温度对地铁基坑混凝土支撑轴力影响分析

王 辉

(石家庄市轨道交通有限责任公司)

1 工程概况

东里站位于中华南大街与裕华西路高架交叉口立交桥东北角，沿中华南大街方向布置，车站有效站台中心里程为右DK7 +583.000，起始里程为右DK7 +485.690，终点里程为右DK7 + 709.314。车站纵向为2‰下坡。车站全长223.62 m，结构标准段总宽度21.1 m，标准段开挖深度约18.0 m，大里程盾构井段开挖深度约为16.64 m。

标准段及盾构井段主体围护结构采用钻孔灌注桩+内支撑型式，第一道为C30钢筋混凝土支撑，支撑截面800×900 mm;第二、三道(盾构井处为四道)为ψ630(t =16 mm)钢管支撑。

轨排井位置围护结构采用围护桩+锚索支撑型式，第一排锚索间距3 m，每孔3 股钢绞线，锚索总长度20.5 m，锚固段15 m，自由段5.5 m;第二至四排锚索间距1.5 m，每孔4股钢绞线。其中第二排锚索总长度22 m，锚固段17 m，自由段5 m;第三、四排锚索总长度20 m，锚固段15 m，自由段5 m。

2 混凝土支撑轴力监测方法

2.1 监测元件埋设情况

按照东里站施工图及相应的规范要求，东里站选取混凝土应变计对混凝土支撑轴力进行监测。其安装方法:绑扎混凝土支撑钢筋笼时安装钢弦式混凝土应变计，埋设位置在混凝土支撑总长度的1/3 处，应变计绑扎在钢筋主筋上平行于主筋轴线方向，分别埋设在混凝土支撑截面四个面的中间位置。

2.2 混凝土支撑轴力测量原理

2.3 混凝土支撑轴力测点的布设

根据本工程的支护方案要求及环境制约因素，进行监测点的布设，并在混凝土支撑ZL04－1 和ZL03－1 两侧布设桩顶水平位移测点，同时为了保证各检测项目数据的对比性，将桩顶水平位移测点、桩体变形位移测点及支撑测点保持在同一断面上。混凝土支撑轴力测点布置如图1 所示。

图1 混凝土支撑布点图

3 监测数据分析

3.1 预警情况

监测初期，混凝土支撑ZL03－1，ZL04－1，ZL05－1，ZL02－1 测点的支撑轴力实测值随着开挖深度的加大，支撑轴力由负变正。在混凝土支撑轴力测点ZL04－1，监测轴力值1 385.54 kN，设计轴力1 269.7 kN，黄色预警值为设计轴力值的80%(1 015.76 kN)，实际监测值超出黄色预警值370.08 kN。此时，预警支撑下的基坑开挖深度为6.5 m，第一道钢支撑架设完成，轨排井处第二道锚索张拉完毕。从各个监测项目数据来分析及现场混凝土支撑表面看，支撑未出现裂缝、裂纹等不安全或失稳迹象，同步监测的支护结构桩体水平位移监测(测斜)和桩顶水平位移监测值也没有突然变化的趋势，一直处于变形比较稳定的状态。

为确保基坑安全，现场停止土方开挖并加强监测频率，在ZL03－1、ZL04－1 两道混凝土支撑南北两侧分别增设两道钢支撑，施加在支撑冠梁上。新增两根钢支撑的预加轴力为450 kN，目的防止混凝土支撑轴力继续增大。但在加上新增钢支撑后，连续7 d 监测的结果表明基坑各项变形暂时比较缓慢处于稳定趋势，支撑未出现裂纹等不安全、失稳迹象，但混凝土支撑测点ZL04－1 监测轴力值还是持续增大，并没有起到增设钢支撑的目的。

3.2 温度及外界因素对混凝土支撑轴力的影响

在持续监测过程中，随着开挖深度及气温升高，混凝土支撑轴力也随之增大。图2 为持续监测中温度与混凝土支撑轴力的关系。由图2 所示，混凝土支撑轴力的变化与气温的变化趋势比较吻合，并且混凝土支撑轴力的变化滞后于气温的变化，因为混凝土本身结构影响温度从外部传到内部有个时间延迟，同样温度从内部散发出来也是有个时间过程，因此监测出来的轴力值和温度变化有个时间差。

图2 气温和混凝土支撑轴力值的趋势图

结合不同时间不同温度下支撑轴力与温度的关系，又进一步在同一天，同一施工工况情况下对混凝土支撑进行监测，监测数据见图3。

图3 同一天混凝土支撑轴力和温度的变化曲线

由图3 可知:多个混凝土支撑轴力值在一天中的变化趋势是同步的，在同一天，同一施工状况的条件下，不同时间不同温度测得的混凝土支撑轴力不同，在早上温度较低时和下午温度较高时测得的混凝土支撑轴力值最大可相差800 kN，混凝土支撑轴力曲线与温度曲线趋势基本吻合，并且轴力值变化与温度变化之间有个时间差。因此，混凝土支撑轴力元件受温度影响很大。即在温度较高时监测到的轴力值并非全部由荷载产生，部分原因由温度的影响而造成的。因此，在监测混凝土支撑轴力时要记录当时监测时的温度，在进一步计算支撑轴力时需要将温度带来的轴力值消除掉。

在监测过程中还发现日照时间长短也对混凝土支撑轴力的变化有影响。由于车站基坑是南北走向，混凝土支撑四个截面分别受到的日照时间不同，其四个面的轴力值变化也不同。混凝土阳面及顶面变化量大于阴面和底面。

4 结 语

(1)在混凝土支撑轴力达到报警值时，增加钢支撑，检测轴力值仍持续增大，并不能完全达到增加钢支撑的目的。

(2)检测轴力受温度影响较大，并滞后于温度变化规律，在计算支撑轴力时需要将温度带来的轴力值消除。同时，日照时间长短对混凝土支撑轴力的变化也有影响，混凝土阳面及顶面轴力变化量大于阴面和底面。

(3)在基坑工程对设计计算分析的施工和施工质量控制中，可以考虑适当提高钢筋混凝土支撑的轴力监测报警值。在实际的监测过程中，需要结合施工工况及此断面其他监测项目数据的分析，综合考虑基坑是否处于安全状态。

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