復(fù)雜環(huán)境下地鐵車站超深基坑錨索應(yīng)力損失控制研究

任志亮

復(fù)雜環(huán)境下地鐵車站超深基坑錨索應(yīng)力損失控制研究

任志亮

(中國(guó)鐵建投資集團(tuán)有限公司，北京 100855)

樁錨結(jié)構(gòu)在基坑支護(hù)體系中具有廣泛的應(yīng)用，但在對(duì)錨索施加預(yù)應(yīng)力之后，錨固體本身、錨頭等裝置以及錨固體周邊土體均會(huì)受到影響，從而產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失。針對(duì)此種情況，結(jié)合錨索預(yù)應(yīng)力損失理論分析和模型研究，根據(jù)青島鞍山地鐵車站超深基坑錨索施工情況，采取內(nèi)支撐+格構(gòu)柱的應(yīng)急支撐體系來(lái)控制錨索預(yù)應(yīng)力損失。通過(guò)對(duì)錨索軸力，周圍地表沉降以及橋墩沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，驗(yàn)證該應(yīng)急支撐體系的有效性。同時(shí)對(duì)鋼支撐軸力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，表明采用篷布遮擋的方式可以減弱溫度對(duì)支撐體系的影響，并在此基礎(chǔ)上對(duì)該內(nèi)支撐體系的拆除及后期優(yōu)化提出了相關(guān)建議。大量實(shí)地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)充分反映出該應(yīng)急支撐體系能夠控制錨索的預(yù)應(yīng)力損失，在一定程度上保障了基坑施工的安全，具有工程實(shí)用價(jià)值。

