CN111305233A - 一种轴力补偿式预应力鱼腹式基坑钢支撑结构及其施工方法 - Google Patents

一种轴力补偿式预应力鱼腹式基坑钢支撑结构及其施工方法 Download PDF

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Abstract

一种轴力补偿式预应力鱼腹式基坑钢支撑结构及其施工方法，横向钢管支撑的两端支座位于基坑围护桩上端部的围檩上，即两端铰链传力钢管段的两外端由端部铰接链铰接在围檩上，围檩固定在并排排列的两端支座位于基坑围护桩的上面，两端铰链传力钢管段的两内端由中部铰接链铰接在法兰上的铰链法兰转换钢管段上，法兰的中间为法兰钢管段；法兰钢管段位于横向钢管支撑的中部且可以根据基坑尺寸增加管节段或者改变管节段长度，铰接的连接处由铰链销栓固定；适用于基坑变形要求严格、无法实施坑外预应力锚固的大型基坑及基坑群工程，同时克服了传统千斤顶式水平支撑轴力补偿易发生压屈失稳与立柱难以抵抗水平变形的问题。

Description

一种轴力补偿式预应力鱼腹式基坑钢支撑结构及其施工方法
技术领域
本发明涉及一种轴力补偿式预应力鱼腹式基坑钢支撑结构及其施工方法，属于岩土工程基坑支护技术领域。适用于基坑变形要求严格、无法实施坑外预应力锚固的大型基坑及基坑群工程，同时克服了传统千斤顶式水平支撑轴力补偿易发生压屈失稳与立柱难以抵抗水平变形的问题。
背景技术
钢支撑是基坑内支撑体系的一种常用型式。每根钢支撑有多个标准节钢管拼接而成，通过法兰盘进行连接。钢支撑两端为固定端、活动端端头，活动端通过活络头调节长度。常规做法是通过活动端的活络头用千斤顶对钢支撑按照设计要求预施加一定轴力，并安装轴力计监控钢支撑的轴力，以便掌握基坑结构变形引起的应力变化情况。与传统钢支撑体系相比，自动轴力补偿系统能明显降低基坑围护结构的最大变化速率，控制基坑的变形，减小对邻近运营线路、建筑等周边环境的影响，有效解决常规施工方法无法控制的苛刻变形要求和技术难题。
钢支撑自动轴力补偿系统，是采用钢支座套箱端头替代活动端，钢支座套箱端头内安装千斤顶(设计轴力决定其吨位)，通过液压转换为支撑轴力，与基坑外侧土压力保持平衡，从而使基坑处于安全的状态。地面通过监控站、操作站、现场控制站、液压伺服泵站等成套系统即时控制钢支撑端部千斤顶压力，通过持续“保压”，使钢支撑恒定轴力，起到自动控制、监测钢支撑轴力作用。
然而，现有钢支撑轴力补偿系统，只适用于没有立柱桩的跨度较小的基坑工程，当横向支撑较长时，水平轴力补偿的传力段过长会使得横向支撑易发生压屈破坏，压屈失稳破坏没有明显前兆特征，难以预警控制。在有立柱桩支撑的横向支撑施加轴力补偿时，立柱桩无法承担横向支撑传递过来的水平力，同时立柱桩也无法有效约束横向支撑发生向上变形的压屈破坏。
发明内容
技术问题：现有钢支撑轴力补偿系统，只适用于没有立柱桩的跨度较小的基坑工程，当横向支撑较长时，水平轴力补偿的传力段过长会使得横向支撑易发生压屈破坏，压屈失稳破坏没有明显前兆特征，难以预警控制。在有立柱桩支撑的横向支撑施加轴力补偿时，立柱桩无法承担横向支撑传递过来的水平力，同时立柱桩也无法有效约束横向支撑发生向上变形的压屈破坏。本发明的目的是提供一种轴力补偿式预应力鱼腹式基坑钢支撑结构及其施工方法。
技术方案：本发明的一种轴力补偿式预应力鱼腹式基坑钢支撑结构的横向钢管支撑包括端部铰接链、中部铰接链、两端铰链传力钢管段、铰链法兰转换钢管段、法兰钢管段及铰链销栓；所述横向钢管支撑的两端支座位于基坑围护桩上端部的围檩上，即两端铰链传力钢管段的两外端由端部铰接链铰接在围檩上，围檩固定在并排排列的两端支座位于基坑围护桩的上面，两端铰链传力钢管段的两内端由中部铰接链铰接在法兰上的铰链法兰转换钢管段上，法兰的中间为法兰钢管段；法兰钢管段位于横向钢管支撑的中部且可以根据基坑尺寸增加管节段或者改变管节段长度，铰接的连接处由铰链销栓固定。
所述的中部铰接链，还连接有预应力钢索，在预应力钢索的下面连接有预应力钢索立柱；即利用预应力钢索立柱或者建筑基桩作为预应力钢索锚固段，预应力钢索锚头段设置在中部铰接链上，预应力钢索穿过中部铰接链后由预应力张拉段进行预应力锁定与张拉。
本发明的轴力补偿式预应力鱼腹式基坑钢支撑结构的施工方法反转预应力鱼腹梁传力机理，通过预应力钢索的张拉力传递到中部铰接链，将竖向预应力钢索的张拉力传递给鱼腹式钢支撑实现横向推力，使得基坑横向钢支撑轴力得到补偿，具体包括以下步骤：
