深基坑内支撑体系轴力监测探讨

深基坑内支撑体系轴力监测探讨【内容提要】针对武汉市轨道交通二号线一期工程循礼门站地铁车站土建工程的基坑支撑体系的轴力监测情况。

在以下本人简单的介绍一下在施工过程中遇到的问题解决办法.
【关键词】钢支撑、混凝土支撑、轴力计、应力计
1.工程概况
循礼门车站为标准地下两层车站，地下一层为站厅层；地下二层为站台层。

外包总长182m，标准段外包宽29m.站台为地下两层岛式站台，主体建筑面积为10191.1m2，出入口通道、风道（风亭）建筑面积为3272.2m²，车站主体建筑面积13463.3m²。

车站主体结构采用明挖法施工，在跨越京汉大道段采用盖挖顺作法施工。

沿车站长度方向(由解放大道向京汉大道方向）依次分别开挖施工。

车站主体结构采用钢筋混凝土箱型结构，围护结构采用地下连续墙加内支撑，围护结构与主体结构采用复合墙的连接方式。

车站主体设全外包防水层。

盖挖段基坑底部采用旋喷被动区土体加固，加固厚度为坑底3米。

本站位于汉口解放大道与京汉大道之间的江汉路正下方，平行于江汉路布设。

基坑东南侧为房地产开发商和记黄埔用地；基坑周边主要建（构）筑物有：基坑西侧的循礼门地下通道、基坑东侧的京汉大道上轻轨1号线桥梁区间、基坑西南侧大润发商场、基坑西北侧30层武汉船舶工业公司大楼、基坑东北28层的世纪大厦大楼。

2.设计背景
本车站位于武汉市解放大道与京汉大道之间的江汉路上，江汉路北侧为武汉船舶工业公司用地，后面是一栋30层的高层建筑，南侧为地面3层、地下1层砼框架结构的大润发超市，已建成的轻轨一号线江汉路站位于站位的东北角。

车站所处的位置以北为解放大道，以南为京汉大道，车流量大。

由于该工程基坑所在位置处于闹市区，基坑西南侧大润发商场和轻轨桥墩距离基坑2－3m，周围的高大建筑物距离基坑较近，所以基坑的支撑体系采用了围护结构与内支撑共同作用的体系。

所以在后续的开挖和主体施工过程中，内支撑体系的轴力监测是非常重要的一项内容，尤其是开挖阶段的轴力监测，会为后阶段的施工起到一定的指导作用。

3.轴力监测方案及实施
3.1混凝土支撑：
（1）采用振弦式钢筋应力计进行轴力监测。

（2）根据围护结构施工图纸中的设计，在11个断面安装钢筋计，所以在实际安装过程中，依次将22个钢筋应力计安装在了11道混凝土支撑内，且安装在同一截面，该截面上下侧各安装1支。

（3）钢筋应力计应安装在截断支撑主筋的部位，并与两端进行搭接焊。

但由于现场的条件限制，主筋不能截断，因此考虑如果通过小段钢筋将钢筋计平行焊接在主筋旁边，则会影响监测效果，这样则会使钢筋内力传力不明确，不能得到真实的监测结果。

因此采用将钢筋计绑扎在截面的上下侧，利用变形协调的原理，可计算出混凝土的应变值，从而换算出整个截面乃至整道支撑的轴力值。

为了有利于钢筋计与混凝土的变形协调，在安装过程中，每个钢筋计的两端都焊接了一小段Φ20－22的螺纹钢。

如图1、图2所示所示。

图1 钢筋计端头处理 图2 钢筋计绑扎
（4）混凝土支撑轴力的计算公式为： c g g
AE N F A E = 220()F K f f =-
N －混凝土支撑轴力； A －混凝土支撑截面面积；
g A －钢筋计截面面积； F －钢筋计内力；
g E －钢筋计弹性模量； c E －混凝土弹性模量；
f －钢筋计本次频率； 0f －钢筋计初始频率；
K －钢筋计标定系数
因为整个截面既有混凝土也有钢筋，所以实用截面模量和截面面积时应分别考虑混凝土和钢筋，但由于钢筋截面总面积相比支撑截面面积来说极小，为了简便计算，可以忽略。

故将整个截面视为混凝土，利用混凝土弹性模量计算截面应力。

（5）监测时，由于在开挖刚开始时，土体对于基坑周边的地下连续墙的支撑作用立即消失，内侧土压力卸荷，开挖面以上的土压力由静止土压力迅速变为主动土压力，为了达到平衡，卸下的这一部分土压力转嫁给了混凝土支撑梁。

