自動伺服系統(tǒng)中斜支撐的運(yùn)用與實(shí)踐

張 思 群

(上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司，上?！?00433)

在地下工程建設(shè)領(lǐng)域，基坑開挖面積越來越大，開挖深度越來越深，基坑的形狀越來越復(fù)雜。工程的施工所在區(qū)域周邊越來越復(fù)雜，保護(hù)性建筑越來越多。這使得采用傳統(tǒng)的鋼支撐方法很難保證滿足工程的需要，所以廣泛的采用自動伺服系統(tǒng)的鋼支撐。但是自動伺服系統(tǒng)鋼支撐由于系統(tǒng)中所含的油缸千斤頂無法調(diào)整過大的角度(一般為±5°)，故而在目前工程中的斜撐無法采用自動伺服系統(tǒng)鋼支撐。因此從發(fā)展角度考慮，如何能夠在斜撐工程中使用自動伺服系統(tǒng)鋼支撐，顯得尤為重要。目前，國內(nèi)自動伺服系統(tǒng)鋼支撐系統(tǒng)，無法在存有斜撐的工程中運(yùn)用。

1　工程概況

車站主體結(jié)構(gòu)為地下2層4柱5跨12.5 m寬島式站臺車站，車站出入口通道為地下1層單跨現(xiàn)澆鋼混凝土結(jié)構(gòu)。車站標(biāo)準(zhǔn)段外包尺寸為162 m×36.29 m，外包總長410.5 m，車站總建筑面積為11 592 m2，共設(shè)3個(gè)出入口通道和4組風(fēng)亭。本車站主體采用地下連續(xù)墻作為基坑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，明挖法施工，地下連續(xù)墻厚度為800 mm。

主要涉及自動伺服系統(tǒng)鋼支撐施工范圍為西端頭井及西標(biāo)準(zhǔn)段，具體開挖深度為18.2 m，沿基坑深度方向設(shè)置1道鋼筋混凝土支撐，5道鋼管支撐。

本工程西端頭井共2道支撐合計(jì)12根鋼支撐,鋼支撐為φ609×16。詳細(xì)情況如下。

2　斜支撐施工方案

通過一種自動伺服鋼支撐千斤頂?shù)匿撝ё?，在該鋼支座作用下，能夠改善鋼支撐的角度，可調(diào)整角度適應(yīng)范圍為30°～60°，能夠合理化的將自動伺服系統(tǒng)妥善的運(yùn)用在斜撐工程中，一改以往斜撐仍采用傳統(tǒng)鋼支撐體系，從而在施工中的基坑變形、位移減少到最低。

這種自動伺服鋼支撐千斤頂?shù)匿撝ё?，包括鋼支座箱體、加強(qiáng)筋板，所述鋼支座箱體為三角斜撐鋼箱體，所述鋼支座箱體與地墻主筋之間通過預(yù)植入鋼筋穿入支座箱體的底鋼板固定連接；使鋼支座箱體調(diào)整角度后作用在地墻主筋上，從而使整根鋼支撐仍維持對撐的狀態(tài)。

3　有限元分析

根據(jù)平面計(jì)算，鋼管支撐傳至鋼牛腿構(gòu)件的集中力為300 kN，作用于牛腿構(gòu)件上，牛腿與混凝土圈梁采用錨筋固接，鋼板厚度均為20 mm，采用Abaqus有限元軟件進(jìn)行建模分析，采用預(yù)埋件固定的邊界條件，支撐荷載按600 kN/m2的均布荷載模擬。與鋼管接觸鋼板：尺寸為0.7 m×0.7 m；另外兩個(gè)面：0.7 m×0.7 m；肋板：0.35 m×0.7 m；腹板三條邊：0.7 m×0.7 m×0.7 m；鋼材按Q235B，0.02 m厚度計(jì)算。網(wǎng)格劃分及計(jì)算結(jié)果見圖1和圖2，可看出最大變形僅約0.3 mm。

