼支撐結(jié)合的形式進(jìn)行基坑支護(hù)，并使用樁體測(cè)斜儀及鋼支撐頻率測(cè)試儀進(jìn)行基坑穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)。

2 工作原理

1)樁體測(cè)斜儀工作原理。主體圍護(hù)樁施工過程中，在鋼筋籠靠近基坑一側(cè)綁扎直徑為70 mm內(nèi)側(cè)帶有滑槽的PVC管也就是測(cè)斜管，測(cè)斜管的底部與頂部要用蓋子封住，防止砂漿、泥漿及雜物入孔內(nèi)。待圍護(hù)樁及冠梁擋墻施工完成后，將PVC管接出至地面高150 mm～200 mm處以方便測(cè)量。北宋站監(jiān)測(cè)樁體位移使用的儀器為差動(dòng)電容式測(cè)斜儀，測(cè)斜儀上下各有一對(duì)滑輪，上下輪距500 mm，其工作原理是利用測(cè)斜儀中的兩塊垂直電極板，在豎直狀態(tài)下兩塊電極板間電壓為0，當(dāng)測(cè)斜儀在測(cè)斜管內(nèi)產(chǎn)生傾斜時(shí)，電極板便產(chǎn)生電壓，通過對(duì)電壓的測(cè)定來確定偏移距離，從而可以得知被測(cè)樁體的變形量的變化值。2)鋼支撐及軸力頻率讀數(shù)儀工作原理。a.基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)置。車站基坑豎向設(shè)置三道支撐，第一道鋼支撐采用φ609 mm，t=12 mm的鋼支撐，第二、三道鋼支撐采用φ630 mm，t=16 mm的鋼支撐。鋼管支撐分節(jié)制作，管節(jié)間采用法蘭盤螺栓連接。圍檁采用雙拼工45b型鋼，鋼圍檁連續(xù)封閉、交圈，基坑角處采用剛性連接；角撐處圍檁背后增設(shè)抗剪蹬;鋼圍檁和樁應(yīng)密貼。鋼牛腿三角托架采用L80×8角鋼加工焊接制作而成。每個(gè)鋼牛腿采用兩個(gè)脹管螺栓固定于圍護(hù)樁上，每根圍護(hù)樁設(shè)置一個(gè)鋼牛腿。鋼圍檁吊裝就位，并將其與圍護(hù)樁上的預(yù)埋鋼板焊接在一起。b.軸力頻率讀數(shù)測(cè)量。鋼支撐軸力頻率讀數(shù)的測(cè)量由軸力計(jì)及頻率讀數(shù)儀組成，軸力計(jì)在架設(shè)鋼支撐前安放在鋼支撐固定端與鋼圍檁間，在鋼支撐受力過程中，鋼支撐固定端與鋼圍檁壓實(shí)軸力計(jì)，使軸力計(jì)產(chǎn)生振弦頻率變化，再使用軸力頻率讀數(shù)儀進(jìn)行讀數(shù)，讀出頻率值后使用公式進(jìn)行換算，從而得知鋼支撐軸力大小。由此可知，在圍護(hù)樁受到來自基坑外土體的側(cè)向土壓力產(chǎn)生形變時(shí)，圍護(hù)樁內(nèi)測(cè)斜管也會(huì)隨之產(chǎn)生形變，從而影響測(cè)斜儀讀數(shù)，而鋼支撐在架設(shè)時(shí)會(huì)施加一個(gè)預(yù)加軸力，軸力會(huì)在基坑開挖及支護(hù)過程中受到側(cè)向土壓力的影響從而產(chǎn)生變化?？梢圆孪?，在圍護(hù)樁受土壓力而產(chǎn)生形變的過程中，會(huì)通過鋼圍檁影響鋼支撐受力情況，由此進(jìn)行論證。

3 樁體測(cè)斜位移與鋼支撐受軸力關(guān)系

1)測(cè)點(diǎn)選擇。北宋站第六施工段于2015年3月進(jìn)行土方開挖并及時(shí)對(duì)基坑進(jìn)行鋼支撐支護(hù)， 圖1為北宋站第六施工段施工監(jiān)測(cè)平面布置圖，由圖可知北宋站第六施工段第一道鋼支撐同時(shí)存在130號(hào)樁樁體測(cè)斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZQT04，ZQT10以及軸力計(jì)ZL06。由于在其斷面上的第二道鋼支撐Z2-49所施加預(yù)加軸力相比第一層及第三層更大，鋼支撐選擇Z2-49軸力計(jì)編號(hào)為ZL06-02進(jìn)行監(jiān)測(cè)論證。由于北宋站第六施工段基坑南側(cè)貼近中山路由西向東方向機(jī)動(dòng)車道路2 m，車輛動(dòng)載較大，故選擇北側(cè)圍擋內(nèi)距離機(jī)動(dòng)車道7 m的ZQT04樁體位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，及距地表埋深8 m處的第二層鋼支撐Z2-49軸力計(jì)編號(hào)ZL06-02進(jìn)行監(jiān)測(cè)論證。

