混凝土支撐伺服系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用分析

以某深基坑工程為例，將軸向力自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)應(yīng)用于混凝土內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，通過施工技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐和圍護(hù)墻水平變形實(shí)測數(shù)據(jù)的研究與分析，總結(jié)了混凝土支撐伺服系統(tǒng)施工過程操作要點(diǎn)，并對(duì)比分析了混凝土支撐采用自動(dòng)補(bǔ)償與否兩種情況下圍護(hù)墻的變形規(guī)律的特征。實(shí)踐分析表明，混凝土支撐伺服系統(tǒng)能有效降低圍護(hù)墻的變形，該系統(tǒng)對(duì)環(huán)保要求高的深基坑工程的支護(hù)效果優(yōu)越。

深基坑； 混凝土支撐伺服系統(tǒng)； 圍護(hù)墻變形

TU94+2A

［定稿日期］2024-05-10

［課題項(xiàng)目］上海建工集團(tuán)股份有限公司（項(xiàng)目編號(hào)：21JCSF-17）

［作者簡介］楊萬鋒（1988—），男，碩士，工程師，研究方向?yàn)榻ㄖ┕ぜ夹g(shù)及管理。

0 引言

上海屬于軟土地基城市，基坑開挖范圍內(nèi)有一層較深的軟質(zhì)淤泥質(zhì)黏土層，其含水量高，滲透系數(shù)低，抗剪強(qiáng)度低，變形大［1］。開挖鄰近地鐵隧道深基坑會(huì)對(duì)鄰近地鐵隧道安全有不利影響。因此，地鐵隧道旁的深基坑工程需采用合理的開挖與支撐系統(tǒng)來確保地鐵隧道安全。

由于開挖深基坑將對(duì)鄰近地鐵隧道安全產(chǎn)生不利影響。因此，在地鐵隧道旁的深基坑工程施工時(shí)，為保證地鐵隧道的安全，選擇合理的開挖方案和支護(hù)體系來越來越受到重視。賈堅(jiān)等［2］ 、胡立海［3］、李孚昊等［4］、翟杰群等［5］ 等為有效保護(hù)緊鄰深基坑運(yùn)營地鐵的安全，基坑施工時(shí)應(yīng)用了支撐軸力伺服系統(tǒng)，并結(jié)合應(yīng)用實(shí)踐得到了一些有益經(jīng)驗(yàn)。本文結(jié)合上海某深基坑工程，將軸向力自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)應(yīng)用于混凝土內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中（混凝土支撐伺服系統(tǒng)），并對(duì)施工工藝應(yīng)用及實(shí)踐效果進(jìn)行了分析研究。

1 工程概況

項(xiàng)目工程地處上海市浦東新區(qū)，總占地面積約4.38萬m2，有6大5小共11個(gè)深基坑組成（圖1），其中，A1-A6為地下三層結(jié)構(gòu)，B1-B5緊鄰地鐵隧道為地下二層結(jié)構(gòu)。地鐵隧道距深基坑（A1-A4）最近距離15 m，單行線的地鐵隧道直徑為6.6 m，其埋深10～13 m（圖2）。A1-A6基坑及B1-B5基坑的圍護(hù)體系均采用混凝土地下連續(xù)墻厚度1 000 mm厚，其中A1-A6基坑設(shè)置 3道鋼筋混凝土支撐， 基坑開挖深度為16.1 m， 局部挖深超22 m。B1-B5基坑設(shè)置1道鋼筋混凝土支撐、2道609鋼支撐， 基坑開挖深度為13.5 m。

根據(jù)開挖工況要求，A2基坑為A1—A6中最后開挖基坑，同時(shí)，A2開挖時(shí)B1基坑完成施工，B2、B3基坑未開挖施工，考慮前期基坑施工已對(duì)地鐵隧道有影響，為有效減小A2基坑開挖引起的地鐵隧道變形值，減少對(duì)軌道交通結(jié)構(gòu)的不利影響。在A2的第二、三道混凝土支撐的一端加裝20個(gè)630 t伺服系統(tǒng)加載軸力，即形成混凝土支撐伺服系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)平面布置，如圖3所示。

