深基坑混凝土支撑轴力报警原因分析.pdf

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———文章编号:10094539(2018)08009704・隧道/地下工程・深基坑混凝土支撑轴力报警原因分析郝玉强(中铁十七局集团有限公司山西太原030006)摘要:地铁基坑混凝土支撑轴力值超出设计值的现象频繁出现,轴力报警原因一直存在不同观点。笔者通过对不同地质情况下混凝土支撑报警情况进行研究,得出在不同地质的基坑施工中混凝土轴力报警原因亦不同。土质基坑中轴力报警多为温度原因报警,在石质基坑中轴力报警多为在爆破振动作用下的主动土压力过大而产生。但不管哪种轴力报警,其报警原因都需要结合相关的其它监测项目进行综合分析、判定。研究表明:气温较高且能被太阳长时间照射的混凝土支撑,混凝土轴力报警的主要原因多为温度应力引起,建议对混凝土支撑采取遮阳防晒或浇水降温措施以减少其温度应力;对石质基坑,采用混凝土支撑会产生较大的轴力,建议采用柔性支撑。关键词:基坑混凝土支撑轴力报警中图分类号:U231+.4;TU471文献标识码:ADOI:10.3969/j.issn.1009.4539.2018.08.023CausesAnalysisonMonitoringDataAnomalyofConcreteSupportForceinDeepFoundationPitHaoYuqiang(ChinaRailway17山BureauGroupCo.Ltd.,TaiyuanShanxi030006,China)Abstract:Thephenomenonfrequentlyoccursthattheaxialforcevalueofconcretesupportinsubwayfoundationpitexceedsthedesignvalue,therearealwaysdifferentviewsonthecausesofaxialforcealarm.Theauthorstudiedthealarmsituationofconcretesupportunderdifferentgeologicalconditions,itWaSpreliminarilyconcludedthatthereweredifferentreasonsforconcreteaxialforcealarmindifferentgeologicalfoundationpitconstruction,theaxialforcealarminsoilfoundationpitwasmainlycausedbytemperature,whileinstonefoundationpit,itWasusuallycausedbyexcessiveactivesoilpressureunderblastingvibration.Butnomatterwhatkindofaxialforcealarm,thereasonofalarmshouldbecombinedwithotherrelatedmonitoringitemsforcomprehensiveanalysisandjudgment.Resultsshowthatthecauseoftheconcreteaxialforcealarmismainlycausedbythetemperaturestress.ItWassuggestedthatsunshadeorwatercoolingmeasuresshouldbeadoptedtoreducethetemperaturestress.Forthestonefoundationpit,becauseoftheincompressibilityofthepitwall,theuseofconcretesupportwouldproducegreateraxialforce.Therefore,theflexiblesupportshouldbeadoptedinthestonefoundationpit.Keywords:foundationpit;concretesupport;axialforce;alarming1前言随着经济的发展,城市变得越来越拥堵。为缓减地面交通的拥堵,修建地铁越来越成为城市发展的首选。