4　監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

4.1　漢庭酒店在基坑開挖過程中的變化

本工程設(shè)計(jì)要求周邊建(構(gòu))筑物日變化量報(bào)警值為2 mm，累計(jì)變化報(bào)警值為20 mm，本基坑西端頭井開挖深度為18 m，由于第三道、第五道支撐采用了伺服系統(tǒng)，2015年8月19日基坑開挖到底后西北角漢庭酒店累計(jì)變化量為10.35 mm，未達(dá)到報(bào)警值。

4.2　基坑開挖對燃?xì)夤芫€的影響

地下管線變形報(bào)警累計(jì)值為20 mm，日變化報(bào)警值為2 mm根據(jù)以上監(jiān)測圖標(biāo)所示，2015年8月19日為累計(jì)最大變化日，變化值為-12.55 mm，其中8月2日出現(xiàn)突變情況，日變化量為0.67 mm，未達(dá)到2 mm報(bào)警值，說明基坑開挖對周邊地下管線影響非常微小。

4.3　基坑開挖對周邊地表沉降的影響

按照設(shè)計(jì)要求，基坑周邊地表沉降日變化報(bào)警值為2 mm，累計(jì)變化報(bào)警值為15 mm，西端頭井及西標(biāo)準(zhǔn)段基坑開挖過程中均未出現(xiàn)日變化報(bào)警和累計(jì)變化報(bào)警，其累計(jì)變化最大日期為2015年8月19日第6層、7層土開挖過程中，最大變化量為-10.55 mm。

4.4　基坑開挖過程中支撐軸力變化相關(guān)數(shù)據(jù)

根據(jù)西端頭井及西標(biāo)準(zhǔn)段相關(guān)設(shè)計(jì)軸力參數(shù)及支撐軸力日變化量報(bào)警值和累計(jì)變化報(bào)警值所顯示，日變化量報(bào)警值為10%的設(shè)計(jì)值，累計(jì)變化量為80%的設(shè)計(jì)值，故設(shè)計(jì)軸力變化報(bào)警值數(shù)據(jù)如表1和表2所示。

表1　斜撐變化軸力及報(bào)警值

根據(jù)以上監(jiān)測數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行對照，本工程西端頭井及西標(biāo)準(zhǔn)段在基坑開挖過程中均未出現(xiàn)報(bào)警，說明第三道、第五道伺服系統(tǒng)對基坑整體變形起著至關(guān)重要的作用。基坑開挖過程中支撐軸力累計(jì)變化量最大值為2015年8月17日ZL1-5號

支撐上。

表2　直撐變化軸力及報(bào)警值

4.5　基坑開挖對圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形的影響

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移日變化報(bào)警值為2 mm，累計(jì)變化報(bào)警值為18 mm，本工程西端頭井及西標(biāo)準(zhǔn)段開挖、支撐過程中對圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向位移密切監(jiān)測；由于第三道與第五道鋼支撐安裝伺服系統(tǒng)，所以西端頭井及西標(biāo)準(zhǔn)段基坑側(cè)向變形基本很小，從觀測數(shù)據(jù)顯示Q26號側(cè)向位移監(jiān)測點(diǎn)在15 m與20 m處分別于2015年8月11日～2015年8月18日及2015年8月14日～2015年8月19日報(bào)警，累計(jì)變化報(bào)警值最大值為19.19 mm，報(bào)警最大日期為2015年8月18日，其報(bào)警最大處為地表以下20 m處。側(cè)向位移變化曲線如圖3所示。

5　伺服系統(tǒng)斜支撐的前景展望

隨著國內(nèi)外地下空間開發(fā)的勢頭日趨強(qiáng)勁，常規(guī)的基坑或者面積大但開挖深度小，或者開挖深度大但基坑面積小等各種形式的基坑，在我國東部沿海地區(qū)的軟土地基且承壓水水位較高的條件下，基坑的支護(hù)體系對周邊建筑物及基坑變形等要求高。

自動伺服系統(tǒng)較好地解決了基坑以及其周邊的路(地)面、建(構(gòu))筑物及地下管線沉降、開裂或變形等諸多難題，有利推動了超大超深基坑圍護(hù)、開挖施工技術(shù)的新發(fā)展，斜支撐的運(yùn)用能夠更好的將自動伺服系統(tǒng)運(yùn)用至極致，具有極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，值得類似工程借鑒和推廣應(yīng)用。