某基坑鋼筋混凝土支撐軸力監(jiān)測(cè)實(shí)例分析

劉雄鷹，楊清靈，侯海清

（珠海市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)測(cè)站，廣東 珠海 519015）

0 引言

城市深基坑工程近年來(lái)發(fā)展迅猛，由于地下工程設(shè)計(jì)與施工的地質(zhì)條件、工況等差異，深基坑支護(hù)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中內(nèi)力監(jiān)測(cè)尤為重要。目前相關(guān)研究成果不能完全滿足實(shí)際需求，工程各方對(duì)內(nèi)力監(jiān)測(cè)成果分析利用方法有不同意見。本文以珠海某口岸工程基坑鋼筋混凝土支撐監(jiān)測(cè)為例，通過在現(xiàn)場(chǎng)分別安裝鋼筋計(jì)和應(yīng)變計(jì)，對(duì)其軸力變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析鋼筋計(jì)與應(yīng)變計(jì)實(shí)測(cè)值差異的影響因素及實(shí)測(cè)力值的應(yīng)用。

1 工程概況

珠海某口岸工程場(chǎng)地地形復(fù)雜，地質(zhì)條件較差，有較厚的淤泥層；基坑外圍支護(hù)樁周長(zhǎng)為1546m，基坑開挖面積約 11.5 萬(wàn) m2，基坑周邊大部分絕對(duì)標(biāo)高約為 3.5 m，基坑坑底絕對(duì)標(biāo)高為 -5.7～-9.7 m，基坑深度約 9.2～13.2 m。基坑外圍采用直徑 1.5 m 的旋挖樁作為圍護(hù)墻，設(shè)置兩～三道鋼筋混凝土內(nèi)支撐；上述項(xiàng)目為重點(diǎn)工程項(xiàng)目。本文所選鋼筋混凝土支撐軸力監(jiān)測(cè)分別為某陽(yáng)角處第二道斜撐和相鄰處的第二道對(duì)撐梁。對(duì)撐梁截面尺寸為 1 500 mm×1 200 mm，長(zhǎng)度為 144 m；角撐梁截面支撐尺寸為 1 200 mm×1 200 mm，長(zhǎng)度為 21 m。上述混凝土標(biāo)號(hào)為 C 40，第二道支撐內(nèi)力設(shè)計(jì)報(bào)警值分別為24000 kN、19250 kN（按構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)值的 70 % 確定）。

2 支撐軸力監(jiān)測(cè)方法

支撐內(nèi)力監(jiān)測(cè)是利用與矩形支撐梁四根主筋綁扎連接的混凝土應(yīng)變計(jì)或鋼筋應(yīng)力計(jì)兩種鋼弦式傳感器，獲得所綁扎連接的主筋應(yīng)變或應(yīng)力；再推算每截面四根主筋的應(yīng)變或應(yīng)力的平均值；再根據(jù) GB 50010－2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》推算出鋼筋混凝土的支撐內(nèi)力，所推算的數(shù)值與設(shè)計(jì)報(bào)警值比較，提出是否預(yù)警，從而達(dá)到內(nèi)力監(jiān)測(cè)的目的。

2.1 鋼筋混凝土應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(cè)

2.1.1 精度及計(jì)算方法

式中：F 為混凝土支撐軸力，kN；fi為鋼筋計(jì)測(cè)試得到的當(dāng)次頻率，Hz；f0為鋼筋計(jì)測(cè)試選取的初始頻率，Hz；K 為鋼筋計(jì)標(biāo)定系數(shù)，kN/F；Ac、As分別為混凝土、鋼筋的截面面積，mm2；Ec、Es分別為混凝土、鋼筋的彈性模量，N/ mm2；aS為鋼筋計(jì)截面面積，mm2。

2.1.2 安裝方法

通過先把鋼筋計(jì)安裝位置處的鋼筋截?cái)啵锰淄策B接或焊接連接（見圖 1）。

圖1 鋼筋混凝土應(yīng)力計(jì)安裝示意圖

2.2 振弦式應(yīng)變計(jì)監(jiān)測(cè)

2.2.1 精度及計(jì)算方法

振弦式應(yīng)變計(jì)精度為≤0.5 %F·S。振弦式應(yīng)變計(jì)混凝土支撐軸力計(jì)算見式（2）：

式中：F 為凝土支撐軸力，kN；fi為應(yīng)變計(jì)測(cè)試得到的當(dāng)次頻率，Hz；f0為應(yīng)變計(jì)測(cè)試選取的初始頻率，Hz；K 為應(yīng)變計(jì)標(biāo)定系數(shù)，με/F；AC為混凝土的截面面積，mm2；EC為混凝土的彈性模量，N/ mm2。

記者：民營(yíng)企業(yè)發(fā)展離不開嚴(yán)格公正文明的行政執(zhí)法，司法部出臺(tái)了“三項(xiàng)制度”，這將對(duì)規(guī)范執(zhí)法行為保護(hù)民營(yíng)企業(yè)發(fā)展起到怎樣的作用？

