基坑混凝土支撑轴力监测初始频率的选取.pdf

第 8期 谢长岭等： 基坑混凝土支撑轴力监测初始频率的选取 3 5 A 、 E 一 分别 为混凝 土的截面面积及弹性模量 ； A 、 E 一分别为钢筋总截面面积及弹性模量 ； a 一钢筋计截面面积。 由以上公式可以看出混凝土支撑轴力计算参数 中唯一 不确 定 的就 是测试 选 取 的初 始 频率 厂 n 。 目前 ， 对 混凝 土支 撑初始 频 率 的选取 存 在两 种看法 ： 一种 看法认 为初 始频 率应该 选在 混凝 土 未浇注前 所测 频率 ； 另 一种则认 为初 始频 率应 该 选在2 8 d后 混 凝 土充 分 凝 固、 硬化 后 所 测 频率 。 通过从现 场实 测得 的数据 可 以看 出 ， 两种 初始 频 率 的选 取 得 到 的 支 撑 轴 力 变 化 悬 殊 ， 由 于 前 者 没 有 考 虑 到混 凝 土 浇 筑 后 收缩 变 形 所 带 来 的 附 加 收 缩应力 ， 致使 计算所 得混 凝土支 撑轴 力远 远超 出 设计警戒 值 ， 对基 坑支护 体系 的稳定 性带 来不 必 要 的误 判 。 实际混凝土支撑 轴力测试受 到多种环境 因素 及 自身 因素 的影 响 ， 除 了上述混 凝土 干缩 引起 的 附加 应 力 外 ， 还 包 括 混 凝 土 徐 变 变 形 及 温 度 变 化 引起 的 附 加 应 力 。所 以 ， 单 一 的 选 取 混 凝 土 凝 固 2 8 d后 的频率作为初始频率往往使 得所测支撑 轴 力在诸多 因素 干扰下 缺少数 据 的可分 析性 ， 监测 数 据 与 实 际 基 坑 开 挖 工 况 不 一 致 。况 且 ， 实 际 基 坑开挖前支 撑混 凝土 养护期 远不 足 2 8 d ， 选 取混 凝土凝 固 2 8 d后 的频率 作 为初 始频 率 缺少 可操 作 性 。 本 文通过对基坑开挖前 钢筋应力计 实测频率 的分析 ， 并通过与理论计算所 得结果的对 比 ， 总结 了一套基坑混凝 土支 撑轴力监测 的初 始频率选取 方 法 。 1 现场测试 从 支撑混凝土 浇筑完 成 到支撑 拆 除 ， 其测 试 轴 力 一 直 受 环 境 温 度 因素 影 响 ， 而 该 影 响 因素 在 确定支撑 轴 力 测试 的初始 频 率后 可 以通 过 公式 修正进行 消除 ， 所 以在开挖 前钢 筋应力 计振 弦 频 率 测 试 过 程 中 应 尽 量 避 免 温 度 的 影 响 。 一 般 情 况 下 ， 基 坑 从 混 凝 土 支 撑 钢 筋 绑 扎 完 成 到 浇 筑 后开挖约 两周时间 ， 所 以本次 测试 选取气 温较 为 稳定 的 1 0月初 进行 。考 虑本 次理论计 算基 于平 面应 变 理 论 ， 基 坑 选 取 平 面 结 构 狭 长 的 地 铁 基 坑 。 为 了消除弯矩及偏心对支撑轴力带来 的影响 ， 将两个钢筋应力计布置在 1 3长支撑梁处 ， 分别焊 接在 钢筋 笼左 右 两 侧 的 中 间位 置 。焊 接 完 成 后 ， 每 日早晨阳光照射前采集其振弦频率， 至基坑开挖前 ， 共采集了 1 2 d的数据。 2 数据分析 将 1 2 d的测试频率分别作 为初始频 率计算每 天的支撑轴力 ， 计算结果见 图 2 。其 中横 坐标为确 定某一天的频率为初始频率后支撑轴力随时间变化 的天数 。 一一 ： ； o z s i 。 图 2 不 同初始频率计算得到的支撑轴 力曲线 图 4 混凝土在浇筑后凝结硬化过程中， 其 内力受到 化学收缩、 干缩湿胀 、 温度变形等因素的影响。前期 主要受混凝土化学收缩及水泥水化放热的影 响， 支 4 O 0 ： 0 之 ， ： 0 至 0 _【 R捍纛 槲 至 c0 _【 x R暴纛 似为“ o 【 X 、 R暴鞭似 3 6 浙江建筑 2 0 1 3年第 3 0卷 撑 内产 生压应 力并 逐渐 上升 。后 期胶凝 材料 的水化 速率逐渐降低 ， 放热量减少后 ， 混凝土逐渐冷却产生 拉应 力 ， 抵 消了前 期 产 生 的压 应 力 。所 以选 取 的 混凝 土 初始频 率应 该使 得开挖 前 的轴力 呈现 前期 上 升 且后期 下 降 的过 程 。