CN108951658B - 一种基于主动控制的深基坑型钢支护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于主动控制的深基坑型钢支护系统，包括用混凝土浇筑的深基坑壁和埋设在深基坑壁上的预埋件，所述深基坑壁侧壁上紧贴设置有与预埋件固定连接的钢支撑座，两侧深基坑壁上的钢支撑座之间可拆卸连接有多组钢围檩，其中钢围檩一端与钢支撑座之间还可拆卸安装有钢支座套箱，所述钢支座套箱内安装有千斤顶。有益效果在于：本发明所述的一种基于主动控制的深基坑型钢支护系统能够实现钢支撑体系的预应力根据基坑变形主动调节，从而对地下连续墙产生稳定的支撑应力，保证基坑围护结构、围护墙墙项和地下连续墙墙体不发生变形，保护基坑周边设施的安全。

Description

一种基于主动控制的深基坑型钢支护系统

技术领域

本发明涉及深基坑型钢支护领域，具体涉及一种基于主动控制的深基坑型钢支护系统。

背景技术

基坑中的土体开挖、外部荷载作用、自然环境中的雨水侵蚀等因素，会导致基坑发生变形，可能造成基坑的底部隆起墙体变形墙后位移沉降，甚至造成基坑边界土体发生滑移现象。

开挖基坑时，随着基坑内侧土体的不断减少，使得挡土墙内侧失去了原有的土压力，而外侧承受主动土压力，荷载的大小未发生变化，因此基坑开挖破坏了挡土墙内外侧原有的平衡状态，在内外压力差的作用下，产生了向坑内方向的变形。同时，墙体后侧的土体产生了位移沉降，在基坑底部发生隆起现象。基坑变形一般包括墙体变形、基坑周围土层移动、基底弹性隆起以及塑性隆起4个方面。

墙体变形主要由基坑卸荷作用引起，导致墙体外侧土向内侧移动，水平力逐渐减小，剪应力增大，出现塑性区域，同时墙体内侧土也向坑内移动，最终形成坑底塑性区。一般墙体变形包括水平及竖向变形，且在距离基坑底面1～2m处墙体变形达到最大值。

当前我国城市化的速度越来越快,很多深基坑工程不断出现。深基坑工程在建设的过程中往往处于闹市繁华的区域，附近有很多正在正常进行操作和运营的地铁公交等交通设施，还有一些保护建筑等，这就要求相关的施工单位需要很好的对基坑情况进行控制，并且提出一定的限制条件，只有这样才能让深基坑施工的安全性进一步加大。

现有的钢支撑体系是一种装配式支撑体系，近年来广泛应用于深基坑支护中，其优点显著，主要表现为：(1)自重轻、支撑的安装和拆卸简便快捷，不需要养护即可发挥效用，有利于缩短工期减少由于时间效应而增加的基坑位移是十分有效的。(2)钢支撑安装后可以施加预应力，适应于不同形状的基坑，而且不会因节点松动而引起基坑位移。(4)钢材可以重复使用，是可以循环利用的绿色建筑材料，有利于节约紧缺的建设资源。

