一种可调距、可测力的基坑钢支撑装置

1.本发明属于基坑工程技术领域，具体涉及一种可调距、可测力的钢支撑装置。


背景技术：

2.钢支撑系统因具有受限制小且施工方便的特点在深基坑设计中得到广泛应用。传统轴力钢支撑，采用活络头，通过人工手动操控千斤顶施加轴力后，打入铁楔子卡紧，再拆走千斤顶。在基坑开挖过程中，受温度及环境变化的影响，稳定性比较差。通过人工定期采集监测数据，了解力值大小，然后再决定是否进行轴力复加。轴力不足时，需要重新安装千斤顶进行轴力复加、打紧钢楔进行补偿，补偿具有滞后性，支撑轴力无法保证。补偿时地连墙位移无法控制，耗时费力。
3.根据相关研究，钢支撑全部采用自动伺服系统的变形控制效果最好，间隔使用次之，单一某道使用的效果最差。现常规伺服系统价格不菲，基坑工程中对每一个钢管撑均安装伺服系统会使得建设成本高昂。
4.常规基坑内支撑伺服系统轴力计需安装在支撑端部和围护结构之间，截面积较小，高轴力下易导致支撑头压缩变形，且在安装过程中易导致支撑偏心，存在较大风险。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种可调距、可测力的基坑钢支撑装置。
6.为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：
7.一种可调距、可测力的基坑钢支撑装置，其中，包括围护结构、托架、顶块、楔块、基座和支撑活络头，围护结构固定在基坑中，托架固定在围护结构上，基座固定在托架上，基座设置有水平座，水平座上设置有上下贯穿的楔块通孔，楔块插入楔块通孔，顶块可滑动地置于水平座上，并与楔块的斜面紧贴配合，顶块背对楔块的一侧固定安装支撑活络头，支撑活络头用于对基坑侧壁进行支撑，楔块上安装有控制器，控制器用于驱动楔块上下移动，使楔块通过斜面挤压顶块，从而使顶块平移，对支撑活络头施加轴力，控制器处安装有测力计，测力计用于检测楔块对控制器的反作用力。
8.为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
9.上述的楔块由连接板以及左右两个楔块单元组成，楔块单元上端宽，下端窄，两个楔块单元上端通过连接板连接，相应的，楔块通孔的数量为两个，分别与两个楔块单元对应。
10.上述的控制器包括丝杆和丝杆螺母，水平座上设置有丝杆定位孔，丝杆下端穿入丝杆定位孔定位，丝杆竖向穿过连接板中部，丝杆螺母套在丝杆上端，丝杆螺母在丝杆下移时，能下压楔块，使其下移。
11.上述的测力计安装在丝杆螺母与连接板之间。
12.上述的顶块为截面为梯形的实心构件，顶块一侧平面上设置螺栓孔，用于与支撑
活络头螺栓连接；顶块另一侧斜面与顶块减阻板粘结；顶块减阻板与楔块的斜面紧贴。
13.上述的基座设置有竖向挡板，竖向挡板位于围护结构与楔块之间，竖向挡板上开设有减阻板槽，减阻板槽用以安装楔块减阻板，楔块减阻板与楔块贴紧配合。
14.上述的基座两侧设置有加劲挡板，用以限制顶块的横向位移；基座采用螺栓连接安装于托架之上。
15.上述的顶块减阻板以及楔块减阻板采用耐候、抗腐、低阻mgb工程塑料板制作。
16.上述的基座上安装有竖向限位器，竖向限位器用于限制支撑活络头竖向位移。
17.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
18.(1)本发明与常规伺服系统区别在于，通过设置顶块、楔块、基座等可调块件，在钢支撑有调整需求时，通过控制楔块嵌入基座的位置，进而灵活实现顶块的顶紧与放松钢支撑，实现钢支撑轴力调整。
19.(2)本发明在张拉装置处设置测力器，区别于普通伺服系统削弱钢支撑受压面。保证了钢支撑受力可靠。间接通过测量张拉装置内轴力，测得钢支撑内轴力。
20.(3)本发明采用机械结构，构造简单可靠，造价较低。
21.(4)本发明可在深基坑钢支撑体系中大量使用，张拉装置上安装电控液压张拉系统，可实现对基坑支护刚度的有效调整。
附图说明
22.图1是本发明的三维立体结构示意图；
23.图2是本发明的组装拆解图；
24.图3是基座的结构示意图；
25.图4是楔块的结构示意图；
26.图5是顶块的结构示意图；
27.图6是竖向限位器的结构示意图；
28.图7是楔块和顶块之间的受力分析图。
29.其中的附图标记为：顶块1、顶块减阻板1-1、楔块2、控制器2-1、测力计2-2、连接板2-3、楔块单元2-4、基座3、楔块减阻板3-1、减阻板槽3-2、楔块通孔3-3、丝杆定位孔3-4、水平座3-5、托架4、围护结构5、支撑活络头6、竖向限位器7。
具体实施方式
30.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例及附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
31.如图1-6所示，本实施例的一种可调距、可测力的基坑钢支撑装置，其中，包括围护结构5、托架4、顶块1、楔块2、基座3和支撑活络头6，围护结构5固定在基坑中，基座3固定在托架4上，所述的基座3设置有水平座3-5，托架4上设置有水平座3-5，水平座3-5上设置有上下贯穿的楔块通孔3-3，楔块2插入楔块通孔3-3，顶块1可滑动地置于水平座3-5上，并与楔块2的斜面紧贴配合，顶块1背对楔块2的一侧固定安装支撑活络头6，支撑活络头6用于对基
