混凝土支撑轴力监测分析_4.docx

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1、混凝土支撑轴力监测分析混凝土支撑轴力监测分析摘要：结合广州地铁某基坑工程的设计和施工方案，对混凝土支撑轴力监测的原理进行介绍。在对基坑施工经过中轴力监测数据变化进行分析的基础上，对其构成原因进行了讨论，得到一些经历性规律，供类似工程参考。关键词：钢筋混凝土；支撑轴力；监测；分析引言我国基础建设的快速发展，深基坑工程的建设也越来越多，在深基坑施工经过中，深基坑的支护起着举足轻重的作用。只要对基坑支护构造、基坑周围的土体和相邻的构筑物进行全面、系统的监测，才能对基坑工程的安全性和对周围环境的影响程度有全面的了解，支撑构造轴力的监测是基坑工程现场监测的主要内容之一。通过对轴力的监测，可准确把握支护构

2、造的受力状况，进而对基坑的安全性状进行分析，在出现异常情况时及时反应，并采取必要的工程应急措施，甚至调整施工工艺或修改设计方案，进而保证基坑本身和周围建筑物、构筑物的安全，以确保工程的顺利进行。结合广州地铁某基坑工程的设计方案和监测数据，对基坑的混凝土支撑轴力变化进行初步分析。1工程大概情况该工程包括盾构始发井兼轨排井及后明挖段，设计为13跨的闭合框架构造，其中盾构始发井基坑开挖深度约为18.9m，明挖段基坑开挖深度约17.5m；基坑深度范围内大部分为砂层，以淤泥质粉细砂层为主，基坑底部几乎全部位于淤泥质粉细砂层。基坑设计采用800mm厚的地下连续墙+内支撑的围护构造体系。内支撑采用3道支撑体

3、系，第一道为具有一定刚度的冠梁，第二、三道为600、t=14的钢管，在灌梁和斜撑上共埋设13个钢筋混凝土支撑轴力监测点。基坑监测点平面位置见图1。由于基坑开挖深度较大且附近有一级公路高架桥和铁路双线桥，属于一级基坑，必须通过监测随时把握土层和支护构造的内力变化情况，将监测数据与设计预估值进行分析比照，以判定前一步施工工艺和施工参数能否符合预期值，以确定优化下一步施工参数，以此到达信息化施工的目的，确保工程安全。2轴力监测的原理对于混凝土支撑，目前实际工程采用较多的是钢弦式应力计方法测量钢筋的应力，其基本原理是利用振动频率与其应力之间的关系建立的。受力后，钢筋两端固定点的距离发生变化，钢弦的振动

4、频率也发生变化，根据所测得的钢弦振动频率变化即可求得弦内应力的变化值。其计算公式如下：PgK()+bPg平均=(P1+P2+P3+P4+Pn)/ng=Pg平均/SgP混凝土=gS混凝土E混凝土/Eg式中Pg钢筋计轴力；Pg平均钢筋计荷载平均值；g钢筋计应力值；Sg钢筋计截面积；P混凝土混凝土桩荷载值；E混凝土混凝土弹性模量；Eg钢筋弹性模量；S混凝土混凝土桩横截面积。在监测中由于内外部温差变化以及混凝土徐变特性会使钢筋应力计产生一定的伸缩变形，引起其自振动频率变化，因而必须采取必要的修正参数进行温差改正，以提高监测结果的可靠性。3监测方案3.1测点的布置本工程混凝土支撑设计强度等级为C30，弯

5、曲抗压强度为16MPa，抗拉力为1.75MPa，采用钢弦式钢筋计进行轴力监测。监测点位埋设在混凝土支撑中部位置，应力计安装位置如图2所示，分别对应所在的支撑编号后加编1、2、3、4予以区分。3.2监测方法和要求由于混凝土初期浇筑会产生水化热，为了减少温度的影响，在混凝土浇筑24h以后进行量测，在以后的几天内混凝土散热渐次进行，可以为混凝土的收缩是产生应力计中应力的主要来源。现场条件下，为了控制无外荷条件，在混凝土浇筑后47d内，未进行挖土的条件下，连续测得应力计读数与时间的关系，读得应力计读数基本稳定时的值，作为修正后应力计值，以此作为初始值进行应气力测。3.3支撑轴力测试与计算支撑轴力的测试

