CN218508506U - 一种基于单元体膨胀的桩基沉降全过程智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于单元体膨胀的桩基沉降全过程智能控制系统，包括均匀对称布置在桩基周围的多个联合膨胀体，每个所述联合膨胀体包括多个相互独立的膨胀单元，所述膨胀单元串连在一根竖直设置的套管上；每个所述联合膨胀体上的膨胀单元分为两个部分，其中一部分膨胀单元位于桩底以下，另一部分膨胀单元位于桩底以上；所述膨胀单元与膨胀引发设备连接，所述膨胀引发设备与计算机中控系统连接，所述计算机中控系统与桩基沉降监测仪连接。本实用新型采用单元体膨胀实现对桩基全过程沉降控制的抬升补偿，从而保护桩基结构安全。能够适用于因基坑开挖、盾构隧道等地下工程建设对临近桩基造成沉降的控制，保护临近桩基结构的整体稳定与安全。

Description

一种基于单元体膨胀的桩基沉降全过程智能控制系统

技术领域

本实用新型涉及地下结构物变形主动控制系统，尤其涉及一种基于单元体膨胀的桩基沉降全过程智能控制系统。

背景技术

随着城市地区大规模的地下空间开发，不可避免地会造成对临近结构物的影响，如桥梁桩基、基础桩基等。由于地下工程建设(基坑开挖、盾构隧道等)导致可能会导致桩基承载力降低、较大沉降，甚至是影响造成上部结构的损坏，影响结构安全和使用者生命安全。因此有必要对临近地下工程施工的桩基采取必要的控制保护措施，以加强对临近桩基的沉降变形控制和补偿，从而保护结构物整体安全。

目前桩基沉降控制与补偿方法主要有：

1)控制影响源：通过优化施工步骤和参数，减小影响源(基坑开挖、盾构隧道等)对周围环境的影响，从而降低对临近桩基的影响，如加强基坑支护结构刚度、优化盾构过程参数等。

2)切断影响传播路径：土体作为外部影响源的传播介质，可通过在土体中设置隔离桩和隔离墙等措施来影响传递路径，而减小对临近桩基的影响。

上述两类控制措施作用于影响源本身或影响传递介质，而不是直接作用于被保护桩基，只能减小工程建设对桩基的影响，而对已发生的桩基变形无法逆转恢复。

3)直接控制桩基变形。通过结构顶升、桩基托换等方式直接控制结构变形。但是这类的控制措施存在施工工艺繁琐、工期长、造价高等问题。

发明内容

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种基于单元体膨胀的桩基沉降全过程智能控制系统，可长期实现桩基沉降的主动控制和补偿，并且施工便捷，对周围环境影响小，造价低，沉降控制与补偿效果好。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种基于单元体膨胀的桩基沉降全过程智能控制系统，包括均匀对称布置在桩基周围的多个联合膨胀体，每个所述联合膨胀体包括多个相互独立的膨胀单元，所述膨胀单元串连在一根竖直设置的套管上；每个所述联合膨胀体上的膨胀单元分为两个部分，其中一部分膨胀单元位于桩底以下，另一部分膨胀单元位于桩底以上；所述膨胀单元与膨胀引发设备连接，所述膨胀引发设备与计算机中控系统连接，所述计算机中控系统与桩基沉降监测仪连接。

在所述套管上设有与多个所述膨胀单元一一对应的膨胀介质进口，在所述膨胀介质进口上设有单向阀，所述膨胀引发设备为加注设备，所述加注设备设有与所述膨胀介质进口适配的加注枪。

所述膨胀单元完全膨胀后的直径为0.1-2m，长度为0.2-10m；所述联合膨胀体的长度为2-80m。

所述联合膨胀体距桩基的距离为0.5-4m。

所述联合膨胀体的平面布置形式为一字型、十字型和六边型中的任意一种。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

1)通过膨胀单元可实现桩基沉降的主动控制和补偿，弥补了传统被动控制措施控制桩基变形中不可逆转变形的不足。

2)由桩基沉降监测仪实时监测桩基沉降，并经计算机中控系统处理来动态调整膨胀单元的膨胀量以达到桩基沉降的全过程长期控制效果。

3)施工便捷，对周围环境影响小，造价低，具有良好的沉降控制与补偿效果。

4)采用单元体膨胀实现对桩基全过程沉降控制的抬升补偿，从而保护桩基结构安全。能够适用于因基坑开挖、盾构隧道等地下工程建设对临近桩基造成沉降的控制，保护临近桩基结构的整体稳定与安全。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型采用充填膨胀介质的方法实现膨胀的结构示意图；