传统钢支撑架设用两台100t的液压千斤顶进行施压，在活动端沿支撑两侧对称逐级加压。千斤顶的压力分三级施加：第一次施加到设计预加轴力的30％，第二次施加到设计预加轴力的60％，第三次施加到设计预加轴力的105％。预加轴力施加至设计预加轴力的105％后，千斤顶停止加压，在压力表读数稳定10分钟后，且预加轴力与钢支撑架设轴力监测数据一致时用钢楔子将活动端锁定。钢支撑架设在锁定时将会有轴力消减，钢支撑架设在锁定后轴力为设计预加轴力的100％左右。钢支撑架设在锁定时将会有轴力消减，钢支撑架设在锁定后轴力与设计预加轴力基本一致。施加预加力按设计要求施加，当压力表无明显衰减时，采用特制定型钢楔锁定钢支撑，然后拆除千斤顶。传统钢支撑的预应力一次性人工加好，后续变化不完全可知，后续基本不调整，基坑变形无法有效掌控。这就使得一旦基坑变形，钢支撑体系便无法对地下连续墙产生稳定的支撑应力，继而引起基坑围护结构、围护墙墙项和地下连续墙墙体发生变形,这无疑严重影响基坑周边设施的安全。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于主动控制的深基坑型钢支护系统，以解决现有技术中传统的钢支撑体系的预应力无法根据基坑变形主动调节，导致一旦发生基坑变形，钢支撑体系便无法对地下连续墙产生稳定的支撑应力，继而引起基坑围护结构、围护墙墙项和地下连续墙墙体发生变形，严重影响基坑周边设施的安全等问题。本发明提供的诸多技术方案中优选的技术方案能够实现钢支撑体系的预应力根据基坑变形主动调节，从而对地下连续墙产生稳定的支撑应力，保证基坑围护结构、围护墙墙项和地下连续墙墙体不发生变形，保护基坑周边设施的安全等技术效果，详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种基于主动控制的深基坑型钢支护系统，包括用混凝土浇筑的深基坑壁和埋设在深基坑壁上的预埋件，所述深基坑壁侧壁上紧贴设置有与预埋件固定连接的钢支撑座，两侧深基坑壁上的钢支撑座之间可拆卸连接有多组钢围檩，其中钢围檩一端与钢支撑座之间还可拆卸安装有钢支座套箱，所述钢支座套箱内安装有千斤顶，所述钢支座套箱与钢围檩之间楔有钢楔，所述钢支座套箱上与钢楔接触的侧面上设置有用于检测钢围檩对钢支座套箱的压力的压力传感器，所述千斤顶通过液压油管与泵站连接，通过泵站为千斤顶工作提供液压油，所述液压油管上安装有电磁换向阀，通过电磁换向阀控制千斤顶往复动作，所述千斤顶和泵站之间还连接有泄压油管，所述泄压油管上安装有溢流阀；

所述压力传感器通过导线与设置在远端控制室内的控制主机电连接，该控制主机还与泵站电连接，控制人员通过手机上的APP软件与该控制主机联机获取压力传感器的检测数据。

作为本案的重要设计，浇筑深基坑壁前先在深基坑内编制冠梁钢筋，然后向冠梁钢筋内浇筑混凝土形成深基坑壁。

作为本案的优化设计，当千斤顶的处于最大工作行程时，钢楔能够自由伸入或伸出钢围檩与钢支座套箱之间的缝隙内。

作为本案的优化设计，每个钢支座套箱上靠近钢围檩的一侧布置有多个压力传感器；

其中，该多个压力传感器以钢围檩的中心轴线为中心在钢支座套箱侧面上呈中心对称分布。

作为本案的优化设计，所述钢围檩安装完毕后通过三角架托架进行支撑固定。

采用以上技术方案，当压力传感器检测到的压力值处在控制主机内预设的最大力支持压力和最小压力中间时，控制主机不控制泵站启动，如果压力传感器发现检测到的压力值比最小压力小时，控制主机控制泵站启动将液压油通过液压油管送入千斤顶内，推动千斤顶顶动钢围檩，增大钢支撑体系的预应力，然后重新安装好钢楔即可；如果压力传感器检测到的压力值比最大压力大时，控制主机控制泵站启动将液压油通过液压油管送入千斤顶内，推动千斤顶顶动钢围檩，然后取走原钢楔并更换新的厚度较小的钢楔，以此来减小钢围檩和钢支座套箱之间的间距，从而减小压力传感器受到的压力，确保压力传感器检测到的压力长时间维持在大力支持压力和最小压力中间，故能够实现钢支撑体系的预应力根据基坑变形主动调节，从而对地下连续墙产生稳定的支撑应力，保证基坑围护结构、围护墙墙项和地下连续墙墙体不发生变形，保护基坑周边设施的安全。

有益效果在于：本发明所述的一种基于主动控制的深基坑型钢支护系统能够实现钢支撑体系的预应力根据基坑变形主动调节，从而对地下连续墙产生稳定的支撑应力，保证基坑围护结构、围护墙墙项和地下连续墙墙体不发生变形，保护基坑周边设施的安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的冠梁钢筋的埋设示意图；