在地铁车站修建过程中,深基坑的支护形式主要‘为围护桩+支撑或连续墙+支撑的形式1I。而第一——收稿日期:20180615作者简介:郝玉强(1972一),男,高级工程师,主要从事隧道及地下工程施工。道支撑多采用混凝土支撑,因其既具有支撑作用又兼具抗拉作用,可极大地保证基坑的安全。但近年来,在各地地铁基坑施工过程中,均出现过混凝土支撑轴力超限报警的现象,有认为是混凝土徐变引发的,有认为是基坑周围附加荷载引起的,有认为是温度变化引起的,原因多种多样心J。笔者通过对两个不同城市不同地质的地铁车站基坑混凝土支撑轴力报警原因分析,认为在不同地质的基坑施工中,混凝土支撑轴力报警的主要原因是不同的,需根据各种监测数据,铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2018(08197万方数据・隧道/地下工程・进行综合判定,进而确定混凝土轴力报警原因。2石家庄地铁混凝土支撑轴力报警分析2.1设计概况石家庄轨道交通3号线东里站全长223.62m,结构标准段总宽度21.1m,标准段开挖深度约18.0m,车站中间设轨排井。采用钻孔灌注桩+内支撑形式,第一道为C30钢筋混凝土支撑,支撑截面800×900mm;第二、三道为蛳30(t=16mm)钢管支∞撑J。轨排井位置围护结构采用围护桩+锚索支撑形式。因拆迁原因,先施工轨排井一侧车站结构。2.2场地地层特征本站所在地层主要有杂填土层、黄土状粉质黏土、粉细砂、粉质黏土、细砂、含卵砾石中粗砂,基坑范围内无地下水。2.3基坑监测点布置情况基坑监测根据设计要求,对混凝土轴力、锚索应力、柱顶位移、围护桩测斜、周围地表沉降以及管线加密观测等进行了监测点(应力计)布设HJ。为相互验证,混凝土轴力、测斜管、桩顶位移、地表沉降点等尽量布设到同一断面,以相互佐证监测数据。具体布设见图1。妙壤N∥飞矿弱§Ⅳ’’岢M(1L。-ff)z-ujzQcQSllO。M(㈠L-U-l蓊矿豢橇弋IzQI%嚣。EL.03(I一3)‰{;06湫器必带M。.L也-05。簖船M。.也L-06-鳓3辩么∥啦埝∥瓤………………………∞mrJ【】D……图1基坑监测点布置2.4混凝土应变计的安装℃南侧2013年5月16日,环境温度16;北侧2013根据规范及设计要求,在混凝土横撑及斜撑两端℃年5月09日,环境温度21。开挖时间:5月19日1/3位置安装混凝土应变计,当钢筋安装完成后在支由北向南开挖基坑。撑的上、下、左、右面中心平行于支撑轴线位置将应变2013年6月16日,基坑开挖深度为6.5m,轨排计绑扎在主筋上,测线用PVC管包裹露出混凝土面。井处第二道锚索张拉完毕。早上7:00监测到紧临轨应变计采用V100型振弦式钢筋计,测量范围:最大—排井处的混凝土支撑ZL041轴力值1385.54kN,设压应力为160kN,最大拉应力为250kN;分辨率受压计轴力1269.7kN,根据设计要求黄色预警值为设≤≤时为o.08%F・S,受拉时为o.05%F・S,综合误差计值的80%,即1015.76kN,实测监测值超出预警≤为1.0%F・S;工作温度为-25oC一+60oC,测温精值370kN。支撑处基坑左侧桩顶水平位移累计度为±℃0.5,测温分辨率为0.065∞oCo。一1.3mm,右侧桩顶水平位移累计一1.2“”mm(一混凝土支撑轴力监测计算方法:“”表示向基坑外偏移,+表示向基坑内偏移),远小现场采用频率综合读数仪采集应变计频率值,于设计累计变化量预警值(30Iilm),且混凝土支撑根据公式计算得出轴力。未出现裂缝、裂纹等不安全或失稳迹象。但因对轴J7、,=K圻一笄)×(E。×A一+Es×A。)力报警原因不清,所以基坑暂停开挖,加紧安装混式中:K为应变计标定系数;f0为初始频率值;Z为凝土支撑下的第二道钢支撑。当天频率值;既为混凝土弹性模量;A。为混凝土截2013年6月26日,该道混凝土支撑再次出现面积;E。为钢筋弹性模量;A。为钢筋截面积。轴力报警,监理单位再次召开监测预警响应会议,2.5混凝土支撑轴力报警情况会议决定在轴力报警的砼支撑两侧各增加一道轨排井南北两侧混凝土支撑浇筑时间分别为:蛳30钢支撑,支撑轴力预加到600kN,于6月28日98锣}道建笳技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2018fn8J万方数据・隧道/地下工程・02:00完成两道新增钢支撑安装。