所以在开挖开始的一段时间里，混凝土轴力会急速增加。

这一截断，应对轴力进行1天1次的监测工作，必要时进行1天2次或多次的监测。

保障施工安全与
施工进度的正常运行。

待开挖一段时间后，该段的开挖面以上的地连墙暴露了一段时间，所受外力与自身的变形趋于了稳定，或者变化速率极小，此时可以对监测频率进行必要的调整，即3天1次或一周1次的监测工作。

具体的频率应视测量结果而定。

3.2钢支撑：
（1）采用振弦式轴力计。

（2）与混凝土支撑轴力监测一样，将轴力计安装在了11个断面，即11道支撑上。

安装的轴力计的量程即吨位必须大于该层支撑的设计轴力。

所以轴力计吨位分为250T、350T和500T三个级别，分别安装在二、三和第四道支撑上。

如图所示轴力计平面布置：
图3 轴力计平面图
（3）本工程应用轴力计来量测钢支撑的轴力，《武汉市轨道交通二号线一期工程施工图设计循礼门站结构施工图》（02209-s-JG-01-035、02209-s-JG-01-036和02209-s-JG-01-037）。

轴力计通过安装架来固定在钢支撑的端头。

轴力计安装见下图所示：
图4 轴力计安设示意图
轴力计托盘的中心应与钢支撑的轴线对中，防止因为偏心对监测结果产生的影响。

（4）钢支撑和轴力计安装后，即可确定支撑的轴向荷载和偏心荷载。

钢支
撑变形主要体现在钢支撑的位移上，采用视准线法和水准法量测
（5）钢支撑轴力计算公式为： 220()F K f f =-
F －钢支撑轴力； f －轴力计本次频率；
0f －轴力计初始频率； K －轴力计标定系数
（6）本项目观测周期定为：地下连续墙开挖期间每三天观测一次。

土方开挖深度3米前每五天观测一次；开挖达3米以下至基坑坑底期间，每周观测二～三次；基础施工期间每周观测一次；基坑稳定维护观测期间每10～15天观测一次。

当出现异常时进行加密观测或连续监测。

3.3应该注意的问题：
（1）温度：本工程位于武汉市区。

由于开挖时正处于夏季，一天中气温温差变化较大，早中晚的温度变化对支撑体系的影响不能忽略，尤其对钢支撑的热胀冷缩效应明显。

混凝土支撑轴力的监测值和温度的变化存在直接的关系,测试温度和初测温度差距越大,所测算的轴力和实际轴力偏差也就越大。

钢筋计与轴力计的标定数据都是在室温恒定且理想的情况下进行的测定，因此在现场的测量中，应对所测数据计入温度效应的影响。

但由于现场没有对温度补偿或温度影响参数测定的条件，所以在轴力监测时，应统一在一天的同一时间进行观测，或者先进行气温的测量，待气温相同是，再对支撑进行轴力观测，这样，所得数据将可以较为准确的表现真实值。

（2）初始值：
对于混凝土支撑来说，在浇筑后其本身的收缩变形会进行一段时间，所以在浇筑后马上测量初始值，会对以后的测量结果带来很大的影响。

此时混凝土没有停止收缩，监测结果中包含有这一变形，由此计算出的钢筋计内力和支撑轴力会偏大，反映不出真实结果。

故初始值测量的时间选择尤为重要。

混凝土支撑轴力的初始值应在混凝土支撑浇注完毕达28d 强度后、基坑开挖前进行采集,这样可
图5 轴力计安装
有效剔除因混凝土的硬化收缩而使钢筋计产生的附加压力。

由于本工程工期的限制，所以28d的要求不可能达到，土方开挖是在混凝土支撑浇筑10天左右后进行，所以初始值测量必须在这之前进行，这样就无法彻底地消除混凝土收缩变形对钢筋计变形的影响，也无法准确的得到支撑所受外力对钢筋计变形的影响。

按照这样监测下去，得到的结果势必比真实值偏大，所以在这种情况下，考虑适当放大设计轴力和预警值。

（3）在混凝土收缩和徐变发展速度较快的相当长一段时间内,测得的钢筋混凝土支撑内力大于实际内力,实际内力并非有监测得到的异常结果那么大,而且大量的工程事实也支持着这一结论。

此时混凝土支撑并未出现裂缝，且处于稳定状态，所以可以对预警值进行一定的调整，解决混凝土支撑内力监测中较为普遍出现的结果异常问题。

参考文献：
[1] 铁道第四勘察设计院.《武汉轨道交通二号线首期工程循礼门站围护结构图》
[2] 《武汉市轨道交通二号线工程循礼门站基坑施工期围护结构、周边土体和建（构）筑物监测专项方案》
[3] 高德恒，王小刚，何振元.混凝土支撑轴力监测分析[J].
[4] 李文峰.对地铁基坑混凝土支撑轴力监测精准性的探讨[J]. 隧道设计，2009，2(4).。