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第五章 基坑開挖施工 5.1 基坑開挖施工流程 基坑開挖施工為地鐵車站施工中一個最重要的工序，施工中按照施工規(guī)范及設計要求操作，在開挖過程中掌握好“分層、分步、對稱、平衡、限時”五個要點，遵循“豎向分層、縱向分區(qū)分段、先支后挖”的施工原則。標準段開挖工藝流程見圖5.1。 安裝第三道支撐 開挖第四層土方 安裝第四道支撐 施工混凝土墊層 進入下一流水段施工 掛網(wǎng)噴第四層樁間砼 地基承載力要求 地基處理并驗收合格 開挖第三層土方 安裝第二道支撐 掛網(wǎng)噴第三層樁間砼 施工準備 開挖第二層土方 掛網(wǎng)噴第二層樁間砼 開挖第一層土方 掛網(wǎng)噴第一層樁間砼 安裝第一道支撐 開挖剩余土方 掛網(wǎng)噴樁間砼 不滿足 滿 足足 圖5.1 標準斷面基坑開挖流程圖 5.1.1．施工方法 基坑開挖從車站東端盾構(gòu)接收井開始,作業(yè)面配置4臺挖掘機開挖土方，人工配合清底。采用臺階接力式開挖，中部縱向拉槽，作為機械行走及出渣通道，兩側(cè)預留寬2米平臺。具體就是第一層土方分為兩個小層開挖,開挖第一小層土方時，將第二小層的中間部分土體挖除，兩側(cè)各留設一個工作平臺，便于架設支撐、掛網(wǎng)噴錨，橫向及縱向放坡坡度均不小于1：1，開挖第二層土方時，將第二層土方分為兩個小層開挖,開挖第一小層時,將第二小層中間部分土體挖除.第三層及第四層土方開挖方法與第一層、第二層土方方法相似。每層土方開挖的分層高度根據(jù)各層鋼支撐之間的豎向設計間距合理分層，除第一層外，其余各層開挖分層高度均不大于3m，縱向和橫向放坡坡度不小于1：1。開挖方法詳見圖5.2基坑開挖縱向示意圖、圖5.3基坑開挖橫向示意圖、圖5.4基坑開挖平面示意圖。 圖5.2 基坑開挖縱向示意圖 圖5.3 基坑開挖橫向示意圖 圖5.4基坑開挖平面示意圖 5.1.2基坑開挖技術(shù)要點 ⑴ 土方開挖到各層鋼管支撐設計標高下50cm，及時施作鋼管支撐。 ⑵ 基坑開挖豎向分層、對稱進行。 ⑶ 縱向放坡，在坡頂設置截水溝或擋水土堤，防止地表水沖刷坡面和基坑外積水流入坑內(nèi)?；娱_挖后及時設置坑內(nèi)排水溝和集水井，防止基坑內(nèi)積水。 ⑷ 基坑縱橫向放坡根據(jù)地質(zhì)、環(huán)境條件取開挖時的安全坡度，要求不得陡于1：1。對暴露時間較長或可能受暴雨沖刷的縱坡采用鋼絲網(wǎng)水泥噴漿等坡面保護措施，嚴防縱向滑坡。 ⑸ 土方開挖沿縱向的分幅坑底長度不超過24m；而在每開挖層中，每段長度一般不超過8m，豎向分層不超過3.0m。 ⑹ 基坑開挖至基底標高以上0.3m時，改用人工開挖至基底，通知業(yè)主、監(jiān)理、設計及勘查單位進行基底驗收，及時封底，盡量減少對基底土的擾動。 ⑺ 施工時嚴禁挖土機械碰撞支撐、立柱，嚴禁機械在支撐上行走，支撐表面不允許加荷載。 ⑻ 基坑開挖時應及時施作樁間網(wǎng)噴層，保證樁間土體穩(wěn)定。開挖至基底后及時施作接地網(wǎng)。 ⑼ 加強基坑穩(wěn)定的觀察和監(jiān)控量測工作，以便發(fā)現(xiàn)施工安全隱患，并通過監(jiān)測反饋及時調(diào)整開挖程序。 