分 析 图 2中每 天 的轴 力 曲 线 ， 第 1天、 第 2天 、 第 9天 、 第 l 0天 、 第 1 1天、 第 1 2 天的初始频率大致能体现轴力从零增长并逐渐下降 的过程 。 考 虑到 基坑 监测仅 仅关 注支 撑在 围护结 构变 形 影响下产生的内力 ， 故而选取 的初始频 率应使得计 算 轴力 满足 开挖 前 轴力 值 接 近 零 ， 开 挖 后轴 力 值 能 够与对 应 的基坑 开挖 情 况 相 符 合 ， 即 选 取 的初 始 频 率 在计 算基 坑开 挖 后 12 d的支 撑 轴 力 值 应 为 正 值。继续分析图 2的轴力曲线可以看出， 第 2天 、 第 9天及第 1 1天的初始频率使得开挖前 的轴力偏离 零值 1 0 0 0 k N以上 ， 不适宜作为计算用初始频率。 根据 开挖 后第 1天 所 测 的频 率 计 算 ， 第 1天 、 第 l 0 天及第 1 2天算得 的轴力值 分别 为 3 2 4 、 2 9 4 0 6 、 一 2 8 3 5 k N， 可见第 1天轴力过小 ， 第 1 2天轴力值 为负值不合 理， 仅第 1 0天 的轴力 比较符合实 际情 况。故最终选取第 1 0天的频率作 为支撑轴力计算 的初 始频 率 。 虹 图 3 支撑轴力实测值与设计值对 比 基 坑混凝 土 支撑轴 力在 基坑 开挖 阶段受 多方 面 因素影 响 ， 但 主要 受 基 坑开 挖 深 度 及 钢支 撑 架 设 情 况 的影 响 。开 挖 深 度 越 深 ， 混 凝 土 支 撑 轴 力 越 大 。 当基坑 开挖 至一 定深度 ， 墙 体变形 达 到一定 程度 后 ， 钢 支撑 体 系发挥 的 作 用越 来 越 大 ， 承 担 了 更 多 的支 撑体系内力， 这是 由于墙体 变形最大部位随着开挖 深度 的增 加而 逐渐 下移 造成 的 ， 当 1 2道钢 支撑 架 设完成后 ， 混凝 土支撑 轴力将 有一 个 明显 的下 降 过程 。 根 据 以上 规 律 ， 运用 基 坑 设计 软 件 对 该 测试 基 坑处 于 不 同 开挖 阶 段 的 混凝 土 支 撑 轴 力 进 行 了计 算 ， 计算结果与实测结果进行了 比较 ， 见 图 3 。从 图 3中可 以看 出 ， 不 管 实测 值 还 是 设 计 值第 二 道 支 撑 ( 即第一道钢支撑 ) 架设完成后 ， 混凝土支撑轴力有 明显下降的趋势 ， 第四道支撑 ( 即第三道钢支撑 ) 架 设完成后 ， 第一道混凝土支撑轴力逐渐稳定。可见 ， 通 过 比选确定 的初始频 率计 算得 到 的支撑 轴力 与设 计理论值 在 不 同开 挖 阶段 的轴 力 变化 规 律 基本 一 致 3 结 语 综 上 所 述 ， 深 基 坑 支 撑 轴 力 监 测 所 需 的 初 始 频率可 以通过对开挖前钢筋应力计振 弦频率连续 测量 结 果 的 比选 分 析 得 到 ， 分 析 过 程 包 括 以 下 三 个 步骤 ： 第一步 ， 将钢筋应力计绑扎完成至开挖前连续 几 天测量 的频 率分别 作 为初始 频率 计算 这 几天 的支 撑轴力 ， 筛选出能体 现轴力从零增长并逐渐下降过 程的某几天频率值。 第 二步 ， 筛 选 出基坑 开 挖 前轴 力 值 接 近零 的某 几天频率值。 第 三步 ， 根据 基 坑 开挖 后 12 d的 工 况 ， 择 优 选取 某 一天 的频率 作为 初始 频率 。 参 考 文 献 1 济南大 学 ， 莱 西市 建筑总 公司 ， 山东 省工 程建设 标准 造价 协 会 GB 5 0 4 9 7 -2 0 0 9建筑基坑 工程 监测技 术规 范 S 北 京 ： 中国计划 出版社 ， 2 0 0 9 2 吴增伟 ， 陈晓 丹 关 于混凝 土 支撑轴 力计 算方 法的一 点看 法 J 建筑监督检测与造 价 ， 2 0 0 8 ( 1 2 ) ： 5 25 4 3 杨 吴 基坑监测 中钢筋混凝 土支撑考 虑温 度补偿 的轴 力计 算 方法 J 质量检测 ， 2 0 1 1 ( 6 ) ： 4 5 4 7 4 江见鲸 ， 李杰 ， 金伟 良 高等混 凝土结 构理 论 M 北京 ： 中 国 建筑工业 出版社 ， 2 0 0 7： 2 0 2 1 一 g 尊 魁 n 鲫 0