地鐵車站；超深基坑；錨索預(yù)應(yīng)力損失；監(jiān)測(cè)分析

自20世紀(jì)80年代以來(lái)，國(guó)外巖土工程領(lǐng)域支錨結(jié)構(gòu)體系按荷載傳遞途徑，錨索腐蝕，評(píng)估預(yù)應(yīng)力錨索的長(zhǎng)期工作性能進(jìn)行研究[1?4]，在最近幾年中，通過(guò)預(yù)應(yīng)力錨索這種支護(hù)形式對(duì)地鐵車站深基坑進(jìn)行支護(hù)逐漸得到了廣泛的應(yīng)用[5?6]。但是這種支護(hù)方式也存在著自身的缺點(diǎn)，比如在施工過(guò)程中，錨索預(yù)應(yīng)力出現(xiàn)損失是非常普遍的問(wèn)題[7?9]。錨索預(yù)應(yīng)力損失既會(huì)削弱錨桿的支護(hù)效果，又抑制了其主動(dòng)支護(hù)優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮，同時(shí)如果應(yīng)力損失不受約束而不斷增大，會(huì)導(dǎo)致錨桿失效，進(jìn)而使錨桿控制的土層發(fā)生突發(fā)的側(cè)向位移，甚至有可能因此發(fā)生基坑坍塌等更嚴(yán)重的工程事故。所以基于工程安全考慮，對(duì)錨索預(yù)應(yīng)力損失相關(guān)理論進(jìn)行分析研究,并結(jié)合實(shí)際工程提出相應(yīng)的解決方法是目前所面臨的重要問(wèn)題。毛佳艷等[10]依托石家莊地鐵東里站采用的基坑錨索支護(hù)工程實(shí)例,對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索的主要施工方法進(jìn)行了介紹。在此基礎(chǔ)上分別從鋼絞線松弛、施工因素、注漿控制以及錨具張拉損失等方面分析了造成預(yù)應(yīng)力錨索應(yīng)力損失的主要原因，并分別提出了針對(duì)性的改進(jìn)措施。何正勇[11]分析了支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形和影響因素，根據(jù)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)分析，對(duì)支護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了調(diào)整，采取了相應(yīng)施工措施來(lái)保證了支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全，在基坑支護(hù)施工中，合理的監(jiān)測(cè)方法和準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)基坑支護(hù)的施工非常重要。張維建[12]以有關(guān)預(yù)應(yīng)力錨索的工作原理、設(shè)計(jì)、施工、試驗(yàn)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)及工作應(yīng)力檢測(cè)等為主線，以預(yù)應(yīng)力錨索的工作應(yīng)力為切入點(diǎn)，利用模擬對(duì)比驗(yàn)證等方法對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索在基坑工程的應(yīng)用進(jìn)行研究論述。劉金等[13]以義烏世貿(mào)中心工程為例,詳細(xì)介紹了預(yù)應(yīng)力錨索在深基坑支護(hù)中的施工要點(diǎn)以及避免預(yù)應(yīng)力錨索在張拉過(guò)程中出現(xiàn)應(yīng)力損失的預(yù)防措施,供相關(guān)工程參考。李長(zhǎng)元[14]在深基坑樁錨支護(hù)體系施工中，發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力錨索的軸力存在不同程度的損失，有的甚至在張拉后24 h內(nèi)出現(xiàn)應(yīng)力損失一半左右的情況，嚴(yán)重影響到基坑的穩(wěn)定安全。在施加的錨索預(yù)加力不同時(shí)，其基坑支護(hù)體系相應(yīng)的基坑變形和結(jié)構(gòu)內(nèi)力也會(huì)發(fā)生變化，蔡立周等[15]對(duì)此進(jìn)行了相關(guān)研究，分析了錨索預(yù)加力施加值的合理區(qū)間。張世民等[16]研究表明：基坑開挖對(duì)鄰近建筑物的影響主要是在房屋基礎(chǔ)以上的范圍內(nèi),超過(guò)建筑物基礎(chǔ)深度時(shí)，繼續(xù)開挖對(duì)鄰近建筑物的影響不再有明顯變化?；訃o(hù)結(jié)構(gòu)的存在，在一定程度上會(huì)對(duì)建筑物的沉降控制有利。由以上相關(guān)文獻(xiàn)可以看出，人們對(duì)于錨索預(yù)應(yīng)力損失問(wèn)題的研究大都集中在施工層面，依托實(shí)際工程和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)錨索預(yù)應(yīng)力損失現(xiàn)象進(jìn)行描述與總結(jié)，而少有對(duì)損失機(jī)理進(jìn)行分析，以及探討減少預(yù)應(yīng)力損失的有效且可行的方法。本文在以往研究的基礎(chǔ)上，首先介紹錨索預(yù)應(yīng)力損失相關(guān)理論，對(duì)造成預(yù)應(yīng)力損失的有關(guān)原因進(jìn)行分析，并給出相關(guān)計(jì)算公式。為了降低預(yù)應(yīng)力損失對(duì)工程結(jié)構(gòu)造成的不利影響，降低安全隱患，將在此基礎(chǔ)上以青島地鐵鞍山站基坑錨索支護(hù)為例，結(jié)合該工程實(shí)際提出使用內(nèi)支撐體系作為控制錨索預(yù)應(yīng)力損失的措施，同時(shí)通過(guò)監(jiān)控錨索軸力，周圍地表以及橋墩沉降數(shù)據(jù)驗(yàn)證該控制方案的合理性和有效性。最后對(duì)內(nèi)支撐體系后期優(yōu)化及拆除提出相關(guān)建議，以期為同類工程提供借鑒。

1 深基坑錨索應(yīng)力損失

1.1 預(yù)應(yīng)力損失原理

根據(jù)眾多的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，造成錨索預(yù)應(yīng)力損失通常由以下2個(gè)因素引起：第1個(gè)因素是預(yù)應(yīng)力施加到錨索上后，短期內(nèi)錨索的回縮造成結(jié)構(gòu)體系的壓縮變形以及施工或者設(shè)計(jì)過(guò)程中的缺陷使其產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失；第2個(gè)因素是錨索支護(hù)體系在長(zhǎng)期的預(yù)應(yīng)力荷載作用下，錨固段周邊巖體會(huì)發(fā)生蠕變，灌漿材料也會(huì)產(chǎn)生徐變現(xiàn)象，這些都會(huì)造成錨索的預(yù)應(yīng)力損失。

