一种可主动控制变形的混凝土轴力伺服支撑系统的制作方法

本发明属于建筑基坑支护领域，尤其涉及主动控制基坑开挖阶段变形以达到敏感环境保护效果的一种支撑体系，可广泛应用于周边存在较高保护要求环境的基坑工程中。

背景技术：

1、20世纪90年代中期以来，我国正式进入城市地下空间开发利用时代，大规模地下空间开发所引发的高层建筑地下室、地下商场、地下停车场、大型地铁车站、地下变电站等的建设伴随着产生大量的深基坑工程；并且基坑规模越来越大、开挖深度越来越深。尤其21世纪以后，随着轨道交通设施进一步普及，城市主要市政管线入地工程的进一步落实，历史保护建筑进一步颁布明确，以及医院、学校、住宅、精密设备工厂等重要建筑进一步得到重视，临近上述对象的基坑工程在实施过程中被要求执行更为严格的变形控制指标，严禁因为基坑内的挖土、卸荷作业造成上述对象发生较大的沉降变形，甚至是损坏、失能。根据上海市工程建设规范《基坑工程技术标准》dg/tj08-61-2018,对基坑工程的环境保护由高到低分为一级、二级和三级。

2、目前，为满足环境要求保护高的一级和二级基坑工程的变形控制指标，设计、施工通常采取的技术措施为：a）增加周边围护体的构件截面尺寸以提高其抗弯刚度，使得围护体在承受相同的坑外荷载与作用下发生更小的变形；b）在基坑内侧的被动区土体内设置大面积地基加固，即：利用液压、气压或者化学原理，把能固化的浆液注入土体空隙中，将原来松散的土粒或裂隙胶结成一个整体，或者以水泥作为固化剂的主剂，通过特制的深层搅拌机械，使软土硬结成具有整体性、水稳定性和一定强度的桩体，最终提高地基承载力，改善土体强度和变形性质以达到减小基坑围护体变形的目的；c）当基坑工程面积较大或者形状不规则时，通过设置内部临时隔断围护体将原本的基坑工程划分为多个小分区基坑先后实施，利用时空效应原理最后施工临近敏感环境的小分区基坑，并辅以伺服轴力自动补偿系统钢支撑等措施，进而控制敏感环境侧的围护体变形。上述三项措施均因不同程度地增加大量地基基础施工内容而造成工程造价攀升，不利于建设项目的经济效益；同时由于更为大量的钢筋、水泥等材料使用和泥浆排放，有悖于绿色环保理念。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供了一种可主动控制变形的混凝土轴力伺服支撑系统，该技术充分结合了大刚度的混凝土支撑和轴力伺服的变形控制作用，简便且有效地解决了高环境保护区的基坑开挖变形问题。

2、本发明的技术方案为：一种可主动控制变形的混凝土轴力伺服支撑系统，基坑的外围为周边围护体，内部为由钢筋混凝土围檩、纵横相交的钢筋混凝土支撑和钢立柱构成的支撑框架；周边围护体的第一侧边围护体、钢筋混凝土支撑的纵向钢筋混凝土支撑和钢筋混凝土围檩的第一钢筋混凝土檩边为位于环境保护要求高一侧；纵向筋混凝土支撑的一侧设置加载端，加载端与第一钢筋混凝土檩边之间设置第一构造缝，使加载端成为悬臂跨；加载端设有凹槽；凹槽内设置液压千斤顶，根据基坑的变形控制需要，在纵向筋混凝土支撑的端部对第一钢筋混凝土檩边实时施加往坑外方向的轴力；第一钢筋混凝土檩边与其相交的第二钢筋混凝土围檩之间设置第二构造缝。

3、基于上述技术特征：悬臂跨的跨度小于支撑框架的非悬臂跨度。

4、基于上述技术特征：悬臂跨的端跨钢立柱的两侧设置斜拉杆，分别拉结加载端和纵向筋混凝土支撑。

5、基于上述技术特征：加强加载端，在纵向筋混凝土支撑与第一钢筋混凝土檩边的连接处采用加腋构造；加载端的实心端净截面宽度应按照截面抗压承载力不低于纵向筋混凝土支撑截面抗压承载力原则确定。

6、基于上述技术特征：实心端与第一钢筋混凝土檩边之间缝隙设置薄钢板或浇筑高强灌浆料。

7、基于上述技术特征：加腋斜面与纵向筋混凝土支撑中轴线的夹角不大于30°。

8、基于上述技术特征：凹槽开在加载端的中间。

9、基于上述技术特征：凹槽为两条，分别设置在加载端的两侧。

10、基于上述技术特征：凹槽的底部设置钢筋混凝土托板，厚度不小于150mm。

11、基于上述技术特征：第一钢筋混凝土檩边与第一侧边围护体之间设置连接钢筋，形成整体连接。

12、基于上述技术特征：对应第二构造缝处的横向钢筋混凝土支撑端部设置八字撑。

13、本发明的基本构思是：钢筋混凝土支撑的优点在于平面内大刚度、布置形式限制小。在钢支撑上施加轴力主动控制变形但布置方式较为受限。本发明能同时发挥二者的优势，适用于各种形状、面积的深基坑工程。

