明挖地铁车站桩体位移测斜及钢支撑轴力的关系

白 光 宇

(石家庄市轨道交通有限责任公司，河北 石家庄 050011)

明挖地铁车站桩体位移测斜及钢支撑轴力的关系

白 光 宇

(石家庄市轨道交通有限责任公司，河北 石家庄 050011)

介绍了桩体测斜仪与钢支撑及轴力频率读数仪的工作原理，针对明挖地铁车站基坑开挖过程中围护桩桩体测斜及钢支撑轴力的监测成果进行分析讨论，总结了桩体位移与钢支撑轴力之间的关系，对保证基坑的安全性具有重要意义。

地铁，明挖车站，基坑开挖，施工监测

1 工程概况

北宋站位于中山东路与建华大街交口处，沿中山路东西向布置，为1号线与远期4号线换乘车站，采用T型换乘方式。车站起点里程K14+607.530，车站终点里程K14+835.190，车站总长227.66 m，标准段宽度22.1 m，盾构端头井段宽度25.6 m。

由于车站主体属于深基坑，在施工过程中为了保证基坑的整体稳定，采用围护桩与钢支撑结合的形式进行基坑支护，并使用桩体测斜仪及钢支撑频率测试仪进行基坑稳定性监测。

2 工作原理

1)桩体测斜仪工作原理。主体围护桩施工过程中，在钢筋笼靠近基坑一侧绑扎直径为70 mm内侧带有滑槽的PVC管也就是测斜管，测斜管的底部与顶部要用盖子封住，防止砂浆、泥浆及杂物入孔内。待围护桩及冠梁挡墙施工完成后，将PVC管接出至地面高150 mm～200 mm处以方便测量。北宋站监测桩体位移使用的仪器为差动电容式测斜仪，测斜仪上下各有一对滑轮，上下轮距500 mm，其工作原理是利用测斜仪中的两块垂直电极板，在竖直状态下两块电极板间电压为0，当测斜仪在测斜管内产生倾斜时，电极板便产生电压，通过对电压的测定来确定偏移距离，从而可以得知被测桩体的变形量的变化值。2)钢支撑及轴力频率读数仪工作原理。a.基坑围护结构的设置。车站基坑竖向设置三道支撑，第一道钢支撑采用φ609 mm，t=12 mm的钢支撑，第二、三道钢支撑采用φ630 mm，t=16 mm的钢支撑。钢管支撑分节制作，管节间采用法兰盘螺栓连接。围檩采用双拼工45b型钢，钢围檩连续封闭、交圈，基坑角处采用刚性连接；角撑处围檩背后增设抗剪蹬;钢围檩和桩应密贴。钢牛腿三角托架采用L80×8角钢加工焊接制作而成。每个钢牛腿采用两个胀管螺栓固定于围护桩上，每根围护桩设置一个钢牛腿。钢围檩吊装就位，并将其与围护桩上的预埋钢板焊接在一起。b.轴力频率读数测量。钢支撑轴力频率读数的测量由轴力计及频率读数仪组成，轴力计在架设钢支撑前安放在钢支撑固定端与钢围檩间，在钢支撑受力过程中，钢支撑固定端与钢围檩压实轴力计，使轴力计产生振弦频率变化，再使用轴力频率读数仪进行读数，读出频率值后使用公式进行换算，从而得知钢支撑轴力大小。由此可知，在围护桩受到来自基坑外土体的侧向土压力产生形变时，围护桩内测斜管也会随之产生形变，从而影响测斜仪读数，而钢支撑在架设时会施加一个预加轴力，轴力会在基坑开挖及支护过程中受到侧向土压力的影响从而产生变化。可以猜想，在围护桩受土压力而产生形变的过程中，会通过钢围檩影响钢支撑受力情况，由此进行论证。

