刘 阳,何 鑫
(1.黄河勘测规划设计研究院有限公司,河南 郑州 450003; 2.山东黄河河务局德州黄河河务局,山东 德州 251100)
1 概述
随着黄河流域生态保护与高质量发展上升为国家战略[1],沿黄城市跨黄基础设施建设加快推进,出现了大量超深、超大基坑工程。然而,黄河两岸地层稳定性差、地下水位高等不利地质条件对基坑施工产生巨大安全隐患。因此,基坑监测的实施在保障基坑工程和施工人员人身安全方面尤为重要。但是,在实际监测中,经常出现混凝土支撑轴力值远大于轴力设计值，同时其他监测项目均小于设计值的情况,这种异常现象给参建各方带来许多困扰[2],影响了参建各方对深基坑工程安全的判断。
GB 50911—2013城市轨道交通工程监测技术规范中明确要求结构应力监测应排除温度变化的影响,且钢筋混凝土结构应排除混凝土收缩、徐变以及裂缝的影响[3]。在实际工程中,温度变化对轴力值的影响可以通过固定监测时间或者通过传感器的温度测量模块等方法进行消除修正;混凝土收缩对轴力值的影响可以通过取基坑开挖前三天观测频率平均值作为初始值的方法进行消除;但是,混凝土徐变对轴力值的影响消除方法规范并未给出,相关文献也没有提出相应的修正方法,因此造成实际计算的混凝土支撑轴力值远远大于理论值的情况。结合济泺路穿黄隧道工程基坑监测的具体情况,提出了考虑混凝土徐变影响的优化计算方法,通过优化前后的轴力值与设计值进行对比分析,得出了相应结论,为后续工程中出现类似问题提供指导。
2 支撑轴力计算方法
2.1 常规计算公式
目前,计算混凝土支撑轴力通常采用钢筋计或者应变计来监测混凝土支撑在施工过程中的钢筋或者混凝土的应变变化,通过弹性模量建立应力应变关系[4]。混凝土支撑轴力计算公式为:
(1)
(2)
2.2 优化计算公式
影响混凝土支撑徐变的主要因素有混凝土支撑截面积、混凝土强度、开挖时龄期、开挖过程中支撑应力水平、周边环境等等。在支撑正常工作状态下,混凝土应力通常不超过0.5fc,可以假定徐变产生的应变与应力成线性关系[5]。参考GB 50010—2010混凝土结构设计规范中给出的计算预应力混凝土徐变公式,得出排除混凝土徐变影响的支撑轴力优化计算公式为:
(3)
(4)
(5)
(6)
φ(t,t0)=φ0βc(t,t0)
(7)
φ0=φXRHβ(fcm)β(t0)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
3 济泺路黄河隧道工程基坑钢筋混凝土支撑算例
3.1 工程概况
济泺路黄河隧道工程轨道交通与市政道路合建段位于济泺路与泺口南路交叉口,沿济泺路呈南北走向。基坑采用明挖法施工,最大开挖深度约为32.5 m,支护结构采用地下连续墙+内支撑,内支撑采用钢支撑与混凝土支撑组合形式。基坑开挖涉及到的土层从上到下主要有:人工填土、粉质黏土、黏质粉土。地下水类型为第四系松散覆盖层的孔隙潜水,埋藏深度0.89 m～1.30 m。含水层主要为人工填土、黏质粉土、粉质黏土、粉细砂等。
3.2 现场数据分析
以本工程第四道一根钢筋混凝土支撑为例,支撑截面为1 200 mm×1 000 mm,配筋情况为:上下各14根28钢筋,左右各4根25钢筋(见图1)。
混凝土支撑相关参数如表1所示。
表1 混凝土支撑参数表
优化计算公式计算变量见表2。
表2 优化计算公式计算变量表
根据不同监测时间计算出的徐变系数代入优化计算公式(2)中,得出不同监测时间实际受力对支撑产生的应变量。
分别采用常规计算公式和优化后计算公式绘制支撑轴力-时间曲线,如图2所示。从图2可以看出,轴力经过修正后,在基坑整个开挖过程中轴力值均小于轴力设计,并且比较接近轴力标准值,与设计计算支撑实际受力比较吻合。
4 结论
1)基坑工程混凝土支撑轴力受到影响因素较多,其中,混凝土徐变是最主要的影响因素。2)通过采用优化后的计算公式能有效消除徐变对混凝土产生的非弹性变形,使支撑实际受力计算更准确。3)文中混凝土支撑轴力优化计算方法在工程实践中得到普遍应用,取得了良好的效果。