2 混凝土支撐伺服系統(tǒng)的構(gòu)成

混凝土伺服系統(tǒng)支撐施工技術(shù)是利用液壓千斤頂系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)償軸向力的特點(diǎn)，在圍護(hù)墻和混凝土圍檁之間增加液壓千斤頂。自動(dòng)補(bǔ)償軸向力加載后，混凝土被壓縮，伺服千斤頂位置的圍檁將與地墻分離，轉(zhuǎn)變?yōu)橛伤欧Ы镯斂刂频妮S向力補(bǔ)償系統(tǒng)。該系統(tǒng)與普通的混凝土支撐相比，主要增設(shè)有埋件、凹槽式混凝土圍檁結(jié)構(gòu)、高性能液壓千斤頂系統(tǒng)及裝備?；炷林嗡欧到y(tǒng)的構(gòu)成如圖4所示。

3 施工工藝及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

圍護(hù)地下連續(xù)墻施工（埋件1同步）—土方開挖—圍檁及傳力墩施工（埋件2同步）—安裝軸力伺服系統(tǒng)—施加預(yù)應(yīng)力—軸力加載完成及混凝土支撐達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度—高強(qiáng)灌漿料灌縫—開挖下皮土方施工支撐至基礎(chǔ)底板。

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 圍護(hù)地下連續(xù)墻施工

圍護(hù)地下連續(xù)墻鋼筋施工時(shí)，鋼板800 mm×800 mm×40 mm的埋件1根據(jù)圖紙標(biāo)高和平面位置牢固固定在圍護(hù)地下連續(xù)墻外排鋼筋上。固定時(shí)需采用增加焊腿與圍護(hù)外排鋼筋固定方式，避免圍護(hù)結(jié)構(gòu)混凝土澆筑時(shí)導(dǎo)致埋件1的平面位置偏差過大。如后續(xù)發(fā)現(xiàn)埋件位置偏差超過15 cm時(shí)，將影響后續(xù)千斤頂設(shè)備的安裝，需重新后置安裝。

3.2.2 土方開挖

基坑開挖遵循先支護(hù)后開挖、先降水后開挖的原則，分層對(duì)稱開挖，將圍護(hù)無支撐暴露時(shí)間控制在48 h以內(nèi)，開挖面圍護(hù)無支撐裸露長度不超過30 m。開挖面高差應(yīng)控制在3 m以內(nèi)，放坡比例宜按1∶1.5放坡?；娱_挖過程中，須采取有效措施，確保土坡的穩(wěn)定，慎防因土體的局部坍塌造成現(xiàn)場人員和機(jī)械損壞。挖土?xí)r嚴(yán)禁單邊掏空格構(gòu)柱，避免格構(gòu)柱承受不均勻的側(cè)向壓力。挖土?xí)r埋件1位置的地墻混凝土保護(hù)層隨著挖土的進(jìn)度同步鑿除，露出埋件1。

3.2.3 圍檁及傳力墩施工

圍檁及傳力墩的總體施工順序?yàn)椋憾ㄎ环呕揖€—夯實(shí)找平—鋪底?！獜椫芯€—綁扎鋼筋（留設(shè)吊筋、埋設(shè)埋件2）—支側(cè)?！獫矒v混凝土。

鋼筋混凝土支撐梁和圍檁梁的底模（墊層）施工可采用鋪模板、澆筑素混凝土墊層、鋪設(shè)油毛氈等方法。經(jīng)過測量放線后綁扎鋼筋，然后安裝側(cè)模板，放置埋件2及吊筋，澆筑混凝土。圍檁及傳力墩施工時(shí)，確保埋件2處混凝土振搗密實(shí)，且嚴(yán)格控制圍檁到地墻的距離，偏差范圍小于5 cm，確保伺服系統(tǒng)設(shè)備安裝所需空間。