因此預(yù)應(yīng)力的損失可以總結(jié)為短期和長(zhǎng)期2個(gè)方面的原因。其中短期原因包括：

1) 夾片、錨具壓縮形變產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失；

2) 油泵、千斤頂?shù)葟埩ο到y(tǒng)內(nèi)的摩擦阻力引起的預(yù)應(yīng)力損失；

3) 由震動(dòng)、爆破沖擊力等外界擾動(dòng)造成的預(yù)應(yīng)力損失。

其中第1項(xiàng)是由于張拉結(jié)束并進(jìn)行錨固時(shí)，錨具和夾片將受到來(lái)自鋼絞線收縮引起的巨大壓力，進(jìn)而使其產(chǎn)生壓縮變形，此項(xiàng)預(yù)應(yīng)力損失可以通過(guò)式(1)進(jìn)行計(jì)算：

式中：為計(jì)算的預(yù)應(yīng)力損失值，kN；為鋼絞線的橫截面積，m2；Δ為夾片與錨具的壓縮形變量，m；為自由段的有效長(zhǎng)度；y為鋼絞線的彈性 模量。

通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)多個(gè)錨索工程中對(duì)預(yù)應(yīng)力的測(cè)定數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)預(yù)應(yīng)力損失有如下特點(diǎn)：當(dāng)錨索張拉完畢并鎖定后，3～10 d內(nèi)的預(yù)應(yīng)力損失量是比較大的，能夠占到總預(yù)應(yīng)力損失量的30～50%，所以針對(duì)短期內(nèi)的預(yù)應(yīng)力損失，可以在張拉鎖定施工完成3～10 d后通過(guò)對(duì)錨索進(jìn)行補(bǔ)償張拉以盡量減少其預(yù)應(yīng)力的損失。

另一方面錨索在長(zhǎng)期荷載作用下的預(yù)應(yīng)力損失，關(guān)系到錨索工程的耐久性和安全性，對(duì)于結(jié)構(gòu)安全同樣非常重要。但是由于長(zhǎng)期荷載作用下預(yù)應(yīng)力損失的機(jī)理比較復(fù)雜，影響因素繁多，當(dāng)前的研究還很難對(duì)預(yù)應(yīng)力損失進(jìn)行定量準(zhǔn)確的計(jì)算。對(duì)此，針對(duì)長(zhǎng)時(shí)間跨度下預(yù)應(yīng)力的損失可以概括為以下3部分：

1) 由于循環(huán)往復(fù)荷載造成的預(yù)應(yīng)力損失；

2) 受外界環(huán)境影響以及其中的腐蝕介質(zhì)所產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力損失；

3) 由巖體蠕變與鋼絞線松弛引起的預(yù)應(yīng)力 損失。

1.2 各種變形引起的預(yù)應(yīng)力損失

錨索服役過(guò)程中的總變形可以通過(guò)式(2) 表示：

式中：1和2分別表示錨桿自由段桿體和錨固體的彈性變形；3表示錨固體和土體二者間的剪切變形；4表示錨固體以及自由段桿體的塑性變形；5表示外力作用下土體自身的塑性形變；6表示錨頭、承臺(tái)結(jié)構(gòu)以及鎖定系統(tǒng)之間的空隙。

對(duì)于常規(guī)錨索的應(yīng)力計(jì)算，因?yàn)橥馏w、錨固體和自由段桿體發(fā)生的塑性變形都較小。所以理想狀態(tài)下可對(duì)式(2)進(jìn)行簡(jiǎn)化，其錨索的變形為：

