温度变化对钢筋混凝土支撑轴力影响分析.pdf

———文章编号：１００９４５３９（２０１８）增２０２９４０３温度变化对钢筋混凝土支撑轴力影响分陈志娟（中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司北京１０１１００）析摘要：钢筋混凝土支撑是地铁施工中应用非常广泛的一种支撑构件，在深基坑开挖过程中起到很好的支护作用。随着基坑开挖，通过轴力监测数据反馈，可准确掌握支撑构件及围护结构的受力状况，从而对基坑的安全性状进行分析。本文以呼和浩特市地铁２号线一期工程内蒙古大学南校区站深基坑为工程背景，结合施工进展，通过实际监测数据统计分析，得出温度对混凝土支撑轴力的影响规律，为同类型工程提供借鉴。关键词：混凝土支撑监测温度轴力中图分类号：Ｕ２３１＋．４文献标识码：ＡＤｏＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９．４５３９．２０１８．Ｓ２．０７７ＩｎｆｌｕｅｎｃｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＳｕｐｐｏｒｔｉｎｇＡｘｉａｌＦｏｒｃｅｏｆＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＣｏｎｃｒｅｔｅＣｈａｎｇｅｄ谢ｔｈＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅＣｈｅｎＺｈｉｊｕａｎ（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙ１６山ＢｕｒｅａｕＧｒｏｕｐＢｅｉｊｉｎｇＭｅｔｒｏＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０ｌ１００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｓｕｐｐｏｒｔｉｓａｋｉｎｄｏｆｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｃｏｍｐｏｎｅｎｔｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｓｕｂｗａｙｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄｐｌａｙｓａｖｅｒｙｇｏｏｄｓｕｐｐｏｓｉｎｇｒｏｌｅｉｎｄｅｅｐｅｘｃａｖａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ．Ｗｉｔｈｔｈｅｅｘｃａｖａｔｉｏｎｏｆｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔｓ，ａｘｉａｌｆｏｒｃｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｄａｔａｗｅｒｅｆｅｄｂａｃｋ，ｔｈｅｓｔｒｅｓｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇｍｅｍｂｅｒｓａｎｄｔｈｅｅｎｖｅｌｏｐｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｏｕｌｄｂｅａｃｃｕｒａｔｅｌｙｇｒａｓｐｅｄ，ａｎｄｔｈｅｓａｆｅｔｙｔｒａｉｔｓｏｆｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔｓｃｏｕｌｄｂｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｔｏｏｋｔｈｅｄｅｅｐｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｐｉｔｏｆｔｈｅｆｉｒｓｔｐｈａｓｅｏｆｔｈｅｓｕｂｗａｙｌｉｎｅ２ａｔＳｏｕｔｈｅｒｎＣａｍｐｕｓｉｎＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｉｎＨｏｈｈｏｔｃｉｔｙａｓｔｈｅｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ａｎｄｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｇｒｅｓｓ，ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｃｔｕａｌｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｄａｔａｓｈｏｗｅｄｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｅｆｆｅｃｔｎｉｌｅｏｎｔｈｅａｘｉａｌｆｏｒｃｅｏｆｃｏｎｃｒｅｔｅｓｕｐｐｏｒｔ，ｗｈｉｃｈｗｏｕｌｄｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｓｉｍｉｌａｒｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｃｒｅｔｅｓｕｐｐｏｒｔ；ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ａｘｉｓｆｏｒｃｅ１引言随着国内地铁建设的快速发展，地下工程基坑开挖越来越深，在地铁深基坑施工过程中，钢筋混凝土支撑是应用非常广泛的一种支撑构件，在深基坑开挖过程中起到不可替代的作用¨。』。土方开挖之前须在混凝土支撑及基坑周边系统性地布设监测元件，随基坑开挖进行实时监测，通过监测数据反馈，来判断施工过程是否对周边环境造成风险以及基坑自身是否处于安全状态。其中混凝土支撑构件的轴力监测是深基坑开挖阶段监测项目的主——收稿日期：２０１８０３０９作者简介：陈志娟（１９８４一），女，工程师，主要从事施工管理及技术工作。２９４铁道建筑技术要内容之一。根据混凝土的热膨胀机理，混凝土支撑在温差变化较大的环境里，自身会发生线膨胀，从而引起支撑轴力的变化。结合呼市地铁２号线基坑工程的设计方案和监测数据对内大南校区站混凝土支撑轴力变化与温度变化的关系进行统计、分析，总结出了大幅温差变化对混凝土支撑轴力的影响Ｈ。１，以及变化特征，为后续类似施工提供借鉴经验。２工程概况内大南校区站基坑采用明挖法施工，车站主体基坑围护结构采用地下连续墙＋内支撑体系，见图ｌ。地下连续墙宽８００ＩＩｌＩｎ，墙深最深２８．５ｍ；支撑为一道８００Ｘ１０００ｍｌｎ钢筋混凝土支撑＋两道书６０９钢支ＦＬ４１ＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１８（增２ｌ万方数据撑。端头井区域混凝土支撑下部设格构柱，并增设一道邶９钢支撑。混凝土支撑配筋为上下层主筋均为８＋２８（ＨＲＢ４００），构造筋为８＋２２，箍筋为ｑｂｌ０＠１５０，混凝土强度等级为Ｃ３０。支撑平面布置如图２所示。图１基坑围护＋支撑体系横断面示意图２基坑混凝土支撑平面示意开挖范围地层包含素填土、粉土、中砂及砾砂，其中大部分为砾砂层，水位埋深为地面以下８ｉｎ。地下水以第四系潜水及层间潜水为主，第四系潜水含水层厚度约２５～３０ｍ。各含水层之间地层多为透水层、弱透水层，无明显隔水层，相互渗透，难以分层测量水位，且微承压性对工程影响极小。勘察深度内未见深层承压水。内大—南校区站地下水埋深介于７．２１５．１ｍ之间，地下水位高程介于ｌ０３２．３０～１０３５．０１ｒｌｌ之间。场区地下水主要赋存于第四系松散层中的孔隙潜水，主要含水层为第四系全新统一上更新统冲湖积砂类土、圆砾地层。开挖顺序为先挖除表层土，施作第一道支撑，即钢筋混凝土支撑，待支撑达到设计强度后，开始分层向下进行土方开挖，依次架设第二道、第三道支撑，至基底后，由下向上施工主体结构。３支撑设置及监测点埋设基坑长边按照２５～４０ｍ间距布设，监测断面的布设位置与相近的支护墙体水平位移监测点共同组成监测断面。对混凝土支撑采用振弦式钢筋计进行监测Ｍ。８Ｊ，在支撑绑扎钢筋时埋设，为了能够真实反映出支撑杆件的受力状况，每一个截面在受力大小变化的方向上排列安装轴力监测元件，并严格均匀分布。４统计数据分析本工程地处内蒙古自治区呼和浩特市，基坑开挖—及监测施工时间在７１１月份，其中温度最高时间段℃为７月下旬至８月上旬，白天最高气温平均３２，夜℃℃间最低气温平均１８，平均昼夜温差１４，最大昼℃夜温差可达２２。本次进行分析研究选取ＺＬＣ－０２、ＺＬＣ－０３两道支撑，支撑位置如图３阴影部分所示。该施工部位各环节时间节点见表１。表１各工序施工时间施工部位开始时间结束时间监测点布置—２０１７一０６２０——２０１７０６２５支撑浇筑—２０１７一０６２１——２０１７０６２６初始值采集—２０１７一０７２６—２０１７一０７２８基坑开挖——２０１７０７２９——２０１７０８３０开挖到底——２０１７０８２５—２０１７一０８３０底板浇筑—２０１７０９一１５——２０１７０９２３顶板浇筑—２０１７一１０３０—２０１７１１一０５１ｌｏｏ砼ＧＫｃ．ｗｓＩ．１５—ＧＸＣＷＳｌ・１３—亏水Ｄ｝｝Ｉ－ｔ。。念Ｇ。。．ｗ。。．，Ｇ：Ｘ。Ｃｗｓ－一－・。）ｉ呈¨。¨ＧＸＣ。－Ｗ污Ｓ１水－０。！盆。意Ｎ８００；ｋ：二ＧＸＣ・容ｓｌ・１４丑厂雨水Ｄ沸ｏｏ硅三二二二雨水ＧＸＣ鎏１５“ＧＸＣ一娶ｌＧＸＣ辩Ｉ一１３｛ＧＸＣ薹ＹＳＩ－１２ＧＸＣ。－＇寻ＳＩ一１１ＧＸＣ。－ｘＳ＇ｌ・１０Ｇｘｊｘｓｌ删—ＸＣＲＱ…‘№≈Ⅲ．目篓ＤＳｊｊｒ。：０ＩＧＸ尚－ＲＱＩ－０３№ＧｘＣ弱％Ｐ００占意。０１．。