2)監(jiān)測(cè)測(cè)量。北宋站于2015年3月14日開始開挖至第二層鋼支撐位置，為了充分體現(xiàn)鋼支撐軸力與樁體位移在基坑開挖過程中的關(guān)系，本次論證將二者的記錄日期提前至3月10日，并持續(xù)記錄至4月20日。由于北宋站夜間需出土，基坑周圍動(dòng)荷載較大，11：00以后為石家莊市日間氣溫最高值，并且溫度浮動(dòng)較大，綜合各種因素，監(jiān)測(cè)測(cè)量時(shí)間段選擇在10：00進(jìn)行。

3)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)情況。由圖2鋼支撐軸力與樁體位移測(cè)斜儀關(guān)系圖可知鋼支撐軸力與樁體位移測(cè)斜值之間的關(guān)系。3月14日架設(shè)Z2-49號(hào)鋼支撐，隨著基坑開挖，鋼支撐受力逐步增大，至3月17日Z2-49號(hào)鋼支撐周圍鋼支撐全部架設(shè)完成，軸力下降并趨于平穩(wěn)，在鋼支撐軸力顯著增大過程中，未見130號(hào)樁樁體測(cè)斜監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZQT04所測(cè)數(shù)值有顯著升高，并且在鋼支撐所受軸力下降并趨于穩(wěn)定時(shí)同樣未見監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZQT04所測(cè)數(shù)值有顯著下降，反之略有上升。由于4月1日北宋站第六施工段底板混凝土澆筑，混凝土泵車及混凝土罐車在第六施工段周圍?？渴┕?，可見Z2-49所受軸力有顯著升高，但監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZQT04所測(cè)數(shù)值依然沒有升高的趨勢(shì)。

隨著北宋站第六施工段底板澆筑完成，拆除第三道鋼支撐，截止4月20日，可見Z2-49所受軸力增大，監(jiān)測(cè)點(diǎn)ZQT04所測(cè)數(shù)值為無規(guī)律的浮動(dòng)。

4 結(jié)語

由圖中數(shù)據(jù)可知，受基坑開挖、鋼支撐安拆、基坑周圍荷載增加等因素的影響，所檢測(cè)的Z2-49鋼支撐的軸力呈現(xiàn)出規(guī)律性的變化。而ZQT04號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)所測(cè)的樁體測(cè)斜數(shù)據(jù)則無明顯的規(guī)律性變化，可以得出鋼支撐所受軸力的大小與樁體傾斜之間沒有必然的規(guī)律性聯(lián)系的結(jié)論。

由于明挖車站圍護(hù)樁整體形成排樁效應(yīng)，樁體傾斜可以更為直接的反映出圍護(hù)樁受力及基坑變形狀態(tài)。而鋼支撐的支撐形式為剛性支撐，所受軸力會(huì)隨周圍環(huán)境因素的變化而變化，在施工監(jiān)測(cè)中，單純的給出鋼支撐軸力范圍的作為基坑穩(wěn)定安全的判斷依據(jù)是不科學(xué)的。在施工監(jiān)測(cè)的過程中，鋼支撐的軸力宜作為基坑是否穩(wěn)定的輔助參考數(shù)據(jù)。

[1] 劉建航,侯學(xué)淵.基坑工程手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1997.

[2] 高俊合,趙維炳,施建勇,等.基坑測(cè)斜技術(shù)研究[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)，1998(3)：5-6.

The relationship of displacement inclinometer and steel support axial force of open-cut metro station

Bai Guangyu

(ShijiazhuangRailTransitLimitedLiabilityCompany,Shijiazhuang050011,China)

This paper introduced the working principle of pile inclinometer and steel support and axial force frequency readout instrument, made analysis and discussion according to the monitoring results of envelope pile inclinometer and steel support axial force, summarized the relationship of pile displacement and steel support axial force, had important significance to ensure the safety of foundation pit excavation.

subway, open-cut station, foundation pit excavation, construction monitoring

1009-6825(2015)16-0064-02

2015-03-25

白光宇(1984- )，男，助理工程師

U231.4

A