基坑工程锯齿式预应力围檩及其施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基坑工程锯齿式预应力围檩及其施工方法，属于基坑支护技术领域。
【背景技术】
[0002]钢支撑支护体系是一种基坑工程中常用的支护形式，包括钢支撑和钢围檩两部分。高刚度、大间距的钢支撑设计思路，可为土方开挖，出土进料等施工作业提供更大的空间。高刚度支撑可提供更强大的支撑力来保证基坑稳定，但支撑间围檩跨度增大引起土体变形增大，不利于基坑的变形控制。常用的型钢堆叠，增加型钢尺寸，提高钢材标号等提高围檩抗弯刚度的方式，能在一定程度上减小基坑变形，但是大大增加了支护结构的材料用量和成本，没有改变“土层先有变形，围檩才能承载”的支护结构变形控制机理。
[0003]目前，预应力围檩结构开始得到关注，常见的结构形式为预应力鱼腹式梁结构。预应力鱼腹式梁结构通过沿围檩走向逐步增加支撑杆长度的方式，在预应力钢绞线和支撑杆间形成小于90度的夹角，将预应力钢绞线上的拉力转化为支撑杆上的压力，为减小夹角，提高拉力向压力的转化率，支撑杆的长度就要变得很大。
[0004]基坑工程锯齿式预应力围檩及其施工方法可为基坑支护工程提供一种施加预应力便捷可靠，控制基坑变形能力强的预应力围檩结构。
【发明内容】
[0005]为了克服现有基坑支护工程中控制基坑变形难度大的问题，本发明提供了一种基坑工程锯齿式预应力围檩，能更好地限制支撑之间的土层位移，提高钢支撑体系的基坑变形控制能力。
[0006]本发明所采用的技术方案是:
[0007]一种用于基坑工程的锯齿式预应力围檩，其特征在于:所述的锯齿式预应力围檩由钢围檩(I)、支撑杆(2)、钢绞线(3)、定滑轮组件(4)和锚具(5)组成;钢围檩(I)的侧面沿轴向水平顶靠于围护结构(6);支撑杆(2)水平放置，垂直固定于钢围檩(I);钢绞线(3)从支撑杆(2)端部绕过，穿过定滑轮组件(4)后固定到锚具(5)上;定滑轮组件(4)的拉杆(19)端部固定于钢围檩(I)和支撑杆(2)的相交区域附近;锚具(5)底面固定到钢围檩(I)。
[0008]所述的钢围檩(I)由三角托架结构(7)承托，钢围檩(I)包括两条相互平行的工字钢(8)，工字钢(8)的上、下表面分别焊有条形薄钢板(9)，工字钢之间及工字钢外侧焊有加强钢板(10)。
[0009]所述支撑杆(2)是由弧形端头(12)焊接于直杆(11)一端构成的；直杆(11)包括两条相互平行的工字钢(8)，工字钢(8)上、下表面分别焊有条形薄钢板(9)，工字钢之间及工字钢外侧焊有加强钢板(10);弧形端头(12)是在弧形钢件的圆弧面一侧切削出多道弧形凹槽(13)形成的。
[0010]所述锚具(5)是由锚座(14)、锚环(15)和扇形夹片(16)组成的钢结构组件。锚座上钻有圆形锚孔(17);锚环(15)内侧呈圆台面;扇形夹片(16)上有圆弧形槽，槽上有齿纹，能咬固住施加了预应力的钢绞线(3);扇形夹片(16)外表面母线和锚环(15)内侧面母线平行。
[0011]所述定滑轮组件(4)包括滑轮(18)、拉杆(19)、和中轴(20);滑轮(18)的凹槽与支撑杆(2)弧形端头(12)的弧形凹槽(13)在同一个平面上。
[0012]一种用于基坑工程的锯齿式预应力围檩施工方法，该方法的实施过程如下:首先，将钢绞线(3)依次穿过弧形凹槽(13)、滑轮(18)、锚孔(17)和锚环(15);然后给钢绞线(3)施加拉力;最后将扇形夹片(16)插入销环(15)，顶实。
[0013]有益效果
[0014]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0015]I)本发明围檩施加预应力后，围檩由被动地承受土层变形引起的主动土压力，变为主动地向土层施加压力控制土层变形，预应力围檩能更好地控制基坑变形。
[0016]2)本发明的预应力钢绞线与支撑杆间的夹角小，预应力钢绞线上施加相等拉力情况下，在支撑杆方向上的分力更大，对围檩施加压力的效果更好。