步骤1，根据预应力锚固吨位，设置锚固立柱桩的桩径与桩长，按照锚固立柱桩布置在基坑底板以下位置进行高压旋喷桩施工；
步骤2，在高压旋喷桩内进行钻挖孔施工，在孔内进行预应力钢索立柱锚固体浇筑；
步骤3，在孔内的锚固体至地面之间放置保护套，在保护套内安装预应力钢索；
步骤4，在基坑结构围护桩、防渗墙、围护桩冠梁施工完毕后，在钢支撑布置在冠梁位置进行的锚栓施工，然后进行锚固板安装；
步骤5，在锚固板上进行端部铰接链安装；
步骤6，将传力钢管段一端铰链与端部铰接链的铰链进行位置固定，并采用铰链销栓连接；
步骤7，传力钢管段的另一端铰链与铰链法兰转换钢管的铰链端进行位置固定，并采用铰链销栓连接；
步骤8，在钢支撑的两端都完成到步骤7后，开展中间段法兰钢管段安装，将其两端的法兰与对应的铰链法兰转换钢管的法兰端连接；
步骤9，将传力钢管段与铰链法兰转换钢管段的连接铰链与预应力钢索连接，并在连接部位进行预应力张拉器安装，并进行预应力张拉固定；
步骤10，开始基坑开挖，并根据基坑的变形监测，适时进行预应力补偿。
有益效果：本发明的目的是提供一种轴力补偿式预应力鱼腹式基坑钢支撑结构及其施工方法，新型横向支撑方式由两端铰链传力钢管段承担横向轴力补偿的变形传递，缩短了轴力补偿的传力段的长度，规避了压屈破坏发生的可能性，鱼腹式横向支撑与预应力加载相配合使得支撑结构在纵剖面上立面方向是机构稳定体。横向支撑两端同时轴力补偿方式使得法兰钢管段的立柱桩竖向支撑不会发生水平向变形。
附图说明
以下结合附图和实施案例对本发明作进一步说明。
图1是轴力补偿式预应力鱼腹式基坑钢支撑结构示意图；
以上图中有：铰链法兰转换钢管段1、法兰2、基坑围护桩3、两端铰链传力钢管段4、预应力钢索5、预应力钢索立柱6、端部铰接链7、中部铰接链8、预应力张拉段9、法兰钢管段10、围檩11。
具体实施方式
下面举例对本发明的技术方案进行详细说明：
轴力补偿式预应力鱼腹式基坑钢支撑结构及其施工方法，包括以下步骤：
步骤1，根据预应力锚固吨位，设置锚固立柱桩的桩径与桩长，按照锚固立柱桩布置在基坑底板以下位置进行高压旋喷桩施工，高压旋喷桩采用单重管施工工艺，桩径不小于600mm，采用42.5普通硅酸盐水泥，水灰比1.0，喷浆压力为20MPa，喷浆量100L/min，提速15cm/min，旋转速度16r/min，水泥用量不低于45％；
步骤2，在高压旋喷桩内进行钻挖孔施工，孔径200mm，在孔内进行预应力钢索立柱锚固体埋设，并锚固体与孔内之间以及孔内基坑底板标高一下采用42.5普通硅酸盐水泥填缝灌浆加固；
步骤3，在孔内的基坑底板标高以上至地面之间放置口径200mmPVC管保护套，在保护套内安装预应力钢索；
步骤4，在基坑结构围护桩、防渗墙、围护桩冠梁施工完毕后，在钢支撑布置在冠梁位置进行的锚栓施工，锚栓长度应大于冠梁的宽度，然后进行锚固板安装；
步骤5，在锚固板上进行端部铰接链安装；
步骤6，将传力钢管段一端铰链与端部铰接链的铰链进行位置固定，并采用铰链销栓连接，销栓强度应超过预应力极限值3倍，传力钢管段不应发生压屈破坏；
步骤7，传力钢管段的另一端铰链与铰链法兰转换钢管的铰链端进行位置固定，并采用铰链销栓连接，销栓强度应超过预应力极限值3倍；
步骤8，在钢支撑的两端都完成到步骤7后，开展中间段法兰钢管段安装，将其两端的法兰与对应的铰链法兰转换钢管的法兰端连接，保障法兰钢管段不发生压屈破坏；
步骤9，将传力钢管段与铰链法兰转换钢管段的连接铰链与预应力钢索连接，并在连接部位进行预应力张拉器安装，并进行预应力张拉固定；
步骤10，开始基坑开挖，并根据基坑的变形监测，适时进行预应力补偿；
该支撑结构的横向钢管支撑包括端部铰接链7、中部铰接链8、两端铰链传力钢管段4、铰链法兰转换钢管段1、法兰钢管段10及铰链销栓；所述横向钢管支撑的两端支座位于基坑围护桩3上端部的围檩11上，即两端铰链传力钢管段4的两外端由端部铰接链7铰接在围檩11上，围檩11固定在并排排列的两端支座位于基坑围护桩3的上面，两端铰链传力钢管段4的两内端由中部铰接链8铰接在法兰2上的铰链法兰转换钢管段1上，法兰2的中间为法兰钢管段10；法兰钢管段10位于横向钢管支撑的中部且可以根据基坑尺寸增加管节段或者改变管节段长度，铰接的连接处由铰链销栓固定。
所述的中部铰接链8，还连接有预应力钢索5，在预应力钢索5的下面连接有预应力钢索立柱6；即利用预应力钢索立柱6或者建筑基桩作为预应力钢索5锚固段，预应力钢索5锚头段设置在中部铰接链8上，预应力钢索5穿过中部铰接链8后由预应力张拉段9进行预应力锁定与张拉。

