钢筋混凝土支撑轴力计算方法分析

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摘要:为研究基坑工程中混凝土支撑轴力计算值远大于设计值的情况，优化其计算方法，提高轴力监测的准确性，依据济南市济泺路穿黄隧道工程基坑混凝土支撑轴力监测数据，通过混凝土支撑轴力计算方法优化前后的数值与设计值进行对比分析，得出:徐变是混凝土支撑轴力最主要的影响因素;优化后的混凝土支撑轴力与轴力设计值更加吻合。

关键词:混凝土支撑轴力;徐变;应变

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。GB50911—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］。

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］。其中，Nc为混凝土支撑截面轴力值;σc为混凝土支撑截面平均应变值;AC为混凝土截面总面积;Es为钢筋弹性模量;As为钢筋截面总面积;εc为混凝土支撑截面平均应变值;Ki为第i根传感器标定系数;fi为第i根传感器实测频率值;fi0为第i根传感器初始频率值;Bi为第i根传感器温度系数;ΔTi为第i根传感器实测温度与初始测量温度之差;φ'(t，t0)为考虑钢筋效应时混凝土徐变系数;ne为钢筋弹性模量与混凝土弹性模量比值;ρs为支撑构件截面配筋率;φ(t，t0)为基坑开挖时龄期为t0的混凝土支撑在龄期为t时的混凝土徐变系数;φ0为名义徐变系数;βc(t，t0)为基坑开挖后徐变随时间发展的系数;t为混凝土龄期;t0为基坑开挖时混凝土龄期;φＲH为考虑环境相对湿度和理论厚度2A/u对徐变系数影响的系数;β(fcm)为考虑混凝土强度对徐变系数影响的系数;β(t0)为考虑加载时混凝土龄期对徐变系数影响的系数;fcm为混凝土圆柱体28d龄期平均抗压强度，MPa;ＲH为周围环境相对湿度;βH为取决于环境相对湿度ＲH(%)和理论厚度2A/u(mm)的系数。

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32．5m，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0．89m～1．30m。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1200mm×1000mm，配筋情况为:上下各14根28钢筋，左右各4根25钢筋(见图1)。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。

参考文献:

［1］左其亭．黄河流域生态保护和高质量发展研究框架［J］．人民黄河，2019，41(11):7．

［2］李兆源．基坑混凝土支撑轴力监测值计算方法研究［D］．广州:华南理工大学，2014．

［3］中华人民共和国住房和城乡建设部．城市轨道交通工程监测技术规范:GB50911—2013［S］．北京:中国建筑工业出版社，2014:44．

［4］刘建军．深基坑混凝土支撑轴力监测研究［J］．铁道勘察，2019，45(5):68－72．

［5］过镇海．钢筋混凝土原理［M］．北京:清华大学出版社，2013．

作者：刘阳 何鑫 单位：黄河勘测规划设计研究院有限公司 山东黄河河务局德州黄河河务局