3.2.4 安裝軸力伺服系統(tǒng)

待混凝土強(qiáng)度達(dá)到1.2 MPa拆除圍檁側(cè)模，伺服系統(tǒng)使用垂直運(yùn)輸設(shè)備吊運(yùn)至相應(yīng)位置，進(jìn)行安裝。伺服系統(tǒng)最佳受力方式為垂直受力，故確保埋件1與埋件2平行，同時(shí)確保托板的平整度。

3.2.5 系統(tǒng)調(diào)試、軸力加載

伺服系統(tǒng)安裝完成后，組織調(diào)試，測試各組成部件是否能工作正常，信號(hào)數(shù)據(jù)是否傳輸正常。系統(tǒng)調(diào)試完成后，將按照設(shè)計(jì)要求加載軸向力。伺服系統(tǒng)依次、分級(jí)（每級(jí)50 t）、均勻加載，直至達(dá)到保壓數(shù)值。

3.2.6 吊筋焊接及灌漿施工

待軸力加載完成，第一道支撐吊筋與地墻主筋焊接（圖5），第二道及下部吊筋與圍檁內(nèi)預(yù)留的吊筋短鋼筋焊接，焊接長度單面焊不小于10 d（d為鋼筋直徑），雙面焊不小于5 d。加載后傳力墩與連續(xù)墻有空隙，空隙采用H-60高強(qiáng)灌漿料填實(shí)，灌漿前傳力墩的側(cè)邊需進(jìn)行封堵，以免灌漿料流失。

3.2.7 加載控制原則

當(dāng)支撐混凝土強(qiáng)度達(dá)到C20時(shí)，先將預(yù)加軸力加載至100 kN，并檢查設(shè)備及現(xiàn)場，以確保千斤頂與預(yù)埋鋼板緊密相連。待支撐混凝土強(qiáng)度達(dá)到C25時(shí)，將伺服系統(tǒng)依次均勻地分階段加載（每階段500 kN）。當(dāng)預(yù)加軸向力首次加載到1 000 kN時(shí)，檢查每個(gè)受力部件是否有常。當(dāng)軸向力增加到2 000 kN時(shí)，再次檢查并確認(rèn)沒有異常，開始加載軸向力至2 500 kN。待支撐混凝土強(qiáng)度達(dá)到C30，軸向力穩(wěn)定加載至2 500 kN時(shí)，觀察圍檁與混凝土連續(xù)墻脫開情況。若已脫開，則根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)確定軸力保持值。若沒有脫開，則進(jìn)行現(xiàn)場分析和確認(rèn)，然后依次分階段加載所有千斤頂，直到圍檁和連續(xù)墻脫開，達(dá)到軸力保持值。達(dá)到要求后，鎖定機(jī)械鎖保護(hù)裝置。伺服千斤頂?shù)氖┘拥妮S力不得超過4 000 kN，否則應(yīng)主動(dòng)減小軸力。

3.2.8 軸力控制原則

定義圍檁與連續(xù)墻脫開距離為L， L與加載軸力滿足如下關(guān)系：當(dāng)Llt;5 mm時(shí)，繼續(xù)增加加載軸力500 kN；當(dāng)5 mm≤Llt;10 mm時(shí)，繼續(xù)增加加載軸力150 kN；當(dāng)10 mm≤Llt;20 mm時(shí)，以當(dāng)前加載軸力作為保壓數(shù)值；當(dāng)20 mm≤Llt;25 mm時(shí)，應(yīng)減小加載軸力150 kN；L應(yīng)不應(yīng)大于25 mm，否則應(yīng)及時(shí)減小加載軸力150 kN。

