CN111926826A - 一种用于基坑群协同建造的钢支撑锥楔扩展型活络端装置及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于基坑群协同建造的钢支撑锥楔扩展型活络端装置及其施工方法，带千斤顶安装板的限位器中心点对准带法兰的锥楔状支座的中心点，形成承载受力轴心一致；带法兰的锥楔状支座与钢支撑钢管节采用法兰连接；带翼缘倾斜夹板的定位孔穿在带千斤顶安装板的限位器的光滑圆杆上；应力扩散承载板夹在带千斤顶安装板的限位器的两侧，通过固定锚杆锚固在基坑围护结构的圈梁或围檩上，承担将带翼缘倾斜夹板的翼缘水平受力扩散传递到基坑围护结构的圈梁或围檩上；本发明适用于相邻基坑协同建造中钢支撑预加轴力施加与支撑端的荷载扩散，消减基坑群协同建造中相邻基坑不对称支撑引起中隔墙端承区荷载集中且不平衡。

Description

一种用于基坑群协同建造的钢支撑锥楔扩展型活络端装置及 其施工方法

技术领域

本发明涉及一种用于基坑群协同建造的钢支撑锥楔扩展型活络端装置及其施工方法，适用于相邻基坑协同建造中钢支撑预加轴力施加与支座端的荷载扩散，消减中墩墙薄弱条件下的基坑群协同建造中相邻基坑不对称支撑引起中隔墙端承区荷载集中且不平衡。属于基坑工程施工辅助工件技术领域。

背景技术

基坑钢支撑在明挖法的施工中广泛应用,在安装钢支撑过程中，预加轴力的施加对控制地层水平位移意义重大，目前钢支撑施加预压轴力釆用双缸千斤顶支顶的活络装置或单缸千斤顶支顶的活络装置。这两种方法均在用千斤顶施加预加轴力后，打入钢楔块，待稳定后拆除千斤顶。这两类活络装置的缺点是；钢楔传力方式不可靠，容易造成应力集中和偏心受力，节点不稳定，整体性差。特别是在地层土质较软时,上层钢支撑处地层易出现向基坑外的变形，导致钢支撑松动脱落。另外一种螺栓紧固锥楔式活络端，虽然解决了钢楔传力方式不可靠的问题，但是传力机制过于复杂，支撑的轴向端承力被部分传递给横向螺栓来承担，对于螺栓紧固质量要求过高，需要采用高强螺栓，部分钢材要求苛刻，同样存在不可靠的因素。上述这些活络端装置均不适用于基坑群协同建造中相邻基坑不对称支撑所引起的中隔墙中荷载集中且不平衡的问题。随着我国城市建设密集程度要求，相邻基坑群协同建造的案例屡见不鲜，亟待解决相邻基坑钢支撑体系的活络端装置承载传力问题，因此钢支撑活络装置需要研究釆用新的结构，以解决中隔墙端承区荷载集中且不平衡的问题。

发明内容

技术问题：基于上述问题，本发明提出了一种用于基坑群协同建造的钢支撑锥楔扩展型活络端装置及其施工方法，适用于相邻基坑协同建造中钢支撑预加轴力施加与支撑端的荷载扩散，消减基坑群协同建造中相邻基坑不对称支撑引起中隔墙端承区荷载集中且不平衡。

