伺服、普通鋼支撐下基坑測(cè)斜對(duì)比分析研究

賈尚華

上海公路橋梁（集團(tuán)）有限公司 上海 200433

當(dāng)前，在上海城區(qū)深基坑工程建設(shè)中，為降低深基坑對(duì)道路、房屋的影響，人們大力推廣伺服軸力補(bǔ)償鋼支撐系統(tǒng)。主流觀點(diǎn)認(rèn)為伺服鋼支撐可以有效降低深基坑的變形[1-3]。根據(jù)以往研究和施工經(jīng)驗(yàn)，深基坑的變形與周邊環(huán)境之間有正相關(guān)的關(guān)系，因此伺服鋼支撐系統(tǒng)可以相對(duì)有效地控制基坑周邊沉降、變形等環(huán)境問(wèn)題。其中，卞國(guó)強(qiáng)[4]對(duì)20個(gè)基坑的變形情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，以普通支撐為主、伺服支撐為輔的基坑約占 43%，以伺服支撐為主、普通支撐為輔的基坑約占33%。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明：伺服支撐占主導(dǎo)的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)測(cè)斜平均指標(biāo)值為0.18%，普通鋼支撐占主導(dǎo)的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)測(cè)斜指標(biāo)平均值為0.28%。可見(jiàn)，伺服軸力補(bǔ)償鋼支撐體系對(duì)基坑周邊環(huán)境的控制效果較好。

但是伺服鋼支撐在軌道交通條形深基坑鋼支撐體系中的應(yīng)用也存在大量不足，需要加大技術(shù)研究。本文依托上海某地鐵車站使用的伺服鋼支撐和普通鋼支撐，研究普通鋼支撐和伺服鋼支撐對(duì)基坑測(cè)斜控制的效果。

1 工程概況

上海某地鐵車站為地下2層車站，總基坑分為5個(gè)分基坑，端頭井開(kāi)挖深度為20.2 m，標(biāo)準(zhǔn)段開(kāi)挖深度18.3 m?；佣祟^井采用厚1 000 mm地下連續(xù)墻，深度46.5 m；標(biāo)準(zhǔn)段及封堵墻采用厚800 mm地下連續(xù)墻，深度46.5～48.0 m不等。根據(jù)施工場(chǎng)地周邊建（構(gòu)）筑物重要性，不同分基坑選擇不同的支撐體系。其中，1#基坑主要采用伺服鋼支撐體系，5#基坑采用普通鋼支撐體系。兩基坑均為條形基坑，1#基坑寬20.3 m，5#基坑寬15.9 m。

2個(gè)分基坑標(biāo)準(zhǔn)段開(kāi)挖深度為18.0～18.3 mm，設(shè)1道混凝土支撐＋4道鋼支撐（圖1）。第1道混凝土支撐截面為800 mm×1 000 mm，采用C30混凝土；鋼支撐采用φ609 mm鋼管，厚度16 mm。采用明挖順筑法施工。

2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置

1#基坑采用伺服鋼支撐體系，5#基坑采用常規(guī)鋼支撐體系，其監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置情況如圖2、圖3所示。

圖1 基坑標(biāo)準(zhǔn)段剖面示意

圖2 1#基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置

圖3 5#基坑監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布置

進(jìn)行分析研究的測(cè)斜點(diǎn)位選擇1#基坑CX07、CX90，為基坑中部孔位；5#基坑測(cè)斜孔位CX57、CX46，為基坑中部孔位。

3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)測(cè)斜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

3.1 不同施工工況下測(cè)斜數(shù)據(jù)分析

3.1.1 1#基坑中部典型位置CX07、CX90測(cè)斜分析

本基坑直撐采用伺服鋼支撐。圖4為基坑中部CX07、CX90點(diǎn)位測(cè)斜圖。從圖4中可以看出，圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大變形位置位于基坑底部以下3 m左右。采用伺服鋼支撐體系的測(cè)斜位移基本上小于4 cm。對(duì)于開(kāi)挖深度為18.2 m的基坑，變形處于可控范圍之內(nèi)。

同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)，即使采用了軸力極高的伺服鋼支撐體系也并不能阻止基坑變形的發(fā)展。只要基坑處于開(kāi)挖狀態(tài)，基坑變形就將持續(xù)發(fā)展下去。底板施工完成后一段時(shí)間基坑測(cè)斜變形才趨于穩(wěn)定。

3.1.2 5#基坑中部典型位置CX46、CX57測(cè)斜分析

與1#基坑不同，5#基坑中間部位測(cè)斜最大變形位置并不是處于開(kāi)挖面之下，而是正好處于開(kāi)挖面位置（圖5）。

根據(jù)圖5，5#基坑中部位置的最大測(cè)斜值在5 cm左右，遠(yuǎn)大于1#基坑的3.5～4.0 cm，可見(jiàn)伺服支撐體系在基坑變形控制能力上要強(qiáng)于普通鋼支撐。根據(jù)平面尺寸，5#基坑寬度僅僅為16 m，而1#基坑寬度為20 m。

