鋼支撐伺服系統(tǒng)應(yīng)用的若干問題及對(duì)策措施研究

卞 國 強(qiáng)

(上海申通地鐵集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，上海 201103)

鋼支撐伺服系統(tǒng)[1]作為一項(xiàng)先進(jìn)的基坑工程施工技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛。隨著伺服系統(tǒng)設(shè)備的不斷改進(jìn)優(yōu)化，以及工程案例經(jīng)驗(yàn)的累積，取得了顯著的控制基坑變形效果。但是由于設(shè)計(jì)、施工以及伺服專業(yè)單位的認(rèn)識(shí)理解偏差和各單位能力積累的差異，目前尚存在諸多問題，存在一定的工程風(fēng)險(xiǎn)。

1 總體使用效果

通過20個(gè)基坑的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在采用鋼支撐伺服系統(tǒng)的基坑工程中，達(dá)到保護(hù)等級(jí)一級(jí)、二級(jí)及三級(jí)基坑變形控制標(biāo)準(zhǔn)的基坑各占約1/3；少量使用伺服支撐(小于50根)的基坑約占43%，大量使用伺服支撐(大于100根)的基坑約占33%，大量使用伺服支撐的基坑圍護(hù)水平變形指標(biāo)平均為1.8‰，明顯優(yōu)于少量使用伺服支撐基坑的2.8‰。

根據(jù)數(shù)據(jù)分析，可以簡(jiǎn)單得出以下結(jié)論：1)伺服鋼支撐系統(tǒng)若使用得當(dāng)，有利于控制基坑變形；2)伺服鋼支撐使用道數(shù)越多，越有利于基坑變形控制；3)伺服系統(tǒng)僅僅為基坑工程圍護(hù)變形控制輔助手段，基坑圍護(hù)變形與基坑開挖及伺服系統(tǒng)過程控制密切有關(guān)。

2 存在問題

2.1 斜撐與支座點(diǎn)接觸

斜撐活絡(luò)段及固定端與預(yù)埋件之間受力存在點(diǎn)接觸或線接觸，受力不合理。如圖1所示，因預(yù)埋鋼板定位偏差、傾斜，鋼支座加工偏差等原因，較多的斜撐出現(xiàn)“不密貼”鋼支座情況。通常斜撐軸力較大，此種“偏心”易導(dǎo)致活絡(luò)頭“扭脖子”現(xiàn)象，可能導(dǎo)致支撐失穩(wěn)，危及基坑安全。

2.2 鋼支撐兩端可調(diào)

鋼支撐一端采用伺服端(行程15 cm～20 cm)而另一端采用活絡(luò)頭(行程25 cm～30 cm)，伺服系統(tǒng)施加后，高軸力下支撐壓縮變形大，高軸力增大支撐活絡(luò)頭偏心失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)，也減弱了伺服系統(tǒng)控制變形效果。

2.3 軸力計(jì)易損壞支撐頭

傳統(tǒng)鋼支撐軸力監(jiān)測(cè)方法主要有：軸力計(jì)、應(yīng)變片和應(yīng)力計(jì)等，伺服系統(tǒng)可通過油壓系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)軸力。因應(yīng)變片存活率低、測(cè)量誤差大等弱點(diǎn)，不太適應(yīng)中長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)；應(yīng)力計(jì)(振弦式應(yīng)變計(jì))焊接于鋼支撐表面，不危及鋼支撐本體結(jié)構(gòu)安全，適宜于中長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)；因伺服系統(tǒng)自身特點(diǎn)，可實(shí)時(shí)顯示支撐軸力，精度高；軸力計(jì)需安裝在支撐端部和圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間，截面積較小，高軸力下易導(dǎo)致支撐頭壓縮變形，且在安裝過程中易導(dǎo)致支撐偏心，存在較大風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 軸力調(diào)整不規(guī)范

伺服支撐軸力動(dòng)態(tài)調(diào)整形式多樣，部分設(shè)計(jì)單位僅提供包絡(luò)軸力預(yù)加值，伺服單位依靠經(jīng)驗(yàn)動(dòng)態(tài)調(diào)整軸力，且軸力調(diào)整程序不完善。目前動(dòng)態(tài)調(diào)整軸力主要有兩種方式。第一種方式以設(shè)計(jì)軸力為主要依據(jù)，以第三方監(jiān)測(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移為參考，在設(shè)計(jì)軸力一定范圍內(nèi)調(diào)整軸力。軸力控制在安全范圍，鋼支撐處于安全狀態(tài)，但是圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形控制效果一般、存在“軸力不變但位移一直變” 風(fēng)險(xiǎn)。第二種方式以圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移為目標(biāo)，將位移變化速率作為重點(diǎn)參數(shù)，設(shè)計(jì)軸力為輔，根據(jù)位移變化情況調(diào)整支撐軸力，具體調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)各家經(jīng)驗(yàn)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形控制效果較好，但是軸力可能過大，影響鋼支撐安全。

