深基坑混凝土支撑轴力监测探讨

陈伟杰

摘要：深基坑轴力监测是一项很重要的监测项目，但其受混凝土收缩、徐变、温度及初始值选取等因素的影响较大，我们可以通过一些手段减少一些误差，使轴力监测结果更为可靠，为工程安全提供参考，更需要结合其他监测手段，对整个工程安全进行评估，保证工程安全可控。

关键词：深基坑监测；支撑轴力；误差分析

前言

随社会经济快速发展，大城市人口剧增，土地资源紧张，为解决这些问题，现代建筑越来越注重对地下空间的开发利用，于是出现了很多深基坑工程。在市中心区、软土地区，为控制基坑开挖过程中水平位移，保证深基坑工程安全性，往往会设计混凝土支撑，并对混凝土支撑进行轴力监测。但在笔者经历的几个基坑工程监测项目中，支撑轴力均超过了其设计值，其中最大支撑轴力峰值接近于设计值的两倍。然而混凝土支撑却未发现严重变形，其他的监测项目如水平位移、沉降位移、深层水平位移等仍在控制值内。由此可见测试的混凝土支撑轴力应当是比实际受力偏高。本文就混凝土支撑轴力监测中一些问题进行探讨，希望能对同行有所启发。

1.混凝土支撑轴力监测方法

目前对混凝土支撑轴力的测量采用的是间接法测量，即通过测量支撑内混凝土或钢筋微应变，利用钢筋、混凝土弹性模量及面积，推定支撑轴力。其中钢筋、混凝土的弹性模量和面积可查阅相关资料获得，故支撑轴力测量实际上就是变形测量。目前运用的最多的混凝土应变计和钢筋应变计，前者是安装于混凝土内部，测量混凝土微应变，后者安装于支撑主筋上，测量主筋微应变。由于混凝土应变计相对于钢筋应变计安装方便，笔者所经历的几个基坑监测项目均为混凝土应变计。

2.混凝土支撑轴力监测主要误差分析

由轴力监测方法可知其误差主要来源是混凝土的形变测量，在混凝土支撑轴力计算中，我们假定测定的应变是由于支撑受力而引起的，但实际上我们测定的应变除了支撑受力外还有其他因素，结合笔者的一些工程实践及其他同行的一些相关研究，大体上认为支撑轴力测量误差主要来源于下面几个方面：

2.1混凝土收缩及徐变

混凝土在凝结硬化过程中会发生体积缩小的现象，其包含了塑性收缩、温度收缩、碳化收缩、干燥收缩自生收缩等，对混凝土支撑来说其主要应变来源于混凝土的干燥收缩。另外，在长期荷载作用下混凝土中水泥游离水被挤出蒸发掉，会导致混凝土体积缩小，即发生徐变。在目前，根据笔者查阅的不少资料，不少学者针对“支撑轴力计算中的徐变”这个课题进行了很多研究，并提出了一些修正算法，但混凝土的收缩、徐变是受多方面因素所影响的，其包含外界如干湿度、温度等，也包含结构本身如尺寸、水灰比、材料强度、混凝土龄期等因素，故这些算法虽然能解决部分工程具体问题，但无法推行使用。根据相关研究，混凝土收缩随着混凝土龄期而增大，最后趋向稳定，其大部分收缩均发生在混凝土浇筑后的28d内，且随着龄期的增大混凝土徐变效应会明显降低。目前工程中，施工进度急，一般情况下混凝土支撑基本无法达到龄期就开始进行开挖了，笔者参与的其中一个项目支撑完成约一周后基坑就已经开始局部开挖，此时混凝土支撑仍处于一个混凝土徐变及收缩较大时期，无疑会增大混凝土收缩及徐变在整个应变测量中的比例，导致轴力测量误差较大。

