溫度對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，車站有效站臺中心里程為右DK7 +583.000，起始里程為右DK7 +485.690，終點里程為右DK7 + 709.314。車站縱向為2‰下坡。車站全長223.62 m，結構標準段總寬度21.1 m，標準段開挖深度約18.0 m，大里程盾構井段開挖深度約為16.64 m。

標準段及盾構井段主體圍護結構采用鉆孔灌注樁+內支撐型式，第一道為C30鋼筋混凝土支撐，支撐截面800×900 mm;第二、三道(盾構井處為四道)為ψ630(t =16 mm)鋼管支撐。

軌排井位置圍護結構采用圍護樁+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 混凝土支撐軸力監測方法

2.1 監測元件埋設情況

按照東里站施工圖及相應的規范要求，東里站選取混凝土應變計對混凝土支撐軸力進行監測。其安裝方法:綁扎混凝土支撐鋼筋籠時安裝鋼弦式混凝土應變計，埋設位置在混凝土支撐總長度的1/3 處，應變計綁扎在鋼筋主筋上平行于主筋軸線方向，分別埋設在混凝土支撐截面四個面的中間位置。

2.2 混凝土支撐軸力測量原理

2.3 混凝土支撐軸力測點的布設

根據本工程的支護方案要求及環境制約因素，進行監測點的布設，并在混凝土支撐ZL04－1 和ZL03－1 兩側布設樁頂水平位移測點，同時為了保證各檢測項目數據的對比性，將樁頂水平位移測點、樁體變形位移測點及支撐測點保持在同一斷面上。混凝土支撐軸力測點布置如圖1 所示。

圖1 混凝土支撐布點圖

3 監測數據分析

3.1 預警情況

監測初期，混凝土支撐ZL03－1，ZL04－1，ZL05－1，ZL02－1 測點的支撐軸力實測值隨著開挖深度的加大，支撐軸力由負變正。在混凝土支撐軸力測點ZL04－1，監測軸力值1 385.54 kN，設計軸力1 269.7 kN，黃色預警值為設計軸力值的80%(1 015.76 kN)，實際監測值超出黃色預警值370.08 kN。此時，預警支撐下的基坑開挖深度為6.5 m，第一道鋼支撐架設完成，軌排井處第二道錨索張拉完畢。從各個監測項目數據來分析及現場混凝土支撐表面看，支撐未出現裂縫、裂紋等不安全或失穩跡象，同步監測的支護結構樁體水平位移監測(測斜)和樁頂水平位移監測值也沒有突然變化的趨勢，一直處于變形比較穩定的狀態。

為確保基坑安全，現場停止土方開挖并加強監測頻率，在ZL03－1、ZL04－1 兩道混凝土支撐南北兩側分別增設兩道鋼支撐，施加在支撐冠梁上。新增兩根鋼支撐的預加軸力為450 kN，目的防止混凝土支撐軸力繼續增大。但在加上新增鋼支撐后，連續7 d 監測的結果表明基坑各項變形暫時比較緩慢處于穩定趨勢，支撐未出現裂紋等不安全、失穩跡象，但混凝土支撐測點ZL04－1 監測軸力值還是持續增大，并沒有起到增設鋼支撐的目的。

3.2 溫度及外界因素對混凝土支撐軸力的影響

在持續監測過程中，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 為持續監測中溫度與混凝土支撐軸力的關系。由圖2 所示，混凝土支撐軸力的變化與氣溫的變化趨勢比較吻合，并且混凝土支撐軸力的變化滯后于氣溫的變化，因為混凝土本身結構影響溫度從外部傳到內部有個時間延遲，同樣溫度從內部散發出來也是有個時間過程，因此監測出來的軸力值和溫度變化有個時間差。

圖2 氣溫和混凝土支撐軸力值的趨勢圖

結合不同時間不同溫度下支撐軸力與溫度的關系，又進一步在同一天，同一施工工況情況下對混凝土支撐進行監測，監測數據見圖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:多個混凝土支撐軸力值在一天中的變化趨勢是同步的，在同一天，同一施工狀況的條件下，不同時間不同溫度測得的混凝土支撐軸力不同，在早上溫度較低時和下午溫度較高時測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基本吻合，并且軸力值變化與溫度變化之間有個時間差。因此，混凝土支撐軸力元件受溫度影響很大。即在溫度較高時監測到的軸力值并非全部由荷載產生，部分原因由溫度的影響而造成的。因此，在監測混凝土支撐軸力時要記錄當時監測時的溫度，在進一步計算支撐軸力時需要將溫度帶來的軸力值消除掉。

在監測過程中還發現日照時間長短也對混凝土支撐軸力的變化有影響。由于車站基坑是南北走向，混凝土支撐四個截面分別受到的日照時間不同，其四個面的軸力值變化也不同。混凝土陽面及頂面變化量大于陰面和底面。

4 結 語

(1)在混凝土支撐軸力達到報警值時，增加鋼支撐，檢測軸力值仍持續增大，并不能完全達到增加鋼支撐的目的。

(2)檢測軸力受溫度影響較大，并滯后于溫度變化規律，在計算支撐軸力時需要將溫度帶來的軸力值消除。同時，日照時間長短對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)在基坑工程對設計計算分析的施工和施工質量控制中，可以考慮適當提高鋼筋混凝土支撐的軸力監測報警值。在實際的監測過程中，需要結合施工工況及此斷面其他監測項目數據的分析，綜合考慮基坑是否處于安全狀態。

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