图3为本实用新型中联合膨胀体的平面布置形式为一字型的平面示意图；

图4为本实用新型中联合膨胀体的平面布置形式为十字型的平面示意图；

图5为本实用新型中联合膨胀体的平面布置形式为六边型的平面示意图。

图中：1、桩基；2、土体；3、膨胀单元；4、膨胀介质；5、套管；6、膨胀引发设备；7、桩基沉降监测仪；8、计算机中控系统；9、加注枪。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图5，一种基于单元体膨胀的桩基沉降全过程智能控制系统，包括均匀对称布置在桩基1周围的多个联合膨胀体，每个所述联合膨胀体包括多个相互独立的膨胀单元3，所述膨胀单元3串连在一根竖直设置的套管5上；每个所述联合膨胀体上的膨胀单元3分为两个部分，其中一部分膨胀单元位于桩底以下，另一部分膨胀单元位于桩底以上。

所述膨胀单元3与膨胀引发设备6连接，所述膨胀引发设备6与计算机中控系统8连接，所述计算机中控系统8与桩基沉降监测仪连接。

上述外部干扰源包括基坑开挖、盾构隧道等。

应用时，上述膨胀单元3可以采用充填膨胀介质4的方法实现膨胀，这种情况下，应该在所述套管5上设有与多个膨胀单元一一对应的膨胀介质进口，在膨胀介质进口上设置单向阀，所述膨胀引发设备6为加注设备，所述加注设备设有加注枪9。更加具体地，在实际工程中，可以采用水泥砂浆作为膨胀介质，加注设备采用注浆设备，加注枪为注浆枪，加注枪可以根据计算机中控系统8的指令给设定膨胀单元注浆。但膨胀介质并不限于采用水泥砂浆，也可以采用气体。膨胀单元的膨胀还可以采用机械扩张的方法实现，具体方法为，在膨胀单元内设置机械结构，利用机械结构将膨胀单元撑开，实现机械扩张膨胀。

试验数据表明，上述系统的优选方案为：膨胀单元3完全膨胀后的直径为0.1-2m，长度为0.2-10m，联合膨胀体的长度为2-80m。所述联合膨胀体距桩基的距离为0.5-4m，联合膨胀体的平面布置形式为一字型、十字型和六边型中的任意一种。

本实用新型使用及工作原理：

采用桩基沉降监测仪7监测桩基沉降数据，桩基沉降监测仪7传输监测数据给计算机中控系统8，计算机中控系统8通过控制膨胀引发设备6来控制每个单元体3的膨胀量；计算机中控系统8控制桩基沉降的方法为：

1)在外部干扰源开始对桩基1产生不利影响前，启动桩底以上膨胀单元，方法为：计算机中控系统8控制膨胀引发设备6引发桩底以上膨胀单元膨胀，以提高桩侧摩阻力，增强桩基抗干扰能力，膨胀时应同时等量对称膨胀，以避免桩基1产生不均匀变形和内力。

2)在外部干扰源对桩基1产生不利影响过程中，实时启动桩底以下膨胀单元，具体方法为：计算机中控系统8根据桩基沉降监测仪7实时监测的桩顶沉降值实时控制膨胀引发设备6，动态调整桩底以下膨胀单元的膨胀量，使得桩基1在桩底挤土作用下逐渐抬升补偿，动态控制桩基沉降在设计允许范围内。

3)在外部干扰源结束对桩基1产生不利影响后，按需启动桩底以下膨胀单元，具体方法为：当桩基沉降监测仪7监测到的桩顶沉降值超过设定值时，计算机中控系统8控制膨胀引发设备6引发桩底以下膨胀单元，使桩底以下膨胀单元的膨胀量对已发生沉降桩基进行沉降补偿，最终实现桩基沉降目标控制效果。

