深基坑混凝土支撐軸力監測結果分析研究

楊春柳

(上海匯谷巖土工程技術有限公司，上海 201108)

0 引言

隨著土地資源的日趨緊張，向地下發展空間已成為必然趨勢。更深、更大、更復雜的地下工程(地下商場、停車場)并不少見，這對于基坑工程的設計和施工提出了更高的要求［1-5］。鋼筋混凝土內支撐+地連墻作為一種目前普遍運用的基坑圍護形式，無論從工程投資角度還是施工工期而言都占據整個工程的較大比例。一方面是設計者的“安全可靠”，另一方面是業主要求的“經濟合理”，兩者需要很好的平衡，歸根結底是要確保工程安全有序的進行。基坑土體卸荷引起坑內外側土壓力失衡，此時圍護體系特別是支撐將起到抵抗外側土壓力以維持內外平衡的作用，但由于土體作用的非確定性(土質的地域性和干擾因素的復雜)、施工和設計的經驗性，支撐軸力在時空分布上可能會與原定意想不一致，或在某種程度上以受監控基坑特有的規律進行發展，確保施工的安全進行，驗證設計結果的合理性，鋼筋混凝土軸力監測就顯得很有必要。

依托實際工程實例，實際監測結果與設計理論值進行對比，對存在的可能影響測試結果的原因進行分析總結，為以后工程獲得更為合理的監測結果提供借鑒。

1 工程概況及周邊環境

本項目位于浦東陸家嘴金融貿易區，基坑大致呈等邊三角形狀，面積約12 331 m2。地下室為3層，用作地下車庫和設備用房及人防。開挖總面積約7 370 m2，開挖深度約16.05 m，分東西兩區分期施工。圍護結構采用地下連續墻加鋼筋混凝土支撐體系。靠世紀大道區間隧道側的地下連續墻厚1 000 mm，深42 m;靠張楊路共同溝側的地下連續墻厚1 000 mm，深36 m;靠嶗山路側的地下連續墻厚800 mm，深36 m(靠近地鐵隧道側部分深42 m)，中隔墻采用厚800 mm，深32 m的地下連續墻。支撐體系采用四道鋼筋混凝土支撐，從上到下各位于地面以下1.0 m，5.0 m，8.9 m，12.7 m，支撐截面從上到下分別為 800 mm × 800 mm，900 mm×900 mm，1 000 mm×1 000 mm和1 000 mm×1 000 mm，項目圍護平面及軸力測點布置圖見圖1。

2 監測流程

2.1 軸力測點布置及安裝

混凝土支撐軸力監測點布置在支撐內力較大的支撐上。每道支撐平面內監測點不少于3個且每道支撐軸力監測點位置在豎向上保持一致;支撐軸力測點與圍護體測斜監測點對應。為獲得較真實的支撐軸力數據，對鋼筋混凝土支撐在每道支撐選擇左右兩側中間部位的主筋上進行力傳感元件(鋼筋應力計)的安裝，取其測量平均值作為支撐軸力監測值，以減少支撐的“梁件”作用影響。

傳感器(鋼筋應力計)的安裝主要采用焊接的方式進行，為保證應力分布的一致性及應變的協調性，傳感元件的外接連桿與焊接的截面四角的主筋直徑相同，焊接安裝好后的信號傳輸線沿主筋方向安全有效地捆綁并引出，引出部位設置套管等加以保護。本項目共布設56組測點。

圖1 項目圍護平面及軸力測點布置圖

2.2 軸力測試原理

鋼筋混凝土支撐軸向受壓計算的理論前提是受壓鋼筋混凝土截面上各處鋼筋和混凝土的壓應變相等并滿足平截面假定。對于某一道支撐上安裝的多個傳感器，分別按照每個傳感器計算出該支撐的軸向壓力，再取均值，得最終該支撐軸力計算值。混凝土支撐軸向受壓計算公式為:

式中:N——鋼筋混凝土支撐計算軸力，N;

σs——實測單根鋼筋應力，Pa;

Ec——鋼筋混凝土支撐中混凝土的彈性模量，Pa;

Es——鋼筋混凝土支撐中鋼筋的彈性模量，Pa;

Ac——支撐中混凝土面積，m2;

As——支撐中所有縱向鋼筋面積之和，m2;

