一种用于基坑工程内支撑的抱箍式活络头及其施工方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于基坑工程内支撑的抱箍式活络头及其施工方法，其可设置在钢支撑任意位置，原理是由两台同步千斤顶施加预加轴力，抱箍内侧加工刻痕，利用抱箍与内管之间的摩擦力和咬合力承受并传递轴向压力，传力方式可靠。本发明的活络头包括抱箍、内管，抱箍法兰左右对称位置焊接两个千斤顶托盘，上下两侧焊接抱箍翼板，安装高强螺栓。本发明有效的解决了现在钢支撑体系整体性差、传力不可靠的问题，提高了施工安全性，可操作性强，施工安全、快速，拆除方便，可重复使用，替代了钢支撑活络头中打入钢楔以点接触的方式承受并传递轴力的不安全方法，具有推广价值和发展前景。
【专利说明】一种用于基坑工程内支撑的抱箍式活络头及其施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于基坑工程内支撑的抱箍式活络头及其施工方法，用于对钢支撑施加预加轴力，属于基坑工程内支撑【技术领域】。
【背景技术】
[0002]基坑钢支撑在地铁车站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采用双缸千斤顶支顶的活络头或单缸千斤顶支顶的活络头。这两种方法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。缺点是，钢支撑与围檩采用点接触，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，不能承受拉力，特别是在地层土质较软时，第一层钢支撑处地层易出现向基坑外的变形，导致钢支撑脱落。随着我国建筑基坑的不断增多，钢支撑的安全隐患亟待解决，为克服钢支撑体系整体性差的缺点，钢支撑活络头需要新的结构创新，以加强钢支撑与围檩刚性连接。
【发明内容】
[0003]基于上述问题，本发明提出了一种用于基坑工程内支撑的抱箍式活络头及其施工方法，解决了现在钢支撑体系整体性差、传力不可靠的问题，其在安装后，通过抱箍与内管之间的摩擦力和咬合力来承受和传递钢支撑轴力。抱箍式活络头改变了钢楔的点连接方式，既能承受钢支撑轴压力，也可以承受土层向外变形的拉力，围檩与钢支撑整体性得到了改善。
[0004]本发明的技术方案如下:
[0005]一种用于基坑工程内支撑的抱箍式活络头，所述抱箍式活络头包括抱箍和内管；所述抱箍主要由厚壁钢管1、抱箍翼板、抱箍处法兰、千斤顶托盘组成，厚壁钢管I 一端焊接有抱箍处法兰；在厚壁钢管I横截面两侧左右对称设置有千斤顶托盘，所述千斤顶托盘分别与厚壁钢管I以及抱箍处法兰焊接；在厚壁钢管I上、下两侧分别焊接有一组抱箍翼板，每组抱箍翼板为两块，且平行设置，抱箍翼板上设置有翼板高强螺栓孔和翼板加劲肋板；所述厚壁钢管I在两块平行的抱箍翼板间的位置被切割形成开口 ；
[0006]所述内管主要由厚壁钢管I1、内管处法兰组成，所述厚壁钢管II插入厚壁钢管I内的一端焊接有内管端封板，厚壁钢管II的另一端焊接有内管处法兰，所述厚壁钢管II与内管处法兰间焊接有内管加劲肋板；所述抱箍的厚壁钢管I与内管的厚壁钢管II同圆心，且所述厚壁钢管I内径比厚壁钢管II外径稍大。
[0007]进一步地，所述厚壁钢管I长度为300?500mm，所述抱箍处法兰厚度为20?30mm,用于防止钢支撑轴力过大使抱箍处法兰局部出现大变形。