Claims (3)

1.一种轴力补偿式预应力鱼腹式基坑钢支撑结构，其特征在于，该支撑结构的横向钢管支撑包括端部铰接链(7)、中部铰接链(8)、两端铰链传力钢管段(4)、铰链法兰转换钢管段(1)、法兰钢管段(10)及铰链销栓；所述横向钢管支撑的两端支座位于基坑围护桩(3)上端部的围檩(11)上，即两端铰链传力钢管段(4)的两外端由端部铰接链(7)铰接在围檩(11)上，围檩(11)固定在并排排列的两端支座位于基坑围护桩(3)的上面，两端铰链传力钢管段(4)的两内端由中部铰接链(8)铰接在法兰(2)上的铰链法兰转换钢管段(1)上，法兰(2)的中间为法兰钢管段(10)；法兰钢管段(10)位于横向钢管支撑的中部且可以根据基坑尺寸增加管节段或者改变管节段长度，铰接的连接处由铰链销栓固定。
2.根据权利要求1所述的轴力补偿式预应力鱼腹式基坑钢支撑结构，其特征在于，所述的中部铰接链(8)，还连接有预应力钢索(5)，在预应力钢索(5)的下面连接有预应力钢索立柱(6)；即利用预应力钢索立柱(6)或者建筑基桩作为预应力钢索(5)锚固段，预应力钢索(5)锚头段设置在中部铰接链(8)上，预应力钢索(5)穿过中部铰接链(8)后由预应力张拉段(9)进行预应力锁定与张拉。
3.一种如权利要求1所述的轴力补偿式预应力鱼腹式基坑钢支撑结构的施工方法，其特征在于，反转预应力鱼腹梁传力机理，通过预应力钢索的张拉力传递到中部铰接链，将竖向预应力钢索的张拉力传递给鱼腹式钢支撑实现横向推力，使得基坑横向钢支撑轴力得到补偿，具体包括以下步骤：
步骤1，根据预应力锚固吨位，设置锚固立柱桩的桩径与桩长，按照锚固立柱桩布置在基坑底板以下位置进行高压旋喷桩施工；
步骤2，在高压旋喷桩内进行钻挖孔施工，在孔内进行预应力钢索立柱锚固体浇筑；
步骤3，在孔内的锚固体至地面之间放置保护套，在保护套内安装预应力钢索；
步骤4，在基坑结构围护桩、防渗墙、围护桩冠梁施工完毕后，在钢支撑布置在冠梁位置进行的锚栓施工，然后进行锚固板安装；
步骤5，在锚固板上进行端部铰接链安装；
步骤6，将传力钢管段一端铰链与端部铰接链的铰链进行位置固定，并采用铰链销栓连接；
步骤7，传力钢管段的另一端铰链与铰链法兰转换钢管的铰链端进行位置固定，并采用铰链销栓连接；
步骤8，在钢支撑的两端都完成到步骤7后，开展中间段法兰钢管段安装，将其两端的法兰与对应的铰链法兰转换钢管的法兰端连接；
步骤9，将传力钢管段与铰链法兰转换钢管段的连接铰链与预应力钢索连接，并在连接部位进行预应力张拉器安装，并进行预应力张拉固定；
步骤10，开始基坑开挖，并根据基坑的变形监测，进行预应力补偿。
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