鋼筋混凝土支撐軸力計(jì)算方法優(yōu)化研究

劉 陽,何 鑫

(1.黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司,河南 鄭州 450003; 2.山東黃河河務(wù)局德州黃河河務(wù)局,山東 德州 251100)

1 概述

隨著黃河流域生態(tài)保護(hù)與高質(zhì)量發(fā)展上升為國家戰(zhàn)略[1],沿黃城市跨黃基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)加快推進(jìn),出現(xiàn)了大量超深、超大基坑工程。然而,黃河兩岸地層穩(wěn)定性差、地下水位高等不利地質(zhì)條件對(duì)基坑施工產(chǎn)生巨大安全隱患。因此,基坑監(jiān)測(cè)的實(shí)施在保障基坑工程和施工人員人身安全方面尤為重要。但是,在實(shí)際監(jiān)測(cè)中,經(jīng)常出現(xiàn)混凝土支撐軸力值遠(yuǎn)大于軸力設(shè)計(jì)值，同時(shí)其他監(jiān)測(cè)項(xiàng)目均小于設(shè)計(jì)值的情況,這種異?，F(xiàn)象給參建各方帶來許多困擾[2],影響了參建各方對(duì)深基坑工程安全的判斷。

GB 50911—2013城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范中明確要求結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)應(yīng)排除溫度變化的影響,且鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)排除混凝土收縮、徐變以及裂縫的影響[3]。在實(shí)際工程中,溫度變化對(duì)軸力值的影響可以通過固定監(jiān)測(cè)時(shí)間或者通過傳感器的溫度測(cè)量模塊等方法進(jìn)行消除修正;混凝土收縮對(duì)軸力值的影響可以通過取基坑開挖前三天觀測(cè)頻率平均值作為初始值的方法進(jìn)行消除;但是,混凝土徐變對(duì)軸力值的影響消除方法規(guī)范并未給出,相關(guān)文獻(xiàn)也沒有提出相應(yīng)的修正方法,因此造成實(shí)際計(jì)算的混凝土支撐軸力值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于理論值的情況。結(jié)合濟(jì)濼路穿黃隧道工程基坑監(jiān)測(cè)的具體情況,提出了考慮混凝土徐變影響的優(yōu)化計(jì)算方法,通過優(yōu)化前后的軸力值與設(shè)計(jì)值進(jìn)行對(duì)比分析,得出了相應(yīng)結(jié)論,為后續(xù)工程中出現(xiàn)類似問題提供指導(dǎo)。

2 支撐軸力計(jì)算方法

2.1 常規(guī)計(jì)算公式

目前,計(jì)算混凝土支撐軸力通常采用鋼筋計(jì)或者應(yīng)變計(jì)來監(jiān)測(cè)混凝土支撐在施工過程中的鋼筋或者混凝土的應(yīng)變變化,通過彈性模量建立應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系[4]。混凝土支撐軸力計(jì)算公式為:

(1)

(2)

2.2 優(yōu)化計(jì)算公式

影響混凝土支撐徐變的主要因素有混凝土支撐截面積、混凝土強(qiáng)度、開挖時(shí)齡期、開挖過程中支撐應(yīng)力水平、周邊環(huán)境等等。在支撐正常工作狀態(tài)下,混凝土應(yīng)力通常不超過0.5fc,可以假定徐變產(chǎn)生的應(yīng)變與應(yīng)力成線性關(guān)系[5]。參考GB 50010—2010混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中給出的計(jì)算預(yù)應(yīng)力混凝土徐變公式,得出排除混凝土徐變影響的支撐軸力優(yōu)化計(jì)算公式為:

(3)

(4)

(5)

(6)

φ(t,t0)=φ0βc(t,t0)

(7)

φ0=φXRHβ(fcm)β(t0)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

3 濟(jì)濼路黃河隧道工程基坑鋼筋混凝土支撐算例

3.1 工程概況

濟(jì)濼路黃河隧道工程軌道交通與市政道路合建段位于濟(jì)濼路與濼口南路交叉口,沿濟(jì)濼路呈南北走向?；硬捎妹魍诜ㄊ┕?最大開挖深度約為32.5 m,支護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐,內(nèi)支撐采用鋼支撐與混凝土支撐組合形式?；娱_挖涉及到的土層從上到下主要有:人工填土、粉質(zhì)黏土、黏質(zhì)粉土。地下水類型為第四系松散覆蓋層的孔隙潛水,埋藏深度0.89 m～1.30 m。含水層主要為人工填土、黏質(zhì)粉土、粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂等。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)分析

以本工程第四道一根鋼筋混凝土支撐為例,支撐截面為1 200 mm×1 000 mm,配筋情況為:上下各14根28鋼筋,左右各4根25鋼筋(見圖1)。

混凝土支撐相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1 混凝土支撐參數(shù)表

優(yōu)化計(jì)算公式計(jì)算變量見表2。

表2 優(yōu)化計(jì)算公式計(jì)算變量表

根據(jù)不同監(jiān)測(cè)時(shí)間計(jì)算出的徐變系數(shù)代入優(yōu)化計(jì)算公式(2)中,得出不同監(jiān)測(cè)時(shí)間實(shí)際受力對(duì)支撐產(chǎn)生的應(yīng)變量。

分別采用常規(guī)計(jì)算公式和優(yōu)化后計(jì)算公式繪制支撐軸力-時(shí)間曲線,如圖2所示。從圖2可以看出,軸力經(jīng)過修正后,在基坑整個(gè)開挖過程中軸力值均小于軸力設(shè)計(jì),并且比較接近軸力標(biāo)準(zhǔn)值,與設(shè)計(jì)計(jì)算支撐實(shí)際受力比較吻合。

4 結(jié)論

1)基坑工程混凝土支撐軸力受到影響因素較多,其中,混凝土徐變是最主要的影響因素。2)通過采用優(yōu)化后的計(jì)算公式能有效消除徐變對(duì)混凝土產(chǎn)生的非彈性變形,使支撐實(shí)際受力計(jì)算更準(zhǔn)確。3)文中混凝土支撐軸力優(yōu)化計(jì)算方法在工程實(shí)踐中得到普遍應(yīng)用,取得了良好的效果。