一种基坑开挖混合支撑预应力自适应自动补偿方法与流程

背景技术：

在基坑的开挖过程中，尤其是在基坑进行深部开挖时，以及在基坑周围存在高层建筑或者重型建筑设施时，都会在基坑开挖的过程中导致基坑的支护结构中的预应力造成较大的损失，以往没有进行特殊处理的支撑结构都会遇到类似的情况。本次针对传统的支撑结构中不能及时进行有效的应力补偿的问题精心设计该装置可以在基坑开挖的过程中通过高强度弹簧对失去的应力进行及时的自动补偿，尤其是在进行混合支撑的过程中由于混凝土的弹性模量比钢支撑要小，变形量不大，导致钢支撑结构中的预应力损失较大甚至是进入松弛的状态。现经过这个自动补偿的装置可以解决这样的问题。

基坑支护结构中钢支撑都是要回收重复利用的，在拆卸的时候由于钢支撑中的力太大导致不好进行拆卸，通过本装置可以对装置中的弹簧进行压缩，就可以轻松的对钢支撑进行拆除。

技术实现要素：

鉴于现有技术的以上缺点，本发明的目的在于解决基坑开挖过程中支撑结构中应力损失无法进行及时的补偿的问题。

本发明提供一种基坑开挖混合支撑预应力自适应自动补偿方法及其装置，可用于在基坑施工过程中由于基坑继续想深部开挖的过程中上层支护结构中的应力已经开始松弛，导致基坑沉降和倾斜程度增大的问题。通过自动补偿可以保持支撑结构中具有足够的应力对基坑周围进行支撑。

本发明的具体实现方案如下：

一种基坑开挖混合支撑预应力自适应自动补偿的装置。将带有高强度螺杆和钢管套筒的底座与基坑壁中的预埋构件相连接，紧接着将带有弹簧、螺孔的弹簧套筒插入底座的钢管套筒中，装上螺帽即可。该自动补偿方法适用于基坑开挖中各种支护结构中。

一种基坑开挖混合支撑预应力自适应自动补偿方法。该方法主要运用高强度弹簧、高强度螺杆、高强度螺帽、钢管等材料共同组成，利用弹簧在压缩或者是拉伸时会产生与之受力相反的弹力的原理自动对钢支撑中的损失的预应力进行补偿。在进行基坑开挖钢支撑安装的时候，先将带有刚强度螺杆的外层钢管套筒的底座固定在预埋构件当中，再将带有螺孔的弹簧外层钢管套筒中装入高强度弹簧后一起对准外层钢管套筒以及螺杆插入底座的钢管套筒中，最后上好高强度螺帽即可。其特征在于包括以下步骤：

步骤一：选择适当的高强度弹簧。

弹簧的选取与基坑将会产生最大的水平位移有关，如基坑的设计最大深度为h对应相关规范中该基坑深度对应的允许倾斜角度为σ，

则基坑的顶部的允许水平位移为：

[s]＝h·σ(a)

假设弹簧可压缩长度为l：

l≥[s](b)

根据被动压力计算方法可计算出钢支撑需要受到的最大土压力pmax：

pmax＝kaγh(c)

式中：ka——基坑周围土的侧压力系数

γ——基坑周围土的重度

h——基坑的设计深度

弹簧能提供的最大弹力为f，假设弹簧的胡克系数为k，则：

f＝k·l(d)

弹簧为了提供足够的弹力必须满足：

f≥pmax(e)

根据上面的5个算式可以确定出弹簧的胡克系数以及弹簧的可压缩长度。

步骤二：选择高强度螺帽和螺杆(主要是在基坑底部由于地连墙产生倾斜时受拉，以及对弹簧进行施压)。

螺杆的和螺帽的许用轻度[ft]须大于弹簧的最大弹力f，由于钢材的抗拉强度在设计制造的时候已经确定，只要根据相关要求选取即可。

步骤三：根据现场所采用的钢支撑的直径选取装置中的弹簧钢管套筒以及底座钢管套筒的直径。

步骤四：根据已选弹簧钢管套筒的直径，可以确定弹簧的外径。弹簧的自然长度大于2倍的钢管套筒的长度。

综上所述，根据已有弹簧参数：弹簧的胡克系数、自然长度、弹簧的外径、弹簧的可压缩系数等就可以定制相关的弹簧规格与类型。

步骤五：根据构件的设计内容进行安装即可。

采用本发明的方法和结构，实现了基坑开挖中支护结构中预应力的自动补偿，方便后期对钢支撑的拆除作业。尤其是在对钢支撑进行后期拆除的时候只要利用拧紧螺帽将弹簧压缩即可轻松拆除。该方法在可以保证在施工的过程中保持钢支撑的具有可靠的预应力，防止钢支撑在后期施工中发生应力松弛的问题，同时保证采用混合支护的时候混凝土支撑中时刻受压，不出现拉应力，防止混凝土受拉破坏。