5.2 網(wǎng)噴砼 為了保持樁間土穩(wěn)定，在基坑開挖過程中同步進行掛網(wǎng)噴砼支護施工。在樁身鉆42鉆孔，錨固劑錨入Φ20鋼筋，單根長600mm，豎向間距1000mm，縱向間距1.5m短鋼筋，與Φ20水平加強筋焊接牢固，掛Φ6.5@150150mm鋼筋網(wǎng)，噴射C20早強混凝土,對樁間土體進行封閉。 ⑴ 掛網(wǎng)噴砼施工工藝流程圖 掛網(wǎng)噴砼施工工藝流程圖見圖5.5。 ⑵ 樁間噴射混凝土支護施工隨土方的開挖分步進行。采用自上而下、隨挖隨噴。 ⑶ 樁間支護技術(shù)要求 試驗室負責優(yōu)選噴射混凝土的配合比與現(xiàn)場控制，噴射施工前先進行試噴，試噴合格后再投入噴射施工，并按規(guī)定制作檢驗試件。 兩次噴混凝土作業(yè)應留一定的時間間隔，為保證上下層噴射混凝土搭接質(zhì)量，每層下部30cm暫不噴射，并做45的斜面形狀。 樁間網(wǎng)噴混凝土施工必須及時，并與土方開挖同步進行，以防止樁間土垮塌。當基坑土方開挖完成后施工人員人工清理樁間土并進行掛網(wǎng)噴射混凝土施工。同時合理安排施工順序，在掛網(wǎng)施工過程中完成噴錨料、噴錨機具的準備。 土方開挖 掛鋼筋網(wǎng) 鉆眼、錨固短鋼筋 噴射混凝土 養(yǎng) 護 進入下一循環(huán) 噴射砼拌制 鋼筋進場檢驗 鋼筋網(wǎng)片加工 樁間土體清理 圖5.5 掛網(wǎng)噴砼施工工藝流程圖 每次噴混凝土完畢后，立即檢查厚度，若厚度不夠需進行補噴達到設計厚度。禁止將回彈料作為噴射料使用。 5.3 橫撐支護 鋼管支撐架設是基坑開挖過程中一個極其重要的環(huán)節(jié)，它對維護基坑穩(wěn)定、防止樁體位移變形有著極其重要的作用。 1．支撐參數(shù) 本站支撐系統(tǒng)由冠梁、鋼支撐、鋼圍檁等組成。支撐采用Φ609（t=16mm）鋼管支撐，鋼圍檁為2根I45c工字鋼組合，鋼管支撐之間用法蘭盤、螺栓連接。 標準段沿基坑豎向設置四道支撐，盾構(gòu)井段設五道鋼支撐。第一道支撐架設在冠梁上，其余各道支撐架設在鋼圍檁上，圍檁通過三腳架用膨脹螺栓固定在圍護樁上。 基坑平面內(nèi)采用橫向水平支撐，端部、角部采用斜撐。第一道支撐標準間距5.2m，第二、三、四及第五道支撐標準間距2.6m，斜撐標準間距2.5～3.5m。支撐布置詳見圖5.6《百子灣站車站結(jié)構(gòu)主體圍護結(jié)構(gòu)及支撐平面布置圖》。 2．工藝流程 工藝流程詳見圖5.7鋼支撐安裝流程圖。 施加預應力 測量放線 鋼圍檁安裝面砂漿找平 鋼圍檁、支撐安裝 鋼支撐加工、拼裝 鋼圍檁加工 圖5.7 鋼支撐安裝流程圖 3．鋼支撐、圍檁制作、安裝 ⑴ 鋼支撐、圍檁制作 鋼支撐由一個固定端，一個活動端和中間段組成，采用廠家定制加工、現(xiàn)場安裝，以適應斷面寬度變化及斜撐長度要求。 鋼管支撐體系由鋼管、鋼圍檁、三角撐托架及其附屬構(gòu)件組成。第一道支撐通過冠梁上的預埋件固定架設。第二道、第三道、第四道，第五道鋼支撐通過鋼圍檁架設。 鋼管與圍檁（或預埋件）的連接形式為：一端直接放置在鋼圍檁上的托架上，另一端鋼管接上活絡頭，活絡頭與鋼圍檁中間用鋼楔嵌固，鋼管與預埋件的連接形式與鋼管與鋼圍檁連接形式相同。 ⑵鋼支撐、圍檁安裝 ① 支撐拼裝 按現(xiàn)場測量的基坑寬度，準備好每根支撐鋼管，如鋼管長度需要接長時，在鋼管接頭處焊接上連接法蘭盤，對接有法蘭盤的鋼管使用螺栓對角、分等分順序擰緊，接長至設計長度，接長示意圖見圖5.8。