2.5 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)未能及時(shí)有效指導(dǎo)施工

伺服專業(yè)單位得不到第三方監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)滯后或監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)誤差較大，不能及時(shí)有效指導(dǎo)伺服動(dòng)態(tài)調(diào)整。因基坑變形數(shù)據(jù)過大，部分施工單位怕影響考核業(yè)績(jī)，不愿意或不主動(dòng)提供每天的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。也或是伺服專業(yè)單位拿到的數(shù)據(jù)比較滯后、或是認(rèn)為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與其自帶位移監(jiān)測(cè)值有差距，不能有效準(zhǔn)確的指導(dǎo)動(dòng)態(tài)調(diào)整軸力。

2.6 鋼支撐成為薄弱項(xiàng)

伺服系統(tǒng)與鋼支撐通常由兩家公司提供，部分老舊鋼支撐變形、壁厚薄等已不能滿足伺服高軸力要求，鋼支撐變成薄弱項(xiàng)。伺服支撐使用過程中，軸力能及時(shí)補(bǔ)償，一些存在初始缺陷的鋼支撐會(huì)在高軸力下變形失穩(wěn)，影響基坑安全。

2.7 抱箍不可調(diào)節(jié)

如圖2所示，支撐與系梁連接抱箍不可調(diào)節(jié)。立柱隆起較大時(shí)，高軸力易導(dǎo)致支撐偏心彎矩過大，導(dǎo)致法蘭螺栓拉裂。

2.8 后拆留撐不規(guī)范

因倒數(shù)第二道支撐后拆留撐，實(shí)際工程中伺服留撐方案多樣，存在失穩(wěn)、防水問題。目前伺服系統(tǒng)留撐主要有三種做法，不留撐、換撐、預(yù)留鋼墊箱?！安涣魮巍睂儆谠O(shè)計(jì)要求留撐但施工私自取消留撐情況，地墻承載力較設(shè)計(jì)工況大，可能導(dǎo)致地墻開裂、結(jié)構(gòu)變形增大，危及圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全；換撐就是待支撐下部?jī)?nèi)襯墻澆筑完畢后臨時(shí)增加一道鋼支撐，然后拆除原有支撐；預(yù)留鋼墊箱是較通常的做法，但是伺服支撐頭與鋼墊箱連接粗糙，多為在伺服支撐頭上焊接型鋼，然后將型鋼擱置在鋼墊箱上，坑內(nèi)放坡開挖產(chǎn)生縱向滑坡時(shí)可能導(dǎo)致支撐被擠走，影響基坑安全。

3 結(jié)論與建議

針對(duì)以上工程中存在的問題，分別提出建議如下：

1)斜撐支座優(yōu)先采用裝配式斜撐支座，基坑開挖后及時(shí)量測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)放樣焊接支座，保證支撐頭與支座密貼。

2)伺服鋼支撐應(yīng)采用一端固定端一端伺服端形式，禁止采用一端活絡(luò)端一端伺服端形式。

3)宜采用鋼支撐表面焊接應(yīng)力計(jì)或采用伺服系統(tǒng)監(jiān)測(cè)軸力，禁止采用端部軸力計(jì)。

4)設(shè)計(jì)應(yīng)基于基坑變形控制進(jìn)行鋼支撐伺服設(shè)計(jì)計(jì)算，計(jì)算過程中調(diào)整各開挖工況下每道伺服鋼支撐軸力，以滿足變形控制要求。在施工圖中明確伺服鋼支撐使用范圍，提出各開挖工況下每道伺服鋼支撐的軸力設(shè)計(jì)值。伺服專業(yè)單位應(yīng)經(jīng)設(shè)計(jì)許可，根據(jù)軸力、位移變化情況，動(dòng)態(tài)調(diào)整軸力。

5)監(jiān)測(cè)單位應(yīng)同步向伺服專業(yè)單位提供基坑監(jiān)測(cè)報(bào)表，緊急時(shí)出速報(bào)。

6)施工單位應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙編制鋼支撐伺服系統(tǒng)施工專項(xiàng)方案，統(tǒng)籌管理鋼支撐施工單位、伺服專業(yè)單位，做到權(quán)責(zé)明確，由建設(shè)單位、監(jiān)理單位等監(jiān)督落實(shí)。

7)在立柱樁支托和鋼支撐之間、抱箍和鋼支撐之間應(yīng)通過采用硬木鍥墊塊，以便在樁身發(fā)生沉降或隆起時(shí)可釋放過大的次應(yīng)力，同時(shí)能保證抱箍和支托的約束作用。

8)建議采用換撐或預(yù)留鋼墊箱的方式留撐，預(yù)留鋼墊箱應(yīng)與伺服鋼支撐頭可靠連接，可限制支撐頭三向移動(dòng)，安裝過程中滿足支撐水平度要求。

參考文獻(xiàn)：

[1] 賈 堅(jiān),謝小林,羅發(fā)揚(yáng),等.控制深基坑變形的支撐軸力伺服系統(tǒng)[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，43(10):1589-1594.