摘要：鋼結(jié)構(gòu)支撐體系是近年常見的基坑內(nèi)支撐體系，由于其施工簡便、可多次重復(fù)利用、造價(jià)相對較低而在基坑施工中普遍采用。但由于鋼結(jié)構(gòu)本身的特殊性，特別是在較大的溫差條件下支護(hù)體系或周邊土體出現(xiàn)不同的變化情況，往往不能引起足夠重視，近年來由于支撐體系而引發(fā)的基坑事故頻發(fā)。為了探明和量化在特定條件下溫差對鋼支撐的影響并針對該影響采取相應(yīng)措施指導(dǎo)施工 ，本文根據(jù)南寧軌道交通一號線廣西大學(xué)站基坑工程的成功實(shí)例，分析了溫差影響的相對幅度，并采用相應(yīng)措施使“溫差影響”變?yōu)?ldquo;溫差控制”。

　　關(guān)鍵詞：溫差, 鋼支撐,支撐內(nèi)力,溫差影響, 溫差控制

　　0 前言

　　南寧市軌道交通廣西大學(xué)站是南寧地鐵項(xiàng)目啟動后的第一個試驗(yàn)站，該站包括站臺區(qū)和存車區(qū)，基坑總長465米，標(biāo)準(zhǔn)段寬20.9米，基坑平均深度18.4米，屬特大型基坑。支護(hù)體系采用地下連續(xù)墻+多道內(nèi)支撐，連續(xù)墻深度平均27.6米，嵌入不透水層強(qiáng)風(fēng)化泥巖2米，其中首道內(nèi)支撐采用鋼筋混凝土并與連續(xù)墻冠梁連成整體。而第二、第三及第四道換撐均采用Ф609鋼管支撐。

　　鋼支撐施工階段為2010年6月至2011年2月，經(jīng)歷并跨越了了雨季晝夜溫差和冬夏季節(jié)溫差的變化過程。本文以廣西大學(xué)站深基坑施工為依托，通過現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和監(jiān)測數(shù)據(jù)分析溫差對深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)鋼管支撐影響和調(diào)整方法，總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)，為今后類似工程提供數(shù)據(jù)參考。

　　1 溫差條件下鋼支撐伸長率的實(shí)驗(yàn)

　　實(shí)驗(yàn)?zāi)康模鹤杂蔂顟B(tài)下或未施加預(yù)應(yīng)力條件下單位溫差及單位長度鋼支撐伸長率。

　　實(shí)驗(yàn)日期：2010年6月5日至6月28日

　　場地：鋼支撐堆放場。

　　日照條件：早晨9時(shí)至下午16時(shí)30分均有日照

　　初始量測時(shí)間：晚21時(shí)或早6時(shí)

　　最終量測時(shí)間：午14時(shí)

　　量具：經(jīng)標(biāo)定的合格鋼尺

　　拉力：10kg，讀數(shù)三次平均

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表一、表二：

　　表一 某溫差下鋼支撐長度變化量

　　表二 氣溫每增加1度時(shí)每米鋼支撐的伸長率

　　從表中可看出，伸長率的變化有一定的幅度，而且在支撐長度增加時(shí)伸長率有變大的局勢。當(dāng)然，當(dāng)氣溫相應(yīng)降低時(shí)，在未附加預(yù)應(yīng)力的前提下支撐的長度會按伸長率相應(yīng)縮短。

　　以上試驗(yàn)的前提是未施加附加應(yīng)力，或者說支撐體尚未在支撐體系中受力，但當(dāng)支撐體在支撐體系中處于受力狀態(tài)時(shí)，氣溫的變化不一定引起支撐體按一定伸長率伸縮，在剛性系統(tǒng)中或者說在受約束條件明顯時(shí)支撐體無法自由伸長而主要表現(xiàn)為支撐內(nèi)力的增加，這主要取決于支護(hù)體系本身的剛性狀態(tài)和周邊巖土體的物理力學(xué)性能，這是很好理解的，針對工程實(shí)際，具體可從最常見的以下不同情況分析，從而做出正確的設(shè)計(jì)和施工：

　　1、周邊軟土或可塑土層較厚，內(nèi)支撐全部采用鋼支撐。典型的如杭州某事故基坑。這種支護(hù)體系最大的弱點(diǎn)是抗傾覆能力較差，支撐內(nèi)力的變化直接作用于周邊土體，換句話說，若周邊土體出現(xiàn)液化或水土流失等狀況時(shí)將直接影響支護(hù)體系的安全;這種支護(hù)體系對溫差的敏感性直接表現(xiàn)為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的水平位移及周邊土體的側(cè)向位移，而支撐內(nèi)力變化并不大。

