摘要：鋼結構支撐體系是近年常見的基坑內支撐體系，由于其施工簡便、可多次重復利用、造價相對較低而在基坑施工中普遍采用。但由于鋼結構本身的特殊性，特別是在較大的溫差條件下支護體系或周邊土體出現不同的變化情況，往往不能引起足夠重視，近年來由于支撐體系而引發的基坑事故頻發。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措施指導施工 ，本文根據南寧軌道交通一號線廣西大學站基坑工程的成功實例，分析了溫差影響的相對幅度，并采用相應措施使“溫差影響”變為“溫差控制”。

　　關鍵詞：溫差, 鋼支撐,支撐內力,溫差影響, 溫差控制

　　0 前言

　　南寧市軌道交通廣西大學站是南寧地鐵項目啟動后的第一個試驗站，該站包括站臺區和存車區，基坑總長465米，標準段寬20.9米，基坑平均深度18.4米，屬特大型基坑。支護體系采用地下連續墻+多道內支撐，連續墻深度平均27.6米，嵌入不透水層強風化泥巖2米，其中首道內支撐采用鋼筋混凝土并與連續墻冠梁連成整體。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，經歷并跨越了了雨季晝夜溫差和冬夏季節溫差的變化過程。本文以廣西大學站深基坑施工為依托，通過現場實驗數據和監測數據分析溫差對深基坑圍護結構鋼管支撐影響和調整方法，總結施工經驗，為今后類似工程提供數據參考。

　　1 溫差條件下鋼支撐伸長率的實驗

　　實驗目的：自由狀態下或未施加預應力條件下單位溫差及單位長度鋼支撐伸長率。

　　實驗日期：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時至下午16時30分均有日照

　　初始量測時間：晚21時或早6時

　　最終量測時間：午14時

　　量具：經標定的合格鋼尺

　　拉力：10kg，讀數三次平均

　　實驗結果如表一、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伸長率有變大的局勢。當然，當氣溫相應降低時，在未附加預應力的前提下支撐的長度會按伸長率相應縮短。

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

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

　　2、首道內支撐為混凝土支撐，其余均為鋼支撐，但基坑兩側土體的軟硬性狀差異較大。這種情況下，盡管整個支護體系的穩定性較好，但在周邊動荷載較大或兩側不平衡受力情況下容易引發支撐體系向軟土一側偏移。如廣州地鐵二號線某基坑在開挖至坑底正進行施工底板時支撐體系出現了連續若干天向軟土側偏移的情況，后經在硬土一側補充施工預應力錨索才使得變化趨于穩定。這種支護體系對溫差的敏感性主要表現為支撐內力的變化，而周邊土體的側向位移并不明顯。

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

　　4、圍護結構(連續墻或樁)較深，下部嵌入風化巖內，基坑周邊土層性狀變化不大，首道內支撐為混凝土支撐，其余均為鋼支撐。這種支護體系的整體穩定性非常好，在近年來的很多工程實例中經常被采用。但在經歷雨季及跨季節等溫差較大時支撐內力的變化幅度非常大，如何根據實際情況調整支撐內力是保證支撐安全的重要課題，本文將在后面的章節中具體分析。

　　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結構產生的附加變形非常小，溫差影響主要體現在支撐內力的變化，本實驗數據主要根據監測及特殊條件下的加密監測結果而來，并且在大量的監測數據中概括和選取了有代表性的數據進行分析，分析前提：在監測實驗兩次數據中間過程中未人為增減預應力。監測數據如表三：

　　表三 溫差對鋼支撐軸力的影響統計分析表

序號	支撐編號	監測較低溫度C0/軸力KN	監測較高溫度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

　　由上表統計可知：

　　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到45.9KN(4.6T);

　　2、監測實驗的數據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溫度變化與軸力變化呈近似線性關系，但總體而言是否呈線性關系仍比較模糊，并且當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學模式，但這是仍需要探討的問題，在本項目的實踐中，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，發現，當溫度高于38度或低于6度時軸力變化要明顯于其它溫度段，但實驗數據偏少，況且南寧地區氣溫低于5度已不多見，這使得這項工作缺乏條件和充分的依據，希望看到其它地區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期，我們對基坑監測的諸多項目均作了深入分析，發現因溫差引起的圍護結構水平位移、圍護結構變形、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：在這種支護結構中，掌握軸力的變化規律并科學合理地采取措施，使“溫差影響”變為“溫差控制”，從而保證基坑安全。

