一种自动调控变形的支撑结构及其实施方法与流程

1.本发明属于基坑支护工程领域，涉及一种基坑混凝土支撑结构，尤其是涉及一种自动调控变形的支撑结构及其实施方法。


背景技术：

2.混凝土支撑结构是软土基坑普遍采用的支护形式，混凝土支撑具有结构刚度大、安全度高和布置灵活等优点。然而，混凝土支撑属于被动受力结构，即只有当基坑围护墙产生水平变形并对混凝土支撑进行水平挤压后，混凝土支撑才能对围护墙提供水平抗力，即“墙体变形在先、支撑抗力在后”。这种被动式受力特征不利于基坑围护墙的水平变形控制。此外，宽大基坑的混凝土支撑徐变收缩、温度收缩现象明显，这些都会加剧基坑围护墙的水平变形，不利于周边环境的保护。
3.中国专利cn 111877357a公开了一种深基坑混凝土支撑轴力补偿方法，通过在支撑梁的内侧设置的加强柱实现对支撑梁的结构加强，并通过设置的电加热丝对加强柱进行加热，并通过加强柱快速均匀的将热量分散到支撑梁的各部位实现对整个支撑梁的加热实现加热轴力补偿，并通过设置的斜楔块与斜切面配合，并在顶紧螺丝的顶紧下使得斜楔块将两侧的外壳向两侧挤压实现对支撑梁的进一步的轴力补偿。该专利通过加热的方式进行轴力补偿，轴力补偿程度很难控制；而且无论是采用加热的方式还是采用向外壳施力实现两个外壳向两端施力通过插块对支撑梁施力实现支撑梁轴力补偿的方式，都会对支撑梁本身的结构造成一定的不良影响。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种自动调控变形的支撑结构及其实施方法。可以在基坑施工期间根据变形监测动态调控混凝土支撑的轴力，能主动对围护墙提供可靠的反力控制变形，又能补偿混凝土徐变收缩、温度收缩等产生的水平变形，有利于减少对基坑周边环境的扰动。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.本发明第一方面提供一种自动调控变形的支撑结构，包括混凝土支撑、凹槽式混凝土围檩和液压千斤顶，凹槽式混凝土围檩的内侧与混凝土支撑刚性连接，凹槽式混凝土围檩的外侧朝向基坑围护墙，且凹槽式混凝土围檩的外侧沿周向方向设有多个凹槽，液压千斤顶设置于凹槽内，两端分别抵在基坑围护墙和凹槽式混凝土围檩上。
7.优选地，该支撑结构还包括控制器和变形监测仪，所述的变形监测仪用于实时测量基坑围护墙水平变形以及凹槽式混凝土围檩与基坑围护墙的脱开距离，并将变形数据反馈至控制器；所述的控制器用于实时对液压千斤顶的顶力进行调整。
8.优选地，所述的变形监测仪包括用于实时测量基坑围护墙水平变形的自动化测斜仪，以及用于实时测量凹槽式混凝土围檩与基坑围护墙脱开距离的激光测距系统或机器视觉系统。
9.优选地，所述的凹槽内设有用于放置液压千斤顶的托板。
10.优选地，所述的混凝土支撑设有钢立柱。
11.优选地，所述的钢立柱采用格构式角钢柱、钢管或型钢。
12.优选地，该支撑结构还包括悬吊构件，所述的悬吊构件用于凹槽式混凝土围檩与上一道混凝土支撑的连接固定。
13.优选地，所述的悬吊构件采用采用钢绞线、钢筋或型钢。
14.优选地，所述的悬吊构件垂直布置，或斜向布置在靠近钢立柱的位置。
15.优选地，该支撑结构还包括用于当液压千斤顶将基坑围护墙与凹槽式混凝土围檩脱开后，在液压千斤顶两侧设置的型钢支撑，所述的型钢支撑用于防止液压千斤顶意外失效造成基坑围护墙变形突变。
