CN114606951B - 一种基坑内智能装配式倒挂结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基坑内智能装配式倒挂结构及其施工方法，包含基坑、连接于基坑顶部的圈梁、连接于基坑底部的封底板、连接于封底板和圈梁之间的单元式壁砖、连接于单元式壁砖水平角部的斜撑组件、设置传感器以及与传感器连接的远程控制端。施工时，本发明通过圈梁、单元式壁砖和斜撑组件的联合设置，保证现场的便捷施工，受力和抗侧能力；通过坡顶监测线、结构监测线、传感器以及远程控制端的联合控制，利于施工过程中对结构受力、变形以及基坑顶部的位移进行实时监控；通过撑体的可伸缩的液压杆或千斤顶的设置，利于间接为单元式壁砖提供抗侧能力；且通过单元式壁砖在基坑四周的满铺和紧贴设计利于最大限度为基坑提供支护。

Description

一种基坑内智能装配式倒挂结构及其施工方法

技术领域

本发明属于基坑施工技术领域，特别涉及一种基坑内智能装配式倒挂结构及其施工方法。

背景技术

目前，地下工程例如管道非开挖施工、建筑或构筑物地下基坑开挖等应用越来越多，而作为地下工程施工技术的重要一环——地下基坑的施工，是决定非开挖施工、建筑或构筑物后续施工的关键步骤。地下基坑的施工质量及施工周期，直接影响整体工程的进展，尤其是地下非开挖管道施工技术中，顶管基坑的施工占整体工期周期较长，

传统顶管基坑的制作及施工基本上都是采用倒挂井壁施工工艺，钢骨架加喷射混凝土施工，其它建筑或构筑物地下基坑支护施工过程也基本类似。基坑施工的倒挂井壁，通过桩体、钢骨架加喷射混凝土施工对基坑侧壁形成支护体系，需要在施工现场堆放钢骨架、钢筋网片、水泥、砂子、石子、锚喷机械等等材料，施工过程中会进行现场焊接、混凝土搅拌、现浇混凝土振捣、喷射混凝土施工等工序，会造成噪音污染、空气污染及扬尘污染，给环境保护、空气质量以及施工人员自身健康带来巨大挑战，且因为现场施工的特点，混凝土有养护时间要求，施工周期较长。这种施工方法存在噪音大、污染环境、资源浪费、施工工期长、过程无法实时监控基坑支撑效果等缺点。

发明内容

本发明提供了一种基坑内智能装配式倒挂结构及其施工方法，用以解决现有基坑或类似基坑开挖施工中侧壁支撑的便捷式组装、装配式施工以及过程控制等技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基坑内智能装配式倒挂结构，包含基坑、连接于基坑顶部的圈梁、连接于基坑底部的封底板、连接于封底板和圈梁之间的单元式壁砖、连接于单元式壁砖水平角部的斜撑组件、设置于基坑顶部的及单元式壁砖上的传感器以及与传感器连接的远程控制端；

上下单元式壁砖之间通过对接组件拼装连接，顶单元式壁砖与圈梁之间通过对接组件拼装连接。

进一步的，所述圈梁包含梁匚单元件、梁直线单元件、连接于梁匚单元件与梁直线单元件之间和/或梁直线单元件与梁直线单元件之间的梁对接件；所述圈梁为多边形，梁匚单元件阴角对应多边形阴角设置。

进一步的，所述梁对接件为包边设置在梁匚单元件和梁直线单元件端部的梁连板和连接于相邻梁连板之间的高强螺栓；所述梁连板还设置于单元式壁砖正上方并设置有预留孔，预留孔对应穿接对

接组件。

进一步的，所述单元式壁砖包含壁主体、设置于壁主体顶端的壁顶连部以及设置于壁主体中部的壁侧连部，所述壁顶连部为凹凸企口，上下相邻的壁顶连部对应凹凸插接并预留穿接对接组件的孔槽；所述壁主体适应基坑的高度、长度和宽度进行分块预制且满铺；