[0008]进一步地，每组两块抱箍翼板的间距为50?100mm。
[0009]进一步地，翼板高强螺栓孔内穿设有高强螺栓。
[0010]进一步地，所述开口的长度为300?400_。[0011]进一步地，所述厚壁钢管I内侧每隔50?200mm设置一圈刻痕。
[0012]进一步地，所述厚壁钢管II材料强度比抱箍厚壁钢管I的材料强度低，所述厚壁钢管II长度为300?500_，厚壁钢管表面II表面经喷砂、打毛处理，以提高表面摩擦系数，厚壁钢管II长度，要经计算，保证材料不被拉坏。
[0013]进一步地，所述内管端封板的厚度为20?30mm。
[0014]进一步地，所述内管处法兰的厚度为20?30mm，用以防止钢支撑轴力过大使内管处法兰局部出现大变形。
[0015]上述的抱箍式活络头在基坑工程内支撑中的施工方法，步骤如下:
[0016]步骤一:抱箍制作:所述抱箍由厚壁钢管I加工而成，制作抱箍的厚壁钢管I加工后需与后续要加工的内管同圆心，抱箍的厚壁钢管I内径比内管的厚壁钢管II外径稍大，在厚壁钢管I的内侧设置刻痕；在抱箍一端焊接抱箍处法兰，在抱箍处法兰横截面两侧左右对称位置焊接千斤顶托盘，千斤顶托盘长度与之后要设置的千斤顶油缸高度相等；在抱箍的上、下两侧分别焊接一组抱箍翼板，在抱箍翼板上设置翼板高强螺栓孔和翼板加劲肋板；焊接好抱箍处法兰、千斤顶托盘和抱箍翼板后，在两块抱箍翼板间切割厚壁钢管I形成开口 ；
[0017]步骤二:内管制作:由厚壁钢管II加工而成，厚壁钢管II表面做喷砂、打毛这些增加摩擦力的处理；厚壁钢管II 一端焊接内管端封板，另一端焊接内管处法兰；在厚壁钢管II与内管处法兰间焊接内管加劲肋板；
[0018]步骤三:抱箍与内管的连接:将内管插入抱箍内，在翼板高强螺栓孔内初步拧紧高强螺栓，使之连接在一起形成抱箍式活络头；
[0019]步骤四:将上述加工制作好的抱箍式活络头与预先制作好的钢支撑固定节段和钢支撑运输至施工现场，钢支撑安装前预拼装；
[0020]步骤五:测量定位，在钢围檩上准确安装上述钢支撑固定节段，其上的螺栓不拧紧；
[0021]步骤六:采用龙门吊拼装钢支撑，并安装抱箍式活络头，将抱箍式活络头两端分别与钢支撑连接，检查各节点的连接状况；
[0022]步骤七:选择合适的千斤顶，使用千斤顶前必须进行检测标定，准确将千斤顶安放在抱箍的千斤顶托盘上，并检查有无偏心；
[0023]步骤八:按照设计的预加轴力通过抱箍式活络头上的千斤顶对钢支撑逐级进行加压，期间检查各连接部位的稳定性、牢固性，在预加轴力达到设计轴力的10%时，检查钢支撑和钢围檩有无异常后，拧紧钢支撑固定节段的螺栓；
[0024]步骤九:预加轴力达到设定值时，应再次检查各连接节点有无松动、变形是否超出允许值，待压力稳定后锁定千斤顶，然后拧紧抱箍式活络头上的高强螺栓，缓慢拆除千斤顶，并注意检查活络头有无异常。
[0025]本发明的有益效果是:提出了一种基坑工程内支撑稳定连接的抱箍式活络头及其施工方法，保证了基坑支护体系的整体性，由现有的点连接不能承受拉力改进成即可承受轴压也可承受拉力的结构，降低了钢支撑脱落的风险，本发明技术合理，可操作性强，施工安全、快速，质量易于控制，综合效益显著，具有重要工程应用价值和发展前景。【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是本发明抱箍式活络头的正视示意图；