技术方案：本发明提的用于基坑群协同建造的钢支撑锥楔扩展型活络端装置包含带法兰的锥楔状支座、带翼缘倾斜夹板、带千斤顶安装板的限位器、应力扩散承载板、固定位置塞缝板、固定锚杆。该活络端是设置在钢支撑端部，能够连接固定、拆卸、可伸缩、分散荷载等特点，两块倾斜夹板由带千斤顶安装板的限位器来确定其位置，通过沿着光滑圆杆横向滑动来调节其所夹持锥楔形缝隙。锥楔体接触面同倾斜夹板密贴，横向移动填充倾斜夹板之间空间，从而调整活络端整体高度，进而达到调节钢支撑长度的目的。安装中，借助液压千斤顶，将锥楔体顶开，待到位后，采用固定位置塞缝板塞实倾斜夹板翼缘托板与应力扩散承载板之间的缝隙，最后撤走千斤顶。本发明解决了钢楔传力方式不可靠，已造成应力集中和偏心受力，节点不稳定的问题；单锚座和双锚座无法二次伸缩，其机制仅仅是将钢楔的点传力模式变为了面传力模式，但是本质上还是相同的模式；本发明改造了螺栓紧固锥楔式活络端，舍去螺栓仅保留锥楔体支座，增设带翼缘的倾斜夹板，钢支撑轴力通过翼缘传递到了扩展端板上，改变了螺栓紧固锥楔式活络端的传力机制，使得钢支撑轴力有效分散到了中隔墙中，支撑处的荷载集中、不平衡分布得到有效改善。锥楔状支座、翼缘、塞缝板三者结合使得传力方式可靠性得到有效保障。

本发明用于基坑群协同建造的钢支撑锥楔扩展型活络端装置包括带法兰的锥楔状支座，带翼缘倾斜夹板，带千斤顶安装板的限位器，应力扩散承载板，固定位置塞缝板、固定锚杆；其中，带千斤顶安装板的限位器中心点对准带法兰的锥楔状支座的中心点，形成承载受力轴心一致；带法兰的锥楔状支座与钢支撑钢管节采用法兰连接；带翼缘倾斜夹板的定位孔穿在带千斤顶安装板的限位器的光滑圆杆上；应力扩散承载板夹在带千斤顶安装板的限位器的两侧，通过固定锚杆锚固在基坑围护结构的圈梁或围檩上，承担将带翼缘倾斜夹板的翼缘水平受力扩散传递到基坑围护结构的圈梁或围檩上；固定位置塞缝板填充带翼缘倾斜夹板的翼缘托板与应力扩散承载板的之间的缝隙，固定带翼缘倾斜夹板的位置，传递带翼缘倾斜夹板的翼缘水平受力扩散传递到应力扩散承载板上，有效避免了传统支座应力集中现象。

所述带法兰的锥楔状支座包括法兰、锥楔状斜面板、加强板、千斤顶接触板；法兰用于与钢支撑钢管节连接，法兰盘上焊接两个锥楔状斜面板，锥楔状斜面板的倾斜角度与带翼缘倾斜夹板的倾斜面角度是一致的，便于装置在工作中带翼缘倾斜夹板能够贴合夹住锥楔状斜面板，便于力传递过程中力的方向不变；两个锥楔状斜面板的另外两端通过千斤顶接触板焊接在一起，两个锥楔状斜面板之间再焊接加强板用以连接加强；千斤顶接触板在工作中与千斤顶活塞顶面接触传力。

带千斤顶安装板的限位器包含光滑圆杆、中心限位器、光滑圆杆安装座、端部限位器、固定锚杆、千斤顶安装板；中心限位器及底板为整体铸造件，通过固定锚杆锚固在基坑围护结构的圈梁或围檩上，将光滑圆杆穿在中心限位器的中心孔内并固定，使得光滑圆杆两端以中心限位器为对称，然后在光滑圆杆上从中心限位器两侧各安装一个端部限位器，光滑圆杆两端再安装在光滑圆杆安装座内，并固定光滑圆杆位置，最后在中心限位器顶面焊接千斤顶安装板。

所述带翼缘倾斜夹板包括倾斜夹板、翼缘、翼缘托板；倾斜夹板为铸造件，一组为2个，通过其下部的定位孔对称穿在光滑圆杆上，布置在带千斤顶安装板限位器的中心限位器两侧，工作时可由端部限位器锁定倾斜夹板的位置；倾斜夹板的倾斜面角度与锥楔状斜面板的倾斜角度一致，翼缘的一个直角边焊接在倾斜夹板的竖直面一侧，翼缘三角形的底边长度不超过应力扩散承载板范围，小于应力扩散承载板边线，翼缘起到将倾斜夹板的倾斜面上侧向荷载传递转化为压在基坑围护结构的圈梁或围檩上的法向荷载；翼缘托板焊接在翼缘的另一个直角边，与固定位置塞缝板配合起到固定倾斜夹板位置，填充带翼缘倾斜夹板的翼缘托板与应力扩散承载板的之间的缝隙，传递带翼缘倾斜夹板的翼缘受力传递到应力扩散承载板上。

