某基坑鋼筋混凝土支撐軸力監測實例分析

劉雄鷹，楊清靈，侯海清

（珠海市建設工程質量監測站，廣東 珠海 519015）

0 引言

城市深基坑工程近年來發展迅猛，由于地下工程設計與施工的地質條件、工況等差異，深基坑支護監測項目中內力監測尤為重要。目前相關研究成果不能完全滿足實際需求，工程各方對內力監測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測為例，通過在現場分別安裝鋼筋計和應變計，對其軸力變化進行監測，分析鋼筋計與應變計實測值差異的影響因素及實測力值的應用。

1 工程概況

珠海某口岸工程場地地形復雜，地質條件較差，有較厚的淤泥層；基坑外圍支護樁周長為1546m，基坑開挖面積約 11.5 萬 m2，基坑周邊大部分絕對標高約為 3.5 m，基坑坑底絕對標高為 -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 的旋挖樁作為圍護墻，設置兩～三道鋼筋混凝土內支撐；上述項目為重點工程項目。本文所選鋼筋混凝土支撐軸力監測分別為某陽角處第二道斜撐和相鄰處的第二道對撐梁。對撐梁截面尺寸為 1 500 mm×1 200 mm，長度為 144 m；角撐梁截面支撐尺寸為 1 200 mm×1 200 mm，長度為 21 m。上述混凝土標號為 C 40，第二道支撐內力設計報警值分別為24000 kN、19250 kN（按構件承載力設計值的 70 % 確定）。

2 支撐軸力監測方法

支撐內力監測是利用與矩形支撐梁四根主筋綁扎連接的混凝土應變計或鋼筋應力計兩種鋼弦式傳感器，獲得所綁扎連接的主筋應變或應力；再推算每截面四根主筋的應變或應力的平均值；再根據 GB 50010－2010《混凝土結構設計規范》推算出鋼筋混凝土的支撐內力，所推算的數值與設計報警值比較，提出是否預警，從而達到內力監測的目的。

2.1 鋼筋混凝土應力計監測

2.1.1 精度及計算方法

式中：F 為混凝土支撐軸力，kN；fi為鋼筋計測試得到的當次頻率，Hz；f0為鋼筋計測試選取的初始頻率，Hz；K 為鋼筋計標定系數，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為鋼筋計截面面積，mm2。

2.1.2 安裝方法

通過先把鋼筋計安裝位置處的鋼筋截斷，利用套筒連接或焊接連接（見圖 1）。

圖1 鋼筋混凝土應力計安裝示意圖

2.2 振弦式應變計監測

2.2.1 精度及計算方法

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

式中：F 為凝土支撐軸力，kN；fi為應變計測試得到的當次頻率，Hz；f0為應變計測試選取的初始頻率，Hz；K 為應變計標定系數，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。

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2.2.2 安裝方法

采用綁扎連接方法（見圖 2）。

2.3 監測傳感器的埋設位置

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

圖2 振弦式混凝土應變計安裝示意圖

圖3 測試元件安裝示意圖

3 支撐軸力實例分析

通過在基坑支撐梁第二道對撐及第二道斜撐的相同位置，同時埋設鋼筋應力計和應變計。其中 ZL 1、ZL 2 為第二道對撐軸力監測點；ZL 3、ZL 4 為第二道斜撐軸力監測點，對其軸力變化進行監測，結合施工工況及監測的支撐軸力變化曲線圖進行實例分析。根據監測結果、對基坑的結構分析及處理措施，分析鋼筋計與應變計實測值差異的影響因素及其應用。

3.1 監測結果

3.1.1 第二道對撐梁軸力分析

1）開挖第二道支撐下土方至第三道支撐標高階段（見表 1 時間節點：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，監測區域格構柱鋼翼板開裂，原來相對穩定的軸力增大至12 339 kN（見圖 4、圖 5），處于峰值狀態，未超出設計報警值。

表1 監測區域 2018.07.01～2019.01.29 施工工況記錄表

圖4 對撐 ZL1 支撐軸力曲線圖

圖5 對撐ZL2支撐軸力曲線圖

3）后續工序施工階段，軸力相對穩定。

3.1.2 第二道陽角斜撐梁軸力分析

1）開挖第二道支撐下土方至第三道支撐標高階段（見表 1 時間節點：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，未超出設計報警值。

2）后續工序施工階段，軸力相對穩定。

3.2 結構分析

當基坑開挖到第三道支撐標高處時，棧橋板上方超載，格構立柱翼板出現爆裂現象（見圖 8）。

圖6 陽角處斜撐 ZL 3 支撐軸力曲線圖

圖7 陽角處斜撐 ZL 4 支撐軸力曲線圖

圖8 格構立柱破裂情況

3.3 處理措施

1）專家會議要求對鋼構立柱加固處理（見圖 9）。

圖9 應急搶險過程

2）處理結果：格構立柱加固處理完成，經驗收合格（見圖 10）。

圖10 加固后格構立柱

3.4 結果分析

根據此實例，可作出以下結論。

1）應變計和應力計均能監測軸力的變化情況，能夠真實反應所測軸力變化趨勢。

2）應力計和應變計實測軸力有差異，應變計所測數據偏大。

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

4）設計二維內力與實際圍護結構三維受力及設計簡化了地層和結構支撐都與工程實際有差異。

5）應變計和應力計都是通過量測鋼筋變形，認為鋼筋與混凝土同步變形反算內力，導致計算得到的內力過大。

6）設計方需明確支撐軸力報警值是按 GB 50497－2009《建筑基坑工程監測技術規范》中第 8.0.4 條款的 f3荷載設計允許值還是 f2構件承載力設計允許值的 70 % 確定［2］，建議采用 f2。

4 結語

基坑支護結構力值監測往往與實際情況會有較大差異，原因包括但不限于安裝方法、測試元器件、計算方法、現場綜合原因等，當與實際有較大差異的監測力值會使現場工程師產生誤判。實際工程中，需針對基坑監測力值、現場其他監測數據情況等具體分析，提出合理的處理意見，既確保了深基坑的施工安全，又能為建設單位節省資金投入，值得工程參與各方參考借鑒。