龔金弟
1. 上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 上海 200002;2. 上海市非開挖建造工程技術(shù)研究中心 上海 200002
在我國(guó)軟土地區(qū)如上海、蘇州等地的施工過程中,對(duì)周邊環(huán)境影響的控制日趨嚴(yán)格,基坑施工尤其是開挖過程中對(duì)圍護(hù)變形控制的要求也越來越高。其中,鋼支撐自動(dòng)伺服系統(tǒng)以其自動(dòng)控制、實(shí)時(shí)補(bǔ)償與監(jiān)控、可反復(fù)使用的特點(diǎn),在鄰近地鐵的基坑或其他深基坑施工中得到廣泛應(yīng)用,且都取得了很好的效果[1-3]。
而針對(duì)單側(cè)超載的基坑,應(yīng)用鋼支撐自動(dòng)伺服系統(tǒng)的實(shí)例卻未曾有過。本文針對(duì)基坑單側(cè)超載,詳細(xì)記錄了鋼支撐自動(dòng)伺服系統(tǒng)在上海周家嘴路越江隧道新建工程浦東機(jī)架段基坑施工應(yīng)用過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)及特征。
上海周家嘴路越江隧道新建工程有浦東、浦西兩個(gè)岸上開挖段,其中浦東1區(qū)機(jī)架段與浦西1區(qū)設(shè)備段開挖深度基本一致,兩段基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)都采用厚1 000 mm地下連續(xù)墻,且都設(shè)置6道支撐(第1、4道為混凝土支撐,第2、3、5、6道為鋼支撐)。
另外,兩段基坑的地質(zhì)條件相似,都涉及到高靈敏度的第③層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、第④層灰色淤泥質(zhì)黏土及第⑤1層灰色粉質(zhì)黏土。其中浦西設(shè)備段周邊環(huán)境較好;浦東機(jī)架段單側(cè)超載,在位于浦東機(jī)架段北側(cè)15.7 m處為東靖苑一期6層磚混結(jié)構(gòu)居民樓及1層裙房商鋪,處于2倍基坑深度范圍線內(nèi),該幢建筑物的荷載大約為90 kPa,采用450 mm×450 mm混凝土預(yù)制方樁基礎(chǔ),樁長(zhǎng)18 m,在基坑北側(cè)4 m左右處為社會(huì)臨時(shí)道路。
為此,在浦東機(jī)架段基坑開挖施工過程中,第2、3道支撐采用了鋼支撐自動(dòng)伺服系統(tǒng),而浦西設(shè)備段則采用了傳統(tǒng)鋼支撐。
本文選取了4個(gè)特征測(cè)斜點(diǎn)在基坑施工過程中的圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,其中浦東機(jī)架段的2個(gè)測(cè)斜點(diǎn)為PD3北側(cè)P10點(diǎn)(該側(cè)荷載較大)、PD3南側(cè)P11點(diǎn)(圖1);浦西設(shè)備段的2個(gè)測(cè)斜點(diǎn)為PX3北側(cè)P48點(diǎn)、PX3南側(cè)P49點(diǎn)(圖2)。
圖1 浦東機(jī)架段P10、P11測(cè)斜點(diǎn)
圖2 浦西設(shè)備段P48、P49測(cè)斜點(diǎn)
浦西設(shè)備段基坑整體受控,浦東機(jī)架段基坑受北側(cè)超載影響,在基坑開挖前決定將第2、3道支撐采用鋼支撐自動(dòng)伺服系統(tǒng),共設(shè)置自適應(yīng)鋼支撐71根(圖3)。
圖3 浦東機(jī)架段第2、3道支撐布置
浦東機(jī)架段基坑采用進(jìn)口新一代高速PLC組成雙層網(wǎng)絡(luò)對(duì)所有液壓泵站、油缸實(shí)現(xiàn)集中控制,自動(dòng)補(bǔ)償。
其中,第1層網(wǎng)絡(luò)采用NET/H網(wǎng)絡(luò),設(shè)有2個(gè)操作站,一個(gè)為遠(yuǎn)程操作站,一個(gè)為本地操作站,主要實(shí)現(xiàn)集中控制、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制。第2層網(wǎng)絡(luò)采用CCLINK網(wǎng)絡(luò),設(shè)有24臺(tái)就地控制柜,主要實(shí)現(xiàn)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)、數(shù)據(jù)采集、PID控制的指令輸出。每臺(tái)控制柜PLC子站負(fù)責(zé)控制4臺(tái)液壓泵站,包括所有的啟動(dòng)、停止、補(bǔ)償、數(shù)據(jù)采集、PID自動(dòng)控制等[4-5]。
浦東機(jī)架段第2、3道鋼支撐自動(dòng)伺服系統(tǒng)的軸力設(shè)定值見表1。
表1 支撐軸力設(shè)定值
在基坑開挖階段,通過對(duì)P10、P11、P48、P49測(cè)斜點(diǎn)處的圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移情況(圖4)的相關(guān)數(shù)據(jù)分析,可以得出以下結(jié)論:
圖4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移
1)對(duì)于單側(cè)超載的基坑,兩側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形存在明顯差異,而對(duì)于兩側(cè)未超載(或荷載相似)的基坑,兩側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形差異不大。