所述的于基坑群协同建造的钢支撑锥楔扩展型活络端装置的施工方法包括以下步骤:

步骤1：在千斤顶安装板上安装钢支撑预应轴力加载千斤顶；

步骤2：千斤顶活塞端顶住千斤顶接触板，进行钢支撑预应力轴力加载；

步骤3：当施加到设计预应力轴力时，沿着光滑圆杆移动带翼缘倾斜夹板的位置，使得倾斜夹板的倾斜面能够紧密贴合夹住锥楔状斜面板，然后使用两侧端部限位器对带翼缘倾斜夹板的位置进行固定与临时锁位；

步骤4：采用固定位置塞缝板从侧向插入并填充带翼缘倾斜夹板的翼缘托板与应力扩散承载板的之间的缝隙，进一步固定带翼缘倾斜夹板的位置，最后焊接固定位置塞缝板与应力扩散承载板之间的细小缝隙；

步骤5：撤掉千斤顶的加载，钢支撑预应轴力加载完成，其端承力通过锥楔扩展型活络端装置有效分散到基坑围护结构圈梁或围檩上。

有益效果：本发明采用以上技术方案，与现有技术相比较具备如下优点：解决了钢楔传力方式不可靠，已造成应力集中和偏心受力，节点不稳定的问题；单锚座和双锚座无法二次伸缩，其机制仅仅是将钢楔的点传力模式变为了面传力模式，但是本质上还是相同的模式；本发明改造了螺栓紧固锥楔式活络端，舍去螺栓仅保留锥楔体支座，增设带翼缘的倾斜夹板，钢支撑轴力通过翼缘传递到了扩展端板上，改变了螺栓紧固锥楔式活络端的传力机制，使得钢支撑轴力有效分散到了中隔墙中，支撑处的荷载集中、不平衡分布得到有效改善。锥楔状支座、翼缘、塞缝板三者结合使得传力方式可靠性得到有效保障。适用于相邻基坑协同建造中钢支撑预加轴力施加与支撑端的荷载扩散，消减基坑群协同建造中相邻基坑不对称支撑引起中隔墙端承区荷载集中且不平衡。

附图说明

图1为用于基坑群协同建造的钢支撑锥楔扩展型活络端装置的结构示意图。

图2为图1的俯视图。

以上的图中有：带法兰的锥楔状支座1，带翼缘倾斜夹板2，带千斤顶安装板的限位器3，应力扩散承载板4，固定位置塞缝板5，固定锚杆6，圈梁或围檩7，法兰8，锥楔状斜面板9，加强板10，千斤顶接触板11，钢支撑钢管节12，光滑圆杆13，中心限位器14，光滑圆杆安装座15，端部限位器16，千斤顶安装板17，倾斜夹板18，翼缘19，翼缘托板20。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明的技术方案进行详细说明：

本发明的一种用于基坑群协同建造的钢支撑锥楔扩展型活络端装置，包括带法兰的锥楔状支座1，带翼缘倾斜夹板2，带千斤顶安装板的限位器3，应力扩散承载板4，固定位置塞缝板5，固定锚杆6，圈梁或围檩7，法兰8，锥楔状斜面板9，加强板10，千斤顶接触板11，钢支撑钢管节12，光滑圆杆13，中心限位器14，光滑圆杆安装座15，端部限位器16，千斤顶安装板17，倾斜夹板18，翼缘19，翼缘托板20。

