基坑内斜向下超前预应力顶撑结构和施加预应力方法与流程

本发明涉及一种基坑工程，尤其涉及一种基坑内斜向下超前预应力顶撑结构和施加预应力方法。

背景技术：

1、随着城市化进程的加快，城市地下空间的开发利用成为缓解城市压力、提升城市综合承载能力的有效途径。在这一背景下，深基坑开挖技术得到了广泛应用。然而，深基坑开挖会对周边环境造成一定的影响，可能会引起周边地层的沉降和位移，从而影响邻近地铁隧道、建筑物等的安全。为了解决这一问题，现有技术提出了采用混凝土支撑加力装置的方案，其主要技术构思是“利用加力装置对围护结构施加向基坑外的横向推力，以实现围护结构位移的主动控制(可参见中国专利《一种主动控制基坑位移的支撑系统及其设计方法-cn108130910a》)。

2、目前的问题在于：

3、目前所实现的针对围护结构位移的主动控制，其只能对围护结构开挖面施加横向的顶撑预应力，而无法提前对围护近坑底部位施加顶撑预应力，尤其是在下阶层基坑结构构建完成之前，无法对围护近坑底部位施加顶撑预应力，这样一来，围护近坑底部位可能在下阶层基坑结构构建完成之前就产生位移变形的情况，从而无法有效控制基坑变形。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基坑内斜向下超前预应力顶撑结构和施加预应力方法，该斜向下超前预应力顶撑结构和超前施加预应力方法能够在围护近坑底部位可能发生位移变形的第一时间就可以采取施加顶撑预应力的措施。

2、为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基坑内斜向下超前预应力顶撑结构，该斜向下超前预应力顶撑结构包括斜向下支撑部件，该斜向下支撑部件基于近坑底水平支撑并顶撑在围护近坑底部位处。

4、进一步地，针对斜向下支撑部件配置有顶撑加力机构，该顶撑加力机构能够驱动斜向下支撑部件基于近坑底水平支撑对围护近坑底部位施加顶撑预应力。

5、进一步地，所述斜向下支撑部件为下斜撑桩，所述下斜撑桩的一端作为顶撑端，下斜撑桩的另一端作为加力端；

6、所述斜向下支撑部件基于近坑底水平支撑并顶撑在围护近坑底部位处，其具体实现的结构形式为：所述下斜撑桩的加力端基于近坑底水平支撑，下斜撑桩的顶撑端斜向下地顶撑在围护近坑底部位处；

7、所述针对斜向下支撑部件配置有顶撑加力机构，该顶撑加力机构能够驱动斜向下支撑部件基于近坑底水平支撑对围护近坑底部位施加顶撑预应力，其具体实现的结构形式为：在下斜撑桩基于近坑底水平支撑的部位处设置有顶撑加力机构，该顶撑加力机构能够基于近坑底水平支撑对下斜撑桩的加力端施加推力，使得下斜撑桩的顶撑端对围护近坑底部位施加顶撑预应力。

8、进一步地，所述顶撑加力机构为牛腿基反力机构，所述牛腿基反力机构包括反力牛腿、第一千斤顶和反力架；

9、所述反力牛腿设置在近坑底水平支撑上，所述反力架具有反力梁，反力架固定在反力牛腿上，在反力架的反力梁与反力牛腿的之间留有千斤顶留置空间，所述第一千斤顶置于千斤顶留置空间中，第一千斤顶处于反力架的反力梁与下斜撑桩的加力端之间，第一千斤顶能够基于反力架的反力梁对下斜撑桩的加力端施加推力，从而实现所述顶撑加力机构能够基于近坑底水平支撑对下斜撑桩的加力端施加推力。