请参见图1，本实用新型通过提前埋设于土体中的膨胀单元3发生膨胀扩张挤压土体2变形，而土体2传递变形于桩侧和桩底，使得桩侧摩阻力和桩端承载力加强，从而实现桩基的沉降变形控制与补偿。

具体讲，在本实用新型中，膨胀单元分为两部分：1)桩底以上膨胀单元，通过挤压桩侧土体增加桩侧摩阻力，从而降低桩基沉降和提高桩基承载力；2)桩底以下膨胀单元，通过挤压桩底土体增强桩底端阻力和抬升桩基以此来补偿桩基沉降变形。

膨胀单元可通过注浆、充气、机械扩张等方式实现膨胀扩张变形而挤压周围土体。其膨胀单元完全膨胀后直径为0.1-2m，膨胀单元长度为0.2-10m，并且可由多个膨胀单元串联组成长度为2-80m的联合膨胀体，可适用于不同的桩基环境条件。联合膨胀体可设置在距离桩基0.5-4m处，其在桩侧的布置形式可设置为一字型、十字型、六边型等对称布置，且膨胀单元在膨胀时需同时等量对称膨胀，以避免桩基产生不均匀变形和内力。膨胀单元应慢速匀速膨胀，膨胀速率不大于35升/分钟。并且联合膨胀体中的膨胀单元之间相互独立，可通过计算机中控系统独立控制每个单元体的膨胀量，以达到精细控制的目的。计算机中控系统连接膨胀引发设备和桩基沉降监测仪，实时监测桩基全过程的沉降情况，反馈到计算机中控系统处理数据并通过控制膨胀引发设备动态调整单元体膨胀量，以达到沉降控制与补偿目标值。

本实用新型的应用实例：

某地铁隧道盾构下穿立交桥，隧道中心深度为23m，隧道外直径为6.6m，桩基长为18m，隧道位于桩基正下方，其顶面距离桥桩桩底2.1m，如不采取桩基控制措施将导致桩基发生较大的沉降，影响桩基的承载力和上部结构的整体安全性。故在此工程中采取上述基于单元体膨胀的桩基沉降全过程智能控制系统，通过提前埋设于土体中的膨胀单元发生膨胀扩张挤压土体变形，而土体传递变形于桩侧和桩底，使得桩侧摩阻力和桩端承载力加强，从而实现桩基的沉降变形控制与补偿。其中联合膨胀体采用一字型对称分布，两侧膨胀单元距离桩基均为2m。膨胀单元完全膨胀后直径为0.5m，膨胀单元长度为2m，由8个膨胀单元串联组成长度为16m的联合膨胀体，其中桩底以上7个膨胀单元，桩底以下1个膨胀单元。

尽管上面结合附图对本实用新型的优选实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于单元体膨胀的桩基沉降全过程智能控制系统，其特征在于，包括均匀对称布置在桩基周围的多个联合膨胀体，每个所述联合膨胀体包括多个相互独立的膨胀单元，所述膨胀单元串连在一根竖直设置的套管上；每个所述联合膨胀体上的膨胀单元分为两个部分，其中一部分膨胀单元位于桩底以下，另一部分膨胀单元位于桩底以上；

所述膨胀单元与膨胀引发设备连接，所述膨胀引发设备与计算机中控系统连接，所述计算机中控系统与桩基沉降监测仪连接。

2.根据权利要求1所述的基于单元体膨胀的桩基沉降全过程智能控制系统，其特征在于，在所述套管上设有与多个所述膨胀单元一一对应的膨胀介质进口，在所述膨胀介质进口上设有单向阀，所述膨胀引发设备为加注设备，所述加注设备设有与所述膨胀介质进口适配的加注枪。

3.根据权利要求1所述的基于单元体膨胀的桩基沉降全过程智能控制系统，其特征在于，所述膨胀单元完全膨胀后的直径为0.1-2m，长度为0.2-10m；所述联合膨胀体的长度为2-80m。

4.根据权利要求1所述的基于单元体膨胀的桩基沉降全过程智能控制系统，其特征在于，所述联合膨胀体距桩基的距离为0.5-4m。

5.根据权利要求1所述的基于单元体膨胀的桩基沉降全过程智能控制系统，其特征在于，所述联合膨胀体的平面布置形式为一字型、十字型和六边型中的任意一种。

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