2.2.2 安裝方法

采用綁扎連接方法（見圖 2）。

2.3 監(jiān)測(cè)傳感器的埋設(shè)位置

在鋼筋混凝土混凝土支撐中，預(yù)先在支撐的鋼筋籠四個(gè)角或四條邊位置分別埋設(shè) 1 個(gè)傳感器（見圖 3）。

圖2 振弦式混凝土應(yīng)變計(jì)安裝示意圖

圖3 測(cè)試元件安裝示意圖

3 支撐軸力實(shí)例分析

通過在基坑支撐梁第二道對(duì)撐及第二道斜撐的相同位置，同時(shí)埋設(shè)鋼筋應(yīng)力計(jì)和應(yīng)變計(jì)。其中 ZL 1、ZL 2 為第二道對(duì)撐軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)；ZL 3、ZL 4 為第二道斜撐軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)其軸力變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)合施工工況及監(jiān)測(cè)的支撐軸力變化曲線圖進(jìn)行實(shí)例分析。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果、對(duì)基坑的結(jié)構(gòu)分析及處理措施，分析鋼筋計(jì)與應(yīng)變計(jì)實(shí)測(cè)值差異的影響因素及其應(yīng)用。

3.1 監(jiān)測(cè)結(jié)果

3.1.1 第二道對(duì)撐梁軸力分析

1）開挖第二道支撐下土方至第三道支撐標(biāo)高階段（見表 1 時(shí)間節(jié)點(diǎn)：2018.10.12-2018.11.10），軸力逐步增大到 10 015 kN（見圖 4、圖 5）

2）第三道支撐梁墊層施工階段，棧橋超載，監(jiān)測(cè)區(qū)域格構(gòu)柱鋼翼板開裂，原來(lái)相對(duì)穩(wěn)定的軸力增大至12 339 kN（見圖 4、圖 5），處于峰值狀態(tài)，未超出設(shè)計(jì)報(bào)警值。

表1 監(jiān)測(cè)區(qū)域 2018.07.01～2019.01.29 施工工況記錄表

圖4 對(duì)撐 ZL1 支撐軸力曲線圖

圖5 對(duì)撐ZL2支撐軸力曲線圖

3）后續(xù)工序施工階段，軸力相對(duì)穩(wěn)定。

3.1.2 第二道陽(yáng)角斜撐梁軸力分析

1）開挖第二道支撐下土方至第三道支撐標(biāo)高階段（見表 1 時(shí)間節(jié)點(diǎn)：2018.10.12-2018.11.10），軸力逐步增大到 5 342 kN（見圖 6、圖 7），處于峰值狀態(tài)，未超出設(shè)計(jì)報(bào)警值。

2）后續(xù)工序施工階段，軸力相對(duì)穩(wěn)定。

3.2 結(jié)構(gòu)分析

當(dāng)基坑開挖到第三道支撐標(biāo)高處時(shí)，棧橋板上方超載，格構(gòu)立柱翼板出現(xiàn)爆裂現(xiàn)象（見圖 8）。

圖6 陽(yáng)角處斜撐 ZL 3 支撐軸力曲線圖

圖7 陽(yáng)角處斜撐 ZL 4 支撐軸力曲線圖

圖8 格構(gòu)立柱破裂情況

3.3 處理措施

1）專家會(huì)議要求對(duì)鋼構(gòu)立柱加固處理（見圖 9）。

圖9 應(yīng)急搶險(xiǎn)過程

2）處理結(jié)果：格構(gòu)立柱加固處理完成，經(jīng)驗(yàn)收合格（見圖 10）。

圖10 加固后格構(gòu)立柱

3.4 結(jié)果分析

根據(jù)此實(shí)例，可作出以下結(jié)論。

1）應(yīng)變計(jì)和應(yīng)力計(jì)均能監(jiān)測(cè)軸力的變化情況，能夠真實(shí)反應(yīng)所測(cè)軸力變化趨勢(shì)。

2）應(yīng)力計(jì)和應(yīng)變計(jì)實(shí)測(cè)軸力有差異，應(yīng)變計(jì)所測(cè)數(shù)據(jù)偏大。

3）內(nèi)力并非全部由荷載產(chǎn)生，還有多種非荷載因素產(chǎn)生的附加應(yīng)力，如支撐梁內(nèi)外溫差、混凝土徐變、開挖前的初始頻率選取等。

4）設(shè)計(jì)二維內(nèi)力與實(shí)際圍護(hù)結(jié)構(gòu)三維受力及設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了地層和結(jié)構(gòu)支撐都與工程實(shí)際有差異。

5）應(yīng)變計(jì)和應(yīng)力計(jì)都是通過量測(cè)鋼筋變形，認(rèn)為鋼筋與混凝土同步變形反算內(nèi)力，導(dǎo)致計(jì)算得到的內(nèi)力過大。

6）設(shè)計(jì)方需明確支撐軸力報(bào)警值是按 GB 50497－2009《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》中第 8.0.4 條款的 f3荷載設(shè)計(jì)允許值還是 f2構(gòu)件承載力設(shè)計(jì)允許值的 70 % 確定［2］，建議采用 f2。

4 結(jié)語(yǔ)

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)力值監(jiān)測(cè)往往與實(shí)際情況會(huì)有較大差異，原因包括但不限于安裝方法、測(cè)試元器件、計(jì)算方法、現(xiàn)場(chǎng)綜合原因等，當(dāng)與實(shí)際有較大差異的監(jiān)測(cè)力值會(huì)使現(xiàn)場(chǎng)工程師產(chǎn)生誤判。實(shí)際工程中，需針對(duì)基坑監(jiān)測(cè)力值、現(xiàn)場(chǎng)其他監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)情況等具體分析，提出合理的處理意見，既確保了深基坑的施工安全，又能為建設(shè)單位節(jié)省資金投入，值得工程參與各方參考借鑒。