CN100441782C - 新型预应力脚手架系统 - Google Patents

Abstract

本文中公开了一种支撑系统，此系统在建设地铁或建造建筑物地基时，被临时放于地下用以防止挖空的地下发生坍塌。挖空的地下或负载通过支撑构件而被支撑，通过受拉构件和支撑受拉构件的钢筋束支架构件使支撑构件受到预应力作用。由此，用于支撑直桩和横撑的支撑数量显著地减少，这样在地下空间被挖空时，其内的障碍物也就被消除。另外，在地下空间内进行的建造效率被大大提高，并且建筑成本也急剧地减少。

Description

新型预应力脚手架系统

技术领域

本发明涉及建造地下结构时被暂时地放于地下用以防止挖掘的地下发生坍塌的一种支撑系统，更具体地涉及一种能够通过钢筋束对直桩(vertical pile)、横撑和/或由诸如H形梁或板桩组成的主梁施加预应力的预应力支撑系统，由此大大地减少了支撑和中间桩的数量，因此提高了挖掘和支持施工操作的建造效率和商业效益。

背景技术

众所周知进行地铁或建筑物地基建筑的挖掘工作是从沿边线挖掘出依技术图纸所指定深度的洞，随后将直桩安装进挖出的洞内而开始的。在直桩安装好后，先进行部分的挖掘工作，然后将主梁和盖板放入。在放入盖板后，另外的挖掘工作和横撑及支撑梁的安装工作被交替地进行。为了在挖掘出的地下架起支撑系统，上述工作被反复地进行。

上述H形桩通常被用作支撑系统里的直桩。二者择其一地，可以将混凝土注入到挖掘的洞内。另外，钢桩和混凝土桩可以同时被使用，或者也可以使用板桩。而且，可以将预弯梁用作直桩，H形桩可被连接到板桩上用以加固板桩。然而，这种支撑挖掘的地下的基本原理与上述工作所依据的原理是相同的。

图1为依据传统支撑系统而形成的挖掘空间剖面图，其给出了挖掘空间内的桩的布局。如图1所示，这种临时结构基本上包括：支撑挖掘空间两侧的直桩10；用以连接直桩10的横撑50；和支撑横撑50和直桩10的支撑20。当挖掘空间的宽度相对比较大时可以在直桩10之间放入加设的中间桩。在直桩10的上端，放上主梁40，进而在此主梁上牢固地安装盖板45以便运载工具可以从上面经过此盖板45。挡土板也可以被嵌入到直桩10之间，用以防止直桩10间的泥土坍塌。在挖掘空间内构筑混凝土结构60。

在传统支撑系统内，通过重复计算施加到支撑20上的泥土和负载压力来设计支撑，以这种方式设计临时支撑结构时，支撑承受了施加到梁上的最大负载。结果需要大量的支撑20。在大多数情况下，支撑20紧密排布，例如，设置间隔大约为2-3m。如上所述紧密排布的支撑20成为搬运建筑材料到施工场地、运进重型设备及进行支撑施工时的主要障碍。而且，在混凝土结构60构筑时，支撑20非常防碍铸型工作和钢筋加固工作。例如，由于支撑20，需要在混凝土结构60内形成多个孔，因此完工的地下结构的水密性和耐久性就成为严重的问题。

图2给出一个方向上的长型挖掘空间平面图，此空间由传统支撑系统支撑，支撑20横向排布。通常支撑20在纵向上每间隔大约2-3m的距离而紧密排布。当支撑间的间隔大约为20-30m时，就需要插入用以防止支撑20发生横向移位的加劲部件70。如上所述，紧密排布的支撑20成为搬运建筑材料到施工现场和使用重型设备进行支撑施工的严重障碍。

有一种替代上述支撑来支撑钢桩的地锚系统，这是用以建造地下结构的支撑系统中的一种。依照这种系统，在桩后的地面下钻出斜孔，将钢筋束或高强度钢杆嵌入钻孔内，嵌入的钢筋束或杆的一端通过机械法或化学法(例如：环氧灰浆法或水泥灌浆法)被锚定，随后拉紧钢筋束或杆将其固定到钢桩上。此系统优势在于使临时结构的内部空间变得很宽裕，这样就便于容易地进行土方施工和支撑操作施工。另一方面，此系统的缺点在于当本系统用在拥紧的城市内时，这许多的钢筋束不得不被放入到周边邻里的私有用地内，这就需要得到周边邻里的正式同意。而且，其建筑成本也相对比较高。

韩国实用新型注册专利No.258949中公开一种利用贯穿挖掘空间的桁架来取代支撑的方法。这种方法被设计用于挖掘的地下空间深度相对比较小的情况。H形梁成对地平放于接近地表的水平面上。用竖直梁和斜梁加固H形梁以便泥土的压力被放于临时结构上部的桁架所支撑。这种方法已经被提出用来解决挖掘和建造临时结构时遇到的困难，这些困难起因归于用来支撑地面的临时结构内的许多支撑梁。因此，这种方法适用于下部相对宽的结构和上部相对窄的结构。