所述壁侧连部为凹凸条块，水平相邻的壁侧连部咬合连接。

进一步的，所述对接组件包含匚形件、连接于匚形件外伸端的对连板以及连接于对连板外侧的对连螺母，所述匚形件上横部穿接上方的单元式壁砖，下横部穿接下方的单元式壁砖。

进一步的，所述斜撑组件在基础垂向上间隔设置，斜撑组件含撑体、连接于撑体两端的撑连板、连接于撑体与撑连板之间的撑加强板、以及连接于撑连板与壁主体之间的撑连件；

所述撑体水平设置于基坑转角处并连接于上下两壁主体连接处，撑连板还与对连板可拆卸连接。

进一步的，在基坑顶部设置有位移传感器和应力传感器，位移传感器和应力传感器通过坡顶监测线与远程控制端连接，圈梁、单元式壁砖、对接组件以及斜撑组件的连接处均设置有结构应力传感器，在壁主体和撑体上间隔设置有结构应变传感器，结构应力传感器和结构应变传感器通过结构监测线与远程控制端连接。

进一步的，所述的基坑内智能装配式倒挂结构的施工方法，具体步骤如下：

步骤一、将待开挖基坑深化，确定基坑顶部开挖控制线和开挖深度，将基坑顶面平整硬化，硬化范围不小于圈梁安装范围；

步骤二、根据基坑的高度、长度和宽度，在设计软件上将紧贴壁砖进行单元式深化划分，划分单元式壁砖高度不大于每次开挖厚度，且基坑转角处单元式壁砖宽度或夹角适应转角设置；

步骤三、预制圈梁、单元式壁砖，对接组件姐斜撑组件，并根据水平和垂向位置对各构件进行编号；在基坑顶部和倒挂结构上设置传感器对接的安装点；

步骤四、在基坑顶部安装传感器并对镜连接远程控制端，将圈梁按照拼装顺序进行吊装安装；待圈梁固定核验完成后安装单元式壁砖；

步骤五、单元式壁砖自上向下逐级安装，首层单元式壁砖与圈梁通过对接组件固定连接并安装有斜撑组件；

步骤六、随着基坑开挖深度至设计标高，垂向上间隔设置有斜撑组件，安装传感器并通过结构监测线与远程控制端连接；对基坑顶部和结构构件上的位移和应力变化设置警报阈值，超过阈值加强或停止施工直至变化在设计范围内；

步骤七、在基坑底部设置有封底板，封底板与最底层单元式壁砖固定连接，直至完成整个基坑的倒挂结构的安装。

进一步的，所述圈梁与基坑顶部通过硬化地面上预埋的地锚固定连接；所述斜撑为拼装连接或可伸缩连接，撑体为液压杆或两端设置有千斤顶分别与远程控制端连接，液压杆或千斤顶分别向外伸出顶接单元式壁砖，顶接处设置有缓冲垫和应力传感器。

进一步的，在基坑转角处设置有对应转角的折线式单元式壁砖，或通过两直线式单元式壁砖拼接连接；

两直线式单元式壁砖拼接连接处设置有T形锚件，横部两端分别连接于两单元式壁砖外侧，竖部穿过两单元式壁砖拼接缝与土体连接；所述T形锚件在垂向上间隔或通长设置。

本发明的有益效果体现在：

1）本发明通过圈梁、单元式壁砖和斜撑组件的联合设置，其安装为预制装配式安装，既能做到批量生产又能保证现场的便捷施工，加之圈梁的固定连接、单元式壁砖和斜撑组件之间的固定可拆卸连接，保证了受力和抗侧能力；

2）本发明通过坡顶监测线、结构监测线、传感器以及远程控制端的联合控制，利于施工过程中对结构受力、变形以及基坑顶部的位移进行实时监控，利于精细化施工和过程控制，及时发现风险源并进行处理，避免结构倒塌等风险发生，降低人员财产损失；

3）本发明通过撑体的可伸缩的液压杆或千斤顶的设置，利于实时调控水平向支撑利于间接为单元式壁砖提供抗侧能力；且通过单元式壁砖在基坑四周的满铺和紧贴设计利于最大限度为基坑提供支护。

本发明现场拼装施工，且部分结构件可回收重复使用，节约资源，降低能耗，减少碳排放；可有效减少基坑施工周期，提高施工效率，施工过程中无噪音、无污染、质量安全可靠。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解；本发明的主要目的和其它优点可通过在说明书中所特别指出的方案来实现和获得。