10、进一步地，所述顶撑加力机构为套管基反力机构，所述套管基反力机构包括套管和第二千斤顶；

11、所述套管的一端作为斜出端，套管另一端作为反力端，在套管的反力端处设置有千斤顶容置空间；

12、所述套管固定在近坑底水平支撑上，所述下斜撑桩的加力端穿设在套管内，所述第二千斤顶设置在所述千斤顶容置空间中，并且在千斤顶容置空间中设置有反力型钢，第二千斤顶基于反力型钢对下斜撑桩的加力端施加推力，从而实现所述顶撑加力机构能够基于近坑底水平支撑对下斜撑桩的加力端施加推力。

13、进一步地，所述下斜撑桩的顶撑端通过粘接浆料粘结的方式与围护近坑底部位固定连接在一起。

14、进一步地，所述下斜撑桩中设置有灌浆通路，该灌浆通路用于：通过所述灌浆通路，将粘接浆料灌送至下斜撑桩的顶撑端与围护近坑底部位之间部位处，从而将下斜撑桩的顶撑端与围护近坑底部位粘结连接在一起。

15、进一步地，所述下斜撑桩的顶撑端处设置有爪齿头，当下斜撑桩的顶撑端顶撑在围护近坑底部位时，所述爪齿头能够抓牢围护结构。

16、进一步地，所述爪齿头固定在下斜撑桩的顶撑端处；或者，所述爪齿头通过铰接件装配在下斜撑桩的顶撑端处。

17、进一步地，所述基坑的围护结构中设置有测斜装置。

18、进一步地，近坑底水平支撑的边缘部与围护结构之间留有装置装配间隔；

19、所述斜向下超前预应力顶撑结构还包括横向顶撑机构，所述横向顶撑机构设置在装置装配间隔处，横向顶撑机构基于近坑底水平支撑的边缘部对围护结构施加横向的顶撑预应力。

20、进一步地，所述下斜撑桩为钢管、预制混凝土结构、组合型钢或钢杆。

21、进一步地，基坑中具有抗拔装置，所述抗拔装置为支撑体系下立柱桩、抗拔锚杆或堆载。

22、进一步地，所述下斜撑桩中设有机械通路，该机械通路用于后续机械设备进入到下斜撑桩与围护结构连接部位，进行该部位的部分加固和后期维修工作。

23、进一步地，所述近坑底水平支撑上设置有轴力监测装置，该轴力监测装置用于监测近坑底水平支撑的支撑轴力。

24、进一步地，所述下斜撑桩伸入到坑底土体之下。

25、一种基坑内对围护超前施加预应力方法，所述超前施加预应力方法包括：

26、s1，构建近坑底水平支撑；

27、s2，构建一种斜向下超前预应力顶撑结构，并且在后续下阶层掘土作业前完成构建；

28、所构建的斜向下超前预应力顶撑结构包括斜向下支撑部件，该斜向下支撑部件基于近坑底水平支撑并顶撑在围护近坑底部位处；

29、针对斜向下支撑部件配置有顶撑加力机构，所述顶撑加力机构能够基于近坑底水平支撑驱动斜向下支撑部件对围护近坑底部位施加顶撑预应力；

30、s3，利用所构建的斜向下超前预应力顶撑结构对围护近坑底部位施加顶撑预应力。

31、进一步地，所述斜向下支撑部件采用下斜撑桩，所述下斜撑桩的一端作为顶撑端，下斜撑桩的另一端作为加力端；

32、所述斜向下超前预应力顶撑结构的构建方法具体包括：

33、s21，在近坑底水平支撑上预设支撑过孔；

34、s22，采用斜桩机将下斜撑桩由近坑底水平支撑上的支撑过孔斜向地送入到土体中，直至下斜撑桩的顶撑端接触顶撑到围护结构；构建好的下斜撑桩，其顶撑端顶撑围护结构的部位处于基坑当前坑底下方的土体中；