图3是本发明的压力传感器的布置示意图。

附图标记说明如下：

1、深基坑壁；2、冠梁钢筋；3、预埋件；4、钢支撑座；5、钢围檩；6、钢支座套箱；7、千斤顶；8、液压油管；9、电磁换向阀；10、溢流阀；11、泄压油管；12、泵站；13、压力传感器；14、钢楔；15、控制主机；16、手机。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

参见图1-图3所示，本发明提供的一种基于主动控制的深基坑型钢支护系统，包括用混凝土浇筑的深基坑壁1和埋设在深基坑壁1上的预埋件3，预埋件3用于安装固定钢支撑座4，深基坑壁1侧壁上紧贴设置有与预埋件3固定连接的钢支撑座4，钢支撑座4用于安装固定钢围檩5和钢支座套箱6，两侧深基坑壁1上的钢支撑座4之间可拆卸连接有多组钢围檩5，钢围檩5安装前按设计要求的尺寸加工好，按照现场开挖面的长度，将加工好的钢围檩5吊装在三角架托架上，为方便吊装，钢围檩5一般加工成3-5m长，安装好后及时施做防坠落措施。相邻段钢围檩5接头处采用等强钢板焊接，把钢围檩5连成一个整体。检查钢围檩5与基坑侧壁基面的密贴，对密贴不严实存有空隙处，采用细石混凝土回填，其中钢围檩5一端与钢支撑座4之间还可拆卸安装有钢支座套箱6，钢支座套箱6内安装有千斤顶7，钢支座套箱6与钢围檩5之间楔有钢楔14，钢支座套箱6与钢支撑座4提前在地面进行拼装，根据基坑开挖进度，架设钢支撑座4，然后将千斤顶7吊装至钢支座套箱6内，就位居中，与泵站12的液压油管8连接，在控制主机15上按照设计轴力设定系统压力控制值(精度控制偏差±3％)，然后完成设计预加轴力的逐级施加，具体操作步骤如下：轴力加压通常一般分三级，每级按设计预加轴力的30％、60％、105％进行加压，每次加压要间隔3-5min，察看基坑周边环境。加压完毕后，用钢楔14楔紧活络端，在最后一次加压，适当超过预加轴力值，因为在千斤顶7泄压时，预加轴力有一小部分轴力回弹，钢支座套箱6上与钢楔14接触的侧面上设置有用于检测钢围檩5对钢支座套箱6的压力的压力传感器13，千斤顶7通过液压油管8与泵站12连接，通过泵站12为千斤顶7工作提供液压油，液压油管8上安装有电磁换向阀9，通过电磁换向阀9控制千斤顶7往复动作，千斤顶7和泵站12之间还连接有泄压油管11，泄压油管11上安装有溢流阀10；液压油管8和泄压油管11的安装布置根据基坑形状及开挖方案，将泵站12沿基坑边缘一字排开，泵站12的布置位置坚持线路最短原则，即控制主机15与泵站12间的线路最短、泵站12与千斤顶7间的油管最短，并完成设备安装、单系统、总系统程序调试。

参见图1所示，压力传感器13通过导线与设置在远端控制室内的控制主机15电连接，该控制主机15还与泵站12电连接，控制人员通过手机16上的APP软件与该控制主机15联机获取压力传感器13的检测数据；在基坑开挖的前30～50m长度范围，竖向每道应支撑选取10～15根钢围檩5上的压力传感器13的监测数据，控制主机15安排专人进行全天值班，控制主机1524小时开机，对钢支撑预应力进行实时监控并整理日报，通过对施工监测、自动化监测数据分析变形规律，与设计理论计算变形值进行对比，以便调整钢支撑预加应力，达到施工指导设计目的，动态指导现场施工，更好的控制变形。现场监测期间，如基坑或邻近运营线或重要建(构)筑物变形突然增大时，现场值班人员在控制主机15上快速调大钢支撑设计控制应力，实现“增压”增大支撑轴力，达到即时有效控制变形。

根据基坑开挖及钢支撑倒用周期，千斤顶7标定不超过6个月一次；泵站12、控制主机15按每移动一次进行一次调试，同时加强日常巡检，对网络线路、用电线路、液压油管8等破损及时更换，确保系统运行期间完好。