附图说明

图1是基坑内智能装配式倒挂结构侧面结构示意图；

图2是基坑内智能装配式倒挂结构侧面结构局部示意图；

图3是圈梁连接示意图；

图4是圈梁、斜撑组件以及远程控制端连接示意图；

图5是单元式壁砖连接示意图；

图6是斜撑组件连接示意图。

附图标记：1-基坑、2-圈梁、21-梁匚单元件、22-梁直线单元件、23-梁对接件、24-梁连板、3-单元式壁砖、31-壁主体、32-壁顶连部、33-壁侧连部、4-对接组件、41-匚形件、42-对连板、43-对连螺母、5-斜撑组件、51-撑体、52-撑连板、53-撑加强板、54-撑连件、6-封底板、7-远程控制端、8-坡顶监测线、9-结构监测线、10-传感器。

具体实施方式

以某长方形基坑为例，一种基坑内智能装配式倒挂结构，包含基坑1、连接于基坑1顶部的圈梁2、连接于基坑1底部的封底板6、连接于封底板6和圈梁2之间的单元式壁砖3、连接于单元式壁砖3水平角部的斜撑组件5、设置于基坑1顶部的及单元式壁砖3上的传感器10以及与传感器10连接的远程控制端7。上下单元式壁砖3之间通过对接组件4拼装连接，顶单元式壁砖3与圈梁2之间通过对接组件4拼装连接。

本实施例中，圈梁2为钢件，圈梁2为工字钢、H型钢或矩形钢制作而成。圈梁2包含梁匚单元件21、梁直线单元件22、连接于梁匚单元件21与梁直线单元件22之间和/或梁直线单元件22与梁直线单元件22之间的梁对接件23；如图3所示，圈梁2为长方形，梁匚单元件21阴角对应多边形阴角设置，两端为梁匚单元件21并与梁直线单元件22合围成长方形。

本实施例中，在基坑1顶部设置有位移传感器和应力传感器，位移传感器和应力传感器通过坡顶监测线8与远程控制端7连接，圈梁2、单元式壁砖3、对接组件4以及斜撑组件5的连接处均设置有结构应力传感器，在壁主体31和撑体51上间隔设置有结构应变传感器，结构应力传感器和结构应变传感器通过结构监测线9与远程控制端7连接。

本实施例中，梁对接件23为包边在设置梁匚单元件21和梁直线单元件22端部的梁连板24和连接于相邻梁连板24之间的高强螺栓；梁连板24通过钢板连接，且梁连板24还设置于单元式壁砖3正上方并设置有预留孔，预留孔对应穿接对接组件4。

如图5所示，单元式壁砖3包含壁主体31、设置于壁主体31顶端的壁顶连部32以及设置于壁主体31中部的壁侧连部33，壁顶连部32为凹凸企口，上下相邻的壁顶连部32对应凹凸插接并预留穿接对接组件4的孔槽；壁主体31适应基坑1的高度、长度和宽度进行分块预制且满铺；

所述壁侧连部33为凹凸条块，水平相邻的壁侧连部33咬合连接。单元式壁砖3通过混凝土板、砌块或钢板制作而成。

本实施例中，对接组件4通过钢件制作而成，包含匚形件41、连接于匚形件41外伸端的对连板42以及连接于对连板42外侧的对连螺母43，匚形件41上横部穿接上方的单元式壁砖3，下横部穿接下方的单元式壁砖3。

如图6所示，斜撑组件5在基础垂向上间隔设置，斜撑组件5含撑体51、连接于撑体51两端的撑连板52、连接于撑体51与撑连板52之间的撑加强板53、以及连接于撑连板52与壁主体31之间的撑连件54；其中撑体51为钢件，有液压杆或内部两端连接有千斤顶制作而成。

本实施例中，撑体51水平设置于基坑1转角处并连接于上下两壁主体31连接处，撑连板52还与对连板42可拆卸连接。

结合图1至图6所示，进一步的说明基坑内智能装配式倒挂结构的施工方法，具体步骤如下：

步骤一、将待开挖基坑1深化，确定基坑1顶部开挖控制线和开挖深度，将基坑1顶面平整硬化，硬化范围不小于圈梁2安装范围；圈梁2与基坑1顶部通过硬化地面上预埋的地锚固定连接。