[0027]图2是本发明抱箍式活络头的俯视示意图；
[0028]图3是本发明千斤顶施加预加轴力示意图；
[0029]图4是本发明抱箍式活络头抱箍的横截面示意图(螺栓处)；
[0030]图5是本发明抱箍式活络头抱箍的横截面示意图(加劲肋板处)；
[0031]图6是本发明抱箍的正视示意图；
[0032]图7是本发明抱箍的俯视示意图；
[0033]图8是本发明抱箍处法兰示意图；
[0034]图9是本发明抱箍翼板示意图；
[0035]图10是本发明抱箍内侧刻痕示意图；
[0036]图11是本发明内管的正视示意图；
[0037]图12是本发明内管的俯视示意图；
[0038]图13是本发明内管处法兰盘的示意图；
[0039]图14是本发明内管端封板示意图；
[0040]图15是本发明钢支撑的整体拼装示意图；
[0041]图中，I—抱箍、2—内管、3—翼板加劲肋板、4一高强螺栓、5—钢支撑、6—抱箍处法兰、7—内管处法兰、8—抱箍翼板、9一千斤顶托盘、10—内管加劲肋板、11 一千斤顶、12—内管端封板、13—千斤顶活塞位置、14 一翼板高强螺栓孔、15—抱箍式活络头、16—钢支撑固定节段、17—钢围檩、18—地下连续墙、19一刻痕
【具体实施方式】
[0042]通过下面实例，如图1-15所示，对本发明做进一步说明。
[0043]设计说明，本发明的一种用于基坑工程内支撑的抱箍式活络头，设计钢支撑最大轴力2000kN，安全系数为1.5，以提供一定的安全储备，防止偶然荷载和地层变形过大等意外的发生造成工程事故。包括抱箍I和内管2 ;抱箍I主要由厚壁钢管1、抱箍翼板8、抱箍处法兰6、千斤顶托盘9组成，厚壁钢管I 一端焊接有抱箍处法兰6 ;在厚壁钢管I横截面两侧左右对称设置有千斤顶托盘9，千斤顶托盘9分别与厚壁钢管I以及抱箍处法兰6焊接；在厚壁钢管I上、下两侧分别焊接有一组抱箍翼板8，每组抱箍翼板8为两块，且平行设置，抱箍翼板8上设置有翼板高强螺栓孔14和翼板加劲肋板3 ;厚壁钢管I在两块平行的抱箍翼板8间的位置被切割形成开口 ；内管2主要由厚壁钢管I1、内管处法兰7组成，厚壁钢管II插入厚壁钢管I内的一端焊接有内管端封板12，厚壁钢管II的另一端焊接有内管处法兰7，厚壁钢管II与内管处法兰7间焊接有内管加劲肋板10 ;抱箍I的厚壁钢管I与内管2的厚壁钢管II同圆心，且厚壁钢管I内径比厚壁钢管II外径稍大。具体加工制作和安装过程(即施工方法)如下:
[0044]步骤一:抱箍I制作:由厚度为25mm的Q345厚壁钢管I加工而成，长度为350mm，制作抱箍的厚壁钢管I加工后需与内管2同圆心，抱箍的厚壁钢管I内径比内管2的厚壁钢管II外径稍大，内侧每隔50mm设置一圈刻痕19。抱箍I 一端焊接30mm厚的抱箍处法兰6，在抱箍处法兰6横截面左右对称位置焊接千斤顶托盘9，千斤顶托盘9长度与千斤顶11油缸高度相等；在抱箍I的上、下两侧分别焊接一组抱箍翼板8，两块平行的抱箍翼板8间距50mm，翼板上设置翼板高强螺栓孔14和翼板加劲肋板3。焊接好抱箍处法兰6、千斤顶托盘9和抱箍翼板8后，在两块抱箍翼板8间切割厚壁钢管，开口长度为330mm。
[0045]步骤二:内管2制作:由30mm的Q235厚壁钢管II加工而成，长度为350mm，厚壁钢管II表面做喷砂、打毛等处理。厚壁钢管II 一端焊接30mm厚内管端封板12，另一端焊接内管处法兰7，内管处法兰7厚度为30_，在厚壁钢管II与内管处法兰7间焊接内管加劲肋板10。
