楊春柳

(上海匯谷巖土工程技術(shù)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(fā)展空間已成為必然趨勢。更深、更大、更復(fù)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(shè)計(jì)和施工提出了更高的要求［1-5］。鋼筋混凝土內(nèi)支撐+地連墻作為一種目前普遍運(yùn)用的基坑圍護(hù)形式，無論從工程投資角度還是施工工期而言都占據(jù)整個工程的較大比例。一方面是設(shè)計(jì)者的“安全可靠”，另一方面是業(yè)主要求的“經(jīng)濟(jì)合理”，兩者需要很好的平衡，歸根結(jié)底是要確保工程安全有序的進(jìn)行?；油馏w卸荷引起坑內(nèi)外側(cè)土壓力失衡，此時圍護(hù)體系特別是支撐將起到抵抗外側(cè)土壓力以維持內(nèi)外平衡的作用，但由于土體作用的非確定性(土質(zhì)的地域性和干擾因素的復(fù)雜)、施工和設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)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(jiān)控基坑特有的規(guī)律進(jìn)行發(fā)展，確保施工的安全進(jìn)行，驗(yàn)證設(shè)計(jì)結(jié)果的合理性，鋼筋混凝土軸力監(jiān)測就顯得很有必要。

依托實(shí)際工程實(shí)例，實(shí)際監(jiān)測結(jié)果與設(shè)計(jì)理論值進(jìn)行對比，對存在的可能影響測試結(jié)果的原因進(jìn)行分析總結(jié)，為以后工程獲得更為合理的監(jiān)測結(jié)果提供借鑒。

1 工程概況及周邊環(huán)境

本項(xiàng)目位于浦東陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)，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(shè)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(qū)分期施工。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻加鋼筋混凝土支撐體系?？渴兰o(jì)大道區(qū)間隧道側(cè)的地下連續(xù)墻厚1 000 mm，深42 m;靠張楊路共同溝側(cè)的地下連續(xù)墻厚1 000 mm，深36 m;靠嶗山路側(cè)的地下連續(xù)墻厚800 mm，深36 m(靠近地鐵隧道側(cè)部分深42 m)，中隔墻采用厚800 mm，深32 m的地下連續(xù)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(xiàng)目圍護(hù)平面及軸力測點(diǎn)布置圖見圖1。

2 監(jiān)測流程

2.1 軸力測點(diǎn)布置及安裝

混凝土支撐軸力監(jiān)測點(diǎn)布置在支撐內(nèi)力較大的支撐上。每道支撐平面內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)不少于3個且每道支撐軸力監(jiān)測點(diǎn)位置在豎向上保持一致;支撐軸力測點(diǎn)與圍護(hù)體測斜監(jiān)測點(diǎn)對應(yīng)。為獲得較真實(shí)的支撐軸力數(shù)據(jù)，對鋼筋混凝土支撐在每道支撐選擇左右兩側(cè)中間部位的主筋上進(jìn)行力傳感元件(鋼筋應(yīng)力計(jì))的安裝，取其測量平均值作為支撐軸力監(jiān)測值，以減少支撐的“梁件”作用影響。

傳感器(鋼筋應(yīng)力計(jì))的安裝主要采用焊接的方式進(jìn)行，為保證應(yīng)力分布的一致性及應(yīng)變的協(xié)調(diào)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(shè)置套管等加以保護(hù)。本項(xiàng)目共布設(shè)56組測點(diǎn)。

圖1 項(xiàng)目圍護(hù)平面及軸力測點(diǎn)布置圖

2.2 軸力測試原理

鋼筋混凝土支撐軸向受壓計(jì)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(yīng)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(jì)算出該支撐的軸向壓力，再取均值，得最終該支撐軸力計(jì)算值。混凝土支撐軸向受壓計(jì)算公式為:

式中:N——鋼筋混凝土支撐計(jì)算軸力，N;

σs——實(shí)測單根鋼筋應(yīng)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(yīng)變，無量綱。

