地鐵超寬基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)受溫度影響分析

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　　摘 要：結(jié)合具體的工程概況，通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果，對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的附加變形與溫度變化影響之間的關(guān)系，以及變形對(duì)基坑穩(wěn)定帶來的不利影響進(jìn)行分析，提出設(shè)計(jì)及施工對(duì)策，供今后類似工程借鑒。

　　關(guān)鍵詞：基坑設(shè)計(jì)；鋼支撐；熱脹冷縮

　　引言

　　基坑在跨季節(jié)條件下施工時(shí)，支撐體系往往會(huì)由于溫度變化產(chǎn)生熱脹冷縮現(xiàn)象，從而導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加變形。例如支撐因升溫而伸長(zhǎng)時(shí)，會(huì)受到支撐兩端外側(cè)土體抗力的約束，而且支撐伸長(zhǎng)又會(huì)引起地下墻在強(qiáng)迫位移下產(chǎn)生的內(nèi)力。特別是鋼支撐較長(zhǎng)的基坑，受晝夜溫差變化產(chǎn)生的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的附加變形就更加明顯。

　　天津地鐵1號(hào)線改建項(xiàng)目營(yíng)口道站位于天津市繁華鬧市區(qū)，南京路與赤峰道、營(yíng)口道交口處，為1，3號(hào)線的換乘車站。施工分為A區(qū)（3號(hào)線基坑）與B，C，D區(qū)（1號(hào)線）以及附屬結(jié)構(gòu)幾個(gè)部分。B，C區(qū)是在A，D區(qū)施工完畢后開始施工的[1].現(xiàn)在以C區(qū)的開挖施工為例介紹晝夜溫差較大而導(dǎo)致的溫度效應(yīng)分析。

　　1、工程背景

　　1號(hào)線基坑長(zhǎng)194.52m（中心里程K14+159.882），一般地段寬19.9m，窄處11.9m，寬處約44.55m，埋深7.698m（結(jié)構(gòu)高6.01m，覆土1.688m）。C區(qū)寬度兩端為19.9m，中間為28m，基坑開挖需破除既有營(yíng)口道站箱體，基坑北側(cè)為導(dǎo)行后的南京路4車道路面，南側(cè)為40層津匯廣場(chǎng)大樓。采用SMW工法水泥土攪拌樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)，樁徑為850mm，攪拌樁間搭接250mm.樁長(zhǎng)分別為13.9m（普通8m深基坑）和17.9m（跨線風(fēng)道及泵房），樁頂標(biāo)高為2.5m.型鋼間隔插，型鋼規(guī)格為700mm×300mm×13mm×24mm，慣性矩為201000cm4，型鋼間中心距為1200mm.樁頂設(shè)1.1m×0.8m的混凝土壓頂梁結(jié)為整體，樁間立面為C20網(wǎng)噴混凝土。在開挖0.8m處架設(shè)1道（局部2道）φ600×12mm的鋼管橫支撐，支撐中間設(shè)一道2[28a縱向支撐梁（寬的地段設(shè)二道）及一列豎向?φ402×12mm的鋼管工具柱（工具柱在基坑以下為φ800mm，樁長(zhǎng)8m的鉆孔灌注樁）[2].

　　2、溫度變化及結(jié)構(gòu)變形的監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

　　天津地區(qū)地處華北平原，每年的4月～5月間，該地區(qū)晝夜溫差較大。如2004年4月23日，當(dāng)天最高溫度為26℃，晝夜溫差將近15℃。當(dāng)時(shí)，C區(qū)開挖已經(jīng)接近基底，第二道支撐尚未架設(shè)。由當(dāng)日樁體測(cè)斜曲線可以看出，受鋼支撐“熱脹冷縮”效應(yīng)影響，支撐所處位置（樁頂向下2m處）夜間圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形量約為9mm，白天溫度上升后，受鋼支撐膨脹影響，其變形量約為2.5mm，往復(fù)變化累計(jì)達(dá)6.5mm.而夜間圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大變形量約為14mm，白天溫度上升后，受鋼支撐膨脹影響，其最大變形量約為11mm，往復(fù)變化累計(jì)3mm.

　　2004年5月15日，C區(qū)正在進(jìn)行基底清理，第二道支撐已經(jīng)架設(shè)。當(dāng)天最高溫度為26.5℃，晝夜溫差約10℃。

　　由當(dāng)日樁體測(cè)斜曲線可以看出，第一道支撐所處位置（樁頂向下2m處）夜間圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形量約為9mm，白天溫度上升后，受鋼支撐膨脹影響，其變形量約為5mm，往復(fù)變化累計(jì)約4mm.而第二道支撐所處位置（樁頂向下8m處）夜間圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形量約為13mm，白天溫度上升后，受鋼支撐膨脹影響，其變形量約為10.5mm，往復(fù)變化累計(jì)約1.5mm.

