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沈阳地铁黎明文化宫站后区间基坑施工钢支撑轴力监测与分析
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内容提示：沈阳黎明文化宫地铁站站后区间新开河区段按明挖法施工,基坑分三个施工段,采用排桩加钢支撑的支护方法,桩顶用冠梁将排桩连接为整体。文章介绍了开挖阶段钢支撑的架设及轴力的监测和分析结果。
摘要:沈阳黎明文化宫地铁站站后区间新开河区段按明挖法施工,基坑分三个施工段,采用排桩加钢支撑的支护方法,桩顶用冠梁将排桩连接为整体。文章介绍了开挖阶段钢支撑的架设及轴力的监测和分析结果。（参考《建筑中文网》）
关键词:地铁基坑 钢支撑 监测
1 工程概况
黎明文化宫站是沈阳市地铁一号线工程的城区段终点站。位于黎明五街东侧黎明文化宫环岛内,沿和睦路呈东西向展布,起讫里程DK21 712.03~DK21 862.43,车站长150.4m,结构宽度标准段46.65m。车站底板埋深约16.3m,顶板覆土约3.5m,采用双层地下侧式车站。黎明文化宫站—终点区间段落里程为DK21 862.43~DK22 243.3,全长380.87m,底板埋深约12m,线路位于沈阳市大东区,沿和睦路走行,在DK21 980~DK22 027.9处穿越新开河。
地层岩性从上到下依次为:杂填土、粉质粘土、中粗砂、砾砂、圆砾。该工程地下水位在结构底板以上约8.3m,地下水赋存于圆砾、砾砂等强透水层中,按埋藏条件划分,属第四系孔隙潜水,含水层综合渗透系数为81.2m/d,地下水主要补给来源为浑河侧向补给及大气降水垂直入渗补给。
2 钢支撑架设
该工程采用明挖法,根据施工工期及土方开挖施工工艺的要求,黎明文化宫站后区间新开河段共分为三个施工段,由东向西,各段长18、18、12m。新开河河道段基坑开挖深度为8.6m,河岸段为11.15m。基坑围护结构类型采用排桩、钢管支撑体系,桩顶用冠梁连接成整体。围护结构上部1.5m范围内采用自然放坡开挖,下部深基坑用排桩支护。排桩采用Φ800@1200钻孔桩,桩长过河段为11.5m,河岸段为14m,桩入土深度为5.2m。钢支撑采用Q235B型钢,直径为600mm的钢管,壁厚14mm,横撑水平间距为3.0m。腰梁采用2I45b工字钢加焊缀板和肋板,钢管支撑设活动端头以便施加预压力。
基坑开挖方式为分段分层开挖,每段土方开挖长度为18~25m。第一层土方开挖至冠梁顶面以下3.3m,然后挂网喷射混凝土,在冠梁下1.5m处安置钢围檩。第二层土方挖土深度为2m即冠梁以下5.3m,边挖边进行第一道钢支撑的架设施工,第三层改由小挖掘机挖掘,挖掘深度为2m即冠梁以下7.3m,开挖后进行第二道钢围檩施工,待第二道钢围檩施工完成后,进行第四层土方开挖,挖至距离基底标高300mm处,边挖边进行第一道钢支撑的架设施工,最后人工挖至基底标高。在围护桩与钢支撑的保护下,施工主体混凝土底板及防水层,其强度达到设计值的70%时,拆卸下道钢支撑,由底板替代钢支撑作用。然后绑筋、支模、浇筑侧墙及中墙混凝土,并完成主体顶板混凝土施工,以及相应防水措施,形成完整的主体结构。
第一施工段上层共安装7道钢支撑,下层共安装6道钢支撑,其中在22#桩位置处安设了两道带有轴力计钢支撑,上道钢支撑最大设计轴力为300.1kN,下道钢支撑最大设计轴力为525.2kN。
第二施工段在43#桩位置处也安设了两道带有轴力计钢支撑,上道钢支撑最大设计轴力为114.0kN,下道钢支撑最大设计轴力为339.7kN。
3 钢支撑轴力监测方法
3.1 钢支撑轴力监测的作用
钢支撑轴力监测是整个地铁施工监测的主要内容之一。本车站站后折返线基坑的支撑体系采用的是上下两道横向钢支撑,使用支撑轴力计来量测其轴力变化,分析支撑体系的受力特点,及时比较设计所预期的性状与监测结果的差别。预测下一阶段施工过程中可能出现的新动态,为后期开挖方案与开挖步骤提出建议。从而保证围护基坑的稳定性,减小桩体的侧向位移,保证主体施工的尺寸空间。对施工过程中可能出现的险情进行及时的预报,当有异常情况时,立即采取必要的工程措施,将问题消灭于萌芽状态,以确保工程安全。