拼裝好的鋼支撐應檢查其平直度，兩端中心連線的偏差度不大于20mm，經(jīng)檢查合格的鋼支撐應按部位進行編號，以免用錯。 圖5.8 鋼管接長示意圖 ② 鋼圍檁的安裝 鋼圍檁安裝前用砂漿找平，保證鋼圍檁與圍護樁密切接觸。按設計施工圖的布置間距，在圍護樁結(jié)構(gòu)上定出支撐中心點位，以中心的水平線為基準，準確畫出支撐牛腿的位置，定出螺栓點位，在螺栓點位上使用手持電鉆在圍護樁上鉆眼，打入膨脹螺栓。安裝三角托架及斜拉筋上部固定角鋼，緊靠樁身吊裝鋼圍檁，放置在三角架上，最后安裝1.3花籃螺 絲并拉緊，詳見圖5.9鋼圍檁安裝大樣圖。鋼圍檁安裝要求連續(xù)、封閉，開挖期間，開挖長度與鋼圍檁安裝長度相匹配，在整個基坑開挖完成后鋼圍檁同時封閉成環(huán)。在每兩處土方開挖相接處按照鋼圍檁加工、安裝圖紙的要求將鋼圍檁焊接牢固。 圖5.9 鋼圍檁安裝大樣圖 ③ 鋼支撐的安裝 基坑豎向設置4道鋼支撐，鋼支撐在基坑外拼裝成整根，采用龍門吊吊裝就位。三角形支撐托架安裝好后吊裝φ609鋼支撐置于牛腿上，一端與鋼圍檁（冠梁預埋鋼板）頂緊后，一端用千斤頂及時對鋼管施加預壓力。當預壓力滿足設計要求后，在伸縮頭間加鋼楔，松下千斤頂，使鋼管橫向支撐于基坑兩邊的圍護樁。第一道鋼支撐與冠梁預埋鋼板連接，鋼支撐與冠梁預埋鋼板連接可見圖5.10直撐與冠梁節(jié)點大樣圖、圖5.11冠梁與支撐斜角節(jié)點大樣圖。鋼圍檁與鋼支撐的連接可見圖5.12鋼圍檁與支撐斜角節(jié)點大樣圖、圖5.13鋼支撐安裝施工圖。 圖5.10 直撐與冠梁節(jié)點大樣圖 圖5.11 冠梁與支撐斜角節(jié)點大樣圖 圖5.12 鋼圍檁與支撐斜角節(jié)點大樣圖 圖5.13鋼支撐安裝施工圖 基坑支護結(jié)構(gòu)的直撐及斜撐均在土方開挖至其設計位置后及時安裝，具體安裝方法為土方開挖至鋼支撐設計標高下50cm時開始安裝支撐，安裝時要保證支撐與樁面、樁間噴護面垂直(斜支撐要嚴格按照設計角度安裝)，并按設計要求對支撐施加預應力，頂緊后采用鋼托架將鋼支撐固定端頭或活動端頭分別固定牢固，防止支撐因樁體變形和施工撞擊而脫落下墜。鋼托架安裝示意圖見圖5.14 圖5.14 鋼托架安裝示意圖 倒撐在墻體施工完畢并達到設計強度80%后進行安裝，安裝方法同支撐。 對鋼支撐施加預壓力時，嚴格按照設計預加力執(zhí)行。 鋼支撐施加預應力后，在土方開挖和施工內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工時，嚴密監(jiān)測圍護結(jié)構(gòu)變形情況，發(fā)現(xiàn)異常及時反饋信息并迅速采取措施。同時土方開挖和結(jié)構(gòu)施工時，派專人負責監(jiān)管支撐安全工作，堅決杜絕危害支撐安全事件的發(fā)生。 ⑷ 鋼支撐拆除 當主體結(jié)構(gòu)底板及側(cè)墻施工完一段，主體結(jié)構(gòu)底板或樓板混凝土強度達到設計強度80%后，安設倒撐,拆除相應位置的第四道鋼支撐。鋼支撐拆除過程是鋼支撐安裝的逆向過程操作，結(jié)構(gòu)底板段為了防止一次拆除鋼支撐基坑應力突變，應采用間隔方式拆除鋼支撐，按照1、3、5……的順序進行此段的鋼支撐拆除，拆除完此部分鋼支撐后對此段基坑范圍進行監(jiān)控量測。