3 桩体测斜位移与钢支撑受轴力关系

1)测点选择。北宋站第六施工段于2015年3月进行土方开挖并及时对基坑进行钢支撑支护， 图1为北宋站第六施工段施工监测平面布置图，由图可知北宋站第六施工段第一道钢支撑同时存在130号桩桩体测斜监测点ZQT04，ZQT10以及轴力计ZL06。由于在其断面上的第二道钢支撑Z2-49所施加预加轴力相比第一层及第三层更大，钢支撑选择Z2-49轴力计编号为ZL06-02进行监测论证。由于北宋站第六施工段基坑南侧贴近中山路由西向东方向机动车道路2 m，车辆动载较大，故选择北侧围挡内距离机动车道7 m的ZQT04桩体位移监测点，及距地表埋深8 m处的第二层钢支撑Z2-49轴力计编号ZL06-02进行监测论证。

2)监测测量。北宋站于2015年3月14日开始开挖至第二层钢支撑位置，为了充分体现钢支撑轴力与桩体位移在基坑开挖过程中的关系，本次论证将二者的记录日期提前至3月10日，并持续记录至4月20日。由于北宋站夜间需出土，基坑周围动荷载较大，11：00以后为石家庄市日间气温最高值，并且温度浮动较大，综合各种因素，监测测量时间段选择在10：00进行。

3)监测数据情况。由图2钢支撑轴力与桩体位移测斜仪关系图可知钢支撑轴力与桩体位移测斜值之间的关系。3月14日架设Z2-49号钢支撑，随着基坑开挖，钢支撑受力逐步增大，至3月17日Z2-49号钢支撑周围钢支撑全部架设完成，轴力下降并趋于平稳，在钢支撑轴力显著增大过程中，未见130号桩桩体测斜监测点ZQT04所测数值有显著升高，并且在钢支撑所受轴力下降并趋于稳定时同样未见监测点ZQT04所测数值有显著下降，反之略有上升。由于4月1日北宋站第六施工段底板混凝土浇筑，混凝土泵车及混凝土罐车在第六施工段周围停靠施工，可见Z2-49所受轴力有显著升高，但监测点ZQT04所测数值依然没有升高的趋势。

随着北宋站第六施工段底板浇筑完成，拆除第三道钢支撑，截止4月20日，可见Z2-49所受轴力增大，监测点ZQT04所测数值为无规律的浮动。

4 结语

由图中数据可知，受基坑开挖、钢支撑安拆、基坑周围荷载增加等因素的影响，所检测的Z2-49钢支撑的轴力呈现出规律性的变化。而ZQT04号监测点所测的桩体测斜数据则无明显的规律性变化，可以得出钢支撑所受轴力的大小与桩体倾斜之间没有必然的规律性联系的结论。

由于明挖车站围护桩整体形成排桩效应，桩体倾斜可以更为直接的反映出围护桩受力及基坑变形状态。而钢支撑的支撑形式为刚性支撑，所受轴力会随周围环境因素的变化而变化，在施工监测中，单纯的给出钢支撑轴力范围的作为基坑稳定安全的判断依据是不科学的。在施工监测的过程中，钢支撑的轴力宜作为基坑是否稳定的辅助参考数据。

[1] 刘建航,侯学渊.基坑工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社,1997.

[2] 高俊合,赵维炳,施建勇,等.基坑测斜技术研究[J].河海大学学报，1998(3)：5-6.

The relationship of displacement inclinometer and steel support axial force of open-cut metro station

Bai Guangyu

(ShijiazhuangRailTransitLimitedLiabilityCompany,Shijiazhuang050011,China)

This paper introduced the working principle of pile inclinometer and steel support and axial force frequency readout instrument, made analysis and discussion according to the monitoring results of envelope pile inclinometer and steel support axial force, summarized the relationship of pile displacement and steel support axial force, had important significance to ensure the safety of foundation pit excavation.

subway, open-cut station, foundation pit excavation, construction monitoring

1009-6825(2015)16-0064-02

2015-03-25

白光宇(1984- )，男，助理工程师

U231.4

A