韩国专利No.188465和韩国实用新型注册专利No.247053中公开一种通过直线型钢筋束施加预应力来加固横撑的方法。在这种方法中，附加的横撑被放于已有横撑上部以便可以加大支撑梁之间距离。一种方法是使用附加的横撑，而另外一种方法是加固已有H形梁的翼缘。设计的目的是希望这两种方法能够有效地增大支撑梁之间的距离。然而，因为钢筋束是直线型的，所以只在梁的中间部位存在恒定支撑弯矩，而这种变矩不同于因泥土壤压力而引起的力矩。这两种力矩的不同外形则限制了横撑的长度，而使其变短。

发明内容

考虑上述问题而提出本发明，本发明的目标是提供一种预应力支撑系统，这种支撑系统能够相当地增大横撑的长度并减少支撑梁的数目，通过此种系统可以容易地得到地下建筑空间，这样建筑成本便可以显著地减少，建筑施工的安全性和效率可以明显地增强。

依据本发明，上述目标和更多的其它目标都可以通过钢筋束和钢筋束支撑构件施加预应力作用的支撑系统支撑挖掘的地面而实现。

优选的是，预应力支撑系统是指用来支撑挖掘地面的横撑或直桩，或是用来承受工作负载的主梁。预应力支撑系统是H形桩、具有圆形、方形或任何其它形状截面的钢桩或混凝土桩。受拉构件可以由钢筋束、高强度粗钢筋、碳纤维、玻璃纤维、芳香尼龙纤维和/或等等。

优选的是，每种预应力支撑系统都包括：设置在每个横撑的中间部位上的第一钢筋束支架构件，和设置在第一钢筋束支架构件两侧的第二、第三钢筋束支架构件，这样可以使第二、第三钢筋束支架构件的高度低于第一钢筋束支架构件的高度，其中钢筋束被放在第一、第二和第三钢筋束支架构件上。

根据本发明的一方面，提供了一种通过使用支撑构件来支撑挖空的地下负载的预应力支撑系统，多个钢筋束支架构件沿所述支撑构件的纵向方向排布，且在所述支撑构件的中心区域排布有钢筋束支架构件，其中所述多个钢筋束支架构件的每个的高度从所述支撑构件中心向两侧方向逐渐递减，并且每个钢筋束支架构件以一定间隔设置，受拉构件被固定地支撑在所述多个钢筋束支架构件上，由此形成抛物线形的一部分。

附图说明

本发明的上述或更多的其它目标、特征、及其它优点将在结合附图而进行的下列详细描述中被更为清楚地理解，其中：

图1为依照传统支撑系统形成的挖掘空间剖面图，其给出挖掘空间内支撑梁的布局；

图2给出依照传统支撑系统的支撑梁布局的平面图；

图3是依据本发明第一优选实施例，承受钢筋束、钢筋束支架构件和锚定部件施加的预应力，放置于整个挖掘空间内的直桩剖面图；

图4是依据本发明第一优选实施例，承受钢筋束、钢筋束支架构件和锚定部件施加的预应力，并放置于挖掘空间下部的直桩剖面图；

图5a是依据本发明第一优选实施例，承受钢筋束、钢筋束支架构件和锚定部件施加的竖直预应力的挖掘空间下部，和承受水平预应力的挖掘空间上部的剖面图，其中支撑被放在主结构上；

图5b是依据本发明第一优选实施例，承受钢筋束、钢筋束支架构件和锚定部件施加的竖直预应力的挖掘空间下部，和承受水平预应力的挖掘空间上部的剖面图；

图6是依据本发明第一优选实施例，撤掉支撑而通过钢筋束支撑的横撑平面图；

图7给出通过图4和图5布局的适当结合而在地下空间内形成的宽阔工作区透视图；

图8a是依据本发明第一优选实施例，挖掘过程进行前的直桩安装剖面图；

图8b是依据本发明第一优选实施例，挖掘过程中的初始步骤的剖面图；

图8c是依据本发明第一优选实施例，挖掘过程全部完成时的剖面图；

图8d是依据本发明第一优选实施例，临时支撑结构完工时的剖面图；

图9给出只设置在挖掘空间下部的钢筋束锚定部件和钢筋束支架构件的透视图，此图中示出了主结构将被建造，挖掘空间下部受竖直预应用力作用，挖掘空间上部由传统支撑系统支撑；

图10是依据本发明第二优选实施例，承受钢筋束、桁架和锚定部件施加的预应力，放置于整个挖掘空间内的直桩剖面图；

图11是依据本发明第二优选实施例，承受钢筋束、桁架和锚定部件施加的预应力，放置于挖掘空间下部的直桩和主梁剖面图；

图12a是依据本发明第二优选实施例，承受钢筋束、桁架和锚定部件施加的竖直方向预应力的挖掘空间下部，和承受水平方向预应力的挖掘空间上部的剖面图，其中的支撑被放在主结构之上；