本发明的基坑开挖混合支撑预应力自适应自动补偿的方法简单方便，所提供的装置设计可靠性高。

附图说明

图1是本发明基坑开挖混合支撑预应力自适应自动补偿的装置的立体整体结构示意图。

图2是本发明的基坑开挖混合支撑预应力自适应自动补偿的装置的底座结构。

图3是本发明的基坑开挖混合支撑预应力自适应自动补偿的装置弹簧套筒结构。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体的实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

结合图1，一种基坑开挖混合支撑预应力自适应自动补偿的装置包括：高强度螺帽1、外层钢管套筒底座2、高强度螺杆3、外层钢管套筒4、高强度弹簧5、内层钢管套筒6、螺孔7。

结合图2，根据前面的计算要求选择高强度螺杆的尺寸并焊接在底座上，根据现场钢支撑的直径设计外层钢管套筒的直径，其内径与钢支撑中的钢管尺寸相同即可。

结合图3，根据外层钢管套筒的内径设计内层钢管套筒的外径，内层钢管的厚度参照外层钢管套筒的厚度即可，根基前面的计算要求定制对应的弹簧并将弹簧放入内层套筒中。

结合图2和图3，将图2装置中的螺杆穿过图3中对应的螺孔，上好螺帽既形成图1中的装置。

基坑开挖混合支撑预应力自适应自动补偿方法如下：

步骤一：选择适当的高强度弹簧。

弹簧的选取与基坑将会产生最大的水平位移有关，如基坑的设计最大深度为h对应相关规范中该基坑深度对应的允许倾斜角度为σ，在实施例中假设基坑的设计最大深度为h为20米，允许倾斜角度为σ＝0.01°

则基坑的顶部的允许水平位移为：

[s]＝h·σ(a)

假设弹簧可压缩长度为l：

l≥[s](b)

假设弹簧可压缩长度为l至少需要大于1.1mm，则可以根据现场实际设计选择弹簧的可压缩长度，从而确定出l的大小。

根据被动压力计算方法可计算出钢支撑需要受到的最大土压力pmax：

pmax＝kaγh(c)

式中：ka——基坑周围土的侧压力系数

γ——基坑周围土的重度

h——基坑的设计深度

根据被动压力计算方法可计算出钢支撑需要受到的最大土压力pmax：

基坑周围土的侧压力系数ka可取0.5，基坑周围土的重度γ可取18kn/m³：

则pmax＝kaγh＝0.5×18×20＝180kpa

弹簧能提供的最大弹力为f，假设弹簧的胡克系数为k(弹簧的胡可系数可根据设计要求进行合理选择即可)，则：

f＝k·l(d)

弹簧为了提供足够的弹力必须满足：

f≥pmax(e)

根据上面的5个算式可以确定出弹簧的胡克系数以及弹簧的可压缩长度。

弹簧能提供的最大弹力为f，弹簧为了提供足够的弹力必须满足：

f≥pmax＝180kpa

步骤二：选择高强度螺帽和螺杆(主要是在基坑底部由于地连墙产生倾斜时受拉，以及对弹簧进行施压)。

螺杆的和螺帽的许用轻度[ft]须大于弹簧的最大弹力f，由于钢材的抗拉强度在设计制造的时候已经确定，只要根据相关要求选取即可。

步骤三：根据现场所采用的钢支撑的直径选取装置中的弹簧钢管套筒以及底座钢管套筒的直径。

步骤四：根据已选弹簧钢管套筒的直径，可以确定弹簧的外径。弹簧的自然长度大于2倍的钢管套筒的长度。

综上所述，根据已有弹簧参数：弹簧的胡克系数、自然长度、弹簧的外径、弹簧的可压缩系数等就可以定制相关的弹簧规格与类型。

步骤五：根据构件的设计内容进行安装即可。

以上本发明的实施例进行了详细地说明，此处的各个实施例是用来提供对本发明的进一步理解。显然，以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何对本领域的技术人员来说是可轻易想到的、实质上没有脱离本发明的变化或替换，也均包含在本发明的保护范围之内。