2)基坑開挖階段,應(yīng)用了鋼支撐自動(dòng)伺服系統(tǒng)的單側(cè)超載基坑,其未超載一側(cè)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移最大值要比兩側(cè)未超載的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移最大值小18%。
3)基坑開挖階段,在應(yīng)用鋼支撐自動(dòng)伺服系統(tǒng)的單側(cè)超載基坑中,超載一側(cè)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移最大值比未超載一側(cè)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移最大值高48%。
4)基坑開挖階段,在應(yīng)用鋼支撐自動(dòng)伺服系統(tǒng)的單側(cè)超載基坑中,在未超載一側(cè),位于自適應(yīng)鋼支撐處的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形方向會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn),反轉(zhuǎn)點(diǎn)在位于第2道支撐下2 m左右。
另外,本文選取P10、P11、P48測(cè)斜點(diǎn)在基坑開挖及內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工階段位于第2道、第3道支撐位置處的圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移累計(jì)及位移速率的周變化情況進(jìn)行分析(圖5、圖6)。
圖5 第2道支撐處圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形情況
圖6 第3道支撐處圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形情況
通過對(duì)圖5、圖6的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,可以得出以下結(jié)論:
1)在基坑開挖階段,采用鋼支撐自動(dòng)伺服系統(tǒng)的單側(cè)超載基坑,其位于自適應(yīng)鋼支撐處的圍護(hù)變形速率整體上比采用傳統(tǒng)鋼支撐的基坑圍護(hù)變形速率小。
2)不管是采用傳統(tǒng)鋼支撐的兩側(cè)未超載基坑,還是采用鋼支撐自動(dòng)伺服系統(tǒng)的單側(cè)超載基坑,在基坑開挖完成后內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工階段,圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移都趨于穩(wěn)定。
3)在內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工完成之后,應(yīng)用鋼支撐自動(dòng)伺服系統(tǒng)的單側(cè)超載基坑,其位于第2道支撐位置處的圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移,要比采用傳統(tǒng)鋼支撐的兩側(cè)未超載基坑位于同樣位置處的圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移小18%左右;而兩者在位于第3道支撐位置處的圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移基本一致。
與傳統(tǒng)鋼支撐相比[6-7],鋼支撐自動(dòng)伺服系統(tǒng)的成功應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了對(duì)單側(cè)超載基坑開挖過程中圍護(hù)變形的有效的、不間斷的監(jiān)測(cè)與控制。該系統(tǒng)對(duì)單側(cè)超載基坑結(jié)構(gòu)的位移變形控制效果顯著,確保了單側(cè)超載基坑開挖過程中的安全。通過在單側(cè)超載基坑中應(yīng)用鋼支撐自動(dòng)伺服系統(tǒng),主要得出以下結(jié)論及建議:
1)在應(yīng)用鋼支撐自動(dòng)伺服系統(tǒng)的單側(cè)超載基坑中,在基坑開挖階段,其超載一側(cè)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移最大值比未超載一側(cè)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移最大值高48%。
2)應(yīng)用鋼支撐自動(dòng)伺服系統(tǒng)的單側(cè)超載基坑,在基坑開挖階段,其未超載一側(cè)在位于自適應(yīng)鋼支撐處的圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形方向會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn),反轉(zhuǎn)點(diǎn)在位于第2道支撐下2 m左右。
3)在單側(cè)超載基坑中應(yīng)用鋼支撐自動(dòng)伺服系統(tǒng),控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移的效果顯著。
4)不管是采用傳統(tǒng)鋼支撐的兩側(cè)未超載基坑,還是采用鋼支撐自動(dòng)伺服系統(tǒng)的單側(cè)超載基坑,在基坑開挖完成后內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工階段,圍護(hù)結(jié)構(gòu)深層水平位移都趨于穩(wěn)定。因此,控制基坑變形最好的辦法是在基坑開挖階段,優(yōu)化各道施工工藝,做好各道工序間的銜接,加快開挖速度,及時(shí)澆筑底板。