作为可选的实施方式，浇筑深基坑壁1前先在深基坑内编制冠梁钢筋2，然后向冠梁钢筋2内浇筑混凝土形成深基坑壁1，这样设计，可增强基坑壁的机械强度，便于牢固安装预埋件3。

当千斤顶7的处于最大工作行程时，钢楔14能够自由伸入或伸出钢围檩5与钢支座套箱6之间的缝隙内。

每个钢支座套箱6上靠近钢围檩5的一侧布置有多个压力传感器13；

其中，该多个压力传感器13以钢围檩5的中心轴线为中心在钢支座套箱6侧面上呈中心对称分布，这样设计，保证检测到的压力数值准确可靠。

钢围檩5安装完毕后通过三角架托架进行支撑固定，这样设计，目的是为了进一步指出固定钢围檩5，防止钢围檩5因基坑变形而移动。

采用以上技术方案，当压力传感器13检测到的压力值处在控制主机15内预设的最大力支持压力和最小压力中间时，控制主机15不控制泵站12启动，如果压力传感器13发现检测到的压力值比最小压力小时，控制主机15控制泵站12启动将液压油通过液压油管8送入千斤顶7内，推动千斤顶7顶动钢围檩5，增大钢支撑体系的预应力，然后重新安装好钢楔14即可；如果压力传感器13检测到的压力值比最大压力大时，控制主机15控制泵站12启动将液压油通过液压油管8送入千斤顶7内，推动千斤顶7顶动钢围檩5，然后取走原钢楔14并更换新的厚度较小的钢楔14，以此来减小钢围檩5和钢支座套箱6之间的间距，从而减小压力传感器13受到的压力，确保压力传感器13检测到的压力长时间维持在大力支持压力和最小压力中间，故能够实现钢支撑体系的预应力根据基坑变形主动调节，从而对地下连续墙产生稳定的支撑应力，保证基坑围护结构、围护墙墙项和地下连续墙墙体不发生变形，保护基坑周边设施的安全。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种基于主动控制的深基坑型钢支护系统，包括用混凝土浇筑的深基坑壁（1）和埋设在深基坑壁（1）上的预埋件（3），其特征在于：所述深基坑壁（1）侧壁上紧贴设置有与预埋件（3）固定连接的钢支撑座（4），两侧深基坑壁（1）上的钢支撑座（4）之间可拆卸连接有多组钢围檩（5），其中钢围檩（5）一端与钢支撑座（4）之间还可拆卸安装有钢支座套箱（6），所述钢支座套箱（6）内安装有千斤顶（7），所述钢支座套箱（6）与钢围檩（5）之间楔有钢楔（14），所述钢支座套箱（6）上与钢楔（14）接触的侧面上设置有用于检测钢围檩（5）对钢支座套箱（6）的压力的压力传感器（13），所述千斤顶（7）通过液压油管（8）与泵站（12）连接，通过泵站（12）为千斤顶（7）工作提供液压油，所述液压油管（8）上安装有电磁换向阀（9），通过电磁换向阀（9）控制千斤顶（7）往复动作，所述千斤顶（7）和泵站（12）之间还连接有泄压油管（11），所述泄压油管（11）上安装有溢流阀（10）；

所述压力传感器（13）通过导线与设置在远端控制室内的控制主机（15）电连接，该控制主机（15）还与泵站（12）电连接，控制人员通过手机（16）上的APP软件与该控制主机（15）联机获取压力传感器（13）的检测数据；

浇筑深基坑壁（1）前先在深基坑内编制冠梁钢筋（2），然后向冠梁钢筋（2）内浇筑混凝土形成深基坑壁（1）；

当千斤顶（7）的处于最大工作行程时，钢楔（14）能够自由伸入或伸出钢围檩（5）与钢支座套箱（6）之间的缝隙内。

2.根据权利要求1所述的一种基于主动控制的深基坑型钢支护系统，其特征在于：每个钢支座套箱（6）上靠近钢围檩（5）的一侧布置有多个压力传感器（13）；

其中，该多个压力传感器（13）以钢围檩（5）的中心轴线为中心在钢支座套箱（6）侧面上呈中心对称分布。

3.根据权利要求1所述的一种基于主动控制的深基坑型钢支护系统，其特征在于：所述钢围檩（5）安装完毕后通过三角架托架进行支撑固定。