伺服、普通鋼支撐下基坑測斜對比分析研究

賈尚華

上海公路橋梁（集團）有限公司 上海 200433

當前，在上海城區(qū)深基坑工程建設中，為降低深基坑對道路、房屋的影響，人們大力推廣伺服軸力補償鋼支撐系統(tǒng)。主流觀點認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，深基坑的變形與周邊環(huán)境之間有正相關的關系，因此伺服鋼支撐系統(tǒng)可以相對有效地控制基坑周邊沉降、變形等環(huán)境問題。其中，卞國強[4]對20個基坑的變形情況進行了統(tǒng)計分析，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)計結果表明：伺服支撐占主導的基坑圍護結構測斜平均指標值為0.18%，普通鋼支撐占主導的基坑圍護結構測斜指標平均值為0.28%?？梢?，伺服軸力補償鋼支撐體系對基坑周邊環(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用也存在大量不足，需要加大技術研究。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基坑測斜控制的效果。

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個分基坑，端頭井開挖深度為20.2 m，標準段開挖深度18.3 m?；佣祟^井采用厚1 000 mm地下連續(xù)墻，深度46.5 m；標準段及封堵墻采用厚800 mm地下連續(xù)墻，深度46.5～48.0 m不等。根據(jù)施工場地周邊建（構）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個分基坑標準段開挖深度為18.0～18.3 mm，設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)測點位布置

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)測點位布置情況如圖2、圖3所示。

圖1 基坑標準段剖面示意

圖2 1#基坑監(jiān)測點位布置

圖3 5#基坑監(jiān)測點位布置

進行分析研究的測斜點位選擇1#基坑CX07、CX90，為基坑中部孔位；5#基坑測斜孔位CX57、CX46，為基坑中部孔位。

3 圍護結構測斜監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

3.1 不同施工工況下測斜數(shù)據(jù)分析

3.1.1 1#基坑中部典型位置CX07、CX90測斜分析

本基坑直撐采用伺服鋼支撐。圖4為基坑中部CX07、CX90點位測斜圖。從圖4中可以看出，圍護結構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斜位移基本上小于4 cm。對于開挖深度為18.2 m的基坑，變形處于可控范圍之內(nèi)。

同時可以發(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間基坑測斜變形才趨于穩(wěn)定。

3.1.2 5#基坑中部典型位置CX46、CX57測斜分析

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

根據(jù)圖5，5#基坑中部位置的最大測斜值在5 cm左右，遠大于1#基坑的3.5～4.0 cm，可見伺服支撐體系在基坑變形控制能力上要強于普通鋼支撐。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測斜數(shù)據(jù)隨時間變化規(guī)律

圖5 不同工況下CX46、CX57測斜數(shù)據(jù)隨時間變化規(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，而實測數(shù)據(jù)顯示1#基坑變形比5#基坑小，可見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#基坑測斜值在底板施工完畢后基本趨于穩(wěn)定，而相同時期伺服鋼支撐體系下的基坑變形活動并沒有結束。從1#基坑的測斜數(shù)據(jù)可看出，底板施工完畢后，底板上方測斜產(chǎn)生回調(diào)，而底板之下測斜繼續(xù)向基坑內(nèi)部發(fā)展，其持續(xù)一段時間后逐步趨于穩(wěn)定。

3.2 不同深度測斜數(shù)據(jù)分析

3.2.1 1#基坑中部典型位置CX07、CX90測斜分析

基坑中部采用伺服鋼支撐體系，圖6、圖7為基坑中部的2個測斜點位發(fā)展趨勢圖。此處支撐采用伺服鋼支撐體系。從圖6、圖7可見，所有深度處的測斜發(fā)展規(guī)律均為先增長到一定程度后，然后有一個明顯的回調(diào)，并且最后趨于穩(wěn)定。各深度測斜回調(diào)時間均處于底板澆筑之后，可見底板澆筑對基坑變形的穩(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，底板以下測斜也不會再進一步繼續(xù)發(fā)展，而是維持不變。而底板上方測斜回調(diào)的幅度明顯大于前面封堵前和南端頭位置。由此說明，伺服鋼支撐體系基坑變形的控制能力要強于普通鋼支撐。

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

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

3.2.2 5#基坑中部典型位置CX46、CX57測斜分析

圖8、圖9為5#基坑中部不同深度處隨基坑施工推進的測斜值變化情況。從圖8、圖9可見，各深度位置的測斜值基本上隨著時間的增長而單調(diào)增長，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挖深度范圍內(nèi)各深度處的基坑測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，其對基坑變形控制的方式只能是被動的，而伺服支撐可以隨時調(diào)整軸力，借助強大的軸力可以將鋼支撐受壓損失的變形彌補一部分。

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

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

4 結語

通過本工程實例監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以得出如下結論：

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。

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斜值還處于變形發(fā)展狀態(tài)，其基本規(guī)律為底板之上測斜產(chǎn)生向坑外回調(diào)變形的趨勢，而底板之下的測斜繼續(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調(diào)控能力?；谒欧撝螐姶蟮妮S力作用，其對基坑變形的控制形式更多，控制手段更靈活。