溫度對(duì)地鐵基坑混凝土支撐軸力影響分析

王 輝

(石家莊市軌道交通有限責(zé)任公司)

1 工程概況

東里站位于中華南大街與裕華西路高架交叉口立交橋東北角，沿中華南大街方向布置，車站有效站臺(tái)中心里程為右DK7 +583.000，起始里程為右DK7 +485.690，終點(diǎn)里程為右DK7 + 709.314。車站縱向?yàn)?‰下坡。車站全長223.62 m，結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段總寬度21.1 m，標(biāo)準(zhǔn)段開挖深度約18.0 m，大里程盾構(gòu)井段開挖深度約為16.64 m。

標(biāo)準(zhǔn)段及盾構(gòu)井段主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐型式，第一道為C30鋼筋混凝土支撐，支撐截面800×900 mm;第二、三道(盾構(gòu)井處為四道)為ψ630(t =16 mm)鋼管支撐。

軌排井位置圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用圍護(hù)樁+錨索支撐型式，第一排錨索間距3 m，每孔3 股鋼絞線，錨索總長度20.5 m，錨固段15 m，自由段5.5 m;第二至四排錨索間距1.5 m，每孔4股鋼絞線。其中第二排錨索總長度22 m，錨固段17 m，自由段5 m;第三、四排錨索總長度20 m，錨固段15 m，自由段5 m。

2 混凝土支撐軸力監(jiān)測(cè)方法

2.1 監(jiān)測(cè)元件埋設(shè)情況

按照東里站施工圖及相應(yīng)的規(guī)范要求，東里站選取混凝土應(yīng)變計(jì)對(duì)混凝土支撐軸力進(jìn)行監(jiān)測(cè)。其安裝方法:綁扎混凝土支撐鋼筋籠時(shí)安裝鋼弦式混凝土應(yīng)變計(jì)，埋設(shè)位置在混凝土支撐總長度的1/3 處，應(yīng)變計(jì)綁扎在鋼筋主筋上平行于主筋軸線方向，分別埋設(shè)在混凝土支撐截面四個(gè)面的中間位置。

2.2 混凝土支撐軸力測(cè)量原理

2.3 混凝土支撐軸力測(cè)點(diǎn)的布設(shè)

根據(jù)本工程的支護(hù)方案要求及環(huán)境制約因素，進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)，并在混凝土支撐ZL04－1 和ZL03－1 兩側(cè)布設(shè)樁頂水平位移測(cè)點(diǎn)，同時(shí)為了保證各檢測(cè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)的對(duì)比性，將樁頂水平位移測(cè)點(diǎn)、樁體變形位移測(cè)點(diǎn)及支撐測(cè)點(diǎn)保持在同一斷面上?；炷林屋S力測(cè)點(diǎn)布置如圖1 所示。

圖1 混凝土支撐布點(diǎn)圖

3 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

3.1 預(yù)警情況

監(jiān)測(cè)初期，混凝土支撐ZL03－1，ZL04－1，ZL05－1，ZL02－1 測(cè)點(diǎn)的支撐軸力實(shí)測(cè)值隨著開挖深度的加大，支撐軸力由負(fù)變正。在混凝土支撐軸力測(cè)點(diǎn)ZL04－1，監(jiān)測(cè)軸力值1 385.54 kN，設(shè)計(jì)軸力1 269.7 kN，黃色預(yù)警值為設(shè)計(jì)軸力值的80%(1 015.76 kN)，實(shí)際監(jiān)測(cè)值超出黃色預(yù)警值370.08 kN。此時(shí)，預(yù)警支撐下的基坑開挖深度為6.5 m，第一道鋼支撐架設(shè)完成，軌排井處第二道錨索張拉完畢。從各個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)來分析及現(xiàn)場(chǎng)混凝土支撐表面看，支撐未出現(xiàn)裂縫、裂紋等不安全或失穩(wěn)跡象，同步監(jiān)測(cè)的支護(hù)結(jié)構(gòu)樁體水平位移監(jiān)測(cè)(測(cè)斜)和樁頂水平位移監(jiān)測(cè)值也沒有突然變化的趨勢(shì)，一直處于變形比較穩(wěn)定的狀態(tài)。