14、首先形成钢筋混凝土支撑，而后在环境保护要求较高一侧的第一混凝土支撑端部和第一钢筋混凝土檩边之间设置千斤顶，通过千斤顶施加轴力，使围护结构产生向坑外的变形，从而实现基坑和周边环境变形毫米级的控制。本支撑体系适用于有围檩体系，有围檩体系适用于离散型的周边围护体，如周边围护体为灌注排桩、咬合桩以及smw工法桩等；也适用于地下连续墙等连续型的周边围护体。对应边跨的混凝土支撑加载端通过设置加腋构造，便于千斤顶的安装、确保传力可靠与受力平衡，并在顶开的加载端与围檩之间的缝隙处及时插入钢板或浇筑灌浆料，实现保压功能及承载力双重储备之用。

15、通过对钢筋混凝土支撑系统针对性的设计调整，有效地将钢筋混凝土支撑体系和液压千斤顶轴力伺服系统融合，同时发挥二者的优势。扩大了适用范围，用于不同形状、面积的深基坑，可有效控制保护环境侧的围护体位移，更因减少基坑施工内容而低碳、节能、减排。

技术特征：

1.一种可主动控制变形的混凝土轴力伺服支撑系统，基坑的外围为周边围护体，内部为由钢筋混凝土围檩、纵横相交的钢筋混凝土支撑和钢立柱构成的支撑框架；其特征在于：所述周边围护体的第一侧边围护体（1）、所述钢筋混凝土支撑的纵向钢筋混凝土支撑（2）和所述钢筋混凝土围檩的第一钢筋混凝土檩边（6）为位于环境保护要求高一侧；所述纵向筋混凝土支撑（2）的一侧设置加载端（4），所述加载端（4）与第一钢筋混凝土檩边（6）之间设置第一构造缝（9），使所述加载端（4）成为悬臂跨； 所述加载端（4）设有凹槽（7）；所述凹槽（7）内设置液压千斤顶（8），根据所述基坑的变形控制需要，在所述纵向筋混凝土支撑（2）的端部对所述第一钢筋混凝土檩边（6）实时施加往坑外方向的轴力；所述第一钢筋混凝土檩边（6）与其相交的第二钢筋混凝土围檩（17）之间设置第二构造缝（10）。

2.根据权利要求1所述的一种可主动控制变形的混凝土轴力伺服支撑系统，其特征在于：所述悬臂跨的跨度（e）小于所述支撑框架的非悬臂跨度（f）。

3.根据权利要求2所述的一种可主动控制变形的混凝土轴力伺服支撑系统，其特征在于：所述悬臂跨的端跨钢立柱（11）的两侧设置斜拉杆（12），分别拉结所述加载端（4）和所述纵向筋混凝土支撑（2）。

4.根据权利要求1所述的一种可主动控制变形的混凝土轴力伺服支撑系统，其特征在于:加强所述加载端（4），在所述纵向筋混凝土支撑（2）与所述第一钢筋混凝土檩边（6）的连接处采用加腋构造；所述加载端（4）的实心端的净截面宽度应按照截面抗压承载力不低于所述纵向筋混凝土支撑（2）截面抗压承载力原则确定。

5.根据权利要求4所述的一种可主动控制变形的混凝土轴力伺服支撑系统，其特征在于: 所述实心端与所述第一钢筋混凝土檩边（6）之间缝隙设置薄钢板或浇筑高强灌浆料。

6.根据权利要求4所述的一种可主动控制变形的混凝土轴力伺服支撑系统，其特征在于: 加腋斜面与所述纵向筋混凝土支撑（2）中轴线的夹角（α）不大于30°。

7.根据权利要求1所述的一种可主动控制变形的混凝土轴力伺服支撑系统，其特征在于：所述凹槽（7）开在所述加载端（4）的中间。

8.根据权利要求1所述的一种可主动控制变形的混凝土轴力伺服支撑系统，其特征在于：所述凹槽（7）为两条，分别设置在所述加载端（4）的两侧。

9.根据权利要求1所述的一种可主动控制变形的混凝土轴力伺服支撑系统，其特征在于:所述凹槽（7）的底部设置钢筋混凝土托板（20），厚度不小于150mm。

10.根据权利要求1所述的一种可主动控制变形的混凝土轴力伺服支撑系统，其特征在于:所述第一钢筋混凝土檩边（6）与所述第一侧边围护体（1）之间设置连接钢筋（15），形成整体连接。

11.根据权利要求1所述的一种可主动控制变形的混凝土轴力伺服支撑系统，其特征在于:对应所述第二构造缝（10）处的横向钢筋混凝土支撑（3）端部设置八字撑（16）。

技术总结
本发明属于建筑基坑支护领域的一种可主动控制变形的混凝土轴力伺服支撑系统，技术方案为：周边围护体的第一侧边围护体、钢筋混凝土支撑的纵向钢筋混凝土支撑和钢筋混凝土围檩的第一钢筋混凝土檩边为位于环境保护要求高一侧；纵向筋混凝土支撑的一侧设置加载端，加载端与第一钢筋混凝土檩边之间设置第一构造缝，使加载端成为悬臂跨；加载端设有凹槽；凹槽内设置液压千斤顶，根据基坑的变形控制需要，在纵向筋混凝土支撑的端部对第一钢筋混凝土檩边实时施加往坑外方向的轴力；第一钢筋混凝土檩边与其相交的第二钢筋混凝土围檩之间设置第二构造缝。该技术有效地将钢筋混凝土支撑体系和轴力伺服系统融合，同时发挥二者的优势，简便且有效地解决了高环境保护区的基坑开挖变形问题，从而达到减少土体扰动、扩大适用范围、有效控制变形和低碳节能的目的。

技术研发人员：翁其平,王卫东,苏银君,陈永才,戴斌,史志军
受保护的技术使用者：华东建筑设计研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14