16.本发明中，当液压千斤顶未提供顶力时，基坑水土侧压力通过基坑围护墙直接传递到凹槽式混凝土围檩和混凝土支撑上；当液压千斤顶提供顶力时，可将基坑围护墙与凹槽式混凝土围檩顶开，则基坑水土侧压力通过基坑围护墙传递至液压千斤顶，再由液压千斤顶传递至凹槽式混凝土围檩和混凝土支撑上。
17.本发明第二方面提供一种所述的自动调控变形的支撑结构的实施方法，包括以下步骤：
18.s1：施工基坑围护墙和钢立柱；
19.s2：基坑开挖至预定标高后，施工凹槽式混凝土围檩和混凝土支撑；
20.s3：安装悬吊构件，固定凹槽式混凝土围檩；
21.s4：当凹槽式混凝土围檩和混凝土支撑达到强度后，液压千斤顶施加顶力，将基坑围护墙与凹槽式混凝土围檩顶开；
22.s5：变形监测仪实时量测基坑围护墙水平变形以及凹槽式混凝土围檩与基坑围护墙的脱开距离，并将变形数据反馈至控制器，控制器实时对液压千斤顶的顶力进行调整，以控制变形。
23.s6：当液压千斤顶将基坑围护墙与凹槽式混凝土围檩脱开后，在液压千斤顶两侧设置型钢支撑。
24.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
25.(1)可以在基坑施工期间根据变形监测动态调控混凝土支撑的轴力，能主动对围护墙提供可靠的反力控制变形，又能补偿混凝土徐变收缩、温度收缩等产生的水平变形，有利于减少对基坑周边环境的扰动。
26.(2)液压千斤顶至于围檩与地墙之间，则千斤顶和支撑的布置更加灵活，两者可以在平面布置时可以互不影响。
27.(3)液压千斤顶置于围檩凹槽内，千斤顶的安装和拆除施工简便，只需要预埋钢板，不需要复杂的连接节点。此外，凹槽内可以设置型钢支撑，防止千斤顶意外失效造成的变形突变风险。
附图说明
28.图1为本发明的支撑结构的布置示意图。
29.图2为本发明的液压千斤顶的布置示意图。
30.图3为本发明的悬吊构件垂直布置的示意图。
31.图4为本发明的悬吊构件斜向靠近钢立柱布置的示意图。
32.图5为本发明的型钢支撑布置示意图。
33.图中，1为基坑围护墙，20为凹槽式混凝土围檩，21为凹槽，22为托板，3为混凝土支撑，4为钢立柱，5为液压千斤顶，52为型钢支撑，6为悬吊构件。
具体实施方式
34.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
35.实施例1
36.一种自动调控变形的支撑结构，如图1～2所示，包括混凝土支撑3、凹槽式混凝土围檩20和液压千斤顶5，凹槽式混凝土围檩20的内侧与混凝土支撑3刚性连接，凹槽式混凝土围檩20的外侧朝向基坑围护墙1，且凹槽式混凝土围檩20的外侧沿周向方向设有多个凹槽21，液压千斤顶5设置于凹槽21内，两端分别抵在基坑围护墙1和凹槽式混凝土围檩20上。
37.本发明的支撑结构在工作时：当液压千斤顶5未提供顶力(未加载)时，基坑水土侧压力通过基坑围护墙1直接传递到凹槽式混凝土围檩20和混凝土支撑3上；当液压千斤顶5提供顶力(加载)时，可将基坑围护墙1与凹槽式混凝土围檩20顶开，则基坑水土侧压力通过基坑围护墙1传递至液压千斤顶5，再由液压千斤顶5传递至凹槽式混凝土围檩20和混凝土支撑3上。