εs——鋼筋混凝土中混凝土和鋼筋的應變，無量綱。

傳感器埋設前檢查其無受力狀態時頻率f0，當其與出廠標定的頻率f0在誤差范圍內時方可以采用。在基坑開挖前，應連續測讀3次，取其平均值作為軸力計算初始頻率。日常監測值與初始值的差值為其累計變化量，本次值與前次值的差值為其本次變化量。

2.3 數據分析

為能獲得真實的支撐軸力變化值，本工程軸力監測于下一層土方開挖當天開始，盡量減小混凝土水化熱對傳感器的影響。對監測結果進行分析可以得出:

1)第一道支撐軸力最大處出現在 Z4監測點，監測值為4 041.9 kN，達到了報警值。從圖2～圖5可以看出，在第三層土方開挖結束后和底板養護期間，Z1～Z7監測點軸力值出現兩個小峰值，這兩個時間段可能出于整個支撐體系應力調整平衡階段。在第三層土方開挖結束后各監測點的軸力值已經接近平穩，在第四道支撐拆除后，軸力值出現了下降趨勢。

圖2 基坑東區第一道撐代表測點變化歷時曲線圖（2009年）

圖3 基坑東區第二道撐代表測點變化歷時曲線圖（2009年）

圖4 基坑東區第三道撐代表測點變化歷時曲線圖（2009年）

2)四道支撐中，第二道支撐軸力變化最大，設計報警值為6 500 kN，其中有接近60%的監測點超過了報警值，而且從圖3可以發現，這些監測點在第三層土方開挖結束后就基本上達到了報警值，顯然這和第三層土方開挖面暴露時間長有直接關系。第三、四道支撐軸力變化相對平穩，沒有出現較大波動，在支撐拆除前都沒有達到報警值，這也和支撐施工及時有關。

圖5 基坑東區第四道撐代表測點變化歷時曲線圖（2009年）

3)整個測試過程中，從各道支撐的實測結果來看，第二、三道支撐軸力并不符合理論設計中的逐漸變大趨勢。

4)第一道支撐2組測點、第二道支撐5組測點超出報警值，與外界溫度，基坑周邊施工環境(施工機械、材料的堆放等)等因素的影響存在關系。

3 結論與建議

3.1 主要結論

本文介紹了某基坑工程的混凝土支撐軸力監測流程及結果，由監測結果可以得出:

1)整個監測階段，第一道支撐軸力呈平穩波動趨勢，總體處于安全狀態;第二～第四道各支撐軸力總體呈增大趨勢，但是自上而下各支撐軸力并沒有呈現變大趨勢。這與目前使用的土壓力的理論計算公式選取有關，土壓力并沒有呈現三角形分布，而是梯形分布。

2)進行軸力測試時，應固定時間、固定儀器，巡視現場施工情況，以消除儀器、溫度、施工帶來的附加測試誤差。通過對不同儀器進行對比測試，差值總體呈正態分布，總體頻率差值在±0.3之間。讀數誤差可能與儀器設備的激發電流有關。

3)軸力的測試結果應該配合測斜測試結果加以綜合判斷，使監測數據更加符合實際工況。

4)根據本次的監測結果，第二、第三道支撐承擔了大部分的軸力，此結論與測斜結果(此部分地墻變形值最大)一致。

3.2 建議

1)根據立柱隆沉的監測數據來修正軸力的監測結果，有待進一步研究出方便快捷的修正方式。

2)目前使用的軸力計算公式，沒有考慮混凝土支撐裂縫、混凝土模量變化帶來的影響。

3)不同斷面尺寸、配筋率情況下，kN/Hz的變化值應該加以對比研究，以方便現場快速判斷軸力變化值。

［1］趙 亮，李偉強，瞿少尉.影響鋼筋混凝土支撐軸力因素的研究［J］.山西建筑，2011，37(20):80-81.

［2］葉 強，吳慶令.某深基坑工程的監測分析與變形特性［J］.巖土工程學報，2010，32(sup):541-543.

［3］魯智明，和再良，陳 剛.基坑工程監測中鋼筋混凝土支撐軸力測試計算方法［J］.上海地質，2010(1):46-48.

［4］潘隆武.地鐵車站基坑施工過程監控及數值模擬研究［D］.長沙:長沙理工大學，2011.

［5］DG/TJ 08-2001-2006，基坑工程施工監測規程［S］.