為確保基坑安全，現(xiàn)場(chǎng)停止土方開挖并加強(qiáng)監(jiān)測(cè)頻率，在ZL03－1、ZL04－1 兩道混凝土支撐南北兩側(cè)分別增設(shè)兩道鋼支撐，施加在支撐冠梁上。新增兩根鋼支撐的預(yù)加軸力為450 kN，目的防止混凝土支撐軸力繼續(xù)增大。但在加上新增鋼支撐后，連續(xù)7 d 監(jiān)測(cè)的結(jié)果表明基坑各項(xiàng)變形暫時(shí)比較緩慢處于穩(wěn)定趨勢(shì)，支撐未出現(xiàn)裂紋等不安全、失穩(wěn)跡象，但混凝土支撐測(cè)點(diǎn)ZL04－1 監(jiān)測(cè)軸力值還是持續(xù)增大，并沒有起到增設(shè)鋼支撐的目的。

3.2 溫度及外界因素對(duì)混凝土支撐軸力的影響

在持續(xù)監(jiān)測(cè)過程中，隨著開挖深度及氣溫升高，混凝土支撐軸力也隨之增大。圖2 為持續(xù)監(jiān)測(cè)中溫度與混凝土支撐軸力的關(guān)系。由圖2 所示，混凝土支撐軸力的變化與氣溫的變化趨勢(shì)比較吻合，并且混凝土支撐軸力的變化滯后于氣溫的變化，因?yàn)榛炷帘旧斫Y(jié)構(gòu)影響溫度從外部傳到內(nèi)部有個(gè)時(shí)間延遲，同樣溫度從內(nèi)部散發(fā)出來也是有個(gè)時(shí)間過程，因此監(jiān)測(cè)出來的軸力值和溫度變化有個(gè)時(shí)間差。

圖2 氣溫和混凝土支撐軸力值的趨勢(shì)圖

結(jié)合不同時(shí)間不同溫度下支撐軸力與溫度的關(guān)系，又進(jìn)一步在同一天，同一施工工況情況下對(duì)混凝土支撐進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見圖3。

圖3 同一天混凝土支撐軸力和溫度的變化曲線

由圖3 可知:多個(gè)混凝土支撐軸力值在一天中的變化趨勢(shì)是同步的，在同一天，同一施工狀況的條件下，不同時(shí)間不同溫度測(cè)得的混凝土支撐軸力不同，在早上溫度較低時(shí)和下午溫度較高時(shí)測(cè)得的混凝土支撐軸力值最大可相差800 kN，混凝土支撐軸力曲線與溫度曲線趨勢(shì)基本吻合，并且軸力值變化與溫度變化之間有個(gè)時(shí)間差。因此，混凝土支撐軸力元件受溫度影響很大。即在溫度較高時(shí)監(jiān)測(cè)到的軸力值并非全部由荷載產(chǎn)生，部分原因由溫度的影響而造成的。因此，在監(jiān)測(cè)混凝土支撐軸力時(shí)要記錄當(dāng)時(shí)監(jiān)測(cè)時(shí)的溫度，在進(jìn)一步計(jì)算支撐軸力時(shí)需要將溫度帶來的軸力值消除掉。

在監(jiān)測(cè)過程中還發(fā)現(xiàn)日照時(shí)間長短也對(duì)混凝土支撐軸力的變化有影響。由于車站基坑是南北走向，混凝土支撐四個(gè)截面分別受到的日照時(shí)間不同，其四個(gè)面的軸力值變化也不同?；炷陵柮婕绊斆孀兓看笥陉幟婧偷酌?。

4 結(jié) 語

(1)在混凝土支撐軸力達(dá)到報(bào)警值時(shí)，增加鋼支撐，檢測(cè)軸力值仍持續(xù)增大，并不能完全達(dá)到增加鋼支撐的目的。

(2)檢測(cè)軸力受溫度影響較大，并滯后于溫度變化規(guī)律，在計(jì)算支撐軸力時(shí)需要將溫度帶來的軸力值消除。同時(shí)，日照時(shí)間長短對(duì)混凝土支撐軸力的變化也有影響，混凝土陽面及頂面軸力變化量大于陰面和底面。

(3)在基坑工程對(duì)設(shè)計(jì)計(jì)算分析的施工和施工質(zhì)量控制中，可以考慮適當(dāng)提高鋼筋混凝土支撐的軸力監(jiān)測(cè)報(bào)警值。在實(shí)際的監(jiān)測(cè)過程中，需要結(jié)合施工工況及此斷面其他監(jiān)測(cè)項(xiàng)目數(shù)據(jù)的分析，綜合考慮基坑是否處于安全狀態(tài)。

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