對照鋼支撐拆除前后的圍護樁變形速率數(shù)據(jù)分析基坑穩(wěn)定性。如圍護樁水平變形速率小于規(guī)范、設計要求的2mm/d，按照間隔方式拆除2、4、6……位置的鋼支撐，直至此段位置的鋼支撐拆除完成。如基坑變形速率大于以上要求，待混凝土強度繼續(xù)上升，并經(jīng)第三方監(jiān)控量測方、設計方分析數(shù)據(jù)后確定拆撐方案。 依次施工站臺層側(cè)墻、站臺層頂板后拆除第三道鋼支撐，站廳層側(cè)墻、中板后拆除第二道鋼支撐；設備層側(cè)墻，頂板后施工第一道鋼支撐。每施工段砼施工完成并達到設計強度后，依次拆除相應位置的鋼支撐，拆撐的順序同第四道鋼支撐拆除過程，直至全部完工。 鋼支撐拆除前使用龍門吊吊住鋼支撐，采用兩點吊裝法使吊繩的中心與鋼支撐的重心重合。拆除時所有鋼支撐均利用千斤頂卸載抽出鋼楔后，就近整條放在相應的結(jié)構(gòu)板上分節(jié)拆除，然后利用龍門吊或吊車吊出基坑進行循環(huán)利用。 ⑸ 鋼支撐施工技術(shù)要點 ① 為使樁、鋼圍檁、支撐結(jié)合緊密，并有效減少基坑外地層之沉陷及減少圍護樁樁體的內(nèi)向位移，支撐安設好后，向外施加預加軸力，施加值根據(jù)地表沉降及樁頂側(cè)移適當調(diào)整，控制預加軸力最大值見表5.1：預加軸力根據(jù)施工監(jiān)測情況分級施加，避免圍護樁樁體發(fā)生向基坑外側(cè)過大變形。 ② 安裝前，在地面按數(shù)量及質(zhì)量要求及時配置支撐。焊管端頭與法蘭盤焊接處，法蘭端面與軸線垂直偏差控制在1.5mm以內(nèi)，支撐各節(jié)之間由螺栓連接，非標準長度按其實際情況確定中間節(jié)的組合模數(shù)鋼管縱向?qū)雍缚p及端部牛腿部分角焊縫為二級，其余均為Ⅲ 級，支撐構(gòu)架加工完畢后，先除銹，后涂兩道紅丹，一道面漆。安裝時，鋼圍檁、端頭、千斤頂各軸線要在同一平面上，兩臺千斤頂必須同步施加預應力。安裝后，每根支撐的安裝軸線偏心不大于20mm，法蘭盤加工符合國標JB81-59要求。 預加軸力最大值控制表 表5.1 第一道支撐 第二道支撐 第三道支撐 第四道支撐 第五道倒撐 車站西端斜撐 210KN 420KN 437.5KN 451.5KN - 標準段橫撐 150KN 300KN 311.5KN 322KN - 盾構(gòu)段斜撐 240KN 475KN 575KN 615KN 300KN ③開挖中應及時測定支撐安裝點，確保支撐端部中心位置誤差控制在容許限值內(nèi)。 ④ 鋼圍檁和圍護樁接觸面應垂直和平整。 ⑤ 所有鋼支撐端部支托和連接構(gòu)造都要能防止因碰撞而移動脫落。上部支撐采取可靠措施，防止因壓力消減造成的支撐端部移動脫落。 ⑥ 車站端頭井采用斜支撐，施作時必須小心謹慎，嚴格按設計要求加工制作和安裝，支撐安裝時必須確保支撐軸向受力，不產(chǎn)生偏心，以免支撐失穩(wěn)。 ⑦ 支撐體系的拆除施工應特別注意以下兩點： 拆除應分級釋放軸力，避免瞬間預加應力釋放過大而導致結(jié)構(gòu)局部變形、開裂。 利用主體結(jié)構(gòu)倒撐時，主體結(jié)構(gòu)的底及側(cè)墻混凝土強度應達到設計強度80%。 ⑧ 施工時加強監(jiān)測，對支撐豎向撓曲變形在接近允許值時，必須及時采取措施，防止支撐撓曲變形過大，保證鋼支撐受力穩(wěn)定，確保基坑安全。 