　　2、首道內(nèi)支撐為混凝土支撐，其余均為鋼支撐，但基坑兩側(cè)土體的軟硬性狀差異較大。這種情況下，盡管整個支護(hù)體系的穩(wěn)定性較好，但在周邊動荷載較大或兩側(cè)不平衡受力情況下容易引發(fā)支撐體系向軟土一側(cè)偏移。如廣州地鐵二號線某基坑在開挖至坑底正進(jìn)行施工底板時(shí)支撐體系出現(xiàn)了連續(xù)若干天向軟土側(cè)偏移的情況，后經(jīng)在硬土一側(cè)補(bǔ)充施工預(yù)應(yīng)力錨索才使得變化趨于穩(wěn)定。這種支護(hù)體系對溫差的敏感性主要表現(xiàn)為支撐內(nèi)力的變化，而周邊土體的側(cè)向位移并不明顯。

　　3、周邊軟土或可塑土層較厚，首道內(nèi)支撐為混凝土支撐，其余均為鋼支撐。這種支護(hù)體系整體穩(wěn)定性較好，在工程實(shí)踐中采用非常多，一般來說，這種支撐結(jié)構(gòu)本身的弱點(diǎn)并不明顯，但在施工及基坑開挖過程中要特別注意周邊水土體的穩(wěn)定，若基坑某側(cè)出現(xiàn)水位明顯降低或砂土流失等現(xiàn)象要及時(shí)處理和補(bǔ)充，否則不平衡受力容易造成支撐體系向一側(cè)偏移。這種支護(hù)體系對溫差的敏感性主要表現(xiàn)為支撐內(nèi)力的變化，而周邊土體的側(cè)向位移并不明顯。

　　4、圍護(hù)結(jié)構(gòu)(連續(xù)墻或樁)較深，下部嵌入風(fēng)化巖內(nèi)，基坑周邊土層性狀變化不大，首道內(nèi)支撐為混凝土支撐，其余均為鋼支撐。這種支護(hù)體系的整體穩(wěn)定性非常好，在近年來的很多工程實(shí)例中經(jīng)常被采用。但在經(jīng)歷雨季及跨季節(jié)等溫差較大時(shí)支撐內(nèi)力的變化幅度非常大，如何根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整支撐內(nèi)力是保證支撐安全的重要課題，本文將在后面的章節(jié)中具體分析。

　　2 溫差對鋼支撐軸力的影響

　　如前所述，本基坑支撐體系的整體剛性及框架性比較好，溫差對周邊土體及支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的附加變形非常小，溫差影響主要體現(xiàn)在支撐內(nèi)力的變化，本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)主要根據(jù)監(jiān)測及特殊條件下的加密監(jiān)測結(jié)果而來，并且在大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)中概括和選取了有代表性的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分析前提：在監(jiān)測實(shí)驗(yàn)兩次數(shù)據(jù)中間過程中未人為增減預(yù)應(yīng)力。監(jiān)測數(shù)據(jù)如表三：

　　表三 溫差對鋼支撐軸力的影響統(tǒng)計(jì)分析表

序號	支撐編號	監(jiān)測較低溫度C0/軸力KN	監(jiān)測較高溫度C0/軸力KN	溫差/軸力差KN	溫度變化1度的軸力變化值KN	附加變形情況
1	GF128	22/603	34/1125	12/522	43.5	不明顯
2	GF124	25/580	36/1069	11/489	44.4	不明顯
3	GF120	26/620	38/1202	12/582	48.5	不明顯
4	GF108	24/587	35/1158	11/571	51.9	不明顯
5	GF88	28/658	36/1052	8/394	49.2	不明顯
6	GF84	23/560	32/980	9/420	46.7	不明顯
7	GF76	26/658	18/253	-8/-405	50.6	不明顯
8	GF72	29/980	16/310	-13/-670	51.5	不明顯
9	GF68	31/820	14/270	-17/-550	32.3	不明顯
10	GF44	26/595	39/1256	13/661	50.8	不明顯
11	GF40	28/680	35/1020	7/340	48.6	不明顯
12	GF36	29/742	36/1060	7/318	45.4	不明顯
13	GF16	27/814	37/1255	10/441	44.1	不明顯
14	GF8	30/880	35/1050	5/170	34	不明顯
15	GS128	26/790	36/1201	10/411	41.1	不明顯
16	GS124	29/990	39/1390	10/400	40	不明顯
17	GS116	25/635	37/1250	12/615	51.3	不明顯
18	GS112	22/580	33/1156	11/576	52.4	不明顯
19	GS88	18/512	32/1180	14/668	47.7	不明顯
20	GS76	25/680	36/1185	11/505	45.9	不明顯
21	GS72	20/750	15/460	-5/-290	58	不明顯
22	GS60	18/560	11/253	-7/-307	43.9	不明顯
23	GS56	21/814	29/1210	8/396	49.5	不明顯
24	GS52	23/754	29/1010	6/256	42.7	不明顯
25	GS48	28/770	36/1140	8/370	46.2	不明顯
26	GS44	29/1012	38/1360	9/348	38.7	不明顯
27	GS32	25/853	38/1380	13/527	40.5	不明顯
28	GS20	22/662	30/1012	8/350	43.7	不明顯
29	GS4	24/615	31/960	7/345	49.3	不明顯
平均值					45.9KN
范圍值					32.3~58