步骤二、根据基坑1的高度、长度和宽度，在设计软件上将紧贴壁砖进行单元式深化划分，划分单元式壁砖3高度不大于每次开挖厚度，且基坑1转角处单元式壁砖3宽度或夹角适应转角设置。

步骤三、预制圈梁2、单元式壁砖3，对接组件4姐斜撑组件5，并根据水平和垂向位置对各构件进行编号；在基坑1顶部和倒挂结构上设置传感器对接的安装点；斜撑为拼装连接或可伸缩连接，撑体51为液压杆或两端设置有千斤顶分别与远程控制端7连接，液压杆或千斤顶分别向外伸出顶接单元式壁砖3，顶接处设置有缓冲垫和应力传感器。在施工过程中根据设置撑体51上的应力传感器和应变传感器控制撑体51的伸长长度，进而保证单元式壁砖3的抗侧能力。

步骤四、在基坑1顶部安装传感器并对镜连接远程控制端7，将圈梁2按照拼装顺序进行吊装安装；待圈梁2固定核验完成后安装单元式壁砖3。

步骤五、单元式壁砖3自上向下逐级安装，首层单元式壁砖3与圈梁2通过对接组件4固定连接并安装有斜撑组件5，单元式壁砖3在水平向上依次首尾连接铺满基坑1四周。

在基坑1转角处设置有对应转角的折线式单元式壁砖3，或通过两直线式单元式壁砖3拼接连接。

两直线式单元式壁砖3拼接连接处设置有T形锚件，横部两端分别连接于两单元式壁砖3外侧，竖部穿过两单元式壁砖3拼接缝与土体连接；所述T形锚件在垂向上间隔或通长设置。

步骤六、随着基坑1开挖深度至设计标高，垂向上间隔设置有斜撑组件5，安装传感器并通过结构监测线9与远程控制端7连接；对基坑1顶部和结构构件上的位移和应力变化设置警报阈值，超过阈值加强或停止施工直至变化在设计范围内；

步骤七、在基坑1底部设置有封底板6，封底板6与最底层单元式壁砖3固定连接，直至完成整个基坑1的倒挂结构的安装。

整体结构完成使用功能后，预制的圈梁2及部分支撑加固结构件可以回收重复使用。预制装配式倒挂结构可以单独使用，智能监控系统根据需要安装，也可适用于其它需要压力监控的场所；基坑1的适用范围包括但不限于地下非开挖施工技术例如顶管、暗挖、拉管等，以及建筑或构筑物的基坑1开挖施工。

基坑的样式不限于长方形或正方形，可以为多边形或圆型等其它型式，功能及施工方法类似。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，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所想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基坑内智能装配式倒挂结构，其特征在于，包含基坑（1）、连接于基坑（1）顶部的圈梁（2）、连接于基坑（1）底部的封底板（6）、连接于封底板（6）和圈梁（2）之间的单元式壁砖（3）、连接于单元式壁砖（3）水平角部的斜撑组件（5）、设置于基坑（1）顶部的及单元式壁砖（3）上的传感器（10）以及与传感器（10）连接的远程控制端（7）；

上下单元式壁砖（3）之间通过对接组件（4）拼装连接，顶单元式壁砖（3）与圈梁（2）之间通过对接组件（4）拼装连接;

所述圈梁（2）包含梁匚单元件（21）、梁直线单元件（22）、连接于梁匚单元件（21）与梁直线单元件（22）之间和/或梁直线单元件（22）与梁直线单元件（22）之间的梁对接件（23）；

单元式壁砖（3）包含壁主体（31）、设置于壁主体（31）顶端的壁顶连部（32）以及设置于壁主体（31）中部的壁侧连部（33），所述壁顶连部（32）为凹凸企口，上下相邻的壁顶连部（32）对应凹凸插接并预留穿接对接组件（4）的孔槽；

所述对接组件（4）包含匚形件（41）、连接于匚形件（41）外伸端的对连板（42）以及连接于对连板（42）外侧的对连螺母（43），所述匚形件（41）上横部穿接上方的单元式壁砖（3），下横部穿接下方的单元式壁砖（3）；

所述斜撑组件（5）在基础垂向上间隔设置，斜撑组件（5）含撑体（51）、连接于撑体（51）两端的撑连板（52）、连接于撑体（51）与撑连板（52）之间的撑加强板（53）、以及连接于撑连板（52）与壁主体（31）之间的撑连件（54）；