但是工程實(shí)際中很少有理想狀態(tài)，4，5和6這些非彈性變形是存在且不可忽視的，是影響錨索預(yù)應(yīng)力損失的重要因素。特別是對(duì)于力學(xué)性質(zhì)較差或者含水量較高的軟弱土層，其塑性形變往往比較大，反而會(huì)使錨索預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生較大損失。為此，結(jié)合車站基坑的實(shí)際工作環(huán)境，考慮采用增加支撐的方式來(lái)減少周圍土體變形，從而控制錨桿的預(yù)應(yīng)力損失。

1.3 巖體蠕變?cè)斐傻念A(yù)應(yīng)力損失

巖體蠕變是造成錨索預(yù)應(yīng)力損失的一個(gè)重要原因。對(duì)錨索施加預(yù)應(yīng)力后，巖體內(nèi)部存在的節(jié)理與裂隙等在外作用下被壓縮，這一緩慢的過(guò)程會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。一般情況下，巖體質(zhì)量較好的其變形較小，蠕變也相應(yīng)較小。但如果是裂隙較多的軟巖，其預(yù)應(yīng)力損失是不容忽視的。

根據(jù)流變力學(xué)，Kelvin模型和Maxwell模型可以描述不同巖體的蠕變性質(zhì)。圖1為Kelvin模型的示意圖，它是由一個(gè)彈簧()和一個(gè)黏性元件()并聯(lián)而成的，其本構(gòu)模型可用式(4)進(jìn)行表達(dá)：

該模型可以用來(lái)解釋應(yīng)變隨時(shí)間推移的蠕變現(xiàn)象。隨著時(shí)間無(wú)限延長(zhǎng)，應(yīng)變不再變化并趨向某一定值。其不足之處在于無(wú)法描述瞬時(shí)應(yīng)力松弛與彈性變形的現(xiàn)象。

圖2為Maxwell模型的示意圖，它亦是由一個(gè)彈簧()和一個(gè)黏性元件()組成，不同之處在于2個(gè)元件的連接關(guān)系為串聯(lián)，其本構(gòu)模型為：

該模型能夠描述以下2種現(xiàn)象：當(dāng)應(yīng)力一定時(shí)，巖土體發(fā)生勻速蠕變；當(dāng)變形一定時(shí)，應(yīng)力發(fā)生勻速衰減即應(yīng)力松弛現(xiàn)象。

在考慮以下幾點(diǎn)前提的基礎(chǔ)上：1) 對(duì)預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行模擬時(shí)，忽略結(jié)構(gòu)上的細(xì)節(jié)，僅僅考慮受力情況的相似性；2) 類比巖體蠕變過(guò)程與錨索預(yù)應(yīng)力變化過(guò)程，暫不考慮巖體自身重量和周圍環(huán)境應(yīng)力的影響。3) 考慮巖土蠕變和錨索預(yù)應(yīng)力損失二者相互影響，巖土體蠕變會(huì)使預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生損失，而同時(shí)其結(jié)果又會(huì)對(duì)影響到巖體的蠕變速度；4) 假設(shè)巖土體為均勻連續(xù)介質(zhì)，通過(guò)調(diào)整巖土體彈性模量來(lái)處理解決結(jié)構(gòu)面和其他細(xì)節(jié)的影響。將上述2種模型并聯(lián)起來(lái)，從而建立起反映巖土體蠕變特點(diǎn)的新型預(yù)應(yīng)力損失模型，如圖3所示。

圖3 預(yù)應(yīng)力損失模型

此模型為2種較簡(jiǎn)單模型組合而成，由圖3可知有4個(gè)參數(shù)，模型具體的推導(dǎo)及驗(yàn)證過(guò)程如下。根據(jù)預(yù)應(yīng)力損失模型，有