5.4 錨索施工 樊家村站西端從K40+388.409～K40+422.409設置4.5m30m兩個軌排井，支護采用兩道預應力錨索加一道鋼支撐，錨索橫向間距為1800mm,豎向間距為6921mm,共72根。錨索平面布置見方案后附圖《4.1　支護結(jié)構(gòu)平面布置圖》和《5.22 軌排井段剖面圖》。 第一道錨索采用兩根φ15.2mm鋼絞線，長度1700mm，傾角為20。第二道錨索采用五根φ15.2mm鋼絞線，長度2050mm，傾角為15。錨具由錨環(huán)、夾片和承壓板組成?；炷龄搰鷻_采用C40鋼筋混凝土。 5.4.1 工藝流程 工藝流程詳見圖5.23錨索施工流程圖。 5.4.2 錨索的制作安裝 1.軌排井段開挖 軌排井段開挖采用30m分層開挖，第一次開挖到第一排錨索孔位標高下1m時，停止開挖，進行第一排錨索支護施工。第二次開挖到第二排錨索孔位標高下1m時，停止開挖，進行第二排錨索支護施工。第三次6m一段分段開挖到鋼支撐開挖面時，設置鋼支撐。第四次開挖挖到基坑基底。 錨索安裝 錨索質(zhì)量檢查 錨索孔固壁注漿、掃孔 錨索注漿 張拉 注漿體試件強度確認 張拉系統(tǒng)率定 外錨頭保護 預應力值觀測 施工結(jié)束 不合格格 鉆機就位 鉆孔 鉆孔角度、孔徑、傾角確定 鉆孔質(zhì)量檢查 混凝土試件強度確認 搭設腳手架 錨索編制 澆筑砼腰粱 腰粱立模配筋并預埋鋼套管、承壓鋼板 鉆孔位置確定 圖5.23　錨索施工流程圖 2.鉆孔 ⑴ 由于孔底標高在砂卵石地層中，錨索鉆孔采用潛孔鉆機風動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進工藝造孔。采用全站儀結(jié)合控制點坐標確定開孔位置，地質(zhì)羅盤和傾角儀分別校正方位角和傾角。開孔后，給水回轉(zhuǎn)鉆進，送泥漿清出殘渣。當鉆至設計深度后，要檢驗孔底的巖芯殘留，保證清孔質(zhì)量降低沉渣。在成孔過程中，若出現(xiàn)泥漿漏失或涌水現(xiàn)象，必須用跟管鉆進方法進行處理，直至上述現(xiàn)象消失為止。 ⑵ 開孔時應嚴格控制鉆具的傾角及方位角，當鉆進20cm-30cm后應校核角度，在鉆進中及時測量孔斜及時糾偏，終孔孔軸偏差不得大于孔深的2%，方位角偏差不得大于3。鉆孔完成后，將孔內(nèi)殘留的廢渣和積水沖洗干凈。 3.錨索的制作與安裝 ⑴ 錨索的預應力鋼絞線均采用符合ASTMA416-90a標準1860MPa的φ15.2mm高強度低松弛無粘結(jié)鋼絞線。 ⑵ 設計長度相同的錨索，其鋼絞線下料長度應相同，其長度誤差不應大于10mm，下料采用切割機，并徹底清洗鋼絞線。 ⑶ 沿錨索長度方向安設隔離架，隔離架間距為2m，其間距允許偏差5cm；編束時，每根鋼絞線必須平順，不得發(fā)生扭曲、交叉和鋼絞線污染、銹蝕現(xiàn)象。 ⑷ 錨索入孔前重新對鉆孔進行檢查，并將孔內(nèi)集渣清理干凈。錨索入孔時用力要均勻一致，不得轉(zhuǎn)動錨索體，隨時檢查隔離架及綁扎絲，發(fā)現(xiàn)有移動、損壞、脫落等要及時處理，必要時更換重新編制。 ⑸ 注漿管隨錨體一起放入鉆孔，注漿管距孔底5-10cm，錨體放入角度與鉆孔角度一致。錨體放入孔中長度不小于錨索長度的95%。