图12b是依据本发明第二优选实施例，承受钢筋束、桁架和锚定部件施加的竖直方向预应力的挖掘空间下部，和承受水平方向预应力的挖掘空间上部的剖面图；

图13是依据本发明第二优选实施例，撤掉支撑而通过钢筋束支撑的横撑平面图；

图14给出通过图11和图12布局的适当结合而在地下空间内形成的宽阔工作区的透视图；

图15a是依据本发明第二优选实施例，挖掘过程中的初始步骤的直桩安装剖面图；

图15b是依据本发明第二优选实施例，初步挖掘过程中的剖面图；

图15c是依据本发明第二优选实施例，挖掘过程全部完成时的剖面图；

图15d是依据本发明第二优选实施例，临时结构完工时的剖面图；

图16给出依据本发明第二优选实施例的桁架的局部放大图；

图17a和17b给出依据本发明第二优选实施例，放置钢筋束的方法示意图；

图18给出依据本发明在H形梁被使用的情况下钢筋束支架构件和锚定部件的布局图；

图19给出图18所示的钢筋束支架构件的局部放大图；

图20给出依据本发明的锚定部件和高度可调节钢筋束支架构件的布局图；

图21给出图18所示的高度可调节钢筋束支架构件局部放大图；

图22给出依据本发明的锚定部件和高度可调节钢筋束支架构件的布局图，它们被连接到横撑侧面以便于钢筋束可以穿过支撑；

图23给出图22中的宽钢筋束支架构件局部放大图；

图24给出依据本发明的锚定部件和高度可调节钢筋束支架构件的布局图，它们被连接到横撑上以便于钢筋束可以穿过支撑；

图25给出图24中的钢筋束支架构件局部放大图；

图26给出通过焊接法连接到图18和20所示的横撑翼缘上的锚定部件局部放大图；

图27给出用于将钢筋束或连接电缆锚定到图22和24所示横撑两侧的锚定部件局部放大图；

图28给出依据本发明，被连接到直桩上的高度可调节钢筋束支架构件和锚定部件的布局图；

图29给出依据本发明的高度可调节钢筋束支架构件和锚定部件的布局图，它们被连接到直桩上以便于钢筋束能够穿过支撑；

图30给出依据本发明的钢筋束支架构件和锚定部件的布局图，其中在直桩内嵌入“[”形槽以便直桩能够以更小的偏心率承受更大的压力。

具体实施方式

现参照附图描述本发明的优选实施例。

图3是依据本发明第一优选实施例，承受钢筋束、钢筋束支架构件和锚定部件施加的预应力，放置于整个挖掘空间内的直桩剖面图。应用依据本发明的预应力支撑系统的临时结构包括：直桩10、支撑21、中间桩30、主梁40、盖板45和横撑50，这些与传统支撑系统的上述构件相同。然而，在本发明的预应力支撑系统内，多个钢筋束支架构件11、锚定部件12及钢筋束13也还被连接到直桩10上以便直桩10被施加预应力。结果，尽管支撑的数量被显著减少，但是直桩仍可以承受额外的土壤压力。当然，随着支撑数量的减少，施加到支撑21和22上的负载重量将会随之加大。因此，在支撑数量减少的情况下，需要使用更大尺寸的支撑。在本发明的预应力支撑系统内使用的支撑21和22的尺寸，可能会比传统支撑系统内使用的支撑尺寸大。

在挖掘空间内建造的混凝土结构60的尺寸和形状在图中也被给出。在不干扰此结构建造的情况下就可以安装支撑21和22。因此，在地下结构建设过程中，可以容易和方便地进行钢筋施工或者模板工程。另外，可以容易地将重型设备运进挖掘空间内，并在挖掘空间中操作。而且，在已建造好的结构60内不会形成孔，这样就增加了结构的耐久性。

如图3所示，因为挖掘空间的深度比较大，所以分两个阶段施加预应力。然而，也可以理解的是在挖掘空间深度比较小时可以在单独的一个阶段上施加全部预应力。

支撑21和22起到承受经过直桩10而施加的土壤压力中的水平分力的作用。因此，在将支撑21和22完全撤掉的情况下，可以使用地锚(图中没有示出)或其它工具来替代支撑21和22。

尽管本发明的支撑系统也可以被应用于各种各样的竖直和水平加固构件上，但是本发明的支撑系统主要应用于附图中所示的H形桩上，这按照惯例被用于挖掘的地表，诸如具有圆形或方形截面的钢桩或具有圆形或方形截面的混凝土桩。

图4是依据本发明第一优选实施例，承受钢筋束、钢筋束支架构件和锚定部件施加的预应力，并放置于挖掘空间下部的直桩剖面图。如图4所示，只在挖掘空间的下部80处，即将建造混凝土结构的位置处被施加预应力。多个支撑21被用在挖掘空间的上部85处，这与传统支撑系统相同。将图4的布局与后面将描述的图5布局适当地结合。在这种情况下，当整个地面支撑系统被构建时，图4的布局就完全地承受了由图5的布局传递过来的地面负载。因此，各个支撑22尺寸被增大。另外，在地下正依照传统支撑系统而施工的情况下，挖掘空间下部80，即结构60被建造的位置处，可以依据图4的布局被施加预应力。这种布局可以容易地被应用到任何已有的施工现场上。在这种情况下，主结构可以容易和方便地被建造。

