混凝土支撑轴力预警原因探讨

周志强 丁少华 程敏

（作者单位：中建五局土木工程有限公司 邮政编码：530022）

摘要：结合南宁市轨道交通2号线某车站基坑工程的设计支撑方案， 根据混凝土支撑轴力监测的原理及在基坑施工过程中混凝土支撑轴力监测数据的变化， 对混凝土支撑在基坑一开挖就预警的原因进行分析探讨， 供类似工程参考。

关键词： 混凝土支撑； 支撑轴力； 钢筋应力计； 预警分析

引言

随着我国城市轨道交通的快速发展， 明挖深基坑工程的建设也越来越多， 由于在城市中进行深基坑开挖受周边环境的限制，无法采用放坡开挖的形式，一般采用围护结构加内支撑的垂直开挖形式。在深基坑垂直开挖施工过程中， 深基坑围护结构及支撑的稳定对基坑安全起着举足轻重的作用。 通过对围护结构变形、支撑轴力变化、地面沉降、建筑沉降及地下水位变化进行监测， 实时掌握基坑的安全状况和基坑开挖对周围环境的影响程度，确保基坑安全。 通过对支撑轴力的监测， 准确掌握支撑的受力状况，从而对基坑的安全状况进行分析， 发现数据异常情况时及时反馈， 并采取相应的应急措施，如有必要则调整施工工艺或修改设计方案， 保证基坑本身和周围建筑物、 构筑物的安全，以确保工程的顺利进行。 本文结合南宁市轨道交通2号线苏卢站基坑工程的设计方案和监测数据， 对基坑的混凝土支撑轴力预警的情况进行初步分析，供类似工程参考。

一、工程概况

南宁轨道交通工程2号线某车站为地下两层岛式车站，主体结构外包总长度209.5m，标准段外包总宽度19.7m，标准段底板埋深约16.9米。设有四个出入口，两组风亭。车站所处地层主要为填土层，黏性土层，粉土层，砂土层，砾卵石层，以及古近系岩层。车站采用明挖顺作法施工，主体围护结构采用地下连续墙+内支撑支护，基坑安全等级为一级。主要监测项目为墙体深层水平位移、墙顶水平位移、土体深层水平位移、支撑轴力、地面沉降、建筑沉降、地下水位等。其中第一道支撑及第二道支撑盾构井位置为混凝土支撑，其余为钢支撑。

二、混凝土支撑监测方法

混凝土支撑轴力监测采用钢筋应力计，埋设在混凝土支撑1/3L处，在四个角点分别埋设与主筋相匹配的钢筋应力计，与受力主筋的连接采用连杆电焊的方式，在埋设过程中注意对钢筋应力计的保护，埋设完成后立即测试钢筋应力计是否能正常工作。

数据采集时采用频率接收仪作为钢筋应力计的二次接收仪器。将频率接收仪的红、黑线夹分别夹住钢筋计数据传输线的红、黑线，从仪表中直接读取频率作为轴力监测的原始数据。根据两次监测的频率数据计算混凝土支撑轴力变化值。公式如下：

EcNcjsAAs Ecs_js1n22Kjfjifjo/Ajs nj1式中：N为支撑轴力（KN），σjs为钢筋应力计监测平均应力（KN/mm2），ck为第j个钢钢筋应力计标定系（KN/Hz2），f为第是个钢筋应力计监测频jji率（Hz），f为第j个钢钢筋应力计安装后初始频始频Hz），A为第j个钢 jojs筋应应力计横截面积mm2），E为混凝土弹性模量（KN/mm2），E为钢筋cs应力计弹性模量（KN/mm2）,A为混凝土横截面积（mm2）,A为钢筋应力计cs横截面积。三、监测数据

混凝土支撑设计报警值如下表：

位置 盾构井第一道混凝土支撑 标准段第一道混凝土支撑 盾构井第二道混凝土支撑 预警值 281.868kN 843.055kN 2385.185kN 控制值 331.61kN 991.83kN 2806.1kN 从现场监测数据反映绝大部分混凝土支撑下方土方开挖时支撑轴力迅速增大并超过控制值，随后轴力变化有起有落，后期相对较稳定，如下图1示：

图1 支撑轴力变化曲线图

四、预警原因分析

基坑开挖部分支撑轴力绝大部分均达到橙色预警，超过设计控制值，而其它监测项目（墙体深层水平位移、墙顶水平位移、土体深层水平位移、地面沉降、地下水位）数据均无异常，基坑周边地面无隆起、沉陷及裂缝等现象，地下连续墙无渗水、裂缝等现象，故由此判断基坑是处于安全状态，轴力监测数据存在较大偏差。根据设计方案及现场情况对混凝土支撑轴力预警原因进行分析，总结如下：

1）混凝土支撑轴力监测采用钢筋应力计，监测方法本身存在不确定因素。由于混凝土支撑轴力监测是根据传感器实测频率进行换算得到的，受非荷载因素（如温度、湿度等）对混凝土支撑轴力的影响无法精确计算；通过四个角点的钢筋应力计受力状况来推算整个混凝土支撑的受力状况存在以点概面；轴力计算公式是在一个理想的条件下推算出来的，现场条件与理想条件存在差异；由此可见，混凝土支撑轴力监测方法本身存在误差。

2）周边环境及现场施工对混凝土支撑轴力也存在一定影响。由于地铁施工一般施工场地较窄导致不可避免的基坑周边出现堆载；由于施工的需要，施工车辆在基坑边行走产生的动载；另外本车站处于交通主道上，车流量大且重型车辆占大部分，也会对基坑产生动活载。

3）设计轴力控制值是根据地勘资料建立的模型并考虑一定施工荷载的情况下计算出基坑周边土体对围护结构的土压力。而<<城市轨道交通工程监测技术规范>>(GB50911-2013)支撑轴力控制值为混凝土支撑构件的承载能力设计值的60%~70%，故设计给出的控制值过小容易产生报警。

五、结论

1）钢筋应力计安装按规范及产品说明书的要求进行，并考虑温度变化、混凝土收缩、

徐变及裂缝开展对监测值的影响，进行必要的参数改正，使监测数据尽量准确。

2）监测的同时测量环境温度，尽量在同一温度条件下采集数据，减少温度对混凝土支撑轴力的影响。

3）设计轴力控制值的计算建议既要考虑工程地质情况及施工荷载，也要考虑混凝土支撑承载能力及类似工程的经验综合确定一个合理的控制值。

参考文献

[1]金淮，张建全等. <<城市轨道交通工程监测技术规范>>(GB50911-2013) 北京：中国建筑工业出版社，2013.

[作者简介]:周志强，男，大学本科，现供职于中建五局土木工程有限公司，项目副总工。 丁少华，男，大学本科，现供职于中建五局土木工程有限公司，项目经理。 程 敏，男，大学本科，现供职于中建五局土木工程有限公司，项目总工。