明挖地鐵車站樁體位移測斜及鋼支撐軸力的關系

白 光 宇

(石家莊市軌道交通有限責任公司，河北 石家莊 050011)

明挖地鐵車站樁體位移測斜及鋼支撐軸力的關系

白 光 宇

(石家莊市軌道交通有限責任公司，河北 石家莊 050011)

介紹了樁體測斜儀與鋼支撐及軸力頻率讀數儀的工作原理，針對明挖地鐵車站基坑開挖過程中圍護樁樁體測斜及鋼支撐軸力的監測成果進行分析討論，總結了樁體位移與鋼支撐軸力之間的關系，對保證基坑的安全性具有重要意義。

地鐵，明挖車站，基坑開挖，施工監測

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號線與遠期4號線換乘車站，采用T型換乘方式。車站起點里程K14+607.530，車站終點里程K14+835.190，車站總長227.66 m，標準段寬度22.1 m，盾構端頭井段寬度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定，采用圍護樁與鋼支撐結合的形式進行基坑支護，并使用樁體測斜儀及鋼支撐頻率測試儀進行基坑穩定性監測。

2 工作原理

1)樁體測斜儀工作原理。主體圍護樁施工過程中，在鋼筋籠靠近基坑一側綁扎直徑為70 mm內側帶有滑槽的PVC管也就是測斜管，測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。待圍護樁及冠梁擋墻施工完成后，將PVC管接出至地面高150 mm～200 mm處以方便測量。北宋站監測樁體位移使用的儀器為差動電容式測斜儀，測斜儀上下各有一對滑輪，上下輪距500 mm，其工作原理是利用測斜儀中的兩塊垂直電極板，在豎直狀態下兩塊電極板間電壓為0，當測斜儀在測斜管內產生傾斜時，電極板便產生電壓，通過對電壓的測定來確定偏移距離，從而可以得知被測樁體的變形量的變化值。2)鋼支撐及軸力頻率讀數儀工作原理。a.基坑圍護結構的設置。車站基坑豎向設置三道支撐，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。鋼管支撐分節制作，管節間采用法蘭盤螺栓連接。圍檁采用雙拼工45b型鋼，鋼圍檁連續封閉、交圈，基坑角處采用剛性連接；角撐處圍檁背后增設抗剪蹬;鋼圍檁和樁應密貼。鋼牛腿三角托架采用L80×8角鋼加工焊接制作而成。每個鋼牛腿采用兩個脹管螺栓固定于圍護樁上，每根圍護樁設置一個鋼牛腿。鋼圍檁吊裝就位，并將其與圍護樁上的預埋鋼板焊接在一起。b.軸力頻率讀數測量。鋼支撐軸力頻率讀數的測量由軸力計及頻率讀數儀組成，軸力計在架設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軸力計，使軸力計產生振弦頻率變化，再使用軸力頻率讀數儀進行讀數，讀出頻率值后使用公式進行換算，從而得知鋼支撐軸力大小。由此可知，在圍護樁受到來自基坑外土體的側向土壓力產生形變時，圍護樁內測斜管也會隨之產生形變，從而影響測斜儀讀數，而鋼支撐在架設時會施加一個預加軸力，軸力會在基坑開挖及支護過程中受到側向土壓力的影響從而產生變化。可以猜想，在圍護樁受土壓力而產生形變的過程中，會通過鋼圍檁影響鋼支撐受力情況，由此進行論證。

3 樁體測斜位移與鋼支撐受軸力關系

1)測點選擇。北宋站第六施工段于2015年3月進行土方開挖并及時對基坑進行鋼支撐支護， 圖1為北宋站第六施工段施工監測平面布置圖，由圖可知北宋站第六施工段第一道鋼支撐同時存在130號樁樁體測斜監測點ZQT04，ZQT10以及軸力計ZL06。由于在其斷面上的第二道鋼支撐Z2-49所施加預加軸力相比第一層及第三層更大，鋼支撐選擇Z2-49軸力計編號為ZL06-02進行監測論證。由于北宋站第六施工段基坑南側貼近中山路由西向東方向機動車道路2 m，車輛動載較大，故選擇北側圍擋內距離機動車道7 m的ZQT04樁體位移監測點，及距地表埋深8 m處的第二層鋼支撐Z2-49軸力計編號ZL06-02進行監測論證。

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

3)監測數據情況。由圖2鋼支撐軸力與樁體位移測斜儀關系圖可知鋼支撐軸力與樁體位移測斜值之間的關系。3月14日架設Z2-49號鋼支撐，隨著基坑開挖，鋼支撐受力逐步增大，至3月17日Z2-49號鋼支撐周圍鋼支撐全部架設完成，軸力下降并趨于平穩，在鋼支撐軸力顯著增大過程中，未見130號樁樁體測斜監測點ZQT04所測數值有顯著升高，并且在鋼支撐所受軸力下降并趨于穩定時同樣未見監測點ZQT04所測數值有顯著下降，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停靠施工，可見Z2-49所受軸力有顯著升高，但監測點ZQT04所測數值依然沒有升高的趨勢。

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，監測點ZQT04所測數值為無規律的浮動。

4 結語

由圖中數據可知，受基坑開挖、鋼支撐安拆、基坑周圍荷載增加等因素的影響，所檢測的Z2-49鋼支撐的軸力呈現出規律性的變化。而ZQT04號監測點所測的樁體測斜數據則無明顯的規律性變化，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律性聯系的結論。

由于明挖車站圍護樁整體形成排樁效應，樁體傾斜可以更為直接的反映出圍護樁受力及基坑變形狀態。而鋼支撐的支撐形式為剛性支撐，所受軸力會隨周圍環境因素的變化而變化，在施工監測中，單純的給出鋼支撐軸力范圍的作為基坑穩定安全的判斷依據是不科學的。在施工監測的過程中，鋼支撐的軸力宜作為基坑是否穩定的輔助參考數據。

[1] 劉建航,侯學淵.基坑工程手冊[M].北京：中國建筑工業出版社,1997.

[2] 高俊合,趙維炳,施建勇,等.基坑測斜技術研究[J].河海大學學報，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

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