4 數(shù)據(jù)監(jiān)測及分析

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，在基坑降水及開挖過程中，由于坑底回彈、圍護(hù)墻體側(cè)向壓力差的變化等原因，造成坑外土體局部范圍內(nèi)發(fā)生擾動(dòng)和位移，為了解基坑施工對(duì)周邊環(huán)境的影響，在基坑施工期間，進(jìn)行基坑地下連續(xù)墻測斜監(jiān)測，監(jiān)測點(diǎn)的布置詳見圖6。

地下連續(xù)墻實(shí)測水平變形（圖7、圖8）、圍檁脫開縫隙S（圖9），以下對(duì)實(shí)測數(shù)據(jù)的規(guī)律進(jìn)行分析對(duì)比。

由圖7和圖8可知，未采用混凝土支撐伺服系統(tǒng)的深基坑A1南側(cè)連續(xù)墻實(shí)測水平變形最大值為53.55 mm，采用混凝土支撐伺服系統(tǒng)的深基坑A2南側(cè)連續(xù)墻實(shí)測水平變形最大值為21.60 mm，可見混凝土支撐伺服系統(tǒng)在控制圍護(hù)墻變形方面有顯著效果。此外，由圖7、圖8可知，A1、A2基坑在開挖底板一皮土方時(shí)連續(xù)墻變形最大。A1基坑在開挖期間，隨著開挖深度的加深連續(xù)墻變形明顯，A2基坑在開挖期間，前三皮土方開挖連續(xù)墻變形相較于A1基坑變形顯著減小。由圖9可知，根據(jù)加載原則圍檁脫開間隙S與加載值接近可擬合為線性變化，當(dāng)伺服系統(tǒng)的千斤頂加載到175 t時(shí)，圍檁與連續(xù)墻脫間隙S接近25 mm。

混凝土支撐伺服系統(tǒng)與傳統(tǒng)混凝土支撐對(duì)比可知，因混凝土支撐收縮徐變或溫度變形導(dǎo)致支撐軸力減小可通過伺服系統(tǒng)及時(shí)補(bǔ)充，同時(shí)，通過混凝土支撐伺服系統(tǒng)可預(yù)先消除部分圍護(hù)變形導(dǎo)致的混凝土壓縮變形，以動(dòng)態(tài)提高伺服頂力為連續(xù)墻提供可靠支撐，減小圍護(hù)墻的水平變形。

5 結(jié)束語

與傳統(tǒng)的混凝土支撐相比，混凝土支撐伺服系統(tǒng)的施工技術(shù)在控制圍護(hù)墻變形方面有著顯著的效果。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，伺服系統(tǒng)在減小長距離混凝土支撐徐變和收縮引起的剛度損失方面發(fā)揮了重要作用?；炷林嗡欧到y(tǒng)通過主動(dòng)加載，可以抵消混凝土支撐收縮等原因造成的剛度損失，有效提高支撐的實(shí)際抗力，有利于控制圍護(hù)墻體水平變形的發(fā)展。混凝土支撐伺服系統(tǒng)可以有效地減少開挖面以上圍護(hù)墻的變形，對(duì)于環(huán)保要求高的深基坑工程效果優(yōu)越。

參考文獻(xiàn)

［1］" 徐中華.上海地區(qū)支護(hù)結(jié)構(gòu)與主體地下結(jié)構(gòu)相結(jié)合的深基坑變形性狀研究［D］.上海：上海交通大學(xué)，2007.

［2］ 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.

［3］ 胡立海.鋼支撐軸力自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)在基坑圍護(hù)工程中的應(yīng)用［J］.建筑施工，2013，35（8）：693-694.

［4］ 李孚昊，徐佳偉.支撐軸力伺服系統(tǒng)在地鐵深基坑工程中的應(yīng)用［J］.路基工程，2018（3）：157-161.

［5］ 翟杰群，賈堅(jiān)，謝小林.混凝土支撐伺服系統(tǒng)在某深基坑工程的應(yīng)用研究［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2022，52（12）：148-152+147.