鋼支撐伺服系統應用的若干問題及對策措施研究

卞 國 強

(上海申通地鐵集團有限公司技術中心，上海 201103)

鋼支撐伺服系統[1]作為一項先進的基坑工程施工技術應用越來越廣泛。隨著伺服系統設備的不斷改進優化，以及工程案例經驗的累積，取得了顯著的控制基坑變形效果。但是由于設計、施工以及伺服專業單位的認識理解偏差和各單位能力積累的差異，目前尚存在諸多問題，存在一定的工程風險。

1 總體使用效果

通過20個基坑的統計數據，在采用鋼支撐伺服系統的基坑工程中，達到保護等級一級、二級及三級基坑變形控制標準的基坑各占約1/3；少量使用伺服支撐(小于50根)的基坑約占43%，大量使用伺服支撐(大于100根)的基坑約占33%，大量使用伺服支撐的基坑圍護水平變形指標平均為1.8‰，明顯優于少量使用伺服支撐基坑的2.8‰。

根據數據分析，可以簡單得出以下結論：1)伺服鋼支撐系統若使用得當，有利于控制基坑變形；2)伺服鋼支撐使用道數越多，越有利于基坑變形控制；3)伺服系統僅僅為基坑工程圍護變形控制輔助手段，基坑圍護變形與基坑開挖及伺服系統過程控制密切有關。

2 存在問題

2.1 斜撐與支座點接觸

斜撐活絡段及固定端與預埋件之間受力存在點接觸或線接觸，受力不合理。如圖1所示，因預埋鋼板定位偏差、傾斜，鋼支座加工偏差等原因，較多的斜撐出現“不密貼”鋼支座情況。通常斜撐軸力較大，此種“偏心”易導致活絡頭“扭脖子”現象，可能導致支撐失穩，危及基坑安全。

2.2 鋼支撐兩端可調

鋼支撐一端采用伺服端(行程15 cm～20 cm)而另一端采用活絡頭(行程25 cm～30 cm)，伺服系統施加后，高軸力下支撐壓縮變形大，高軸力增大支撐活絡頭偏心失穩風險，也減弱了伺服系統控制變形效果。

2.3 軸力計易損壞支撐頭

傳統鋼支撐軸力監測方法主要有：軸力計、應變片和應力計等，伺服系統可通過油壓系統實時監測軸力。因應變片存活率低、測量誤差大等弱點，不太適應中長期監測；應力計(振弦式應變計)焊接于鋼支撐表面，不危及鋼支撐本體結構安全，適宜于中長期監測；因伺服系統自身特點，可實時顯示支撐軸力，精度高；軸力計需安裝在支撐端部和圍護結構之間，截面積較小，高軸力下易導致支撐頭壓縮變形，且在安裝過程中易導致支撐偏心，存在較大風險。

2.4 軸力調整不規范

伺服支撐軸力動態調整形式多樣，部分設計單位僅提供包絡軸力預加值，伺服單位依靠經驗動態調整軸力，且軸力調整程序不完善。目前動態調整軸力主要有兩種方式。第一種方式以設計軸力為主要依據，以第三方監測圍護結構位移為參考，在設計軸力一定范圍內調整軸力。軸力控制在安全范圍，鋼支撐處于安全狀態，但是圍護結構變形控制效果一般、存在“軸力不變但位移一直變” 風險。第二種方式以圍護結構位移為目標，將位移變化速率作為重點參數，設計軸力為輔，根據位移變化情況調整支撐軸力，具體調整標準依據各家經驗。圍護結構變形控制效果較好，但是軸力可能過大，影響鋼支撐安全。

2.5 監測數據未能及時有效指導施工

伺服專業單位得不到第三方監測數據、數據滯后或監測數據誤差較大，不能及時有效指導伺服動態調整。因基坑變形數據過大，部分施工單位怕影響考核業績，不愿意或不主動提供每天的監測數據。也或是伺服專業單位拿到的數據比較滯后、或是認為監測數據與其自帶位移監測值有差距，不能有效準確的指導動態調整軸力。

2.6 鋼支撐成為薄弱項

伺服系統與鋼支撐通常由兩家公司提供，部分老舊鋼支撐變形、壁厚薄等已不能滿足伺服高軸力要求，鋼支撐變成薄弱項。伺服支撐使用過程中，軸力能及時補償，一些存在初始缺陷的鋼支撐會在高軸力下變形失穩，影響基坑安全。

2.7 抱箍不可調節

如圖2所示，支撐與系梁連接抱箍不可調節。立柱隆起較大時，高軸力易導致支撐偏心彎矩過大，導致法蘭螺栓拉裂。

2.8 后拆留撐不規范

因倒數第二道支撐后拆留撐，實際工程中伺服留撐方案多樣，存在失穩、防水問題。目前伺服系統留撐主要有三種做法，不留撐、換撐、預留鋼墊箱。“不留撐”屬于設計要求留撐但施工私自取消留撐情況，地墻承載力較設計工況大，可能導致地墻開裂、結構變形增大，危及圍護結構安全；換撐就是待支撐下部內襯墻澆筑完畢后臨時增加一道鋼支撐，然后拆除原有支撐；預留鋼墊箱是較通常的做法，但是伺服支撐頭與鋼墊箱連接粗糙，多為在伺服支撐頭上焊接型鋼，然后將型鋼擱置在鋼墊箱上，坑內放坡開挖產生縱向滑坡時可能導致支撐被擠走，影響基坑安全。

3 結論與建議

針對以上工程中存在的問題，分別提出建議如下：

1)斜撐支座優先采用裝配式斜撐支座，基坑開挖后及時量測，現場放樣焊接支座，保證支撐頭與支座密貼。

2)伺服鋼支撐應采用一端固定端一端伺服端形式，禁止采用一端活絡端一端伺服端形式。

3)宜采用鋼支撐表面焊接應力計或采用伺服系統監測軸力，禁止采用端部軸力計。

4)設計應基于基坑變形控制進行鋼支撐伺服設計計算，計算過程中調整各開挖工況下每道伺服鋼支撐軸力，以滿足變形控制要求。在施工圖中明確伺服鋼支撐使用范圍，提出各開挖工況下每道伺服鋼支撐的軸力設計值。伺服專業單位應經設計許可，根據軸力、位移變化情況，動態調整軸力。

5)監測單位應同步向伺服專業單位提供基坑監測報表，緊急時出速報。

6)施工單位應根據設計圖紙編制鋼支撐伺服系統施工專項方案，統籌管理鋼支撐施工單位、伺服專業單位，做到權責明確，由建設單位、監理單位等監督落實。

7)在立柱樁支托和鋼支撐之間、抱箍和鋼支撐之間應通過采用硬木鍥墊塊，以便在樁身發生沉降或隆起時可釋放過大的次應力，同時能保證抱箍和支托的約束作用。

8)建議采用換撐或預留鋼墊箱的方式留撐，預留鋼墊箱應與伺服鋼支撐頭可靠連接，可限制支撐頭三向移動，安裝過程中滿足支撐水平度要求。

參考文獻：

[1] 賈 堅,謝小林,羅發揚,等.控制深基坑變形的支撐軸力伺服系統[J].上海交通大學學報，2009，43(10):1589-1594.