[0017]3)本发明采用定滑轮改变预应力钢绞线的方向，可以使预应力钢绞线与支撑杆间的夹角变得很小，而且支撑杆两侧钢绞线均提供了拉力，钢绞线上拉力向支撑杆上压力的转化率很高，支撑杆需要的长度更短。
[0018]4)本发明的支撑杆两侧预应力钢绞线是一条钢绞线，拉力相等，在支撑杆上的合力始终沿支撑杆轴向，不会在支撑杆和钢围檩上产生弯矩作用，对围檩施加的预应力效果更好。
[0019]5)本发明的钢绞线以锚固的方式固定，无需现场焊接，方便预应力的保持、补加，以及施工完成后释放。
【附图说明】
[0020]图1、锯齿式预应力围檩区段；
[0021]图2、钢围檩区段；
[0022]图3、钢围檩1-1截面；
[0023]图4、支撑杆；
[0024]图5、支撑杆Π-Π截面；
[0025]图6、支撑杆m-m截面；
[0026]图7、锚具局部装配图；
[0027]图8、锚具IV-1V截面图；
[0028]图9、滑轮组件；
[0029]图10、单肢独动预应力围檩；
[°03°]图11、单肢联动预应力围檩；
[0031]图12、多肢独动预应力围檩；
[0032]图13、多肢联动预应力围檩；
[0033]图14、V-V围檩标准段；
[0034]图15、V1-VI围檩标准段；
[0035]图16、VH-VII围檩标准段
[0036]图17、.-.围檩标准段
[0037]图18、单肢预应力围檩组件
[0038]图19、多肢预应力围檩组件
[0039]图中:1-钢围檩;2-支撑杆;3-钢绞线;4-定滑轮组件;5-锚具;6_围护结构;7_三角托架结构；8-工字钢;9-条形薄钢板；10-加强钢板；11-直杆；12-弧形端头；13-弧形凹槽；14-锚座；15-锚环；16-扇形夹片；17-锚孔;18-滑轮;19-拉杆;20-中轴;21-单肢预应力围檩组件;22-钢支撑;23-多肢预应力围檩组件:24-八字撑。
【具体实施方式】
[0040]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0041]本发明的基本思想是:通过定滑轮改变钢绞线的方向，张拉钢绞线后锚固固定，为支撑杆和钢围檩提供指向基坑壁的压力，主动地控制基坑土层变形。【具体实施方式】是:首先，将钢绞线分别穿过支撑杆端部的弧形凹槽、定滑轮、锚具的锚孔和锚环;然后用穿心千斤顶给钢绞线施加拉力，并将扇形夹片顶入锚环，对施加了预应力的钢绞线进行锚固。
[0042]实施例背景:
[0043]某明挖地铁车站基坑总长222.9m，分南端盾构井、标准段和北端盾构井3部分。其中，标准段长170.3m，宽21m，深18.5m，地层由人工堆积层和第四纪沉积的粘性土、粉土、砂土交互而成，局部见少量碎石土。车站标准段地下水埋深19m。共架设三道Φ609壁厚16mm的钢支撑，首道支撑间距6m，第二、三道支撑间距3m。采用提出的基坑工程锯齿式预应力围檩进行该基坑标准段首道围檩的方案设计，根据结构和张拉方式的不同，提出四个应用实施例。
[0044]实施例1--单肢独动预应力围標
[0045]如图10、14和图18所示，在相邻支撑间架设三组单肢预应力围檩组件，各组件长为2m，支撑杆长lm，组件间通过端部的法兰进行螺栓连接;各组的预应力钢绞线相互独立、分别张拉，可独立控制各自预应力围檩组件的预应力大小。
[0046]实施例2—一单肢联动预应力围檩
[0047]如图11、15和图18所示，在相邻支撑间架设三组单肢预应力围檩组件，各组件长为2m，支撑杆长lm，组件间通过端部的法兰进行螺栓连接;各组组件的预应力钢绞线采用同一条，进行联动张拉，进行一次张拉即可完成三组单肢预应力围檩组件预应力的施加。
[0048]实施例3--多肢独动预应力围標
[0049]如图12、16和图19所示，在相邻支撑间架设三组多肢预应力围檩组件，各组件长为2m，支撑杆伸出lm，组件间通过端部的法兰进行螺栓连接;支撑杆在实施例1、2的基础上增加了四根八字撑，扩大预应力在钢围檩上的作用范围；各组组件的预应力钢绞线相互独立、分别张拉，可独立控制各组预应力围檩组件的预应力大小。
[ΟΟδΟ]实施例4--多肢联动预应力围檩
[0051]如图13、17和图19所示，在相邻支撑间架设三组多肢预应力围檩组件，各组件长为2m，支撑杆伸出lm，组件间通过端部的法兰进行螺栓连接;支撑杆在实施例1、2的基础上增加了四根八字撑，扩大预应力在钢围檩上的作用范围；各组组件的预应力钢绞线采用同一条，进行联动张拉，进行一次张拉即可完成三组锯齿式预应力围檩组件预应力的施加。
[0052]以上是本发明的四个典型实施例，本发明的实施不限于此。
【主权项】
1.一种用于基坑工程的锯齿式预应力围檩，其特征在于:所述的锯齿式预应力围檩由钢围檩(I)、支撑杆(2)、钢绞线(3)、定滑轮组件(4)和锚具(5)组成;钢围檩(I)的侧面沿轴向水平顶靠于围护结构(6);支撑杆(2)水平放置，垂直固定于钢围檩(I);钢绞线(3)从支撑杆(2)端部绕过，穿过定滑轮组件(4)后固定到锚具(5)上;定滑轮组件(4)的拉杆(19)端部固定于钢围檩(I)和支撑杆(2)的相交区域附近;锚具(5)底面固定到钢围檩(I)。2.根据权利要求1所述的一种用于基坑工程的锯齿式预应力围檩，其特征在于:钢围檩(1)由三角托架结构(7)承托，钢围檩(I)包括两条相互平行的工字钢(8)，工字钢(8)上、下表面分别焊有条形薄钢板(9)，工字钢之间及工字钢外侧焊有加强钢板(10)。3.根据权利要求1所述的一种用于基坑工程的锯齿式预应力围檩，其特征在于:支撑杆(2)由弧形端头(12)焊接于直杆(11)一端构成的；直杆(11)包括两条相互平行的工字钢(8)，工字钢(8)上、下表面分别焊有条形薄钢板(9)，工字钢之间及工字钢外侧焊有加强钢板(10);弧形端头(12)是在弧形钢件的圆弧面一侧切削出多道弧形凹槽(13)形成的。4.根据权利要求1所述的一种用于基坑工程的锯齿式预应力围檩，其特征在于:锚具(5)是由锚座(14)、锚环(15)和扇形夹片(16)组成的钢结构组件；锚座上钻有圆形锚孔(17);锚环(15)内侧呈圆台面;扇形夹片(16)上有圆弧形槽，槽上有齿纹，能咬固住施加了预应力的钢绞线(3);扇形夹片(16)外表面母线和锚环(15)内侧面母线平行。5.根据权利要求1所述的一种用于基坑工程的锯齿式预应力围檩，其特征在于:定滑轮组件(4)包括滑轮(18)、拉杆(19)、和中轴(20);滑轮(18)的凹槽与支撑杆(2)弧形端头(12)的弧形凹槽(13)在同一个平面上。6.利用权利要求1所述的一种用于基坑工程的锯齿式预应力围檩，锯齿式预应力围檩施工方法，其特征在于:首先，将钢绞线(3)依次穿过弧形凹槽(13)、滑轮(18)、锚孔(17)和锚环(15);然后给钢绞线(3)施加拉力;最后将扇形夹片(16)插入锚环(15)，顶实。
【专利摘要】本发明涉及一种基坑工程锯齿式预应力围檩及其施工方法，属于基坑支护技术领域。该预应力围檩由钢围檩、支撑杆、钢绞线、定滑轮组件和锚具组成。钢围檩的侧面沿轴向水平顶靠于围护结构；支撑杆、锚具和定滑轮组件垂直固定于钢围檩；钢绞线从支撑杆端部绕过，穿过定滑轮组件，施加拉力后固定到锚具上，将预应力钢绞线上的拉力转化为支撑杆上的压力，通过钢围檩主动地向土层施加压力控制基坑变形。本发明的预应力钢绞线上拉力向支撑杆上压力的转化率高，可施加的预应力大，支撑杆需要长度短，预应力的保持、补加和释放方便快捷，是一种预应力施加高效、快捷的基坑围檩结构。
【IPC分类】E02D17/04
【公开号】CN105604068
【申请号】CN201610029644
【发明人】张明聚, 郭雪源, 陈晓帆, 刘义
【申请人】北京工业大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年1月15日