　　由上表統(tǒng)計(jì)可知：

　　1、溫度變化對支撐軸力的影響是非常突出的，氣溫每增減1度的軸力變化量平均達(dá)到45.9KN(4.6T);

　　2、監(jiān)測實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)雖然有一定的離散性，但基本的范圍非常清晰，盡管在某較小范圍內(nèi)溫度變化與軸力變化呈近似線性關(guān)系，但總體而言是否呈線性關(guān)系仍比較模糊，并且當(dāng)氣溫高于或低于某一臨界溫度范圍后這種變化很可能遵循其它的數(shù)學(xué)模式，但這是仍需要探討的問題，在本項(xiàng)目的實(shí)踐中，作者對較低溫度和較高溫度條件下的軸力變化作了較為粗淺的探討，發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度高于38度或低于6度時(shí)軸力變化要明顯于其它溫度段，但實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)偏少，況且南寧地區(qū)氣溫低于5度已不多見，這使得這項(xiàng)工作缺乏條件和充分的依據(jù)，希望看到其它地區(qū)有條件研究的同仁的成果。

　　3 針對溫差對軸力的影響而采取的“溫差控制”措施

　　在氣溫變化異常的時(shí)期，我們對基坑監(jiān)測的諸多項(xiàng)目均作了深入分析，發(fā)現(xiàn)因溫差引起的圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移、圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形、周邊土體變形等變化均非常小，而由之引起的鋼支撐軸力變化則非常明顯，這說明：在這種支護(hù)結(jié)構(gòu)中，掌握軸力的變化規(guī)律并科學(xué)合理地采取措施，使“溫差影響”變?yōu)?ldquo;溫差控制”，從而保證基坑安全。

　　3.1 架設(shè)鋼支撐的要點(diǎn)

　　1) 地面組裝時(shí)檢查好支撐體的平直度和完好性，變形或破損的一律不用;

　　2) 鋼支撐與腰梁要充分接觸，對架設(shè)時(shí)存在偏心現(xiàn)象的立即采取置換或調(diào)整墊板等方式使得達(dá)到充分接觸軸心受力效果;

　　3) 架設(shè)鋼支撐時(shí)充分焊牢鋼支撐中部的限位裝置。

　　3.2 預(yù)應(yīng)力施加要點(diǎn)

　　1) 盡量避免每日氣溫最高或最低時(shí)施加初始應(yīng)力;

　　2) 施加預(yù)應(yīng)力時(shí)若氣溫高則適當(dāng)增加預(yù)應(yīng)力，否則適當(dāng)減少預(yù)應(yīng)力;要糾正一種錯誤做法：認(rèn)為在氣溫高時(shí)施加預(yù)應(yīng)力應(yīng)當(dāng)降低預(yù)加值、在氣溫低時(shí)施加預(yù)應(yīng)力應(yīng)當(dāng)增加預(yù)加值。

　　4 軸力調(diào)整的時(shí)間和方法

　　4.1調(diào)整時(shí)間的選擇

　　關(guān)于預(yù)應(yīng)力調(diào)整時(shí)間的選擇，工程實(shí)例中很多做法是不可行的，一般均

　　認(rèn)為在發(fā)生較大溫差后及時(shí)調(diào)整就可以了。這是非常不當(dāng)?shù)淖龇�，確切地說是一種補(bǔ)救手段，不少施組或?qū)ｍ?xiàng)方案中仍明確指出：當(dāng)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)溫差較大引起較大的軸力變化后要及時(shí)采取措施處理。試想，若支護(hù)結(jié)構(gòu)存在缺陷，支撐軸力全部大幅度增加或衰減的時(shí)間段會發(fā)生什么?這往往是不可想象的，但也是實(shí)實(shí)在在的，不少教訓(xùn)說明了這一點(diǎn)。