所述撑体（51）水平设置于基坑（1）转角处并连接于上下两壁主体（31）连接处，撑连板（52）还与对连板（42）可拆卸连接。

2.如权利要求1所述的一种基坑内智能装配式倒挂结构，其特征在于，所述圈梁（2）为多边形，梁匚单元件（21）阴角对应多边形阴角设置。

3.如权利要求2所述的一种基坑内智能装配式倒挂结构，其特征在于，所述梁对接件（23）为包边设置在梁匚单元件（21）和梁直线单元件（22）端部的梁连板（24）和连接于相邻梁连板（24）之间的高强螺栓；所述梁连板（24）还设置于单元式壁砖（3）正上方并设置有预留孔，预留孔对应穿接对接组件。

4.如权利要求1所述的一种基坑内智能装配式倒挂结构，其特征在于，所述壁主体（31）适应基坑（1）的高度、长度和宽度进行分块预制且满铺；所述壁侧连部（33）为凹凸条块，水平相邻的壁侧连部（33）咬合连接。

5.如权利要求1所述的一种基坑内智能装配式倒挂结构，其特征在于，在基坑（1）顶部设置有位移传感器和应力传感器，位移传感器和应力传感器通过坡顶监测线（8）与远程控制端（7）连接，圈梁（2）、单元式壁砖（3）、对接组件（4）以及斜撑组件（5）的连接处均设置有结构应力传感器，在壁主体（31）和撑体（51）上间隔设置有结构应变传感器，结构应力传感器和结构应变传感器通过结构监测线（9）与远程控制端（7）连接。

6.一种如权利要求1至5任意一项所述的基坑内智能装配式倒挂结构的施工方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤一、将待开挖基坑（1）深化，确定基坑（1）顶部开挖控制线和开挖深度，将基坑（1）顶面平整硬化，硬化范围不小于圈梁（2）安装范围；

步骤二、根据基坑（1）的高度、长度和宽度，在设计软件上将紧贴壁砖进行单元式深化划分，划分单元式壁砖（3）高度不大于每次开挖厚度，且基坑（1）转角处单元式壁砖（3）宽度或夹角适应转角设置；

步骤三、预制圈梁（2）、单元式壁砖（3），对接组件（4）和斜撑组件（5），并根据水平和垂向位置对各构件进行编号；在基坑（1）顶部和倒挂结构上设置传感器对接的安装点；

步骤四、在基坑（1）顶部安装传感器并对应连接远程控制端（7），将圈梁（2）按照拼装顺序进行吊装安装；待圈梁（2）固定核验完成后安装单元式壁砖（3）；

步骤五、单元式壁砖（3）自上向下逐级安装，首层单元式壁砖（3）与圈梁（2）通过对接组件（4）固定连接并安装有斜撑组件（5）；

步骤六、随着基坑（1）开挖深度至设计标高，垂向上间隔设置有斜撑组件（5），安装传感器并通过结构监测线（9）与远程控制端（7）连接；对基坑（1）顶部和结构构件上的位移和应力变化设置警报阈值，超过阈值加强或停止施工直至变化在设计范围内；

步骤七、在基坑（1）底部设置有封底板（6），封底板（6）与最底层单元式壁砖（3）固定连接，直至完成整个基坑（1）的倒挂结构的安装。

7.如权利要求6所述的一种基坑内智能装配式倒挂结构的施工方法，其特征在于，所述圈梁（2）与基坑（1）顶部通过硬化地面上预埋的地锚固定连接；所述斜撑组件（5）为拼装连接或可伸缩连接，撑体（51）为液压杆或两端设置有千斤顶分别与远程控制端（7）连接，液压杆或千斤顶分别向外伸出顶接单元式壁砖（3），顶接处设置有缓冲垫和应力传感器。

8.如权利要求6所述的一种基坑内智能装配式倒挂结构的施工方法，其特征在于，在基坑（1）转角处设置有对应转角的折线式单元式壁砖（3），或通过两直线式单元式壁砖（3）拼接连接；

两直线式单元式壁砖（3）拼接连接处设置有T形锚件，横部两端分别连接于两单元式壁砖（3）外侧，竖部穿过两单元式壁砖（3）拼接缝与土体连接；所述T形锚件在垂向上间隔或通长设置。