唐昌意 刘智 问建学 苗晨阳 马祖遥

珠海市规划设计研究院 中交公路规划设计院有限公司 南京瑞迪建设科技有限公司

摘 要：依托某下穿隧道软土深基坑工程，对内支撑轴力监测数据进行分析，探究混凝土内支撑轴力突变报警的原因，采用单因素法分析导致轴力异常的影响因素。研究结果表明：造成本工程支撑轴力异常的因素依次为注浆堵漏、周边荷载和温度变化。根据监测数据结合基坑边界条件的变化情况，可清楚地分析出异常原因，为基坑开挖安全稳定提供有力的支撑依据。

关键词：下穿隧道;软土;深基坑;支撑轴力;异常分析;

近年来，随着城市建设的快速发展，土地资源日趋紧张，地下空间的开发利用成为必选之路，特别是地铁、道路等公共交通的建设，更多地向地下空间发展。常用的地下空间建设方式有盾构法[1]和明挖法[2]两种。盾构法常用于地铁[3]等长距离、大深度的建设，明挖法常用于道路的下穿隧道[4]等埋深浅、短距离的建设。围护结构+内支撑为明挖法基坑支护常用的方法之一。为有效跟踪基坑开挖过程中围护结构和内支撑的受力和变形情况，分析其是否处于安全状态，监测工作必不可少。内支撑的轴力监测数据与理论计算结果存在一定出入，因影响因素复杂，难以采用常规理论计算来解释。查阅类似工程文献[5,6,7,8,9,10],导致基坑内支撑轴力异常的因素有侧向土压力、温度变化、混凝土硬化、边界条件变化等，但不同的案例具有其独有特点。

本文对某道路下穿隧道软土深基坑内支撑轴力异常情况的监测数据进行分析，结合其周边环境条件的变化，探讨案例中第二道混凝土内支撑轴力突变报警的原因，提出应对措施，为类似工程的设计优化及施工信息化提供有益参考。

1 工程概况

1.1基坑概况

某道路下穿隧道基坑工程位于粤港澳大湾区，开挖深度0.54～25.3 m,开挖面积1 445 m2,基坑等级为一级，深基坑段采用地连墙+内支撑支护形式，内支撑共分6层，每层支撑间距为4 m,第一、第二层采用1 000 mm×1 000 mm矩形混凝土支撑，第三～第六层采用?800 mm钢管撑。基坑支护典型剖面如图1所示。

工程区内地貌单元为滨海滩涂地貌，岩土层自上而下分为人工成因(Qme)素填土和冲填土；海陆交互相沉积成因(Qmc)的淤泥、粗砂、粉质黏土、淤泥质土及砾砂；残积成因(Qel)的砂质黏性土；燕山期(γ)全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩。岩土参数指标见表1。

图1 基坑支护典型剖面

表1 岩土参数指标

1.2监测点布置

基坑监测项目主要有测斜、桩顶沉降及位移、支撑轴力、立柱沉降、地下水位等。基坑支撑轴力监测共分4层，分层布设监测点，监测频次为1次/d。支撑轴力监测点布置在内支撑中心位置，每层布设应力计位置一致。支撑轴力监测点(ZL2-22～ZL2-28)平面布置如图2所示。

1.3基坑监测异常情况

基坑开挖至第三道钢管撑下1 m时，第三道钢管撑已安装完成，发现第二道支撑地连墙接缝处有渗水现象，采用注浆方式对渗水区域混凝土裂缝进行堵漏。

注浆过程中，第二道混凝土支撑(ZL2-22～ZL2-28)监测数据异常，支撑轴力持续增长，超出监测报警值，但未达到设计允许值，其中单日变化量最大值为2 422.8 kN,增幅高达49.73%。施工单位立即停止注浆，对该区域钢管撑进行加固，并将钢管撑预加轴力加载至1 000 kN,同时停止开挖。第二道混凝土支撑轴力监测数据曲线如图3所示。

图2 支撑轴力监测点平面布置

图3 第二道混凝土支撑轴力监测数据曲线

2 监测数据异常情况分析

支撑轴力监测值主要受初始频率的取值、温度变化、轴力计计算修正值、轴力计温度修正系数等因素影响[11]。本基坑监测过程中支撑轴力初始频率的取值和轴力计计算修正值已校核，主要考虑注浆堵漏、周边环境和温度变化对支撑轴力监测值的影响。

2.1注浆堵漏对支撑轴力的影响

监测数据显示注浆之前，第二道支撑轴力监测值是稳定的，波动变化较小，没有明显的突变趋势。发现地连墙接缝处出现渗水现象后，对渗水区域混凝土裂缝进行注浆，浆液遇到混凝土裂缝中的水分会迅速分散、乳化、膨胀、固结，固结的弹性体填充在混凝土裂缝中，将水流完全堵塞在混凝土结构体之外，以达到止水堵漏的目的。注浆期间监测点ZL2-22～ZL2-28支撑轴力监测值及变化见表2。

表2 注浆堵漏工况下支撑轴力监测值及变化

根据监测数据可知，注浆时监测点ZL2-22～ZL2-26支撑轴力发生突变，变化值为+1 182～+4 066.1kN，监测点ZL2-24增幅最高达85.8%，占监测期间支撑轴力增加总值的52.5%。