將錨索體推送至預定深度后檢查排氣管和注漿管是否暢通。 錨索編制詳見方案后附圖《5.24 錨索大樣圖》。 4.混凝土腰梁的制作 混凝土腰梁C40混凝土施工前，要求將腰梁范圍內(nèi)的樁間支護面鑿平，按設計要求布置鋼筋籠、預埋承壓鋼板、預埋鋼套管并使其中心線與錨索中心線重合。詳見圖5.25混凝土腰梁施工圖和圖5.26混凝土腰梁平面圖。 圖5.25　混凝土腰梁施工圖 5.注漿 錨索安裝到位后，即進行全孔一次性注漿。灌漿管設置2根φ20mmPVC管作為進、出漿管。注漿采用水灰比為0.38～0.45水泥砂漿，強度不低于設計值M30，注漿壓力為0.5MPa，為確保施工安全，不影響開挖施工進度，在漿液中摻入適量對錨索無害的早強劑，實施前先進行試驗驗證。砂漿在初凝前用完，并嚴防石塊、雜物掉入漿液，孔口溢出漿液或排氣管停止排氣時，可停止注漿。注漿時宜適當加強注漿壓力，使?jié){體飽滿，并與地層密貼。 圖5.26 混凝土腰梁平面圖 6.錨索張拉 按設計要求，當錨固體強度達到設計強度值的80%即24Mpa，并且混凝土腰梁的承載強度達到80%以上時，方可進行張拉施工。根據(jù)不同的錨固荷載，分別采用YCW-250型和YCW-400B型千斤頂配合ZB4-500型高壓電動油泵整體張拉。張拉設計軸力及鎖定荷載見表5.2。 表5.2 錨索簡表 錨索類別 傾角 長度 設計軸力 鎖定荷載 第一道錨索 20 17m 251KN 200KN 第二道錨索 15 20.5m 696KN 555KN 各錨索均為一樁一錨，錨索采用1X7標準型鋼絞線(fptk=1860MPa),公稱直徑15.2mm。 張拉作業(yè)在錨固體達到80%設計強度后進行。張拉前對張拉設備進行標定，作為張拉的依據(jù)，并在正式張拉前用10%或20%的設計拉力進行張拉，以便錨索各部位接觸緊密，索體完全順直。錨體張拉，分兩次進行，第一次張拉按五級張拉（即設計噸位的25%、50%、75%、100%、110%），前四級穩(wěn)定為6分鐘，后一級為30分鐘，然后進行鎖定，鎖定軸力為錨索設計軸力的80%，第一次張拉后6～10天根據(jù)監(jiān)測信息，如預應力明顯損失的，需再進行一次補償張拉，以便補償錨索的松弛和地層的蠕變等因素造成的預應力損失，錨索張拉時，對地表面加強觀測，以免土體脹起。張拉完成錨索鎖定。 5.4.3 錨索施工質(zhì)量控制要點 （1）鋼絞線、張拉設備及錨具等均需有出廠合格證，鋼絞線進場后需進行力學性能試驗； （2）孔位、孔深、孔徑和孔斜等均需符合設計及規(guī)范要求； （3）錨固段的固結(jié)灌漿嚴格按《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》（SL62-94）要求進行； （4）剝除錨索內(nèi)錨固段的塑料套管，鋼絞線表面油脂清洗潔凈，彼此平行伸直不扭曲。鋼絞線必須采用切割機下料，嚴禁使用電弧或乙炔焰切割，雷雨時不應進行室外作業(yè)； （5）錨孔注漿從通至孔底的PVC注漿管開始，確保注漿密實，灌漿記錄要求準確、完整、清晰； （6）腰梁承壓鋼板孔道中心線與錨孔軸線重合，腰梁鋼筋混凝土施工需滿足規(guī)范要求； （7）分級均勻施加張拉荷載，并控制加載速率，張拉設備必須配套標定并繪制相關曲線； （8）按錨索總數(shù)的5%隨機進行抽樣驗收試驗，合格標準按應力控制為：實測值不大于設計值的5%，或不小于設計值的3%。