6、是了解围护构造受力特性、监测构造物安全性的重要根据。在监测经过中首先通过收集钢筋计的读数，根据上述公式编制相应的程序进行轴力结果自动计算，然后在支撑浇筑初期计入混凝土龄期对弹性模量的影响。在室外温度变化幅度较大的季节，通过相应的温度改正，避免暴冷暴热温差对测试结果的干扰影响测试精度。图3是部分支撑轴力测试值随时间的变化曲线图。总的来看，从6月初期基坑开挖施工开场，随着基坑逐步分区域开挖的进行与开挖深度的加大，支撑构造的支撑轴力逐步加大，到8月底开挖至坑底时，支撑轴力逐步趋于稳定。图3中盾构始发井和轨排井所在区域的监测点E101最终支撑轴力接近8500kN，E102最终支撑轴力接近7000kN，

7、E103最终支撑轴力接近6500kN，E104最终支撑轴力接近6000kN，E105最终支撑轴力接近5500kN，E106最终支撑轴力接近5000kN，都远远大于其所在混凝土支撑设计值1600kN，明挖段的监测点E107、E108、E109最终支撑轴力接近3000kN，也都远远大于设计值1100kN的2倍。E103和E104、E105和E106等两个位置相邻的测点监测结果曲线基本一致，所有的混凝土支撑曲线形状基本类似，只是处于盾构始发井钢筋混凝土支撑的最终轴力比明挖段的最终轴力大，能够以为是由于开挖深度不同导致。4监测数据分析4.1监测数据异常分析监测初期，E104、E105和E106测点的支

8、撑轴力实测值为负值，随开挖深度的加大，支撑轴力由负变正，即由理论上的轴向拉力变为轴向压。出现负值的原因，笔者以为是埋设在支撑上的钢筋计、应变计等元件所测到的钢筋或混凝土应力并非全部是由荷载产生的，还有多种非荷载因素产生的附加应力，而引起非荷载应力的主要原因有混凝土的干缩、湿胀、徐变和构件温度变化等。混凝土支撑系统的轴力监测在基坑开挖6月9日至25日期间，E101、E102、E103、E104已经超过设计允许值。随着开挖的进行，到8月底，轴力监测值最大监测点E101处到达8500kN，其余几个监测点的轴力监测值也已大大超过支撑的设计安全值1600kN，但支撑一直安全工作，未出现裂缝等不安全、失稳

9、迹象。同步监测的支护构造墙桩顶水平位移和沉降、支护构造墙体侧向位移也没有忽然变化加大的趋势，一直处于变形比拟稳定的状态。由于基坑场地范围砂质地层厚度大，砂层含水丰富、浸透性强，为了确保基坑安全施工，基坑安全应急处理专家在7月2日采取停止基坑开挖和加强监测频率的应急预案。通过后来连续3天的监测结果表明基坑各项变形暂时比拟缓慢，观察支撑未出现裂缝等不安全、失稳迹象。通过检查验证监测方法和监测数据的计算后，综合分析同步监测的支护构造墙桩顶水平位移和沉降、支护构造墙体侧向位移监测数据，基坑安全应急处理专家小组集体判定以为基坑暂时处于安全状态。混凝土支撑系统的轴力监测结果普遍异常一直到基坑开挖结束，最大值到达设计允许值的6倍，而支撑系统一直处于正常的工作状态。4.2原因分析在实际工程施工经过中，出现混凝土轴力监测异常的原因是多方面的，主要有下面几个：a由于基坑工程设置于力学性质相当复杂的地层中，基坑围护构造支撑的空间受力是三维的，而在基坑围护构造设计和变形预估时，一方面，基坑围护体系所承受