38.本实施例中，优选该支撑结构还包括控制器和变形监测仪，变形监测仪用于实时测量基坑围护墙1水平变形以及凹槽式混凝土围檩20与基坑围护墙1的脱开距离，并将变形数据反馈至控制器；控制器用于实时对液压千斤顶5的顶力进行调整。更进一步优选变形监测仪包括用于实时测量基坑围护墙1水平变形的自动化测斜仪，以及用于实时测量凹槽式混凝土围檩20与基坑围护墙1脱开距离的激光测距系统或机器视觉系统。基坑围护墙1水平变形，可以利用自动化测斜仪，通过常规墙体测斜孔，实时测量两侧围护墙的水平变形。凹槽式混凝土围檩20与基坑围护墙1的脱开距离，通过在凹槽式混凝土围檩20的凹槽21内设置激光测距仪，仪器固定在液压千斤顶5两侧，实时测量两者的相对距离变化；或者通过机器视觉系统进行实时测量。从而本实施例的支撑结构可以在基坑施工期间根据变形监测动态调控混凝土支撑3的轴力，能主动对基坑围护墙1提供可靠的反力控制变形，又能补偿混凝土徐变收缩、温度收缩等产生的水平变形，有利于减少对基坑周边环境的扰动。控制器可以采用plc控制器或微机。
39.本发明的支撑结构可以通过人工手动控制液压千斤顶5进行工作(通过人工测量基坑围护墙1水平变形以及凹槽式混凝土围檩20与基坑围护墙1的脱开距离，并控制液压千斤顶5)，也可以采用自动的方式控制液压千斤顶5工作。优选采用自动控制的方式。
40.本发明中的凹槽21内设有用于放置液压千斤顶5的托板22，凹槽21的结构可以参见图1和图2，从图中可以看出，凹槽21的顶部敞口，外侧的一端通向凹槽式混凝土围檩20。液压千斤顶5置于凹槽21内的托板22上。
41.混凝土支撑3还可以设有钢立柱4。钢立柱4可以采用格构式角钢柱、钢管或型钢。本实施例中，钢立柱4采用格构式角钢柱。
42.该支撑结构还包括悬吊构件6，如图3和图4，悬吊构件6用于凹槽式混凝土围檩20
与上一道混凝土支撑3的连接固定。由于第一道混凝土支撑3水平受压力小，其变形控制要求不高，且第一道混凝土支撑3经常被用作施工栈桥施工，承受较大的竖向荷载，因此本发明第一道混凝土支撑3与基坑围护墙1顶圈梁刚性连接，不设置千斤顶。悬吊构件6可以采用采用钢绞线、钢筋或型钢。悬吊构件6可以采用垂直布置的方式(如图3所示)，也可以采用斜向布置在靠近钢立柱的位置的方式(如图4所示)。
43.本实施例中，如图5所示，该支撑结构还包括用于当液压千斤顶5将基坑围护墙1与凹槽式混凝土围檩20脱开后，在液压千斤顶5两侧设置的型钢支撑52，该型钢支撑52用于防止液压千斤顶5意外失效造成基坑围护墙1变形突变。
44.上述自动调控变形的支撑结构的实施方法，包括以下步骤：
45.s1：施工基坑围护墙1和钢立柱4；
46.s2：基坑开挖至预定标高后，施工凹槽式混凝土围檩20和混凝土支撑3；
47.s3：安装悬吊构件6，固定凹槽式混凝土围檩20；
48.s4：当凹槽式混凝土围檩20和混凝土支撑3达到强度后，液压千斤顶5施加顶力，将基坑围护墙1与凹槽式混凝土围檩20顶开；
49.s5：变形监测仪实时量测基坑围护墙1水平变形以及凹槽式混凝土围檩20与基坑围护墙1的脱开距离，并将变形数据反馈至控制器，控制器实时对液压千斤顶5的顶力进行调整，以达到控制变形的目的；
50.s6：当液压千斤顶5将基坑围护墙1与凹槽式混凝土围檩20脱开后，在液压千斤顶5两侧设置型钢支撑52。
51.上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。