深基坑圍護結構內支撐軸力的監測及分析

2012-01-22 00:56:46牟亞洲

鐵道標準設計 2012年1期

牟亞洲

(中鐵十三局集團第二工程有限公司，廣東深圳 518083)

隨著我國城市地鐵建設的迅速發展,明挖地鐵車站工程也越來越多。內撐式基坑圍護結構,具有結構簡單,受力明確,施工可操作性強、進度快,鋼支撐系統可循環利用等優點,得到廣泛的應用[1]。多數地鐵車站處于復雜地質條件和高風險的周圍環境中,施工中往往需要嚴格控制基坑的穩定與變形。保證內支撐起到預加壓力的力學作用才能有效實現這一目標。因此,鋼支撐內力監測成為實現這一目的的關鍵因素[2，3]。內支撐體系如果缺乏正確的設計、計算分析或在施工中沒有采取必要的技術措施,就很容易導致基坑塌方、支護失效,并對附近建筑、道路、管網等造成嚴重的影響。

必須充分了解影響鋼支撐內力的影響因素,在施工過程中對鋼支撐軸力進行監測,時時明確支撐體系的受力狀態確保其安全工作,在鋼支撐軸力有異常增大時提出相應的措施,確保其不失穩并安全地工作,事故是可以避免的[3]。

通過實際工程鋼支撐的軸力監測及分析,擬探討深基坑內支撐的受力變化規律以及用支撐軸力進行信息反饋的方法。

1 工程概況

深圳地鐵2號線東延線蓮花山西站位于新洲路與紅荔西路交叉路口東南角的運動場內,車站南端橫跨福中一路,與新洲路呈約21°夾角,車站大致呈南北走向,為地下2層島式站臺車站,基坑總長177.3 m,深18.3～20.05 m,標準段寬19.1 m。車站基坑周圍環境較為復雜,東南側緊鄰多棟建筑物,西側及北側為城市主干道路。車站基坑還緊鄰電纜隧道、燃氣管、電信管、給水管、雨水管、污水管等復雜管網。

車站范圍上覆地層為第四紀全新統人工填筑土、沖洪積粉質黏土及砂層,殘積黏性土層,下伏基巖為震旦系花崗片麻巖。地下水主要有第四紀孔隙水、基巖裂隙水,地下水埋深2.7～6.5 m,含水層厚度3.2～11.0 m,主要由大氣降水補給,水量較豐富,局部微承壓。

花崗巖、花崗片麻巖殘積層及全風化層具有遇水軟化、崩解,強度急劇降低的特點；花崗巖、花崗片麻巖殘積土層中,當動水壓力過大時,容易產生管涌、流土等滲透變形現象。

車站主體基坑圍護結構采用800 mm厚地下連續墻,基本墻幅寬度采用6 m,墻幅間接頭采用鎖口管。基坑內支撐水平間距一般按3 m考慮,豎向按4道支撐設置,基坑除南段第1道采用橫截面尺寸為600 mm×800 mm的鋼筋混凝土支撐外,其余支撐均采用外徑φ609 mm、壁厚t=16 mm的Q235鋼管支撐。地下連續墻插入深度：中風化2.5 m,強風化4.5 m,全風化及其余土層6 m。

2 內支撐軸力測點布置及監測方法

車站主體基坑內支撐軸力監測布置13個斷面,剖面上有4道支撐的,也有3道支撐的,共布置48個監測點,見圖1。

圖1 內支撐監測點布置(單位：mm)

軸力監測采用弦式應變計,每個鋼支撐端頭1～2 m范圍內沿支撐軸線對稱安裝2個應變計。當鋼支撐在地面上時就把應變計安裝上,并測初始溫度及初始頻率值,當鋼支撐安裝到對應道數支撐位置上待支撐預加力加完后,鋼支撐開始工作時,監測工作初始頻率。通過每天應變計的頻率變化來判斷鋼支撐軸力變化情況,根據監測得到的平均應變可按下式計算鋼支撐軸力

N=EsεsAs

式中N——鋼支撐軸力，N；

Es——鋼支撐的彈性模量,取Es=2.0×105(N/mm2)；

ε——監測斷面處實測平均應變值；

As——鋼支撐截面面積，mm。

3 內支撐軸力監測信息反饋及分析

3.1 支撐軸力歷時變化規律

通過對本工程測得的支撐軸力歷時變化的分析,可知：內支撐軸力隨時間的變化是增長穩定型的,即鋼支撐架設后隨著預加應力的施加及開挖深度的增加,軸力快速增加并達到最大值,然后基本穩定在該量值,保持不變，說明鋼支撐起到很好的力學作用,對圍護結構的穩定及變形控制起到了很好的支撐作用。以下給出3個斷面的軸力監測結果。

(1)ZC-67支撐軸力監測斷面

該斷面的支撐為21.5 m長的斜支撐,4道支撐均為鋼管支撐。監測得到的4道支撐的軸力歷時變化如圖2所示。圖中ZC1、ZC2、ZC3、ZC4分別表示第1至4道支撐的軸力監測結果。以第3道支撐為例,2009年1月6日安裝后受力較小,隨著開挖深度的增加和第4道支撐的安裝,其受力明顯增大,開挖階段每天以48 kN速度增大,開挖到基底高程后,最大達到1 977 kN,然后基本穩定在該量值。

圖2 ZC-67監測斷面支撐軸力歷時變化曲線

(2)ZC-65支撐軸力監測斷面

該斷面的鋼支撐為19 m長的直支撐,4道支撐均為鋼管支撐。監測得到的4道支撐的軸力歷時變化如圖3所示。該斷面支撐軸力與ZC-67鋼支撐軸力監測結果有相同的規律,從軸力變化圖可以看出,第2道支撐受力最大,最大軸力值為1 365 kN。

圖3 ZC-65監測斷面支撐軸力歷時變化曲線

(3)ZC-51支撐軸力監測斷面

該斷面支撐為18 m長的直支撐,4道支撐均為鋼管支撐。監測得到的4道支撐的軸力歷時變化如圖4所示。該斷面支撐軸力與上述2個斷面的監測結果也有相同的規律,從軸力變化圖可以看出,第3道支撐受力最大,最大軸力值為1 761 kN。

圖4 ZC-51監測斷面支撐軸力歷時變化曲線

3.2 支撐軸力異常情況的信息反饋

ZC-34斷面支撐為18 m長的直支撐,4道支撐均為鋼管支撐。監測得到的4道支撐的軸力歷時變化如圖5所示。其中第4道支撐于2009年3月18日安裝,安裝后的20多天時間內受力平穩增加,但在2009年4月10日,支撐軸力突然增大,支撐軸力達到2 541 kN。經觀察分析發現,本段連續墻有漏水情況,還有地面有土方運輸汽車排隊行駛,動荷載比較大。后經過信息反饋,經過對地層進行注漿加固,并對運輸車輛采取限行措施,支撐軸力又趨于穩定。