3浅议温度变化对混凝土支撑轴力监测的影响

-1-浅议温度变化对混凝土支撑轴力监测的影响高超赵耀龙郭瑞蛟李典兵（中交隧道工程局有限公司北京100102）【摘要】结合佛山地铁二号线石梁站混凝土支撑轴力监测数据，分析温度变化对轴力的影响，并提出相应的施工注意事项及应对措施，以期为类似混凝土支撑轴力监测施工提供有益的参考与借鉴。【关键词】混凝土支撑轴力监测温度变化措施地铁车站施工中，为保证基坑整体安全，需于基坑开挖及主体结构回筑阶段对支护结构受力状况、地表隆沉及周边建（构）筑物等进行同步监测，实时掌握各支护结构及建（构）物所处状态、受力特点、稳定情况等监测数据，信息化施工，并根据监测数据反馈情况，及时调整各施工工序，采取相应处置措施，科学、合理指导后续施工，确保基坑本体及周边环境的安全。1工程概况佛山地铁二号线一期工程石梁站位于佛山市禅城区，为地下两层双跨矩形框架结构岛式车站。车站长度205.000米，基坑宽度19.2～23.2m，深度为18.22～19.24m，顶板覆土厚约3.8m。车站原始地貌为河流冲积平原地貌，地势较平坦，地面高程一般在3.12～4.20m。上覆素填土、淤泥质土、粉质黏土、粉土、粉细砂、残积土，下伏基岩主要为全～中等风化（泥岩、砂质泥岩、泥质砂岩、砂岩）。地下水位埋深1.20～4.70m。结合车站周边环境条件，基坑安全等级为一级。基坑围护结构均采用φ1000@1400mm旋挖成孔灌注桩，基底主要位于中风化泥质砂岩中，围护结构插入深度2.5m。标准段第一道（见图1）及端头井第二、三道均为钢筋混凝土支撑，支撑截面为700*1000mm，冠梁尺寸为1000*1000mm，腰梁尺寸为800*1000mm。支撑水平间距为9m。标准段第二、三道采用φ600，t=12钢管内支撑与钢围檩组合支护。-2-图1第一道支撑平面布置图2轴力计安装要求本工程基坑第一道混凝土支撑轴力监测点按15～30m间距布设，共设置10个监测断面，监测点埋设在基坑内受力较大的支撑上，每道支撑轴力监测点竖向位置保持一致。混凝土支撑每个截面内埋设4个钢筋计（振弦式钢筋计），钢筋计布置于支撑四个角点，钢筋计两端与支撑主筋采用焊接连接（焊接时采取保护措施，确保钢筋计不受焊接温度影响或损坏）。钢筋计电缆线固定于支撑梁体钢筋内，分别将各监测数据线引出，做好标记，置于施工不易碰撞处；在支撑上选择支撑轴力较大的点位为监测点（约支撑长度1/2处）,现场安装实物图如图2所示。图2混凝土支撑钢筋计安装实物图根据钢筋计（振弦式钢筋计）产品相关资料，轴力计算公式为：Fi=K*（fi2-f02）（其中，fi-钢筋计测频，f0-钢筋计初频），结合实际情况，对四根钢筋计取平均值，并考虑截面积与弹性模量的影响，实测轴力值计算公式为：F=∑Fi/4；F0=F*(St/Sg)*(Et/Eg)其中：F0-支撑轴力监测值；Fi-单个钢筋计内力；F-钢筋计平均内力；Et-混-3-凝土弹性模量；Eg-钢筋弹性模量；St-混凝土支撑截面积；Sg-受力钢筋截面积。3混凝土支撑轴力的监测本工程地处广东省佛山市，属亚热带季风气候,夏季受副热带高压带控制,夏季炎热,气温高（最高可达40℃），且持续时间长（5月～10月），受东南季风的影响,降水丰富。本工程施工及监测时间均为夏季高温季节。本次研究选取ZCL-08-1、ZCL-09-1、ZCL-10-1三个断面进行分析（平面布置图见图3），所选混凝土支撑浇筑时间为2016年5月20日，2016年6月27日分三次完成监测初始值的测取。2016年7月22日（当日天气：多云，27～35℃），分时间段（1次/h）对三道混凝土支撑进行轴力值连续监测，对测得支撑轴力值进行对比分析。图3混凝土支撑轴力变化分析点位平面布置图测取现场混凝土支撑钢筋计分时测频后，通过与初始值轴力计初频对比，按上述所列公式计算出各时间点混凝土支撑轴力实测值，进行汇总统计，详见表1。