传统支撑系统需要用来承受来自主梁40的负载的中间桩30。然而，在本发明中，主梁40可以通过钢筋束19、钢筋束支架构件17和锚定部件18而得到预应力，由此撤掉中间桩30。撤去中间桩30的主梁41在水平方向上互相支撑，以便上部的临时结构可以被牢固地支撑。因此在传统支撑系统内用来承受来自主梁40的负载的中间桩30不再承受竖直负载，这样它就只起到防止支撑21弯曲的支撑构件31的作用。结果，有效地防止主结构60中的竖直孔的形成。

图5a是依据本发明第一优选实施例，承受钢筋束、钢筋束支架构件和锚定部件施加的竖直预应力的挖掘空间下部，和承受水平预应力的挖掘空间上部剖面图。如图5a所示，结构上部85受到水平预应力的作用，而结构下部80受到竖直预应力的作用以便可以留出内部挖掘空间。只有从结构顶端经过的支撑22被用来支撑竖直预应力作用的水平方向分力。结构将被建造的位置处，即挖掘空间的下部必须受到竖直预应力作用，以便防止在此结构建造的空间内产生障碍。挖掘空间上部必须水平加固，以便支撑20可以被撤掉，由此在挖掘和建造的过程中所必须的设备和材料可以容易和方便地被使用。土壤压力集中地作用在结构的上方。因此将支撑22放在结构上方以便通过支撑22承受土壤压力。参考数字14指的是钢筋束支架构件、参考数字15指的是锚定部件且参考数字16指的是钢筋束。

图5b是依据本发明第一优选实施例，受钢筋束、钢筋束支架构件和锚定部件施加的竖直预应力作用的挖掘空间下部，和承受水平预应力作用的挖掘空间顶部的剖面图。如图5b所示，结构上部85受水平预应力作用，结构下部80受竖直预应力作用以便内部的挖掘空间可以被完全腾空。除去如何承受集中在结构60上方的土壤压力之外，图5b的布局与图5a的布局非常的相似。根据图5a的布局，集中在结构上方的土壤压力为支撑22所承受。另一方面，水平预应力被集中地施加以便集中的土壤压力依照图5b的布局而被承受。如图5b所示，还可以设置几个预应力横撑51。二者择其一地，如图4所示的具有更多数目钢筋束的大尺寸横撑可以被使用。

图6给出的正视图说明了在进行挖掘施工时，内部的挖掘空间可以被扩宽很多，这样就解决了图2所示的传统支撑系统引起的问题。如图6所示，所有被设置在压劲杆70支撑的支撑23之间的传统支撑20被撤掉，而且还将多个钢筋束支架构件11、锚定部件12和钢筋束13连接到余下的支撑23之间的横撑51上，以便于横撑被施加预应力。如图6所示，支撑23以一定间隔成对设置在横撑51的纵向方向。因此，土壤压力还可以通过受预应力作用的横撑51而被承担，由此支撑之间的距离可以被增加。如图6所示，钢筋束支架构件11的位置对应直桩10的位置，即对应着土壤压力被直接施加的位置，以便弯矩不会被作用在横撑51上。在这种情况下，各个横撑51的长度被进一步增大。如图6所示支撑23之间的距离被增大，以便建筑材料和大尺寸重型设备可以被容易地搬进搬出，在地下空间内可以容易地进行建筑施工，建造主体结构所需要进行的钢加固工作或是模板工程也可以容易方便地进行。另外，只有被支撑部件70支撑的支撑23可以在中间支撑被撤掉的情况下被使用，由此可防止支撑水平方向上的弯曲。

图7给出通过图4和图5布局的适当结合而在地下空间内形成的宽阔工作区透视图。如图7所示，在直桩10和横撑51被施加预应力的同时地下空间的挖掘工作也被完成。横撑51被施加预应力，以便挖掘空间的上部被加固。直桩10受竖直预应力作用以便在结构被建造的挖掘空间下部被加固。直桩10受到的竖直预应力被锚定，而被传递给支撑21由此施加到直桩10的锚定部分上的土壤压力要比作用在其它部分上的土壤压力更大。因此需要更多钢筋束，以便可以施加的预应力作用大于设置在挖掘空间上部的其它横撑51的预应力作用。

更大的土壤压力被集中作用在放置于挖掘空间下部的支撑22上，而不是作用在支撑21上。因此，支撑22需要更大的截面。如图7所示，直桩10和横撑51由挖掘空间两侧上的预应力钢筋束13和16加固。所有被作用在支撑被撤掉的图5部分上的土壤压力由图4中的布局所承受，其中几个支撑21和22按上述间隔被安排。在依据本发明优选实施例用来支撑挖掘的地下的支撑系统内，通过使用如上所述钢筋束进行预应力作用来承受土壤压力的方法最为有效。然而，在一些情况下，直桩10或是横撑51可以由加固件诸如H形梁(未给出)、预弯梁(未给出)、组合梁(未给出)或桁架(未给出)进行加固，这些加固件有相近的效果。

图8a至图8d以剖面图的形式分别说明了建造临时结构的全过程。图8a是依据本发明第一优选实施例，在挖掘过程进行前的直桩10的安装。孔在设计位置处被钻出，然后将直桩10，如果需要的话，也可以是中间桩安装进钻孔内。当桩被安装时，可将硬化材料或是地下加固材料诸如混凝土用在桩的底基部分35上，以便桩被加固。二者择其一地，桩可以由混凝土或其它的硬化材料制成。

