深基坑开挖多因素对混凝土支撑轴力影响分析

深基坑开挖多因素对混凝土支撑轴力影响分析

王鸿杰,潘祥武

深圳市房屋安全和工程质量检测鉴定中心 广东省深圳市 518052

【摘要】为分析深基坑开挖多因素对混凝土支撑轴力监测数据中出现的影响情况，根据深圳市公安局第三代指挥中心项目，深入分析施工过程中混凝土支撑轴力监测数据超出预警值情况，结合其他监测项目数据共同分析支撑轴力监测数据预警的合理性。

【关键词】深基坑 支撑轴力

引言

本文根据深圳市公安局第三代指挥中心项目的设计方案和实际监测数据，结合现场施工场地狭窄，周边房屋密集且离基坑近等情况，对深基坑开挖过程中对混凝土支撑轴力监测数据的影响因素进行了初步分析。

1工程背景

1.1工程概况

工程位于深圳市罗湖区解放路4018号，拟建场地现为停车场，地下室建筑面积：1.29万平方米。设有4层地下室，局部2~3层，建筑物6层。基坑采用桩径1.2m钢筋砼咬合桩+钢筋砼内支撑和钢筋砼灌注桩+高压旋喷桩联合支护形式进行支护，开挖深度为9.5~19.5m，基坑安全等级一级。

                   支撑、栈桥参数表            表1

1.2场地岩层特征

在基坑开挖深度范围内主要涉及杂填土、含砾黏性土、砾质粘性土等土层。具体参数如下表：

                  土层参数表                        表2

2支撑轴力预警

图1 第三层支撑轴力监测点布置图

本工程使用混凝土应变计并配合SSC-101型振弦式频率读数仪进行测量，混凝土应变计工作原理为：将应变计平行于结构应力方向采用尼龙捆扎在结构钢筋上，系数K由厂商根据内部钢弦长度和直径计算得出。

2018年11月21日开始对基坑支护结构进行监测，支护结构严格按照设计图纸要求进行施工。2019年7月9日，基坑工程北侧支撑轴力监测点ZL32（如图1所示）轴力值为10532.8kN，超出预警值10500kN。附近测点水平位移监测点S02、S03、S04累计值分别为3.9mm、10.6mm、-2.8mm未超预警值25mm。北侧测斜点CX02最大累计变化为-1.88mm；东北侧测斜点CX03最大累计变化为 17.06mm。现场巡视未发现支撑、墙后等出现裂缝，基坑整体处于安全可控。以此为出发点，对轴力影响因素进行分析、总结。

2.1动荷载因素

从设计文件及现场情况可知，由于现场作业空间限制，支撑上方设栈桥为土方运输、重型机械作业车道，预警区域处于地下室三层土方出土口位置，受到重载车辆运输、机械坐作业动态影响。

图2 机械、运输车辆作业

2.2支护结构变形及立柱沉隆的影响

由图3立柱沉降监测数据及施工工况，可知立柱沉降发生变化的主要是在（2019年2月至6月）基坑土方开挖期间，后续数据变化趋于平缓。对比支撑轴力值曲线图（图4），2019年3月至7月，轴力值明显增大变化。基坑开挖过程中，基坑内外主被动土压力转变，从而引起立柱沉隆及围护结构变形。支护结构、立柱之间变形并非是简单轴向受力，在立柱与支撑节点处传来的弯矩及扭矩的作用，出现应力分布不均，计算轴力会也存在一定差异。

图3 立柱竖向位移曲线图

图4 支撑轴力曲线图

2.3周边水位上升的影响

由图4，可知，2019年3月，监测点SW02~SW04水位急剧下降，直到4月9日基坑北侧SW02、东北侧SW03、南侧SW04监测数据分别为-3687mm、-4030mm接近或超预警值4000mm。施工单位对基坑侧壁渗水点进行封堵，在周边采取回灌措施。

由图5，可知，现场通过采取了措施后，水位出现整体呈现上升趋势，且曲线趋于平缓。由曲线可知，在2019年5月18日至8月4日，监测点SW02、SW03水位升降量出现了明显的上升，支撑轴力出现了不同程度增大趋势。

图5 地下水位曲线图

3其他因影响分析

3.1环境温度的影响

本工程采用的应变计，当结构体的线膨胀系数与应变计中钢弦不一致时，温度变化会引起变化。结构线体线膨胀系数为，测量应变为ε，单位με，测量温度为

，初读数温度为；

修正后应变为ε修=ε-（-）(-)

式中：

=12.2，即钢弦线膨胀系数为12.2με/℃；

=10，即一般情况下钢筋混凝土的线膨胀系数10με/℃。

3.2初始值采集因素

本工程采用应变计量测混凝土支撑轴力计算公式：

式中：

-支撑轴力（kN）；

-混凝土和钢筋的弹性模量（kN/mm2）；

-混凝土截面积和钢筋截面面积（mm2）；

-支撑截面积（mm2）；

-第j个应变计标定系数(10-6/Hz2)；

-第j个应变计的监测频率（Hz）；

由上式可知，初值采集对后期轴力计算数据有明显的影响。本工程支撑轴力初始值的采集是在混凝土支撑浇筑养护28天后，进行数据采集，可有效避免混凝土硬化收缩应变计产生附加压力。

3.3土方开挖顺序不同的影响

岩土具有弹性、塑性及流变性特征，是一种粘弹塑性体。不同的开挖顺序和速度对基坑变形影响不同。

由岩土工程勘察报告及表1，可知，场地大部分土层为可塑~硬塑，岩体质量等级为Ⅴ级。基坑土方开挖卸荷按要求分区分层开挖及超挖，未引起支护结构侧向、扭矩明显变形。

4结语

由土方开挖卸载过程中，周边环境变形引起支护结构体系受力变化。支撑轴力的变化由多种因素共同作用，有荷载、温度、土方开挖顺序不同多种因素共同影响。对于轴力监测异常有必要进行多方面因素分析，准确对基坑工程安全进行研判。

参考文献

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