因?yàn)楫?dāng)不等于0時(shí)，()=0，因此錨索拉力為

式中：為錨索拉力值；為錨索的橫截面積。

2 工程概況

鞍山站為4號(hào)線和8號(hào)線的換乘站，車站南側(cè)和東側(cè)均為高架橋。車站主體采用明挖順筑法施工，車站基坑深度38.5～42 m，從上到下的地層依次為素填土、粉質(zhì)黏土(0～2.9 m)、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖(0.4～8.3 m)、中風(fēng)化、微風(fēng)化花崗巖及花崗斑巖(1.2～42 m)，穿插有煌斑巖及塊狀碎裂巖，富水性貧。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鋼管樁結(jié)合預(yù)應(yīng)力錨索(錨桿)支護(hù)體系，根據(jù)基坑深度的不同，車站基坑較深處采用三級(jí)鋼管樁+錨索(錨桿)的形式，基坑深度較淺處采用兩級(jí)鋼管樁+錨索(錨桿)+放坡的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式，上排采用雙排或單排鋼管樁，中排及下排采用單排鋼管樁。

單位：mm

東西向車站小里程端基坑與高架橋位置關(guān)系如圖4所示，基坑采用三級(jí)鋼管樁+錨索(錨桿)的形式，上排采用雙排鋼管樁，中排及下排采用單排鋼管樁。鋼管樁鉆孔直徑200 mm，采用外徑168 mm鋼管，壁厚8 mm，鋼管樁間距1.0 m，樁頂設(shè)冠梁，鋼管底插入冠梁底部或基坑底部底不少于1.5 m，錨索(錨桿)水平間距2 m。車站主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)外邊緣距離高架橋承臺(tái)最近處17.1 m。

3 錨索應(yīng)力損失控制應(yīng)急內(nèi)支撐體系

為防止錨索應(yīng)力損失帶來(lái)的次生災(zāi)害，考慮基坑寬度較大，按相關(guān)施工風(fēng)險(xiǎn)管理規(guī)定[17]，臨近既有建筑構(gòu)筑物為施工期主要管理風(fēng)險(xiǎn)，因此應(yīng)嚴(yán)格控制施工風(fēng)險(xiǎn)。在第1節(jié)的理論基礎(chǔ)之上，考慮在車站西端應(yīng)力損失部位采用增加內(nèi)支撐+格構(gòu)柱的應(yīng)急支撐體系?；迂Q直方向設(shè)置2道鋼支撐，鋼支撐采用直徑800 mm、壁厚20 mm的鋼管，豎向間距8.45 m，鋼支撐設(shè)置雙道防墜落措施。第1道和第2道均采用車站縱向設(shè)置8道鋼支撐，水平間距3.5 m，鋼支撐橫剖面圖如圖5所示。預(yù)加軸力時(shí)實(shí)時(shí)對(duì)錨索應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)錨索應(yīng)力損失，即刻停止預(yù)加鋼支撐軸力。

單位：mm

型鋼立柱設(shè)計(jì)支撐中部設(shè)型鋼立柱，型鋼立柱沿車站縱向間距7 m，車站橫向間距4 m，型鋼立柱基礎(chǔ)入最終基坑底部2 m，基礎(chǔ)打設(shè)4個(gè)?400的孔，孔中放置上部型鋼立柱的角鋼L200×20并灌注C35混凝土。型鋼立柱沿車站橫縱向均布置剪刀撐，內(nèi)支撐縱剖面圖如圖6所示。

單位：mm

4 內(nèi)支撐體系架設(shè)效果分析

根據(jù)本文提出的應(yīng)急內(nèi)支撐體系，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)已開工的鞍山車站深基坑進(jìn)行了內(nèi)支撐體系架設(shè)，并通過(guò)對(duì)錨索應(yīng)力，周圍大型橋墩沉降，地面沉降的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和分析來(lái)驗(yàn)證該支撐體系的有效性。