，．，，球・１ｌｚｏＴ．０２鼍ｒ。０３ｚｑＴ－０３！夕移”‘—／夕乞ｃＬ一０１０２ａ∥巴＼。２叫ＩＺＬＣ．０２ＺＬＣ一０３，％．ＺＣＬ一０１．．０１心谂ｚ？ｌ１３ｏｚｏＳ－一１２ｚ６亍．ＩＤＳＷ．０５—ＧＸＣＭＳ２一ｉ２，』』由Ｃ＠＼⑦ｏ＠Ｏ００８００ｒ＆—ＧＸＣＹＳ２．１５ＧＸ§Ｙｓ：４ＧＸ钭Ｓ２一１３ａ＼酉水ＤＮ８０９砼ｑ姜ｃ－Ｙｓ２・ＩＧ堰－ＹＳ２－１０ＧＸ§ＹＳ２４Ⅵ—３ＸＣｗｓ翻３—Ｇｘｉ洳ｓ２１２７，Ｇｘ墨ｗｓ２．ＩＧＸＣ掣。ｘＷＳ２．１０ＧＸＣ掣。ｘＷＳ２．ＩＷＳ２・１５Ｌ——ＧＸＣＷＳ２１４凸”１１００砼＊。兰污水ＤＮｌｌｏｏ矿……ＧＸＣ．ＲＱＩ一１讯Ｇ艾｝一ＲＱＩ．１２ＧＸＣ．ＲＱＩ一１３图３ＺＬＣ－０２、ＺＬＣ－０３混凝土支撑平面位置铁遒建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１８Ｉ增２）２９５万方数据监测过程中发现同一道混凝土支撑前后两天轴力变化很大，已经超出设计允许值，但同时该监测断面墙顶沉降、地下水位、墙体水平位移等监测数据均在正常值范围内。因此我们选择ＺＬＣ－０２、ＺＬＣ－０３两根支撑进行加密监测，结果如下：（１）实施加密监测时间分别为２０１７年８月５日～２０１７年８月７日，连续３ｄ，每天监测频率为２ｈ一次。（２）２０１７年８月５日一２０１７年８月７日，该时间段内ＺＬＣ－０２支撑下方土方已开挖４ｍ，ＺＬＣ－０３支撑下方的土方还未进行开挖。而支撑轴力的变化却十分明显，见图４。３０００分时段轴力监测统计２５００Ｚ２０００趔１５００长枣１０００图４ＺＬＣ旬２、ＺＬＣ旬３混凝土支撑轴力变化图（３）ＺＬＣ－０３支撑轴力最小值为７０４ｋＮ，时间为早晨０８：００，最大值为１９５６ｋＮ，时间为中午１４：００，差值为１２５２ｋＮ；ＺＬＣ－０２支撑轴力最小值为１０８６ｋＮ，时间为早晨０６：００，最大值为２５４５ｋＮ，时间为中午１４：００，差值为１４５９ｋＮ。通过以上折线图可以得出，所选两道支撑轴力变化趋势基本一致，在同一天施工工况相同的情况下轴力变化很大。随着气温变化，监测显示支撑轴力也在进行相应变化［９。１２１，受热胀冷缩因素影响，支撑轴力最小值出现在早晨０６：００左右，轴力最大值出现在１４：００左右，同一天受温度影响，轴力变化可达１４５９ｋＮ。５结论通过本项目的施工监测数据以及数理统计分析，可以得出以下结论：（１）在地铁车站施工过程中，混凝土支撑在同等２９６工况条件下，同一天不同时段轴力会随着温度变化℃呈线性变化，趋势一致，昼夜温差相差１４的情况下，轴力值变化可达１２００～１５００ｋＮ：（２）支撑轴力监测是基坑开挖过程中一项重要的监测数据，用于判定基坑的稳定性、安全性。因此必须确保监测数据的可靠性。考虑轴力受温度变化影响较大，每日监测数据采集时应选择在同一时段，前后相差不宜超过１ｈ，最大程度减少因温度变化而引起的测量误差。同时，如监测数值偏大，需结合其他监测数据，如墙体测斜、地表沉降、地下水位等对基坑安全进行综合评估。（３）设计最大轴力应充分结合地区特点，尤其是昼夜温差较大的城市，需充分考虑混凝土受温度影响而产生的轴力大幅变化。参考文献［１］赵亮，李伟强，瞿少尉．影响钢筋混凝土支撑轴力因素—的研究［Ｊ］．山西建筑，２０１１，３７（２０）：８０８１．［２］张启辉，朱荭，赵锡宏．考虑收缩与温度应力的钢筋混凝—土支撑轴力研究［Ｊ］．岩土工程技术，２０００（１）：５１５４．［３］张忠苗，房凯，刘兴旺，等．粉砂土地铁深基坑支撑轴力—监测分析［Ｊ］．岩土工程学报，２０１０，３２（Ｓ１）：４２６４２９．［４］姚顺雨，林立祥．深基坑支撑轴力测试与分析［Ｊ］．建—筑结构，２０１２，４２（１）：１１２１１４．［５］吴长胜，田敬学．基坑围护结构温度应力分析［Ｊ］．西部探矿工程，２００４（５）：２０一２１．［６］鲁智民，和在良，陈刚．基坑工程监测中钢筋混凝土支—撑轴力测试计算方法［Ｊ］．上海地质，２０１０（１）：４６４９．［７］闻建军．支撑体系稳定性评价方法初探［Ｊ］．低温建筑—技术，２０１３（６）：１１３１１５．［８］潘华，褚伟洪，戴加东．压弯荷载作用下钢筋混凝土支—撑温度效应分析［Ｊ］．建筑结构，２０１３（１８）：１７，７４７７．［９］韩丽君．基坑支护支撑温度应力的有限元分析［Ｄ］．天津：天津大学，２００７．［１０Ｊ潘华，褚伟洪，戴加东．无外荷载作用下钢筋混凝土支—撑温度效应分析［Ｊ］．工业建筑，２０１３（ＳＩ）：６１３６１６．［１１］艾智勇，苏辉．深基坑多层水平支撑温度应力的简化—计算方法［Ｊ］．同济大学学报，２０１１（２）：５３５７．［１２］陈玉香．温度对深大基坑地下连续墙内力和变形影响分析［Ｄ］．杭州：浙江大学，２００６．铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１８（．ｔｉｎ２）万方数据