同日早上7时℃(混凝土表面温度30),监测数据显示,ZL04.1监测值为1708.76kN,超出设计轴力值693kN。6月℃29日早上7时(混凝土表面温度31),监测数据ZL04-l监测值为1954.9kN,远超出原设计轴力值939.14kN。新增的两道钢支撑并未缓减混凝土支撑轴力,反而有增大趋势。锚索、桩顶水平位移及桩体水平位移没有较大的变化,并且累计值及日变化量远小于预警值。测斜管监测值显示,在混凝土支撑部位,左侧向外位移有1.41mm,右侧向外位移有1.24mm,合计位移量达2.65mm。2.6混凝土支撑轴力报警原因分析该车站位于石家庄市中华大街上,地层相对稳定,且地下水位远低于基坑底部,基坑开挖后其侧向土压力从理论上分析远小于所测的轴力。那如此大轴力是从何而来?对混凝土轴力影响大的主要是基坑侧压力和混凝土支撑内应力。从监测情况看,除混凝土轴力超限报警外,其余的监测项目均无明显变化,且从桩顶位移量和测斜管位移量可看出,基坑El有向外张开的趋势,那么可以判定基坑是稳定的,基坑侧压力无异常状态,初步判定混凝土轴力报警主要是混凝土内应力。从桩顶位移和测斜管数据来看,基坑围护桩都是略向外位移,即基坑顶部张开量约2.6mm,为此可以判定混凝土支撑是向外延伸而产生的轴力,而此延伸可排除外力拉伸的可能,只能是混凝土支撑主动伸长所为。而混凝土支撑伸长的主要原因则为温度作用。为进一步佐证该推断,对支撑每隔2h进行一次混凝土温度和轴力的监测,并进行比较,监测结果见表1。表1混凝土支撑轴力与温度关系—629—629—629—629—629—629—629—629时间(2013)6:509:0011:0013:0015:0017:3019:3021:30℃砼表温度/3135424544433936混凝土支撑轴力值/kN轴力值/kN轴力值/kN轴力值/kN轴力值/kN轴力值/kN轴力值/kN轴力值/kNZL03一l822.84962.4l143.12l345.951537.99l698.141600.7l1457.72ZUD4.1l954.92020.782234.492469.92532.052643.552545.272391.08ZIJD5.1811.3983.44l212.51368.41618.11626.7l417.891274.59ⅡZ)6.1761.2956.56l218.4l329.21635.161522.97l292.82l130.92通过对比观测发现,混凝土轴力随混凝土的温度升高后的温度应力与其长度呈正比关系,长度越升高而增大【6|,在下午5:30左右增到最大,而后随着长,温度应力越大¨J。横撑ZL03-l的轴力比ZL04・日落及夜晚的降临轴力逐渐减小。同时长度较短的角1小,主要是因为当时ZL03-l处的土体未开挖,混撑ZL05.1,ZL06.1要比长度较长的横撑ZIAB一1、Z194.1凝土支撑受太阳照射后,有相当一部分热量传递到的轴力要小,横撑ZIIB.1的轴力比ZL04.1小。土体中,致使混凝土支撑整体升温较小,其温度应出现这种情况的原因可分析为:在白天,混凝力也相对较小。土支撑受日光照射,混凝土吸热,引发混凝土的热2.7混凝土支撑温度应力及伸长值计算胀,当下午5:30左右时,混凝土吸收热量达到顶峰,混凝土支撑长21.3m,混凝土截面为800x900n'Rll,故轴力达到最大;晚上,随着气温的降低,混凝土支混凝土膨胀系数是l×10~/。C。根据热膨胀理论,可撑散热,轴力又逐渐降低。但因混凝土支撑是5月℃℃计算出43时混凝土支撑比16时要增长的长度:份施工,气温相对较低,而在6月底7月初,气温已Al=LX口×At=21.3×1×10。5×27=0.0058m升到较高水平,即使是混凝土支撑经过一个晚上的式中:Al为伸长量,m;L为杆件长度,m;口为混凝土散热,其本体内温度也远高于5月份时的温度,故而线膨胀系数,为1℃x10~/。C;At为温度差,。产生较大轴力以致达到报警状态。长度较短的角根据混凝土支撑对应测斜管0.5m位置,基坑撑ZL05一l、ZL06.1要比长度较长的横撑ZL03-1、张开度2.6mill计算,支撑轴力需约束混凝土支撑—zL_041的轴力要小,根据热膨胀公式可知支撑温度3.2mill的长度,根据虎克定律可计算出混凝土轴力铁道建筑技术RA『LWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGy∞20侣nJ鲫万方数据・隧道/地下工程・F。