表1各时间点轴力实测值统计表编号各时间点轴力实测值（KN）0:001:002:003:004:005:006:308:009:0010:0011:0012:00ZCL-10-011398.101338.101293.981265.351242.281214.981214.841302.401558.561926.982225.962355.14ZCL-09-01660.70614.00576.49561.30546.90531.84527.32734.871003.041318.281548.651644.28ZCL-08-011234.941147.401087.711047.051020.25993.93989.831216.321605.192009.582302.952442.86-4-编号各时间点轴力实测值（KN）13:0014:0015:0016:0017:0018:0019:0020:0021:0022:0023:0023:59ZCL-10-012701.092883.213012.162982.242856.642507.862287.732047.601857.151697.101637.051517.00ZCL-09-011866.161975.182084.012068.561971.231672.661467.231221.801059.00889.80854.40733.00ZCL-08-012776.202959.983069.612964.952803.472445.272160.141915.001731.451570.101511.751391.00根据混凝土支撑轴力监测数据分析，三道支撑当日轴力最大值出现于15:00，轴力最小值出现于6:30。0:00～6:30时间段内轴力基本处于稳定状态，变化幅度较小；6:30～15:00时间段内处于快速上升阶段，呈线性上升，变化幅度大；15:00～21:00时间段内处于下降阶段，变化幅度先大后小；21:00～23:59时间段内渐趋平稳，变化幅度变小。最大值与最小值差值为1557～2080KN,最大值为最小值的247.95%～395.21%，混凝土支撑轴力随温度变化曲线图见图4。图4混凝土支撑轴力随温度变化曲线图综合混凝土支撑轴力监测数据及轴力随温度变化曲线图，伴随着气温的升高与回落，混凝土支撑结构受热膨胀，混凝土支撑轴力监测值明显呈增大后再行减小的趋势（此期间基坑开挖深度及周边附加荷载等施工工况基本保持一致，可排除支撑本身受力状态的影响）。由图表可知，温度变化可明显引起混凝土支撑轴力监测值大幅波动，轴力增加幅度达1500～2000KN，在轴力初测值较小的情况下，最大监测值可达最小监测值的2～3倍。4施工注意事项与应对措施-5-混凝土支撑轴力监测数据为判定基坑受力状态及稳定情况的重要指标之一，准确、可靠的监测数据可合理、有效的指导现场施工。考虑温度变化对混凝土支撑轴力监测值的明显影响，基坑施工过程中，可采取以下措施以确保监测数据的真实性、准确性及可靠性：①混凝土支撑浇筑施工完成后，加强养护，并适当延长湿养时间（14～21d），待达到设计龄期后（宜≥28d）再行测取初始值，减小混凝土支撑本身水化热引起的应力变化，进而降低对支撑轴力监测值的影响。②混凝土支撑轴力监测过程中，保持地面附加荷载（基坑周边材料堆码及机械设备停放等）的一致性，减小由于地面超载引起的短时间或局部轴力值变化，消除外部附加荷载的影响。③监测施工期间，测设时间点应避开当日最高气温及最低气温时间窗口，选取支撑轴力受温度影响较小的时间段（可选取5:00～8:00），且若现场条件允许可单日多次测取轴力值，确保混凝土支撑轴力测设值的真实性与可靠性。④混凝土支撑轴力监测应采取连续监测，且应保证每次实施监测的时间点基本保持一致（或监测时温度基本相同），最大程度消除温度变化对支撑轴力实测值的影响。⑤混凝土支撑轴力监测施工时，应描述基坑施工工况，并详细记录测量时混凝土支撑表面温度情况（条件不允许则记录大气温度情况），定期对测量数据进行统计与分析，找出轴力监测值变化的主要原因及次要原因，采取相应针对性措施后开展下一工序的施工。5结语综上，基坑施工过程中，温度变化为影响混凝土支撑轴力监测值变化的因素之一，为确保监测数据的真实性、可靠性，应采取合理、有效的措施，并结合其它相关主要监测项目数据，准确判断支护结构受力状态及基坑稳定情况，科学、合理地指导现场施工，确保基坑施工安全。