傳感器埋設(shè)前檢查其無受力狀態(tài)時頻率f0，當(dāng)其與出廠標(biāo)定的頻率f0在誤差范圍內(nèi)時方可以采用。在基坑開挖前，應(yīng)連續(xù)測讀3次，取其平均值作為軸力計(jì)算初始頻率。日常監(jiān)測值與初始值的差值為其累計(jì)變化量，本次值與前次值的差值為其本次變化量。

2.3 數(shù)據(jù)分析

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

1)第一道支撐軸力最大處出現(xiàn)在 Z4監(jiān)測點(diǎn)，監(jiān)測值為4 041.9 kN，達(dá)到了報警值。從圖2～圖5可以看出，在第三層土方開挖結(jié)束后和底板養(yǎng)護(hù)期間，Z1～Z7監(jiān)測點(diǎn)軸力值出現(xiàn)兩個小峰值，這兩個時間段可能出于整個支撐體系應(yīng)力調(diào)整平衡階段。在第三層土方開挖結(jié)束后各監(jiān)測點(diǎn)的軸力值已經(jīng)接近平穩(wěn)，在第四道支撐拆除后，軸力值出現(xiàn)了下降趨勢。

圖2 基坑?xùn)|區(qū)第一道撐代表測點(diǎn)變化歷時曲線圖（2009年）

圖3 基坑?xùn)|區(qū)第二道撐代表測點(diǎn)變化歷時曲線圖（2009年）

圖4 基坑?xùn)|區(qū)第三道撐代表測點(diǎn)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(shè)計(jì)報警值為6 500 kN，其中有接近60%的監(jiān)測點(diǎn)超過了報警值，而且從圖3可以發(fā)現(xiàn)，這些監(jiān)測點(diǎn)在第三層土方開挖結(jié)束后就基本上達(dá)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(guān)系。第三、四道支撐軸力變化相對平穩(wěn)，沒有出現(xiàn)較大波動，在支撐拆除前都沒有達(dá)到報警值，這也和支撐施工及時有關(guān)。

圖5 基坑?xùn)|區(qū)第四道撐代表測點(diǎn)變化歷時曲線圖（2009年）

3)整個測試過程中，從各道支撐的實(shí)測結(jié)果來看，第二、三道支撐軸力并不符合理論設(shè)計(jì)中的逐漸變大趨勢。

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

3 結(jié)論與建議

3.1 主要結(jié)論

本文介紹了某基坑工程的混凝土支撐軸力監(jiān)測流程及結(jié)果，由監(jiān)測結(jié)果可以得出:

1)整個監(jiān)測階段，第一道支撐軸力呈平穩(wěn)波動趨勢，總體處于安全狀態(tài);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(xiàn)變大趨勢。這與目前使用的土壓力的理論計(jì)算公式選取有關(guān)，土壓力并沒有呈現(xiàn)三角形分布，而是梯形分布。

2)進(jìn)行軸力測試時，應(yīng)固定時間、固定儀器，巡視現(xiàn)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(jìn)行對比測試，差值總體呈正態(tài)分布，總體頻率差值在±0.3之間。讀數(shù)誤差可能與儀器設(shè)備的激發(fā)電流有關(guān)。

3)軸力的測試結(jié)果應(yīng)該配合測斜測試結(jié)果加以綜合判斷，使監(jiān)測數(shù)據(jù)更加符合實(shí)際工況。

4)根據(jù)本次的監(jiān)測結(jié)果，第二、第三道支撐承擔(dān)了大部分的軸力，此結(jié)論與測斜結(jié)果(此部分地墻變形值最大)一致。

3.2 建議

1)根據(jù)立柱隆沉的監(jiān)測數(shù)據(jù)來修正軸力的監(jiān)測結(jié)果，有待進(jìn)一步研究出方便快捷的修正方式。

2)目前使用的軸力計(jì)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(yīng)該加以對比研究，以方便現(xiàn)場快速判斷軸力變化值。

［1］趙 亮，李偉強(qiáng)，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(qiáng)，吳慶令.某深基坑工程的監(jiān)測分析與變形特性［J］.巖土工程學(xué)報，2010，32(sup):541-543.

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

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

［5］DG/TJ 08-2001-2006，基坑工程施工監(jiān)測規(guī)程［S］.