　　3、附加變形與鋼支撐次應(yīng)力的計(jì)算

　　考慮支撐因升溫而伸長(zhǎng)時(shí)，會(huì)受到支撐兩端外側(cè)土體抗力的約束，而且支撐伸長(zhǎng)又會(huì)引起圍護(hù)墻體在強(qiáng)迫位移下產(chǎn)生的內(nèi)力，可建立如下方程式[1]：

　　對(duì)于超寬基坑設(shè)計(jì)和施工來說，可以通過以上各公式，計(jì)算出附加變形與鋼支撐次應(yīng)力，以提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確度[4].

　　4、結(jié)論及對(duì)策

　　1）從實(shí)測(cè)結(jié)果來看，對(duì)于軟土地區(qū)超寬基坑來說，使用的支撐長(zhǎng)度超過20m時(shí)，由于溫度驟升、驟降而產(chǎn)生的圍護(hù)結(jié)構(gòu)附加變形是不能忽視的，一般占到總變形的20%～30%左右，對(duì)于晝夜溫差較大地區(qū)的超寬基坑設(shè)計(jì)來說具有借鑒意義。

　　2）當(dāng)坑周地層為硬土?xí)r，由于支撐受到約束，圍護(hù)結(jié)構(gòu)附加變形不明顯，但是因溫升導(dǎo)致支撐軸力會(huì)增大。特別是對(duì)于長(zhǎng)支撐來說，如果支撐中部無約束，或者支撐架設(shè)有偏差時(shí)，有可能導(dǎo)致支撐產(chǎn)生彎曲變形，造成嚴(yán)重的后果。

　　3）為避免溫度變化產(chǎn)生的圍護(hù)結(jié)構(gòu)的附加變形和支撐的次應(yīng)力，在設(shè)計(jì)和施工中必須加強(qiáng)施工監(jiān)測(cè)，同時(shí)合理優(yōu)化施工工序，采取措施減少支撐次應(yīng)力，以確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)和施工的安全。

　　4）設(shè)計(jì)和施工中要嚴(yán)格控制支撐軸線的偏心，設(shè)計(jì)要驗(yàn)算允許偏心下引起的彎矩。支撐傳力盒中心與支撐軸線要盡量一致，此偏差不大于1cm.

　　5）架設(shè)支撐時(shí)應(yīng)避免選擇在溫度最高和最低時(shí)進(jìn)行。如果選擇在中午氣溫最高時(shí)架設(shè)，預(yù)加軸力會(huì)因?yàn)橐归g冷縮而消散；如果選擇在夜間氣溫最低時(shí)架設(shè)，預(yù)加軸力會(huì)因?yàn)榘滋鞜崦浂黾?，這支撐時(shí)應(yīng)避免選擇在溫度最高和最低時(shí)進(jìn)行。如果選擇在中午氣溫最高時(shí)架設(shè)，預(yù)加軸力會(huì)因?yàn)橐归g冷縮而消散；如果選擇在夜間氣溫最低時(shí)架設(shè)，預(yù)加軸力會(huì)因?yàn)榘滋鞜崦浂黾?，這樣均不利于控制基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形和支撐受力。

　　 6）支撐預(yù)加軸力的施加應(yīng)當(dāng)根據(jù)溫度條件進(jìn)行一定調(diào)整?，F(xiàn)場(chǎng)溫度高，減小預(yù)加軸力；現(xiàn)場(chǎng)溫度低，增大預(yù)加軸力；增大和減小的范圍根據(jù)計(jì)算確定。

　　7）對(duì)于超寬基坑必須進(jìn)行信息化設(shè)計(jì)和施工，以便在施工中通過加強(qiáng)監(jiān)測(cè)及時(shí)反饋信息，修改調(diào)整施工方案，使施工始終處于安全可控狀態(tài)。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]夏明耀，曾進(jìn)倫。地下工程設(shè)計(jì)施工手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.40 60.

　　[2]劉俊巖。深基坑工程[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001.137 149.

　　[3]崔江余，梁仁旺。建筑基坑工程設(shè)計(jì)計(jì)算與施工[M].北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，1999.117 126.

　　[4]李慶華。材料力學(xué)[M].成都：西南交通大學(xué)出版社，1990.71 84.