其中，带千斤顶安装板的限位器3中心点对准带法兰的锥楔状支座1的中心点，形成承载受力轴心一致；带法兰的锥楔状支座1与钢支撑钢管节12采用法兰8连接；带翼缘倾斜夹板2的定位孔穿在带千斤顶安装板的限位器3的光滑圆杆13上；应力扩散承载板4夹在带千斤顶安装板的限位器3的两侧，通过固定锚杆6锚固在基坑围护结构的圈梁或围檩7上，承担将带翼缘倾斜夹板2的翼缘19水平受力扩散传递到基坑围护结构的圈梁或围檩7上；固定位置塞缝板5填充带翼缘倾斜夹板2的翼缘托板20与应力扩散承载板4的之间的缝隙，固定带翼缘倾斜夹板2的位置，传递带翼缘倾斜夹板2的翼缘19水平受力扩散传递到应力扩散承载板4上，有效避免了传统支座应力集中现象。

所述带法兰的锥楔状支座1包括法兰8、锥楔状斜面板9、加强板10、千斤顶接触板11；法兰8用于与钢支撑钢管节连接，法兰8盘上焊接两个锥楔状斜面板9，锥楔状斜面板9的倾斜角度与带翼缘倾斜夹板2的倾斜面角度是一致的，便于装置在工作中带翼缘倾斜夹板2能够贴合夹住锥楔状斜面板9，便于力传递过程中力的方向不变；两个锥楔状斜面板9的另外两端通过千斤顶接触板11焊接在一起，两个锥楔状斜面板9之间再焊接加强板10用以连接加强；千斤顶接触板11在工作中与千斤顶活塞顶面接触传力。

带千斤顶安装板的限位器3包含光滑圆杆13、中心限位器14、光滑圆杆安装座15、端部限位器16、固定锚杆6、千斤顶安装板17；中心限位器14及底板为整体铸造件，通过固定锚杆6锚固在基坑围护结构的圈梁或围檩7上，将光滑圆杆13穿在中心限位器14的中心孔内并固定，使得光滑圆杆13两端以中心限位器14为对称，然后在光滑圆杆13上从中心限位器14两侧各安装一个端部限位器16，光滑圆杆两端再安装在光滑圆杆安装座15内，并固定光滑圆杆13位置，最后在中心限位器14顶面焊接千斤顶安装板17。

所述带翼缘倾斜夹板2包括倾斜夹板18、翼缘19、翼缘托板20；倾斜夹板18为铸造件，一组为2个，通过其下部的定位孔对称穿在光滑圆杆13上，布置在带千斤顶安装板限位器3的中心限位器14两侧，工作时可由端部限位器16锁定倾斜夹板18的位置；倾斜夹板18的倾斜面角度与锥楔状斜面板9的倾斜角度一致，翼缘19的一个直角边焊接在倾斜夹板18的竖直面一侧，翼缘19三角形的底边长度不超过应力扩散承载板4范围，小于应力扩散承载板4边线，翼缘19起到将倾斜夹板18的倾斜面上侧向荷载传递转化为压在基坑围护结构的圈梁或围檩7上的法向荷载；翼缘托板20焊接在翼缘19的另一个直角边，与固定位置塞缝板5配合起到固定倾斜夹板18位置，填充带翼缘倾斜夹板2的翼缘托板20与应力扩散承载板4的之间的缝隙，传递带翼缘倾斜夹板2的翼缘19受力传递到应力扩散承载板4上。

5.根据权利要求1所述的于基坑群协同建造的钢支撑锥楔扩展型活络端装置的使用方法，其特征在于所述活络端装置施工方法包括以下步骤:

步骤1：在千斤顶安装板17上安装钢支撑预应轴力加载千斤顶；

步骤2：千斤顶活塞端顶住千斤顶接触板11，进行钢支撑预应力轴力加载；

步骤3：当施加到设计预应力轴力时，沿着光滑圆杆13移动带翼缘倾斜夹板2的位置，使得倾斜夹板18的倾斜面能够紧密贴合夹住锥楔状斜面板9，然后使用两侧端部限位器16对带翼缘倾斜夹板2的位置进行固定与临时锁位；

步骤4：采用固定位置塞缝板5从侧向插入并填充带翼缘倾斜夹板2的翼缘托板20与应力扩散承载板4的之间的缝隙，进一步固定带翼缘倾斜夹板2的位置，最后焊接固定位置塞缝板与应力扩散承载板之间的细小缝隙；