　　如深圳地鐵某基坑工程，因臺風(fēng)來臨，傍晚開始全面停工，項(xiàng)目部要求監(jiān)測

　　組晚上加強(qiáng)基坑安全監(jiān)測，出現(xiàn)異常立即匯報(bào)值班負(fù)責(zé)人，以便及時(shí)采取措施處理。但當(dāng)深夜暴雨來臨時(shí)，因雨勢過大，監(jiān)測人員根本無法進(jìn)行正常監(jiān)測，第二天中午雨停后，巡查人員發(fā)現(xiàn)地下連續(xù)墻出現(xiàn)了多處不明原因的裂縫和滲漏，項(xiàng)目部立即要求監(jiān)測人員對支撐體系全面監(jiān)測一次并將結(jié)果速報(bào)項(xiàng)目部。監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，連續(xù)墻多處變形已超限、周邊土體測斜多處超限，而支撐軸力與前一天中午所測相比較部分支撐軸力反而增大。這使得項(xiàng)目部找不到墻體變形及滲漏的根本原因，最后歸結(jié)為暴雨使得周邊水位驟升從而使坑外水壓力增加導(dǎo)致連續(xù)墻變形。該區(qū)域的地下穩(wěn)定水位平常就僅為地面以下1.2米，顯然這個理由是非常遷強(qiáng)的。其實(shí)根本原因就是支撐軸力發(fā)生了突變。而恰恰第二天監(jiān)測時(shí)的氣溫和前一天中午時(shí)相差無幾，這個假象蒙蔽了項(xiàng)目部，認(rèn)為鋼支撐不會有問題，當(dāng)然，支撐沒問題，問題出在軸力調(diào)整上。當(dāng)時(shí)深圳中午氣溫高達(dá)37度，而夜間暴雨時(shí)氣溫只有16度，一天的變幅達(dá)到了21度，這意味著暴雨時(shí)段所有鋼支撐60%以上的軸力將消失，這個變化是可怕的。換個角度，如果在暴雨來臨前就對支撐軸力適當(dāng)調(diào)整，則根本不會出現(xiàn)以上事故了。

　　但是，在發(fā)生較大溫差前如何預(yù)知溫差變化?這種預(yù)測不可能十分準(zhǔn)確，但

　　對基坑安全則意義重大。要牢牢依據(jù)氣象部門天氣預(yù)報(bào)、反常及惡劣天氣的氣象警報(bào)及正確掌握季節(jié)及晝夜溫差的變化規(guī)律。

　　4.2調(diào)整方法

　　很多工程實(shí)例中都采取統(tǒng)一同時(shí)調(diào)整的方法，這也是不正確的。這種方法的

　　弊端是短時(shí)間內(nèi)使整個支撐體系的支撐軸力大幅增加或衰減，這對整個基坑的穩(wěn)定性是不利的，特殊條件下如氣溫突變速度過速、坑邊荷載突然增加、圍護(hù)結(jié)構(gòu)突然涌水等情況發(fā)生時(shí)極易引發(fā)事故。

　　軸力調(diào)整應(yīng)遵循的原則是：A、快速。包括快速增加和快速釋放。如在暴雨

　　前氣溫已有落差時(shí)快速增加軸力而在暴雨后氣溫已有升幅時(shí)快速釋放軸力。B、部分。要選擇部分關(guān)鍵支撐區(qū)域的支撐作為調(diào)整對象，若支撐體系受力均衡，則跳躍式選擇50~60%的鋼支撐作為支撐軸力調(diào)整對象。C、分次。不能一次調(diào)整過大，要在一定的時(shí)間段(1~2小時(shí)左右)通過2~3次完成調(diào)整幅度，特別是在釋放軸力時(shí)更要注意這點(diǎn)。D、跟蹤。調(diào)整后要對整個基坑的穩(wěn)定性進(jìn)行跟蹤加密監(jiān)測，確保軸力調(diào)整的合理性和安全性。

　　5 結(jié)語

　　溫差影響是基坑工程中鋼支撐體系的普遍問題，科學(xué)地掌握溫差變化規(guī)律并正確地進(jìn)行

　　軸力調(diào)整在基坑工程中非常關(guān)鍵。本文是在南寧地區(qū)特殊的地理和氣候條件下通過工程實(shí)例總結(jié)出來的，有一定的局限性，但對南寧以后的地鐵及工程建設(shè)及相類地區(qū)的工程建設(shè)不無參考意義。

　　參考文獻(xiàn)：

　　長沙理工大學(xué)-南寧軌道交通廣西大學(xué)站監(jiān)測報(bào)表及監(jiān)測總結(jié)報(bào)告。