[发明专利]可控变形的预应力混凝土悬臂支护结构及其设计施工方法

权利要求书

1.一种可控变形的预应力混凝土悬臂支护结构，其特征在于，所述支护结构包括：普通混凝土悬臂支护结构、预应力筋、固定端、张拉端；

所述普通混凝土悬臂支护结构包括：混凝土和配置于所述混凝土中的钢筋笼；所述张拉端、所述固定端分别位于所述预应力筋的上、下两端；所述预应力筋和锚固所述预应力筋的固定端设置在所述普通混凝土悬臂支护结构内，并同所述普通混凝土悬臂支护结构同步施工；所述张拉端锚固在所述普通混凝土悬臂支护结构顶端的冠梁上和/或锚固在所述普通混凝土悬臂支护结构侧壁的牛腿上；所述预应力筋的束数≥1，所述预应力筋的形状是直线形和/或曲线形；施加在所述预应力筋上的预应力可以一样也可以不一样。

2.根据权利要求1所述支护结构，其特征在于，所述普通混凝土悬臂支护结构是灌注桩或地下连续墙；所述灌注桩的横截面的形状可以是圆形或矩形，所述地下连续墙的形状可以是长方形或T形。

3.根据权利要求1所述支护结构，其特征在于，所述普通混凝土悬臂支护结构在基坑底面以下有一段嵌固段，所述嵌固段的长度在满足基坑内外土压力平衡的要求之外还应满足在基坑开挖后将所述悬臂支护结构在基坑开挖处的位移和转角限制在要求的程度内。

4.根据权利要求1所述支护结构，其特征在于，所述预应力筋为后张拉预应力筋。

5.根据权利要求1所述支护结构，其特征在于，所述固定端可采用垫板连体式夹片锚具或挤压锚具或压花锚具进行锚固，所述张拉端可采用夹片锚具进行锚固。

6.根据权利要求1所述支护结构，其特征在于，在所述张拉端和所述固定端的混凝土中可设置钢筋网片和/或钢板和/或钢套箍。

7.根据权利要求1所述支护结构，其特征在于，在普通混凝土悬臂支护结构施工完成后，再施工所述冠梁和所述牛腿，所述牛腿的施工可采用钢筋混凝土现浇，也可采用钢结构制作。

8.根据权利要求1所述支护结构，其特征在于，所述预应力筋在所述普通混凝土悬臂支护结构中的位置与下放浇筑所述普通混凝土悬臂支护结构混凝土所用导管所占用的空间无交集；

所述导管下放所占空间外围可设置附加钢筋笼或铁皮，所述附加钢筋笼或所述铁皮预先固定在所述钢筋笼内。

9.基于权利要求1所述可控变形的预应力混凝土悬臂支护结构的施工方法，其特征在于，所述方法按照下述步骤实现：

S1，依据预先设计的参数加工钢筋笼，并在钢筋笼上固定设置预应力筋和预应力筋固定端的锚具；

S2，将钢筋笼下放到预先施工完成的孔或槽中；

S3，向孔或槽中浇筑混凝土，形成灌注桩或地下连续墙，待混凝土终凝后，施工桩顶或墙顶冠梁；

S4，将混凝土养护至预先设计的强度后，按预先设计的张拉方案对预应力筋进行张拉并锚固于张拉端，完成可控变形的预应力混凝土悬臂支护结构的施工；

所述预先设计的张拉方案分为一步张拉和分步张拉，其中；

所述一步张拉的具体步骤为：判断张拉端是位于支护结构顶部还是支护结构侧部：如果张拉端位于支护结构顶部，则直接张拉预应力筋至预先设计的预应力；如果张拉端位于支护结构侧部，则开挖土方至张拉端下方，制作牛腿，待牛腿强度满足设计要求后，张拉所述预应力筋至预先设计的预应力；

所述分步张拉的具体步骤为：按所述一步张拉的具体步骤完成第一步张拉，开挖土方至需要张拉的下一道预应力筋的下方，制作牛腿，待牛腿强度满足设计要求后，张拉此道预应力筋至预先设计的预应力，然后继续开挖土方、张拉下一道预应力筋，直至张拉完设置在所述灌注桩或地下连续墙内的所有预应力筋为止。

10.基于权利要求1所述可控变形的预应力混凝土悬臂支护结构的设计方法，其特征在于，所述普通混凝土悬臂支护结构和预应力筋的设计参数根据随开挖过程土压力的变化和控制位移的要求进行设计，所述普通混凝土悬臂支护结构是灌注桩或地下连续墙，具体按照下述步骤实现：

B1，在基坑某一开挖工况下，以支护结构作为计算对象，基坑内外不平衡土压力和预应力筋张拉产生的预应力作为荷载施加于支护结构上，基坑内侧施加土弹簧模拟被动抗力，计算得到支护结构的变形和内力；

B2，判断计算得到的支护结构变形和内力是否均满足设计要求，如果否，则调整所述灌注桩或地下连续墙和/或预应力筋的设计参数后，重复步骤B1中所述计算过程，直至支护结构的变形和内力满足设计要求，然后进入B3；如果是，则直接进入B3；

B3，循环操作B1至B2，验算各个工况下支护结构的变形和内力，直至支护结构的变形和内力在整个开挖过程中均满足设计要求，完成所述灌注桩或地下连续墙和预应力筋参数的设计；

其中，所述预应力筋的设计参数包括：线型、截面面积、预应力、固定端位置和张拉端位置。