4.1 錨索應(yīng)力

當(dāng)土的力學(xué)性質(zhì)較差情況下，會(huì)有較大的錨索預(yù)應(yīng)力損失，爆破施工后周圍土體會(huì)進(jìn)一步瓦解，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失持續(xù)增加。關(guān)于錨索應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置，應(yīng)選擇在地質(zhì)條件差，位于工程的受力較大且比較具有代表性的部位，基坑每條邊的中部、拐角處等區(qū)段宜布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)所用錨索測(cè)力計(jì)為振弦式錨索測(cè)力計(jì)，由測(cè)力鋼筒、振弦式應(yīng)變計(jì)、保護(hù)外護(hù)筒、錨墊板等組成。初次使用時(shí)在錨索張拉之前需置零初始值，并在錨索張拉之后當(dāng)天連續(xù)讀數(shù)2～3次，取中間數(shù)作為其預(yù)應(yīng)力初始值。

現(xiàn)場(chǎng)施工斷面某一錨索應(yīng)力損失應(yīng)力變化曲線如圖7所示?？梢钥闯觯^索在爆破施工后出現(xiàn)應(yīng)力損失，錨索應(yīng)力由552.81 kN降至466.13 kN，下降88.33 kN，31日出現(xiàn)第2次應(yīng)力損失，下降145.33 kN。為防止錨索應(yīng)力再次下降，緊急架設(shè)內(nèi)支撐體系，該錨索單元在架設(shè)完第1道鋼支撐后，應(yīng)力在之后相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)不再下降并出現(xiàn)上升趨勢(shì)，錨索應(yīng)力上升至366.09 kN，錨索應(yīng)力處于穩(wěn)定狀態(tài)，基坑支護(hù)安全可控。可以看出該應(yīng)急支撐體系的架設(shè)能夠有效控制錨索預(yù)應(yīng)力的降低，乃至可以在一定程度上恢復(fù)錨索的預(yù)應(yīng)力。

圖7 錨索應(yīng)力變化曲線

4.2 高架橋墩沉降

建筑物受基坑開挖的影響是非常復(fù)雜的，并可能會(huì)對(duì)其造成結(jié)構(gòu)損傷。例如基坑的開挖可能會(huì)使建筑物基礎(chǔ)發(fā)生不均勻沉降，超過(guò)一定限度時(shí)會(huì)導(dǎo)致建筑上部結(jié)構(gòu)變形不一致以及應(yīng)力重分布現(xiàn)象，進(jìn)而使建筑物發(fā)生開裂甚至破壞，所以必須嚴(yán)格對(duì)深基坑施工周圍的建筑物沉降進(jìn)行控制。本文選取基坑附近第149號(hào)和第150號(hào)橋墩進(jìn)行沉降數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，每個(gè)橋墩2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別布置在承臺(tái)與墩身一側(cè)，頻次為每天監(jiān)測(cè)一次。監(jiān)測(cè)方法采用水準(zhǔn)測(cè)量法，配備精密水準(zhǔn)儀與水準(zhǔn)尺。根據(jù)國(guó)家二等測(cè)量規(guī)范，建立符合精度要求的沉降監(jiān)測(cè)網(wǎng)，按照相應(yīng)的基準(zhǔn)點(diǎn)、沉降變形點(diǎn)以及工作基點(diǎn)3類進(jìn)行分級(jí)布設(shè)。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范[18?19]可知，高架墩臺(tái)豎向位移控制值5 mm，從圖8中可以看出，在沒(méi)有架設(shè)鋼支撐時(shí)，該車站基坑周圍的橋墩沉降很快達(dá)?5.66 mm，超過(guò)報(bào)警值，說(shuō)明該深基坑的施工已經(jīng)對(duì)周圍已經(jīng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)產(chǎn)生了較大的變形影響，必須采取有效地措施控制橋墩沉降。

圖8 鋼支撐架設(shè)前后橋墩沉降曲線圖

同時(shí)圖8顯示，在19年12月份之前，4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的橋墩沉降數(shù)據(jù)都在不斷增加。隨后應(yīng)急支撐體系架設(shè)完畢，直至底板澆筑完成，橋墩沉降曲線趨于平緩并最終維持穩(wěn)定，證明了該支撐體系可以有效減少橋墩的沉降。