图8b给出依据本发明第一优选实施例进行的初步挖掘过程。在直桩10上设置主梁41和盖板45。在这种情况下，对主梁施加预应力以便中间桩(未给出)可以被完全地撤掉。尽管在本实施例中使用的是受预应力作用过的主梁41，但也可以在以后对主梁进行预应力作用，其效果是相同的。因此主梁可以容易在任何已有的施工现场被加固。

图8c给出依据本发明第一优选实施例的支撑系统所进行的挖掘过程。在传统支撑系统中，地下被挖掘到一个指定深度后安装支撑20，在支撑安装后再进一步进行挖掘工作，在地下经此挖掘工作后再安装其它支撑，在地下被挖掘到指定的深度36前，上述工作被反复地进行。与此同时，因支撑20的紧密排布也使挖掘工作被延迟。从另一方面看，依照本发明设计的挖掘工作进行时，挖掘两侧是由受预应力作用的横撑51所支撑。从而，在进行挖掘工作时不再需要同时安装会阻碍挖掘工程进行的支撑。因此，挖掘工作可以容易和快速地进行。

图8d是依照本发明第一优选实施例而进行的挖掘过程最后一步。如图8d所示，支撑22被放在要建造结构的挖掘空间上部，随后直桩10的下部受到竖直的预应力作用，以便直桩10被加固。在本发明的支撑系统完工后，除了结构正上方的支撑22之外，所有的其它支撑都可以被撤掉，中间桩可以被全部撤掉。在临时结构的上部80内将建造的结构的尺寸和形状在图8d中也被给出。依据本发明的支撑系统，不需要安装穿过主结构60的支撑或中间桩，以便结构的建造工作可以容易地进行。另外，在结构内不需要形成任何的孔，由此结构的水密性可以被非常好地保证，并且耐久性也被提高。

图9给出受到只设置在挖掘空间下部的钢筋束锚定部件和钢筋束支架构件预应力作用的直桩透视图，在挖掘空间的下部主结构60将被建造。尽管挖掘空间上部的支撑21和22如传统支撑系统一样被紧密地排布，但钢筋束锚定部件12和钢筋束支架构件11是设置在结构60将被建造的挖掘空间的部分上。

图10至15d给出本发明的第二优选实施例。除替代钢筋束支架构件11、14和17而被使用的桁架11a、14a和17a之外，本发明的第二优选实施例与本发明的第一优选实施例相同。钢筋束是由代替钢筋束支架构件的桁架11a、14a和17a来支撑，以便钢筋束可以被更稳定地支撑。每个桁架都有一个长边侧和一个短边侧，连接长边侧和短边侧的两个斜边侧，长边侧、短边侧及斜边侧共同组成一个梯形。如图14和15所示，钢筋束13一端被固定到桁架长边侧的一个表面上，然后经过桁架的斜边侧和短边侧，并经过桁架的另一斜边侧被固定到桁架长边侧的另一个表面上。当然，本发明的第二优选实施例与本发明的第一优选实施例有相同的效果。如图13所示，桁架11a的竖直支撑桁件11aa位置对应于土壤压力直接作用的直桩10的位置，以便弯矩在横撑51内不被扩展。在这种情况下，各自的横撑51的长度如本发明第一优选实施例中的那样被进一步增加。

图16是依据本发明第二优选实施例的桁架局部放大图，图17a和图17b说明放置依据本发明第二优选实施例的受拉构件的供选择方法。如图17a所示，钢筋束13只被固定在桁件中间部位上。钢筋束13的一端被固定到桁架长边侧的一个表面上，然后经过桁架短边侧的中部，固定到桁架长边侧的另一个表面上。另一方面，如图17b所示，受拉构件只被放置在桁件的一侧，即受拉构件的一端被固定到桁架短边侧的一个表面上，并沿桁架短边侧纵向方向延伸，然后被固定到桁架短边侧的另一个表面上。

图18至30给出使用在依据本发明的预应力支撑系统内的钢筋束支架构件和锚定部件状态局部放大图。由图18中的平面图、前视图和侧视图，可以看到钢筋束支架构件11被设置在由H形钢材料制成的横撑50的适当位置上，锚定部件12被设置在靠近横撑50的两端位置上，这样钢筋束13就被拉紧锚定，加固的横撑50通过设置在横撑50两端上的支撑20而被支撑。如图18所示，钢筋束支架构件11、锚定部件12和钢筋束13被另外再设置以便实现依据本发明的预应力支撑系统。

钢筋束支架构件11可以由各种不同的钢质构件构成，例如：H形梁、角形、方形杆，或其它的构件以承受压缩负载。最优选的是锚定部件12为钢质，因为大部分横撑50是钢质的，但锚定部件12可以是其它材料制成的。钢筋束通常作为施加拉力的受拉构件。通常还需要附加件，如楔子用来锚定钢筋束。然而，安装和取掉这些附加件却是很不方便的。因此可能会需要使用其它的装置如连接电缆或是螺纹钢杆。二者择其一地，也可以方便地使用连接器。另外，受拉构件可以用最近已经被发展和广泛使用的高强度材料制成，如碳纤维、玻璃纤维、芳香尼龙纤维等。