坑侧壁进行支撑，楔块2上安装有控制器2-1，控制器2-1用于驱动楔块2上下移动，使楔块2通过斜面挤压顶块1水平移动，从而对支撑活络头6施加轴力，控制器2-1处安装有测力计2-2，测力计2-2用于检测楔块2对控制器2-1的反作用力。
32.楔块2由连接板2-3以及左右两个楔块单元2-4组成，楔块单元2-4上端宽，下端窄，两个楔块单元2-4上端通过连接板2-3连接，相应的，楔块通孔3-3的数量为两个，分别与两个楔块单元2-4对应。楔块通孔3-3可使楔块2通过，当楔块2下插一定深度后，便会卡住，达到调整行程的极限。
33.钢支撑与围护结构可直接相连，或钢支撑连接于围檩上。若钢支撑直接与围护结构相连，可不设托架4，围护结构内埋设预埋件，基座3与其焊接连接；若钢支撑与围檩相连，二者间可直接采用螺栓连接。
34.控制器2-1包括丝杆和丝杆螺母，水平座3-5上设置有丝杆定位孔3-4，丝杆下端穿入丝杆定位孔定位，丝杆竖向穿过连接板2-3中部，丝杆螺母套在丝杆上端，丝杆螺母在丝杆下移时，能下压楔块2，使其下移。
35.测力计2-2安装在丝杆螺母与连接板2-3之间。
36.顶块1为截面为梯形的实心构件，顶块一侧平面上设置螺栓孔，用于与支撑活络头6螺栓连接；顶块1另一侧斜面与顶块减阻板1-1粘结；顶块减阻板1-1与楔块2的斜面紧贴。
37.基座3设置有竖向挡板，竖向挡板位于围护结构5与楔块2之间，竖向挡板上开设有减阻板槽3-2，减阻板槽3-2用以安装楔块减阻板3-1，楔块减阻板3-1与楔块2贴紧配合。
38.基座3两侧设置有加劲挡板，用以限制顶块1的横向位移；基座3采用螺栓连接安装于托架4之上。
39.顶块减阻板1-1、楔块减阻板3-1采用耐候、抗腐、低阻mgb工程塑料板制作。
40.基座3上安装有竖向限位器7，竖向限位器7用于限制支撑活络头6竖向位移。
41.本发明使用时，首先在围护结构5上安装好托架4，将基座3与托架4连接紧固。在基座3上减阻板槽3-2内安装楔块减阻板3-1，并将控制器2-1与基座3底面的丝杆定位孔3-4相连接。其次，按照一般基坑工程钢支撑施工办法组装钢支撑与端头活络头6，进一步的，顶块1斜面粘结顶块减阻板1-1，并使顶块1与活络头形成可靠连接，并将活络头及相连顶块吊装入基座内。进一步的，将楔块2插入楔块通孔3-3，通过调整楔块2位置，使其与顶块1密贴受力。
42.本发明在基坑内钢支撑需要预加轴力时，通过张拉控制器2-1，使楔块2向下移动，强迫顶块1沿钢支撑轴线方向移动，从而预加轴力。
43.本发明可以在深基坑钢支撑体系中大量使用，张拉装置上安装电控液压张拉系统与拉力监测系统，通过预设钢管轴力阈值，当钢管轴力变动超出阈值时，系统自动监测、警报，并张拉控制器，调整钢管轴力，保证支撑有效。通过对楔块2安装位移检测系统并设置位移阈值，进而实现轴力、位移双控，使本装置自动调控更为合理。
44.本发明可通过调整钢支撑轴力大小，进而优化支护体系内力，使围护结构变形和应力在控制值之内。
45.如图7所示，以顶块与楔块为对象，说明本装置主要受力关系。该受力图适用于本装置调整过程中的受力状态与调整完成后的受力状态，主要区别在于，前者f
μ
指动摩擦，后者f
μ
为静摩擦。本构件调整楔块时，认为顶块仅发生x方向位移，忽略fh与f产生的力矩。
46.本装置所承担的轴力，可由下式计算得出：
[0047][0048]
f＝(f
t-f
μ1 cosθ-f
μ3
)
·
cotθ
±fμ1 sinθ
±fμ2
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0049]fμi
＝α
if·
μi(f＝fs,fv,fh；i＝1,2,3)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0050]
由式(1)可知，通过测量螺栓内的拉力，可由式(2)间接测得钢管撑轴力。需要说明的，摩擦力的大小与压力、摩擦系数、工况等均有关系，因此在式(3)中引入αi进行修正。f
μ1
、f
μ2
方向与装置所处工况有关，故采用如上表示，
[0051]
式中，θ为楔块2斜面与竖直面的夹角，f
t
为控制器2-1与楔块2之间的作用力，fs为楔块2斜面与顶块1之间的法向作用力，f
μ1
为楔块2斜面与顶块1之间的摩擦力，f为顶块1与支撑活络头6之间的作用力，f
μ3
为楔块减阻板3-1与楔块2之间的摩擦力，f
μ2
为顶块1与基座3之间的摩擦力，αi为修正系数，f
μi
代表各构件间摩擦力中占支配作用的部分，即前述f
μ1
、f
μ2
、f
μ3
，相对应的f分别代表楔块2斜面与顶块1之间的压力fs、顶块1与基座3之间的压力fv、楔块减阻板3-1与楔块2之间的压力fh，即f＝fs,fv,fh。因选用减阻材料可以不同，故μi为相对应f处不同的摩擦系数，即μi＝μ1,μ2,μ3。显然，相对应的修正系数也可以不同，故αi＝α1,α2,α3。综上，在式(3)中将角标合并表示，故i＝1,2,3。
[0052]
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。