3.2 测量原理
测量采用FLJ-40型振弦式反力计,又称轴力计,是一种振弦式载重传感器。振弦式传感器主要由振弦,夹紧装置,受力机构,电磁回路及信号处理等几部分组成。
振弦式传感器以张紧的钢弦作为敏感元件,其振弦的固有频率与张紧力有关。振弦式传感器正是利用振弦的固有频率随受力的大小而改变的特性将被测力转换为频率信号输出的测量元件。振弦置于永久磁场中,通过产生脉冲电流,使磁场发生变化,从而激发振弦振动。当激发脉冲断开时,振弦在磁场中的运动使线圈产生感应电动势,其频率与振弦的振动频率相同。
测量过程中用ZXY-2型振弦读数仪测量出轴力计输出频率f,按下式求出支撑轴力P=K(F0-Fi)。式中K为轴力计标定系数(kN/F);F0为原始频率模数;Fi=f2×10-3即实测频率模数。
3.3 测点的布设
轴力计安装在钢支撑的端部,用配套的轴力计安装架固定。安装架圆形筒上设有开槽的端面与冠梁或腰梁上的钢板用电焊焊接牢固,电焊时钢支撑中心轴线与安装中心点对齐。待冷却后,把轴力计推入焊好的安装架圆形钢筒内并用钢筒上的4个M10螺丝把轴力计牢固的固定在安装架上,使支撑吊装时,不会把轴力计滑落下来即可。
平均每25m选择一个断面,选择有代表性的断面,在每个断面上支撑安放一组轴力计。具体布置见图1和图2。
本段工程从2006年1月12日开始进行基坑开挖,2月24日基坑开挖结束。在本区间两个断面设置4个轴力计来监测钢支撑的轴力。钢支撑自架设至拆除监测频率如下:横撑设置和拆除过程2次/d;开挖过程1~2d测1次;主体施工1次/3d。当出现应力变化异常情况下,应增加监测频率,同时结合测斜、桩顶位移及钢筋应力的检测数据进行综合分析,找出原因并及时解决。
每天的测量结果形成表格并与支撑轴力的设计值进行比较,连同其他的监测项目以日报的形式上报监理部门。
将测得数据汇总如表1(以22#桩为例),通过监测数据的统计与分析,轴力在施工过程中变化的下列几点要素,在施工过程中要加强监测,及时反馈监测信息,以保证施工质量安全。
1)开挖速度和钢支撑的架设速度,当开挖到钢支撑的架设位置后,架设好钢支撑,预加好轴力,而在以后几天的测量结果表明,支撑轴力有减小的趋势。这是因为支撑的预加轴力使围护桩向基坑外的土层产生反作用力,土层被动压缩,桩体发生微小变形,使轴力短时间内有下降的趋势。
2)上道钢支撑随着开挖长度和深度的增加,轴力有所增大,直至下道钢支撑受预加力后,轴力基本趋于稳定。
3)底板没有浇注之前随着时间的增加支撑轴力会略有增大,在一定的范围内波动。这是由于外侧土层随时间而发生变形使围护桩的受力重新分布造成的。在底板强度达到要求后要撤掉下道钢支撑,由于支撑跨度的增大上道钢支撑的轴力又会小幅度增加。
5 结语
通过对围护桩及钢支撑的轴力的监测结果分析表明:
1)钢支撑对维护基坑稳定性、减小基坑围护桩向内发生水平位移、保证主体施工的尺寸空间具有重要作用。基坑围护桩向内侧的水平位移在架设钢支撑后保持稳定。
2)随着本施工段和相近施工段基坑深度的加深和开挖长度的增加,钢支撑的轴力逐渐增加。
3)在主体钢筋混凝土底板施工完成后,拆掉下道钢支撑。土侧压力由上道钢支撑与主体底板支撑围护桩来抵抗。支撑跨度比原来由上下两道钢支撑支撑时增大,使上道钢支撑轴力增大。
4)由于钢支撑架设时机与基础开挖过程和顺序有较好的衔接,从而保证了基坑的稳定与安全,又在一定程度上为基坑的开挖提供方便。
5)开挖速度与钢支撑的及时架设是影响轴力变化的主要因素,施工中能否很好控制该因素是施工安全的重要保障。
参考文献
[1]GB50299—1999,地下铁道工程及验收规范[S].
[2]张永谋,桌普周,李鹏.南京地铁许府巷站深基坑工程与监测[J].江苏地质,2002,26(1):42-48.
[3]陈军.深基坑支护工程的设计、施工与监测[J].湖南大学学报(自然科学版),2002,29(3):20-23.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/200806/9069.htm
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