步骤5：撤掉千斤顶的加载，钢支撑预应轴力加载完成，其端承力通过锥楔扩展型活络端装置有效分散到基坑围护结构圈梁或围檩7上。

本发明用于基坑群协同建造的钢支撑锥楔扩展型活络端装置，其装配、制作与施作过程如下步骤：

步骤一：应力扩散承载板4制作：两块500mm×500mm厚20mm钢板，每块钢板的四角各有一个直径20mm锚固孔，8个直径20mm固定锚杆通过锚固孔将两块钢板锚固在圈梁支座上，两块钢板之间钢支撑轴心处布置带千斤顶安装板的限位器，中心限位器穿孔中心点对准钢支撑受力轴心，限位器底板两端布置2个直径20mm锚固孔，采用2个直径20mm固定锚杆锚固在圈梁支座上。

步骤二：倾斜夹板的安装：在中心限位器内，装上2个800mm长直径15mm的光滑圆杆，圆杆穿过限位器，两侧保持对称，2个预制带翼缘的倾斜夹板通过底孔穿在光滑圆杆上分别安装在中心限位器的两侧，然后从光滑圆杆的两侧安装端部限位器，最后在光滑圆杆两端安装光滑圆杆安装座。倾斜夹板的翼缘三角形的底边长度不超过扩展端板范围，小于扩展端板边线2mm。

步骤三：带法兰锥楔状支座的制作：与钢支撑连接的法兰盘上焊接两个斜面板，两个斜面板的另外两端与千斤顶接触板焊接在一起，两个斜面板之间再焊接加强板用以连接加强。

步骤四：施作过程：将应力扩散承载板和倾斜夹板安装在圈梁支座上，锥楔体借助法兰盘连接在钢支撑上。借助千斤顶，将锥楔体顶开，达到钢支撑的轴力与变形限位要求后，将两个倾斜夹板沿着光滑圆杆移动合适的地方，使得倾斜夹板与锥楔体的斜面重合紧贴，然后采用端部限位器限制倾斜夹板沿光滑圆杆移动，采用固定位置塞缝板填充翼缘托板与应力扩散承载板之间的缝隙。最后撤掉千斤顶，发挥钢支撑的端承受力。

Claims (5)

1.一种用于基坑群协同建造的钢支撑锥楔扩展型活络端装置，其特征在于该装置包括带法兰的锥楔状支座(1)，带翼缘倾斜夹板(2)，带千斤顶安装板的限位器(3)，应力扩散承载板(4)，固定位置塞缝板(5)、固定锚杆(6)；其中，带千斤顶安装板的限位器(3)中心点对准带法兰的锥楔状支座(1)的中心点，形成承载受力轴心一致；带法兰的锥楔状支座(1)与钢支撑钢管节(12)采用法兰(8)连接；带翼缘倾斜夹板(2)的定位孔穿在带千斤顶安装板的限位器(3)的光滑圆杆(13)上；应力扩散承载板(4)夹在带千斤顶安装板的限位器(3)的两侧，通过固定锚杆(6)锚固在基坑围护结构的圈梁或围檩(7)上，承担将带翼缘倾斜夹板(2)的翼缘(19)水平受力扩散传递到基坑围护结构的圈梁或围檩(7)上；固定位置塞缝板(5)填充带翼缘倾斜夹板(2)的翼缘托板(20)与应力扩散承载板(4)的之间的缝隙，固定带翼缘倾斜夹板(2)的位置，传递带翼缘倾斜夹板(2)的翼缘(19)水平受力扩散传递到应力扩散承载板(4)上，有效避免了传统支座应力集中现象。