圖4 不同工況下CX07、CX90測(cè)斜數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化規(guī)律

圖5 不同工況下CX46、CX57測(cè)斜數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化規(guī)律

可以看出，相同條件下窄基坑要比寬基坑更容易抵抗變形，因此5#基坑要比1#基坑的抗變形能力強(qiáng)，而實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)顯示1#基坑變形比5#基坑小，可見(jiàn)1#基坑伺服鋼支撐的作用比較顯著。

除此之外，采用普通鋼支撐體系的5#基坑測(cè)斜值在底板施工完畢后基本趨于穩(wěn)定，而相同時(shí)期伺服鋼支撐體系下的基坑變形活動(dòng)并沒(méi)有結(jié)束。從1#基坑的測(cè)斜數(shù)據(jù)可看出，底板施工完畢后，底板上方測(cè)斜產(chǎn)生回調(diào)，而底板之下測(cè)斜繼續(xù)向基坑內(nèi)部發(fā)展，其持續(xù)一段時(shí)間后逐步趨于穩(wěn)定。

3.2 不同深度測(cè)斜數(shù)據(jù)分析

3.2.1 1#基坑中部典型位置CX07、CX90測(cè)斜分析

基坑中部采用伺服鋼支撐體系，圖6、圖7為基坑中部的2個(gè)測(cè)斜點(diǎn)位發(fā)展趨勢(shì)圖。此處支撐采用伺服鋼支撐體系。從圖6、圖7可見(jiàn)，所有深度處的測(cè)斜發(fā)展規(guī)律均為先增長(zhǎng)到一定程度后，然后有一個(gè)明顯的回調(diào)，并且最后趨于穩(wěn)定。各深度測(cè)斜回調(diào)時(shí)間均處于底板澆筑之后，可見(jiàn)底板澆筑對(duì)基坑變形的穩(wěn)定性起到極大的有利作用。從圖中還可以看出，采用伺服鋼支撐體系下，底板澆筑之后，底板以下測(cè)斜也不會(huì)再進(jìn)一步繼續(xù)發(fā)展，而是維持不變。而底板上方測(cè)斜回調(diào)的幅度明顯大于前面封堵前和南端頭位置。由此說(shuō)明，伺服鋼支撐體系基坑變形的控制能力要強(qiáng)于普通鋼支撐。

圖6 不同深度位置CX07測(cè)斜數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化規(guī)律

圖7 不同深度位置CX90測(cè)斜數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化規(guī)律

3.2.2 5#基坑中部典型位置CX46、CX57測(cè)斜分析

圖8、圖9為5#基坑中部不同深度處隨基坑施工推進(jìn)的測(cè)斜值變化情況。從圖8、圖9可見(jiàn)，各深度位置的測(cè)斜值基本上隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而單調(diào)增長(zhǎng)，最終在基坑施工完畢后停止變形。這與1#基坑伺服支撐體系下基坑變形規(guī)律大不相同，1#基坑在基坑施工期間開(kāi)挖深度范圍內(nèi)各深度處的基坑測(cè)斜均有不同程度的回調(diào)。普通鋼支撐只能被壓縮不能伸長(zhǎng)，其對(duì)基坑變形控制的方式只能是被動(dòng)的，而伺服支撐可以隨時(shí)調(diào)整軸力，借助強(qiáng)大的軸力可以將鋼支撐受壓損失的變形彌補(bǔ)一部分。

圖8 不同深度位置CX46測(cè)斜數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化規(guī)律

圖9 不同深度位置CX57測(cè)斜數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化規(guī)律

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本工程實(shí)例監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，可以得出如下結(jié)論：

1）伺服支撐體系下的基坑抗變形能力要比普通支撐體系下的基坑抗變形能力強(qiáng)。

2）伺服支撐可以保持軸力不變，底板澆筑完成后各深度位置處的測(cè)斜值還處于變形發(fā)展?fàn)顟B(tài)，其基本規(guī)律為底板之上測(cè)斜產(chǎn)生向坑外回調(diào)變形的趨勢(shì)，而底板之下的測(cè)斜繼續(xù)向基坑內(nèi)部變形。相同情況下的普通鋼支撐體系下，基坑各深度位置處的基坑測(cè)斜在底板施工完畢后基本趨于穩(wěn)定收斂狀態(tài)。

3）普通鋼支撐體系控制基坑變形方式為位移鎖止方式，而伺服支撐體系具有明顯的主動(dòng)調(diào)控能力?；谒欧撝螐?qiáng)大的軸力作用，其對(duì)基坑變形的控制形式更多，控制手段更靈活。