4.3 地面沉降

基坑開挖后，由于坑內(nèi)土體的挖除相當(dāng)于卸載，因此基坑外側(cè)土體的應(yīng)力場(chǎng)和應(yīng)變場(chǎng)會(huì)因?yàn)楹奢d的重分布而發(fā)生相應(yīng)改變。在基坑內(nèi)外土壓力差的作用下，支護(hù)結(jié)構(gòu)受力產(chǎn)生變形，進(jìn)而使坑壁土體產(chǎn)生向基坑內(nèi)的位移，導(dǎo)致基坑周圍地面發(fā)生沉降。本文選取DBC15-01，02，03共3個(gè)在同一直線上的觀測(cè)點(diǎn)，距離基坑由近及遠(yuǎn)，觀測(cè)點(diǎn)之間間隔10 m左右。監(jiān)測(cè)頻次與檢測(cè)方法與監(jiān)測(cè)方法同上述橋墩沉降監(jiān)測(cè)。

圖9 鋼支撐架設(shè)前后地表沉降變化曲線圖

爆破施工后地表沉降變化曲線如圖9所示，以地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)DBC15-01為例，爆破后日沉降速率超過(guò)3 mm/d，累計(jì)下沉13.96 mm，累計(jì)超過(guò)報(bào)警值。圖9顯示，3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)在2019年12月架設(shè)鋼支撐之后，地表沉降量得到控制不再繼續(xù)增加。待負(fù)二層中板澆筑完成，地表沉降趨于穩(wěn)定并有部分回升。

5 內(nèi)支撐體系后期優(yōu)化及拆除

5.1 應(yīng)急內(nèi)支撐體系優(yōu)化處理

鋼支撐作為控制錨桿預(yù)應(yīng)力損失的主要技術(shù)，對(duì)其布置支撐軸力測(cè)點(diǎn)，來(lái)對(duì)鋼支撐軸力實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以保證鋼支撐結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的軸力不會(huì)對(duì)鋼支撐所在處的附近土體產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。鋼支撐架設(shè)完畢后軸力隨溫度變化較大，以現(xiàn)場(chǎng)某一鋼支撐監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，其軸力隨溫度變化的情況如圖10所示。從圖10可以看出，鋼支撐軸力隨溫度變化較為敏感，溫差在±10度范圍內(nèi)變化時(shí)，軸力值會(huì)變化330 kN左右。

為降低溫度對(duì)支撐軸力的影響，保證內(nèi)支撐體系的施工效果，考慮增加篷布對(duì)鋼支撐進(jìn)行遮擋，篷布搭設(shè)方式為直接在架設(shè)好的鋼支撐上包裹一層防水篷布，無(wú)負(fù)重，不占用其他空間，對(duì)施工與監(jiān)測(cè)的影響可以忽略不計(jì)。增加篷布后的軸力變化情況如圖11所示?？梢钥闯?，遮擋后的鋼支撐軸力變化區(qū)間變小至280 kN，并且鋼支撐軸力變化幅度變小，明顯趨于平緩，有效地保障了鋼支撐軸力變化過(guò)大產(chǎn)生的不利影響。

圖10 ZCL02-01軸力隨溫度變化曲線圖

圖11 ZCL02-01增加篷布后軸力變化曲線圖

5.2 應(yīng)急內(nèi)支撐體系拆除

車站基坑施工完成后需進(jìn)行應(yīng)急內(nèi)支撐體系的拆除，其中第2道鋼支撐和第1道鋼支撐的拆除作業(yè)分兩步進(jìn)，具體拆除步驟如下：

1) 2道鋼支撐在拆除時(shí)均采用跳倉(cāng)施工，即隔一拆一。鋼支撐在拆除時(shí)，首先使用龍門吊、汽車吊對(duì)鋼支撐進(jìn)行固定、預(yù)吊，防止拆除過(guò)程中鋼支撐掉落。