2.2温度因素

温度因素是影响轴力测量的另外一大因素，以笔者其中一个监测项目来说，该项目支撑尺寸为1000*1200，混凝土强度C30，设计支撑轴力10000kN。其中一根支撑其轴力超过设计值，故对其进行加密监测，在一天时间中早上（气温约24摄氏度）测量值在11320kN，到下午两点左右（气温约36摄氏度）时该支撑轴力测量值已达14630kN，气温相差12摄氏度测量结果相差近30%，下午6时（气温31摄氏度）支撑轴力仍无明显下降，直到晚上9时之后才恢复至与上午相当。可见如果监测人员在温度相差较大情况下进行测量是无法真实反映支撑轴力的变化情况的，且容易造成误判、造成假报警。目前，不少厂家生产的应变计附带了测温功能，并提供了温度修正公式，采用这类型的应变计并对温度进行修正，能在一定程度上减少温度误差。

2.3监测初始值

在轴力监测中，监测初始值是指混凝土支撑未加载的状态下测试的值，一般规范要求是基坑开挖前一两天的测试值。但在实际工程中由于基坑过早开挖，实际上支撑还存在较大的收缩及徐变。另外，当基坑仅局部少量开挖时理论上受力应该不大，此时把整个基坑的初始值均统一在一个节点存在一定的不合理性。以笔者前文提到的工程为例，当时基坑开挖三四天左右，实际上整个基坑仅开挖局部，理论上支撑轴力应该还不大。实际上我们测试的结果显示支撑轴力变化大概在几百到一千多千牛，个别支撑甚至出现了受拉情况，显然这个初始值是存在误差的。当然，由于其测量结果还受温度等因素的影响，对于同一工程初始值建议在上午气温还未高情况下去测量，并且以后的测量都在差不多时间点差不多气温下进行测量。

3.减少轴力监测误差的一些建议

由于种种条件导致我们混凝土支撑轴力监测目前存在较大的误差，因此作为个从事工程监测技术人员，在这我提出一些减少误差的方法如下，仅供大家参考：

（1）混凝土支撑施工完后提供良好的养护环境，开挖时间尽可能延长。在支撑施工完后对支撑进行遮阳，多浇水，保持湿润的养护环境有利于减少混凝土水分流失，减少混凝土的收缩变形，有利于混凝土强度上升。适当延长开挖时间使大部分收缩变形完成，减少测量误差，另外强度提高有利于消除混凝土徐变。

（2）使用带有温度测试功能的应变计，测试环境尽可能保持一致性。在轴力监测中，温度是造成监测误差的重要原因之一，因此有必要进行温度修正计算。这里的温度是指应变计实际工作的温度，而并不是大气温度或者混凝土表面的温度。由于应变及埋于支撑内部，由于混凝土是热的不良导体，其内外温度相差还是比较大的，使用大气温度或者是混凝土表面温度不能代表应变计的实际工作状态，而带温度测量功能的应变计测试的是应变计温度，使用该温度去修正误差较小。另外，温度修正毕竟只是一种修正方法，其存在一定的误差，应该尽可能在同样的测试条件下进行测试，减少修正的误差。

（3）制作对比不受力支撑进行修正。在工程条件允许的前提下，可在基坑旁边用相同的材料（同一批次混凝土、钢筋等）制作出规格与支撑梁一样的参照支撑梁，由于参照支撑梁跟支撑梁材料、自然坏境条件基本一致，其混凝土收缩变形、温度应力等造成的变形有较大的参考价值，可通过参考梁的变形对支撑轴力进行修正。

4、结语

深基坑混凝土支撑轴力监测目前存在很大的误差，受混凝土本身变形、仪器技术、社会经济等因素影响有些误差无法避免也很难修正，因而混凝土支撑轴力监测对于工程技术人员目前其最大意义在于其变化的趋势而非其值本身。作为深基坑监测人员，当支撑轴力出现预警时，应当结合其他基坑监测项目，如基坑水平位移、基坑沉降、深层水平位移、裂缝等对基坑安全性进行全面判断，不因单个项目预警造成恐慌。

参考文献：

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