图18中的钢筋束支架构件11和锚定部件12是通过焊接的方法被连接到横撑50上。在传统的支撑系统内，竖直的钢筋束支架构件11的位置对应于竖直桩(H形桩)10的位置，以便作用在横撑50上的力矩被最小化。优选的，如图18所示支撑20对应于直桩10。

图19局部放大了图18所示的钢筋束支架构件的形状，及钢筋束如何被连接到横撑上。如图19所示，在钢筋束支架构件低端连接有平面支撑板90，以便钢筋束支架构件能够容易地连接到横撑上。然而，应该指出的是，平面支撑板90不是不可缺少的。在钢筋束支架构件的上端设置具有弧形钢筋束导向槽的钢筋束基27。

图20给出连接到横撑上具有长度可调装置29的钢筋束支架构件14。钢筋束支架构件的高度可以通过螺纹部分调节，以便作用在钢筋束支架构件上的力可以容易地被改变。钢筋束支架构件14通过螺栓被连接到横撑上。在钢筋束基27下面可以放置用来承受因钢筋束13拉紧而作用于钢筋基27上的拉力的角撑板91。如果需要的话，角撑板可以被安装到钢筋束支架构件被放置的横撑低端处。参考数字32指的是钢筋束支架构件角撑板，而参考数字34指的是调节钮。

图21局部放大了图20所示的钢筋束支架构件的形状，及钢筋束如何被连接到横撑上。钢筋束支架构件具有螺纹部分29，以便钢筋束支架构件的高度可以被调节。在钢筋束支架构件低端设置的支承板90借助螺栓被固定到横撑50上，以便钢筋束支架构件被牢固地连接到横撑上。在随着土壤压力增大，作用在钢筋束支架构件上的压力大于传递到横撑上的压缩负载的情况下，角撑板91优选地连接到横撑上。

图22给出本发明的支撑系统应用于其上的具有连接到横撑上的支撑的已有临时支撑结构。钢筋束基27沿横向方向伸展，这样钢筋束13便穿过支撑20的外部。钢筋束支架构件14可以通过代替焊接或普通螺栓的“L”形螺栓33固定到横撑上。钢筋束锚定部件15被连接到横撑50的侧面，但与支撑分隔开。钢筋束的下部按如下方法被加固：当设置在部分地偏心的中位钢筋束支架构件两侧的边部钢筋束支架构件下部被加固时，中位钢筋束支架构件的下部不被加固。具体地，只有边部钢筋束支架构件用“L”形螺栓33固定到横撑上，以便边部钢筋束支架构件能够承受住更大的力。

图23局部放大了图22所示的钢筋束支架构件的形状，及怎样将钢筋束连接到横撑上。使用“L”形螺栓33将钢筋束支架构件固定到横撑上。因此，在横撑不发生变形的情况下，钢筋束支架构件容易地被固定到横撑上。这些固定构件可以被分类成一个长的固定构件和一个短的固定构件，以便它们可以被固定到横撑的上部翼缘和下部翼缘上。当被拉紧时，压力主要作用在钢筋束支架构件上。结果，将钢筋束固定到横撑上的操作则不再需要使用大力来完成的焊接或锚固施工。如图23所示，钢筋束基27被延伸，以便它与支撑分开，钢筋束基用角撑板91支撑。

如图24所示，钢筋束支架构件24被放置在横撑的两侧，以便它们与支撑分隔开。图22相同的“L”形螺栓33和高度可调的钢筋束支架构件被使用。

图25局部放大了图24所示的钢筋束支架构件的形状，及怎样将钢筋束连接到横撑上。使用“L”形螺栓33将钢筋束支架构件固定到横撑上，高度可调的钢筋束支架构件也被使用了。如图25所示，钢筋束支架构件被固定到横撑的边上，并且钢筋束支架构件通过钢筋束支承板90而互相连接。

图26局部放大了通过焊接法被固定到横撑上表面的锚定部件。角撑板91被设置在翼缘的两侧。钢筋束支承板90通过焊接被固定到翼缘两侧，支撑钢通过焊接被固定到锚定钢板上。最终，钢筋束13被牢固地固定住。通过焊接而固定到翼缘表面的锚定部件也可以被使用在直桩以及横撑上。

图27局部放大了设置在横撑两侧上的锚定部件。角撑板91被设置在翼缘两侧。包括锚定部件在内的钢筋束支承板90通过焊接被固定到翼缘的侧面上，以便钢筋束被牢固的固定住。固定在翼缘两侧上的锚定部件也可以被用在直桩以及横撑上。

图28给出应用本发明预应力支撑系统的直桩，其上没有固定支撑。作为主结构一部分的水泥板61被建造好后，小支架(jack support)65被连接到此水泥板上，以便于直桩的下部由此小支架支撑。角撑板91设置在钢筋束支架构件低端的翼缘之间，以便连接电缆被拉紧。如图26所示的通过焊接法固定到翼缘上的锚定部件也可以被使用。

图29给出应用本发明预应力支撑系统的其上固定有支撑的直桩。作为主结构一部分的水泥板61被建造好后，小支架65被连接到此水泥板上，以便于直桩的下部由此小支架支撑。用螺栓将角撑板91固定到直桩上，以便钢筋束被拉紧。如图22和23所示的支撑系统也可以被应用于图29中的直桩上。