注浆堵漏之前，基坑外侧地下水发生渗流，支撑轴力较稳定，注浆堵漏后，基坑外侧地下水位迅速升高，是导致支撑轴力突变的根本原因。

注浆结束浆液固化期间，支撑轴力增幅在7.3%～10.6%之间，说明注浆结构由膨胀进入固结阶段，支撑轴力小幅度增加。在此之后，支撑轴力逐渐趋于稳定，甚至出现小幅度下降，注浆结构与地连墙结构融为一体。因此注浆堵漏带来支撑轴力的增大集中在施工前期，从突变阶段到小幅度增大阶段，最后进入稳定阶段，支撑轴力的突变和增加是永久不可逆转的。突变后支撑轴力达到预警值，施工过程中应引起足够的重视。

2.2周边环境对支撑轴力的影响

距离基坑边界约26 m的区域有静载试验，该试验配重块于3月26日开始堆载，3月29日堆载完成，总计4 400 t, 堆载位置如图4所示。堆载期间，监测点ZL2-22～ZL2-28支撑轴力监测值及变化见表3。

图4 静载试验堆载位置

表3 周边环境堆载工况下支撑轴力监测值及变化

由表3可知，3月26日～3月29日期间，配重块开始加载后，ZL2-22～ZL2-28支撑轴力明显增大，变化值为+1 531.1～+2 082.6 kN,监测点ZL2-24增幅达11.1%,占该点监测期间支撑轴力增加总值的19.0%;监测点ZL2-24增幅达17.0%,占该点监测期间支撑轴力增加总值的22.8%;监测点ZL2-26增幅高达20.6%,占该点支撑轴力增加总值的37.8%;监测点ZL2-28增幅高达23.1%,占该点支撑轴力增加总值的41.5%。静载试验配重块通过土体给基坑整体施加压力，该力最终作用在混凝土支撑结构上，从而导致支撑轴力增加。支撑轴力随着基坑周边荷载的增加而增大，增大的趋势是平缓稳定的。

2.3温度变化对支撑轴力的影响

根据文献[12]得到钢筋混凝土支撑轴力的计算公式：

Pc=EcEtσi(A?At)+σiAt?????????(1)Ρc=EcEtσi(A-At)+σiAt?????????(1)

σi=ki(fi2?fi02)+bΔT+B?????????(2)σi=ki(fi2-fi02)+bΔΤ+B?????????(2)

式中：ΔT为温度实测值相对于基准值的变化量。由此可得，在其他影响因素不变的前提下，温度与支撑轴力呈正相关。

施工监测过程中，温度变化往往对支撑轴力有较大影响，研究表明，当温度从30℃升高到37℃时，内支撑轴力增幅达41%[6]。对本基坑工程第二支撑轴力监测数据进行分析，温度变化与内支撑轴力变化关系如图5所示。

图5 内支撑轴力与气温变化曲线

由图5可知，基坑监测期间，当地气温在15～26℃之间徘徊，日变化极值为5℃。某一时段中气温中低值为15℃,高值为22℃,气温升高7℃时，对应内支撑测点处轴力值从10 182.3 kN增加到11 265.1 kN,增值1 082.8 kN,占监测期间总支撑轴力变化值的11.9%。

该情况说明温度变化与支撑轴力增大有一定的相关性，本基坑工程中温度变化导致的内支撑轴力增加值占总支撑轴力变化值比例较小，说明温度不是导致本次支撑轴力异常情况的主要因素。

2.4相关工程对比论证

施工监测过程中，由于监测点的布置和数据采集都符合规范要求，第二道支撑轴力监测值超过报警值，属于监测异常事件。结合类似工程监测异常事件[12,13,14],采用工程类比法，对本工程进行分析。类似案例工程汇总见表4。

由以上案例可以发现，基坑工程混凝土支撑轴力监测值超过报警值时有发生，但大多数情况下，支撑轴力监测值超过报警值后基坑工作体系正常，未发现基坑表面裂缝和变形的情况。因此，利用基坑监测数据分析基坑稳定性时，不单单考虑监测支撑轴力状况，还应结合同一断面其他监测数据，全面分析数据异常原因，及时采取有效措施，保证基坑安全稳定。

表4 类似案例工程汇总

3 结论与建议

(1)混凝土支撑轴力的影响因素包括初始频率的取值、温度变化、轴力计算修正、外部荷载、边界条件变化和围护结构体渗漏等，针对轴力的异常情况，应先采用单因素法进行分析，找出主次影响因素，后采用综合分析评价基坑安全性。

(2)分析本文案例中基坑第二道支撑轴力监测数据，注浆堵漏施工导致支撑轴力增加4 791.8 kN,占监测期间总支撑轴力变化值的52.5%;临近基坑载荷试验配重块加载导致支撑轴力增加1 531.1～2 082.6 kN,占监测期间总支撑轴力变化值的19.0%～41.5%;温度升高导致支撑轴力增加1 082.8 kN,占监测期间总支撑轴力变化值的11.9%;因此造成本案例支撑轴力异常的主要因素依次为：注浆堵漏→周边荷载→温度变化。

(3)基坑渗水区域采用注浆堵漏措施时，要密切关注支撑轴力变化，当它超出报警值但未达到设计允许值时，应立即停止施工，加强观测频率，待支撑轴力稳定后方可继续施工。

(4)本文案例充分体现了基坑监测工作的重要性，支撑轴力异常时，根据提供的监测数据结合基坑边界条件的变化情况，可较为清晰地分析出异常原因，有效地指导施工，为确保基坑稳定提供有力支撑。

参考文献

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