C30{昆凝土支撑弹性模量E=3×104N/姗2,由公式可得:F:_AIEA:垡』塑型羔粤型盟:3245kNL21.3X10。△式中:F为轴力,kN;Z为混凝土压缩量,mm;E为混凝土弹性模量,MPa;A为混凝土截面积,mm2;L为混凝土支撑长度,m。由计算可知,由于混凝土温度差而产生的轴力是非常大的。实际测得值为2644kN,比理论计算值相对较小一点,可能为混凝土芯部温度未达到混凝土表面温度或监测值误差所致旧J。3厦门地铁1号线混凝土轴力报警原因分析3.1工程概况厦门地铁l号线中山公园站为地下三层岛式车站,属于换乘站,与3号线由通道进行换乘,基坑开挖深度23m(端头井处25m)。基坑地层从上而下主要为杂填土、残积砂质黏性土、散体状强风化花岗岩、碎裂状强风化花岗岩、中等风化花岗岩。基坑采用吊脚桩围护,并采用6道支撑,第一、三、五道为混凝土支撑,截面尺寸分别为800X1000mm、800×800ITlm、800×1200film;第二、四、六道为钢管支撑,规格为拍09,壁厚为16mm,见图2。Ⅷ』盥鬈孑I-I杂填.±-_,墨苤摹一连800,1蝴筋恶凝土支茸2工0(601)一//|昌.//11.1戌积砂毫粘桂土船鼎裘谥|IE||摹匮化花崮岩∞111llC1l7讲一3.491一Ⅲ.《^…”-埘]17,擗烈状强ll:.。l。L罾。渊’:<一I瞳化花崮岩110a■—Hlr]174中等风化葩岛岩…。Jj2470(一16491嘲m^U^^8蝉^一§2塑^§§鲤l§15址^^』塑800图2基坑支撑结构(单位:mm)3.2轴力报警情况2016年5月份开始进行第二阶段的4.5~lO轴施工时,混凝土轴力始终呈增大趋势,第一道混凝土支撑最大轴力达到10566.23kN,远超于322kN的设计轴力;第三道混凝土支撑最大轴力达17765.66kN。匝囹铁道建麓技术因持续的轴力报警,第五道混凝土支撑原设计为钢支撑,后因轴力过大而变更为混凝土支撑,其最大轴力达到16147kN。钢支撑因活络头质量问题,轴力计无法加力,故未进行轴力实测。从监测情况来看,混凝土支撑轴力增大后基本无降低现象,随着基坑开挖而持续增加,且远高于基坑支撑计算轴力一]。为验证轴力计的真实性,当施工完成后,将混凝土支撑割断后,又对混凝土支撑轴力进行测设,结果轴力恢复到初始状态,证明轴力监测值是真实的。3.3坑壁位移情况从图3的测斜管对坑壁的位移监测情况来看,坑壁有一定的位移,且在13.5m处也就是基坑深度的1/2部位处位移量最大.达到18.37nll-n.TSTl54-+-.-"移曲线一2000O.0020.00累计值/mm5.00.10.00划隧15.0020.oo25.()0●专‘J,图3测斜管位移曲线3.4轴力报警原因分析因厦门地铁1号线中山公园站地质为散体状强风化花岗岩、碎裂状强风化花岗岩、中等风化花岗岩,基坑开挖需要进行爆破。石质基坑在开挖后坑壁在卸载的情况下本身就会产生一定的位移,再加上基坑在开挖时的爆破振动,会进一步加剧坑壁的位移¨0I。而石质基坑壁不像土质基坑壁具有一定的压缩性,无法通过坑壁的变形来消除轴力,故轴力出现异常。根据虎克定律可知,当一个截面为800X800mlTl的混凝土支撑,克服18mm的压缩变形,其产生的内力为:F:_AIEA:堕堕掣生型掣:16225kNL21.3×10。与监测值16147kN、17765.66kN基本接近。(下转第127页)RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY20T8fD8J万方数据・其他・用,高度重视对年轻干部的培养、使用。建立起工作责任制,有针对性的从艰苦环境、基层一线、生产经营前沿发现培养选拔干部,有计划性的加大交流锤炼力度,长期跟踪、精准培养,并把培养年轻干部人才工作实绩纳入党建工作考核的重要内容,着力培养建设一支政治素质好、创新能力强、敢于担当干事的年轻干部人才队伍,为企业持续高质量发展做好人才储备。6结束语党的十九大报告提出,要培育具有全球竞争力的世界一流企业,必须要有一支高素质专业化干部人才队伍来保证。