图30给出应用本发明预应力支撑系统的直桩。在直桩的翼缘间嵌入“[”形槽26，以便直桩被加固。在这种情况下，直桩能够承受住更大的压力，由此可以减少竖直预应用力作用的偏心率。钢筋束支架构件14和主结构之间的距离加大，由此可以快速地进行建造。锚定部件15被固定到“[”形槽上。二者择其一地，锚定部件15可以被固定到如图27所示的翼缘上，或者也可以使用如图26所示的通过焊接法直接固定到翼缘表面上的锚定部件12。参考数字25指的是挡土板。

由上所述可以清楚地看到，本发明提供一种通过多个钢筋束支架构件、锚定部件和钢筋束能够对直桩、横撑、主梁施加预应力的预应力支撑系统，由此成为进行传统建筑施工的严重障碍物的支撑和中桩的数量就可以大大地减少，这样挖掘和支撑工作的建造效率及经济效益被显著提高。另外在传统支撑系统内不可避免的在结构中形成孔也可被有效地防止或减少。因此，加钢筋工作或成型工作也容易而方便地进行，结构的水密性可以被非常好地保证，并且结构的耐久性得到提高。另外，当直桩和横撑受到受拉构件的预应力作用时，本发明预应力支撑系统内使用的锚定部件和钢筋束支架构件能够通过适当的刚性构件承受住施加到原始构件上的拉力及压力作用。种类及形状不同的钢筋束支架构件可以被使用，以便作用在各自的钢筋束支架构件上的支撑力可以被调节。而且，可以设置锚定部件，以便受拉构件可以在与已有支撑脱离开的同时被拉紧，由此土壤压力和水压力就可以被有效而稳定地承受住。

尽管出于解释的目的，已经公开了本发明的优选实验例，但是本领域内的工程师仍将明白：在不背离所附权利要求中公开的发明范围和主旨的条件下，各种不同的改进、增加及替换都是可能的。

Claims (25)

1、一种通过使用支撑构件来支撑挖空的地下负载的预应力支撑系统，多个钢筋束支架构件沿所述支撑构件的纵向方向排布，且在所述支撑构件的中心区域排布有钢筋束支架构件，其中所述多个钢筋束支架构件的每个的高度从所述支撑构件中心向两侧方向逐渐递减，并且每个钢筋束支架构件以一定间隔设置，受拉构件被固定地支撑在所述多个钢筋束支架构件上，由此形成抛物线形的一部分。

2、如权利要求1所述的系统，其中所述支撑构件是用以支撑挖空的地下的水平梁。

3、如权利要求1所述的系统，其中所述支撑构件是用以支撑挖空的地下的直桩。

4、如权利要求1所述的系统，其中所述支撑构件是用以承受负载的主梁。

5、如权利要求1所述的系统，其中所述支撑构件为H形桩、具有圆形或方形截面的钢桩、或具有圆形或方形截面的混凝土桩。

6、如权利要求1所述的系统，其中所述受拉构件是从包括钢筋束、碳纤维、玻璃纤维和芳香尼龙纤维的一组材料中挑选出来的。

7、如权利要求3所述的系统，其中所述钢筋束支架构件和所述受拉构件被连接到所述支撑构件上，以便所述支撑构件沿纵向方向在上部和下部受到预应力作用，并且还安装用以支撑所述支撑构件的支撑。

8、如权利要求3所述的系统，其中所述钢筋束支架构件和所述受拉构件被连接到所述支撑构件上以便所述支撑构件沿纵向方向在下部受到预应力的作用，并且大量的所述支撑构件沿纵向方向和横向方向被设置在挖空的地下空间的两侧上，所述钢筋束支架构件和所述受拉构件被连接到主梁上以便能够受到预应力的作用，并且所述主梁连接到设置在挖空的地下空间的两侧上的所述支撑构件的上端，以便盖板被放置在所述主梁上，主结构被建造在挖空的地下空间两侧上的所述支撑构件之间的下部空间内，并且支撑被放置在主结构之上，以便所述支撑被固定到设置在挖空的地下空间的两侧上的所述支撑构件上。

9、如权利要求1所述的系统，其中所述支撑构件为沿纵向方向设置在挖空的地下空间两侧上的横撑，所述钢筋束支架构件包括沿纵向方向设置在所述每一个横撑中部上的两个第一钢筋束支架构件和位于所述第一钢筋束支架构件两侧连接在横撑上的第二钢筋束支架构件，以便所述第二钢筋束支架构件高度低于所述第一钢筋束支架构件的高度，所述受拉构件被放置在所述钢筋束支架构件上以便所述横撑受到预应力作用，以一定间隔沿所述横撑的纵向方向成对设置所述支撑，以便所述支撑被连接到所述横撑上，成对的所述支撑被支撑住。

10、如权利要求9所述的系统，其中沿挖空的地下空间的竖直方向延伸的多个直桩以一定间隔被设置在所述横撑上，所述钢筋束支架构件和所述受拉构件被分别地连接到所述直桩上，以便在直接承受沿纵向方向的土壤压力的区域上受到预应力的作用。