2) 液壓頂應(yīng)緩慢進(jìn)行減壓，同時(shí)嚴(yán)格觀察支撐和基坑的變化有沒(méi)有異常情況出現(xiàn)，減壓至可取出液壓頂為止，避免瞬間預(yù)加應(yīng)力釋放過(guò)大而導(dǎo)致局部變形、開裂。

3) 減壓后分節(jié)拆除鋼支撐連接法蘭，采用汽車吊分節(jié)起吊鋼支撐將其吊至地面。鋼圍檁在拆除時(shí)，鋼絲繩分系于鋼圍檁的兩個(gè)吊環(huán)，解除鋼圍檁分段之間的鋼綴板的單邊焊縫，采用龍門吊分節(jié)起吊鋼圍檁，將其吊至地面，拆除角鋼托架及組合鋼平臺(tái)。

4) 在整個(gè)拆除過(guò)程中，對(duì)車站墻體的水平位移、樁頂位移、錨索軸力、鋼支撐軸力、周邊地表沉降，以及對(duì)剩余鋼支撐軸力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，拆撐后加強(qiáng)對(duì)各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，直至數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

6 結(jié)論

1) 該內(nèi)支撐+格構(gòu)柱的應(yīng)急支撐體系能夠明顯控制錨索預(yù)應(yīng)力的降低，乃至在一定程度上恢復(fù)錨索的預(yù)應(yīng)力。

2) 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，該應(yīng)急支撐體系架設(shè)后，能夠有效控制周圍地表以及橋墩沉降，從而有效保證施工過(guò)程中以及結(jié)束后的基坑安全。

3) 該應(yīng)急支撐體系存在溫度敏感性，當(dāng)溫度較高時(shí)，會(huì)對(duì)支撐結(jié)構(gòu)周圍土體產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中，為此后期優(yōu)化中采用了為支撐體系遮蓋幕布的方式來(lái)改善不良影響。

4) 該應(yīng)急支撐體系服役期結(jié)束后需配合合理的拆除方案，本文提出的合理拆除步驟能夠有效地保障基坑施工的安全，避免二次變形的發(fā)生。

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Study on stress loss control of anchor cable in super deep foundation pit of metro station in complex environment

REN Zhiliang

(China Railway Construction Investment Group Co., Ltd., Beijing 100855, China)

The pile-anchor structure has a wide range of applications in the foundation pit support system, but after prestressing the anchor cable, the anchor itself, anchor head and other devices and the surrounding soil of the anchor are affected, resulting in prestress loss. In view of this situation, combined with the theoretical analysis and model research of the anchor cable prestress loss and based on the construction of the ultra-deep foundation pit anchor cable at Qingdao Anshan Metro Station, an emergency support system with the combination of internal support and lattice columns was adopted to control the anchor cable prestress loss. The effectiveness of the emergency support system was verified by on-site monitoring of the anchor cable axial force, surrounding ground settlement and bridge pier settlement data. Meanwhile, by monitoring the axial force of the steel support, it is shown that the method of tarpaulin shielding can reduce the influence of temperature on the support system, and on this basis, relevant suggestions were made for the dismantling and subsequent optimization of the internal support system. The large amount of field monitoring data in this paper fully reflects that the emergency support system can control the prestress loss of the anchor cable. To a certain extent, it guaranteed the safety of foundation pit construction and demonstrated engineering value in practices.

subway station; super deep foundation pit; prestress loss of anchor cable; monitoring analysis

TU94

A

1672 ? 7029(2020)12 ? 3157? 09

10.19713/j.cnki.43?1423/u.T20200666

2020?07?20

中國(guó)鐵建投資集團(tuán)有限公司科技研發(fā)項(xiàng)目(2019-154)

任志亮(1982?)，男，河北景縣人，高級(jí)工程師，從事地下工程設(shè)計(jì)、施工技術(shù)研究工作；E?mail：810808897@qq.com

(編輯 蔣學(xué)東)