　　3.1 架設鋼支撐的要點

　　1) 地面組裝時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，對架設時存在偏心現象的立即采取置換或調整墊板等方式使得達到充分接觸軸心受力效果;

　　3) 架設鋼支撐時充分焊牢鋼支撐中部的限位裝置。

　　3.2 預應力施加要點

　　1) 盡量避免每日氣溫最高或最低時施加初始應力;

　　2) 施加預應力時若氣溫高則適當增加預應力，否則適當減少預應力;要糾正一種錯誤做法：認為在氣溫高時施加預應力應當降低預加值、在氣溫低時施加預應力應當增加預加值。

　　4 軸力調整的時間和方法

　　4.1調整時間的選擇

　　關于預應力調整時間的選擇，工程實例中很多做法是不可行的，一般均

　　認為在發生較大溫差后及時調整就可以了。這是非常不當的做法，確切地說是一種補救手段，不少施組或專項方案中仍明確指出：當監測發現溫差較大引起較大的軸力變化后要及時采取措施處理。試想，若支護結構存在缺陷，支撐軸力全部大幅度增加或衰減的時間段會發生什么?這往往是不可想象的，但也是實實在在的，不少教訓說明了這一點。

　　如深圳地鐵某基坑工程，因臺風來臨，傍晚開始全面停工，項目部要求監測

　　組晚上加強基坑安全監測，出現異常立即匯報值班負責人，以便及時采取措施處理。但當深夜暴雨來臨時，因雨勢過大，監測人員根本無法進行正常監測，第二天中午雨停后，巡查人員發現地下連續墻出現了多處不明原因的裂縫和滲漏，項目部立即要求監測人員對支撐體系全面監測一次并將結果速報項目部。監測發現，連續墻多處變形已超限、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。這使得項目部找不到墻體變形及滲漏的根本原因，最后歸結為暴雨使得周邊水位驟升從而使坑外水壓力增加導致連續墻變形。該區域的地下穩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的。其實根本原因就是支撐軸力發生了突變。而恰恰第二天監測時的氣溫和前一天中午時相差無幾，這個假象蒙蔽了項目部，認為鋼支撐不會有問題，當然，支撐沒問題，問題出在軸力調整上。當時深圳中午氣溫高達37度，而夜間暴雨時氣溫只有16度，一天的變幅達到了21度，這意味著暴雨時段所有鋼支撐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調整，則根本不會出現以上事故了。

　　但是，在發生較大溫差前如何預知溫差變化?這種預測不可能十分準確，但

　　對基坑安全則意義重大。要牢牢依據氣象部門天氣預報、反常及惡劣天氣的氣象警報及正確掌握季節及晝夜溫差的變化規律。

　　4.2調整方法

　　很多工程實例中都采取統一同時調整的方法，這也是不正確的。這種方法的

　　弊端是短時間內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、圍護結構突然涌水等情況發生時極易引發事故。

　　軸力調整應遵循的原則是：A、快速。包括快速增加和快速釋放。如在暴雨

　　前氣溫已有落差時快速增加軸力而在暴雨后氣溫已有升幅時快速釋放軸力。B、部分。要選擇部分關鍵支撐區域的支撐作為調整對象，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整對象。C、分次。不能一次調整過大，要在一定的時間段(1~2小時左右)通過2~3次完成調整幅度，特別是在釋放軸力時更要注意這點。D、跟蹤。調整后要對整個基坑的穩定性進行跟蹤加密監測，確保軸力調整的合理性和安全性。

　　5 結語

　　溫差影響是基坑工程中鋼支撐體系的普遍問題，科學地掌握溫差變化規律并正確地進行

　　軸力調整在基坑工程中非常關鍵。本文是在南寧地區特殊的地理和氣候條件下通過工程實例總結出來的，有一定的局限性，但對南寧以后的地鐵及工程建設及相類地區的工程建設不無參考意義。

　　參考文獻：

　　長沙理工大學-南寧軌道交通廣西大學站監測報表及監測總結報告。