11、如权利要求1所述的系统，其中所述支撑构件包括多个沿纵向以一定间隔排布并在挖空的地下空间的竖直方向上延伸的第一直桩，和设置在挖空的地下空间的两侧并沿挖空的地下空间的竖直方向延伸的第二直桩；

所述钢筋束支架构件和所述受拉构件被放置在所述第一和第二直桩的下部以便所述第一和第二直桩的下部受到预应力的作用；

多个横撑被设置在所述第一直桩的上部和下部以便所述第一直桩被连接到所述横撑上；

所述钢筋束支架构件和所述受拉构件被设置在所述横撑上以便所述横撑受到预应力的作用；

设置在挖空的地下空间的两侧的所述第二直桩的上端通过主梁而彼此连接；

盖板被放置在所述主梁上；

所述钢筋束支架构件和所述受拉构件被设置在所述主梁上以便所述主梁受到预应力的作用；

设置在挖空的地下空间的两侧的所述第二直桩通过多个支撑而彼此连接；和

主结构在所述第一和第二直桩间的空间里建造。

12、如权利要求1所述的系统，包括如下步骤：

当地下被挖到指定深度后，在挖空的地下空间两侧沿纵向方向设置直桩；

通过钢筋束支架构件和受拉构件对主梁施加预应力；

在挖空的地下空间的两侧的所述直桩的上端放置主梁，以便所述主梁被连接到所述直桩；

通过钢筋束支架构件和受拉构件对横撑施加预应力；

在所述直桩上设置横撑，以便所述横撑被连接到沿纵向排列的所述直桩；

将支撑固定到所述直桩的下部；和

通过钢筋束支架构件和受拉构件对所述直桩下部施加预应力。

13、如权利要求1所述的系统，其中所述钢筋束支架构件是沿纵向方向而固定到所述支撑构件上的桁架，以便所述受拉构件在所述受拉构件被所述桁架支撑的同时被放置在桁架上。

14、如权利要求13所述的系统，其中每个桁架都有一个长边侧和一个短边侧，连接长边侧和短边侧的第一和第二斜边侧，长边侧、短边侧及第一、第二斜边侧共同组成一个梯形，以便所述受拉构件的一端被固定到所述桁架长边侧的一个表面上，经过所述桁架的第一斜边侧和短边侧，并且经由所述桁架的第二斜边侧被固定到所述桁架长边侧的另外一个表面上。

15、如权利要求13所述的系统，其中每个所述桁架都有一个长边侧和一个短边侧，连接长边侧和短边侧的第一和第二斜边侧，长边侧、短边侧及第一、第二斜边侧共同组成一个梯形，以便所述受拉构件的一端被固定到所述桁架长边侧的一个表面上，延伸至所述桁架短边侧的中部并固定在短边侧上，同时固定到所述桁架长边侧的另一个表面上。

16、如权利要求13所述的系统，其中每个所述桁架都有一个长边侧和一个短边侧，连接长边侧和短边侧的第一和第二斜边侧，长边侧、短边侧及第一、第二斜边侧共同组成一个梯形，这样所述受拉构件的一端被固定到所述桁架短边侧的一个表面上，沿所述桁架短边侧纵向方向延伸，并被固定到所述桁架短边侧的另一个表面上。

17、如权利要求1所述的系统，其中所述各自的受拉构件的两端通过连接在所述支撑构件上的锚定部件而被固定。

18、如权利要求1所述的系统，其中每个所述钢筋束支架构件具有在上端形成的钢筋束基，所述钢筋束基具有弧形钢筋束导向槽。

19、如权利要求1所述的系统，其中每个所述钢筋束支架构件都具有螺纹部分和高度调节钮以便通过所述螺纹部分和所述高度调节钮调节所述钢筋束支架构件的高度。

20、如权利要求18所述的系统，其中所述钢筋束基沿横向延伸，以便所述钢筋束基不与支撑接触，多个钢筋束支架构件通过“L”形螺栓被固定在所述支撑构件上。

21、如权利要求18所述的系统，其中所述钢筋束基被设置在所述支撑构件的两侧，以便所述钢筋束基不与支撑接触，多个钢筋束支架构件通过“L”形螺栓被固定在所述支撑构件上。

22、如权利要求17所述的系统，其中所述锚定部件被连接到所述支撑构件的上表面，并且其中每个所述锚定部件都包括设置在所述支撑构件的翼缘间的角撑板、连接到所述翼缘的一侧的钢筋束支承板、锚定钢板及连接到所述受拉构件的支撑钢板。

23、如权利要求17所述的系统，其中所述锚定部件被连接到所述支撑构件的侧面，并且其中每个所述锚定部件都包括设置在所述支撑构件的翼缘间的角撑板、连接到所述加固钢板上的钢筋束支承板和固定到所述钢筋束支承板上的所述受拉构件。

24、如权利要求1所述的系统，其中所述支撑构件通过安装在水泥板上的小支架被支撑，所述水泥板是主结构的一部分。

25、如权利要求1所述的系统，其中“[”形槽被嵌入到所述支撑构件的所述翼缘间，用以加固所述支撑构件。

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