[0046]步骤三:抱箍I与内管2的连接:将内管2插入抱箍I内，初步抒紧闻强螺栓4,使之连接在一起形成抱箍式活络头15。
[0047]步骤四:将加工制作的抱箍式活络头15、预先制作好的钢支撑固定节段16和钢支撑5运输至施工现场，钢支撑5安装前预拼装，拼装偏差应符合设计要求或相关规范规定，每根钢支撑5的安装轴线偏心不大于20mm。
[0048]步骤五:测量定位，在钢围檩17上准确安装钢支撑固定节段16，螺栓不拧紧。
[0049]步骤六:采用龙门吊拼装钢支撑5，并安装抱箍式活络头15，将抱箍式活络头15两端分别与钢支撑5连接，检查各节点的连接状况。
[0050]步骤七:选择合适的千斤顶11，使用千斤顶11前必须进行检测标定，准确将千斤顶11安放在抱箍I的千斤顶托盘9上，检查有无偏心；调试仪器，液压泵必须带有压力表，以控制液压泵的压力和加压的速率。
[0051]步骤八:按照设计的预加轴力逐级进行加压，期间检查各连接部位的稳定性、牢固性，施加预加轴力后，因钢构件发生弹性变形等，在每一次预加轴力施加过程中会产生一定的损失，为了减小预加轴力损失过大，故应分阶段逐级施加锁定。在预加轴力达到设计轴力10%时，检查钢支撑5和钢围檩17有无异常后，拧紧钢支撑固定节段16的螺栓。
[0052]步骤九:预加轴力达到设定值时，应再次检查各连接节点有无松动、变形是否超出允许值，待压力稳定后锁定千斤顶11，然后拧紧抱箍式活络头高强螺栓4，缓慢拆除千斤顶11，注意检查活络头有无异常。
[0053]以上是本发明的一个典型实例，本发明的实施不限于此。
【权利要求】
1.一种用于基坑工程内支撑的抱箍式活络头(15)，其特征在于:所述抱箍式活络头包括抱箍(I)和内管(2);所述抱箍(I)主要由厚壁钢管1、抱箍翼板(8)、抱箍处法兰(6)、千斤顶托盘(9)组成，厚壁钢管I 一端焊接有抱箍处法兰(6);在厚壁钢管I横截面两侧左右对称设置有千斤顶托盘(9)，所述千斤顶托盘(9)分别与厚壁钢管I以及抱箍处法兰(6)焊接；在厚壁钢管I上、下两侧分别焊接有一组抱箍翼板(8)，每组抱箍翼板(8)为两块，且平行设置，抱箍翼板(8)上设置有翼板高强螺栓孔(14)和翼板加劲肋板(3);所述厚壁钢管I在两块平行的抱箍翼板(8)间的位置被切割形成开口 ； 所述内管(2 )主要由厚壁钢管I1、内管处法兰(7 )组成，所述厚壁钢管II插入厚壁钢管I内的一端焊接有内管端封板(12)，厚壁钢管II的另一端焊接有内管处法兰(7)，所述厚壁钢管II与内管处法兰(7)间焊接有内管加劲肋板(10);所述抱箍(I)的厚壁钢管I与内管(2)的厚壁钢管II同圆心，且所述厚壁钢管I内径比厚壁钢管II外径稍大。
2.根据权利要求1所述的用于基坑工程内支撑的抱箍式活络头，其特征在于:所述厚壁钢管I长度为300~500mm，所述抱箍处法兰(6)厚度为20~30mm。
3.根据权利要求1所述的用于基坑工程内支撑的抱箍式活络头，其特征在于:每组两块抱箍翼板(8)的间距为50~100mm。
4.根据权利要求1所述的用于基坑工程内支撑的抱箍式活络头，其特征在于:翼板高强螺栓孔(14)内穿设有高强螺栓(4)。
5.根据权利要求1所述的用于基坑工程内支撑的抱箍式活络头，其特征在于:所述开口的长度为300~400_。
6.根据权利要求1所述的用于基坑工程内支撑的抱箍式活络头，其特征在于:所述厚壁钢管I内侧每隔50~200mm加工一圈刻痕(19)。