国有建筑企业干部人才队伍建设是一个永恒的命题,切实把人才队伍建设提高到一个新水平,才能全面提升国有建筑企业的综合竞争实力。参考文献[1]倪稞.2015年建筑业发展统计分析[N].中国建设——报,20160526.[2]郭旭升,郝超.国有建筑企业人力资源管理现状及对策研究[J].工业论坛,2012(1):61.[3]孔艳.建筑企业人才队伍建设分析与探讨[J].铁道—建筑技术,2014(5):5557.[4]张传东.论国有建筑施工企业人才流失现状及对策—[J].经济研究导刊,2013(29):7879.[5]许源海.韩月平.对国有建筑施工企业人才队伍建设的思考[J].河北工程大学学报,2014(1):1ll一112.[6]左冰.国有建筑施工企业高技能人才队伍建设思考—[J].企业研究,2008(8):7475.[7]石建勋.职业生涯规划与管理[M].北京:清华大学出版社,2009.[8]胡八一.国有企业人力资源管理务实[M].北京:电子工业出版社,2012.[9]李红燕.国有建筑企业如何留住人才[J].铁道建筑—技术,2018(4):127129.[10]李林.加强高技能人才队伍建设推动企业发展[J].—铁道建筑技术,2016(12):98100.“”[11]田国良.建筑企业必须做好新常态的战略应对——[N].建筑时报,20141020.[12]张广元.加强国有建筑施工企业人才队伍建设的思考[J].现代经济信息,2017(7):115.————————————●—————————————————————‘————+-+一+一+一+-+一+-+一+一+一卜一+-+-+卜一+-+}・_卜一・_一-++卜・-一-+-。-一一}・卜-+-卜-1一+卜一卜卜一・卜-+-一卜・卜--卜一+・-一卜-卜-・卜一卜・(上接第100页)4结论与建议(1)地铁车站基坑混凝土支撑轴力报警原因较多,但总体来讲,对轴力异常情况,需结合其它监测手段进行综合判定,定性分析,得出合理的结论¨1|。(2)对日照充分,气温较高的季节,且能被太阳长时间照射的混凝土支撑,混凝土轴力报警的主要原因多为温度应力引起,建议对混凝土支撑采取遮阳防晒或浇水降温措施,以减少其温度应力。(3)对石质基坑,因坑壁的不可压缩性,采取混凝土支撑可能会产生较大的轴力¨2|。建议采用柔性支撑会更好,如锚杆、锚索等。(4)对采用吊脚桩围护的基坑,如第一道支撑为混凝土支撑,则需要对混凝土支撑进行必要的降温措施,避免温度应力过大引起围护桩在土石交界面处折断。参考文献[1]张哲.基坑混凝土支撑轴力监测数据异常情况分析与探讨[J].隧道建设,2016(8):976-981.铁道建筑技术RAlLWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY[2]戴剑冰.深基坑大跨度混凝土内支撑轴力异常分析及—应对[J].江西建材,2016(7):152154.[3]罗忠贵.地铁基坑混凝土支撑轴力监测预警误判原因分析[J].国防交通工程与技术,2014(5):43-46.[4]吴连祥,樊永平.基坑监测中混凝土支撑轴力监测结—果分析与判断[J].江苏建筑,2015(2):99101.[5]张光建,姚小波,胡瑾.地铁换乘车站基坑支撑轴力监测—与数值模拟[J].岩土工程学报,2014(¥2):455459.[6]王建平.高原高地热隧道热害防治安全施工技术[J].—中小企业管理与科技(上旬刊),2014(4):125126.[7]吴永福.地热病害对铁路隧道工程施工效率的影响研究[J].铁路工程造价管理,2014(2):18-21.[8]周文,潘隆武.钢筋混凝土支撑轴力影响因素研究—[J].西部交通科技,2012(9):6366.[9]王成发.混凝土支撑轴力异常的原因及支撑拆除施工—[J].山西建筑,2010(6):107108.[10]刘坚.玉蒙铁路旧寨隧道地热段施工技术研究[J].—铁道建筑技术,2010(2):1922,39.[11]李文峰.对地铁基坑混凝土支撑轴力监测精准性的探—讨[J].隧道建设,2009(4):424426.[12]徐海东,徐海峰,梅传书.深基坑支护结构设计与施工中—存在的若干问题[J].铁道建筑技术,1998(2):4346.2018{鹪)127万方数据
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