35、s23，将下斜撑桩的顶撑端与围护结构连结在一起；

36、s24，基于近坑底水平支撑安装顶撑加力机构，顶撑加力机构能够基于近坑底水平支撑对下斜撑桩施加推力，使得下斜撑桩的顶撑端对围护近坑底部位施加顶撑预应力；

37、下斜撑桩的顶撑端顶撑围护结构的部位处于基坑当前坑底下方的土体中。

38、进一步地，所述下斜撑桩内设置有灌浆通路；

39、所述将下斜撑桩的顶撑端与围护结构连结在一起，其具体实现的方法包括：采用注浆机械将高强度粘接浆料由下斜撑桩的加力端处灌入到下斜撑桩内的灌浆通路中，粘接浆料经由灌浆通路被送达至下斜撑桩的顶撑端与围护结构接触的部位处，待粘接浆料凝结后，下斜撑桩的顶撑端则与围护结构连结在一起。

40、进一步地，在灌注粘接浆料之前，通过下斜撑桩灌浆通路向下斜撑桩的顶撑端与围护结构接触的部位处喷水，以清除泥土碎屑。

41、进一步地，所述下斜撑桩的顶撑端处设置有爪齿头；

42、所述将下斜撑桩的顶撑端与围护结构连结在一起，其具体实现的方法包括：使斜桩机将下斜撑桩的顶撑端强行用力抵靠在围护结构上，使下斜撑桩顶撑端处的爪齿头的爪齿嵌入到围护结构本体中，从而实现咬合式的连接，下斜撑桩的顶撑端则与围护结构连结在一起。

43、进一步地，所述基于近坑底水平支撑安装顶撑加力机构，其具体实现的方法包括：

44、所述顶撑加力机构为牛腿基反力机构，所述牛腿基反力机构包括反力牛腿、第一千斤顶和反力架；

45、所述反力牛腿设置在近坑底水平支撑上，所述反力架具有反力梁，反力架固定在反力牛腿上，在反力架的反力梁与反力牛腿的之间留有千斤顶留置空间，所述第一千斤顶置于千斤顶留置空间中，第一千斤顶处于反力架的反力梁与下斜撑桩的加力端之间，第一千斤顶基于反力架的反力梁对下斜撑桩的加力端施加推力。

46、进一步地，所述基于近坑底水平支撑安装顶撑加力机构，其具体实现的方法包括：

47、所述顶撑加力机构为套管基反力机构，所述套管基反力机构包括第二千斤顶和套管；

48、所述套管的一端作为斜出端，套管另一端作为反力端，在套管的反力端处设置有千斤顶容置空间；

49、所述套管固定在近坑底水平支撑上，所述下斜撑桩的加力端穿设在套管内，所述第二千斤顶设置在所述千斤顶容置空间中，并且在千斤顶容置空间中设置有反力型钢，第二千斤顶基于反力型钢对下斜撑桩的加力端施加推力。

50、进一步地，所述超前施加预应力方法还包括：

51、在利用所构建的斜向下超前预应力顶撑结构对围护近坑底部位施加顶撑预应力的过程中，监测围护近坑底部位的变形状况，根据围护近坑底部位的变形状况，控制顶撑加力机构对围护近坑底部位施加顶撑预应力，使围护近坑底部位的变形具有更好的控制效果。

52、本发明的斜向下超前预应力顶撑结构和超前施加预应力方法相对现有技术，其主要的有益效果在于：

53、在完成近坑底水平支撑的构建之后，立即开始构建斜向下超前预应力顶撑结构，所构建的斜向下超前预应力顶撑结构其具有斜向下支撑部件，该斜向下支撑部件基于近坑底水平支撑并顶撑在围护近坑底部位处，针对斜向下支撑部件配置有顶撑加力机构，该顶撑加力机构能够驱动斜向下支撑部件基于近坑底水平支撑对围护近坑底部位施加顶撑预应力，并且，所述斜向下超前预应力顶撑结构是在在后续下阶层掘土作业前完成构建的，是超前设置的；这样一来，能够在围护近坑底部位可能发生位移变形的第一时间就可以采取施加顶撑预应力的措施，从而有利于及时防止围护近坑底部位发生位移变形。