7.根据权利要求1所述的用于基坑工程内支撑的抱箍式活络头，其特征在于:所述厚壁钢管II材料强度比抱箍(I)厚壁钢管I的材料强度低，所述厚壁钢管II长度为300~500_，厚壁钢管II表面经喷砂、打毛处理，以提高表面摩擦系数。
8.根据权利要求1所述的用于基坑工程内支撑的抱箍式活络头，其特征在于:所述内管端封板(12)的厚度为20~30mm。
9.根据权利要求1所述的用于基坑工程内支撑的抱箍式活络头，其特征在于:所述内管处法兰(7)的厚度为20~30_。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的抱箍式活络头在基坑工程内支撑中的施工方法，其特征在于:步骤如下: 步骤一:抱箍(I)制作:所述抱箍(I)由厚壁钢管I加工而成，制作抱箍(I)的厚壁钢管I加工后需与后续要加工的内管(2)同圆心，抱箍的厚壁钢管I内径比内管(2)的厚壁钢管II外径稍大，在厚壁钢管I的内侧设置刻痕(19);在抱箍(I) 一端焊接抱箍处法兰(6)，在抱箍处法兰(6)横截面两侧左右对称位置焊接千斤顶托盘(9)，千斤顶托盘(9)长度与之后要设置的千斤顶油缸高度相等；在抱箍(I)的上、下两侧分别焊接一组抱箍翼板(8)，在抱箍翼板(8)上设置翼板高强螺栓孔(14)和翼板加劲肋板(3);焊接好抱箍处法兰(6)、千斤顶托盘(9)和抱箍翼板(8)后，在两块抱箍翼板(8)间切割厚壁钢管I形成开口 ； 步骤二:内管(2)制作:由厚壁钢管II加工而成，厚壁钢管II表面做喷砂、打毛这些增加摩擦力的处理；厚壁钢管II一端焊接内管端封板(12)，另一端焊接内管处法兰(7);在厚壁钢管II与内管处法兰(7)间焊接内管加劲肋板(10)； 步骤三:抱箍(I)与内管(2)的连接:将内管(2)插入抱箍(I)内，在翼板高强螺栓孔(14)内初步拧紧高强螺栓(4)，使之连接在一起形成抱箍式活络头(15)； 步骤四:将上述加工制作好的抱箍式活络头(15)与预先制作好的钢支撑固定节段(16)和钢支撑(5)运输至施工现场，钢支撑(5)安装前预拼装； 步骤五:测量定位，在钢围檩(17)上准确安装上述钢支撑固定节段(16)，其上的螺栓不拧紧； 步骤六:采用龙门吊拼装钢支撑(5)，并安装抱箍式活络头(15)，将抱箍式活络头(15)两端分别与钢支撑(5)连接，检查各节点的连接状况； 步骤七:选择合适的千斤顶(11)，使用千斤顶(11)前必须进行检测标定，准确将千斤顶(11)安放在抱箍的千斤顶托盘(9 )上，并检查有无偏心； 步骤八:按照设计的预加轴力通过抱箍式活络头(15)上的千斤顶(11)对钢支撑(5)逐级进行加压，期间检查各连接部位的稳定性、牢固性，在预加轴力达到设计轴力的10%时，检查钢支撑(5)和钢围檩(17)有无异常后，拧紧钢支撑固定节段(16)的螺栓； 步骤九:预加轴力达到设定值时，应再次检查各连接节点有无松动、变形是否超出允许值，待压力稳定后锁定千斤 顶(11)，然后拧紧抱箍式活络头上的高强螺栓(4)，缓慢拆除千斤顶(11)，并注意检查活络头有无异常。
【文档编号】E02D17/04GK103541365SQ201310532602
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2013年10月31日
【发明者】张明聚, 赵鸿超, 郭雪源, 宋轶骏 申请人:北京工业大学