2.根据权利要求1所述的于基坑群协同建造的钢支撑锥楔扩展型活络端装置，其特征在于所述带法兰的锥楔状支座(1)包括法兰(8)、锥楔状斜面板(9)、加强板(10)、千斤顶接触板(11)；法兰(8)用于与钢支撑钢管节连接，法兰(8)盘上焊接两个锥楔状斜面板(9)，锥楔状斜面板(9)的倾斜角度与带翼缘倾斜夹板(2)的倾斜面角度是一致的，便于装置在工作中带翼缘倾斜夹板(2)能够贴合夹住锥楔状斜面板(9)，便于力传递过程中力的方向不变；两个锥楔状斜面板(9)的另外两端通过千斤顶接触板(11)焊接在一起，两个锥楔状斜面板(9)之间再焊接加强板(10)用以连接加强；千斤顶接触板(11)在工作中与千斤顶活塞顶面接触传力。

3.根据权利要求1所述的于基坑群协同建造的钢支撑锥楔扩展型活络端装置，其特征在于带千斤顶安装板的限位器(3)包含光滑圆杆(13)、中心限位器(14)、光滑圆杆安装座(15)、端部限位器(16)、固定锚杆(6)、千斤顶安装板(17)；中心限位器(14)及底板为整体铸造件，通过固定锚杆(6)锚固在基坑围护结构的圈梁或围檩(7)上，将光滑圆杆(13)穿在中心限位器(14)的中心孔内并固定，使得光滑圆杆(13)两端以中心限位器(14)为对称，然后在光滑圆杆(13)上从中心限位器(14)两侧各安装一个端部限位器(16)，光滑圆杆两端再安装在光滑圆杆安装座(15)内，并固定光滑圆杆(13)位置，最后在中心限位器(14)顶面焊接千斤顶安装板(17)。

4.根据权利要求1所述的于基坑群协同建造的钢支撑锥楔扩展型活络端装置，其特征在于所述带翼缘倾斜夹板(2)包括倾斜夹板(18)、翼缘(19)、翼缘托板(20)；倾斜夹板(18)为铸造件，一组为2个，通过其下部的定位孔对称穿在光滑圆杆(13)上，布置在带千斤顶安装板限位器(3)的中心限位器(14)两侧，工作时可由端部限位器(16)锁定倾斜夹板(18)的位置；倾斜夹板(18)的倾斜面角度与锥楔状斜面板(9)的倾斜角度一致，翼缘(19)的一个直角边焊接在倾斜夹板(18)的竖直面一侧，翼缘(19)三角形的底边长度不超过应力扩散承载板(4)范围，小于应力扩散承载板(4)边线，翼缘(19)起到将倾斜夹板(18)的倾斜面上侧向荷载传递转化为压在基坑围护结构的圈梁或围檩(7)上的法向荷载；翼缘托板(20)焊接在翼缘(19)的另一个直角边，与固定位置塞缝板(5)配合起到固定倾斜夹板(18)位置，填充带翼缘倾斜夹板(2)的翼缘托板(20)与应力扩散承载板(4)的之间的缝隙，传递带翼缘倾斜夹板(2)的翼缘(19)受力传递到应力扩散承载板(4)上。

5.根据权利要求1所述的于基坑群协同建造的钢支撑锥楔扩展型活络端装置的施工方法，其特征在于所述活络端装置使用方法包括以下步骤:

步骤1：在千斤顶安装板(17)上安装钢支撑预应轴力加载千斤顶；

步骤2：千斤顶活塞端顶住千斤顶接触板(11)，进行钢支撑预应力轴力加载；

步骤3：当施加到设计预应力轴力时，沿着光滑圆杆(13)移动带翼缘倾斜夹板(2)的位置，使得倾斜夹板(18)的倾斜面能够紧密贴合夹住锥楔状斜面板(9)，然后使用两侧端部限位器(16)对带翼缘倾斜夹板(2)的位置进行固定与临时锁位；

步骤4：采用固定位置塞缝板(5)从侧向插入并填充带翼缘倾斜夹板(2)的翼缘托板(20)与应力扩散承载板(4)的之间的缝隙，进一步固定带翼缘倾斜夹板(2)的位置，最后焊接固定位置塞缝板与应力扩散承载板之间的细小缝隙；

步骤5：撤掉千斤顶的加载，钢支撑预应轴力加载完成，其端承力通过锥楔扩展型活络端装置有效分散到基坑围护结构圈梁或围檩(7)上。

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