[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

说明书

技术领域

本发明涉及岩土工程领域，尤其涉及一种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。

背景技术

超过一定深度的基坑，其支护结构均采用支护桩或地下连续墙加设锚杆或内支撑的型式，以降低排桩、地下连续墙的结构内力、减小结构变形。目前实际基坑工程中，采用预应力锚杆或内支撑的支护结构越来越受到下述现实问题的限制：1)受土地资源和建设用地红线的制约，预应力锚杆势必超出红线，引起侵占相邻土地使用权的问题，造成对临近地下空间后续开发的不利影响，国内一些城市也已陆续出台不允许支护结构出建筑红线的政府行政法规。另外，如周边既有建筑物有多层地下室，预应力锚杆则无法实施。2)内支撑支护体系虽无侵占相邻土地使用权的问题，但基坑内设置的内支撑严重影响主体结构的正常施工，综合造价一般也较高，在很多地区(如北京)，开发商和承包方均难以接受内支撑支护结构形式。

虽然，悬臂式支护结构具有避免上述两类问题的优点，但悬臂式支护结构的顶部位移和内力随基坑深度的增加呈几何级数的增长，过大的支护结构位移会引起土体结构变形破坏，进而造成周边建筑物、地面沉降和开裂，这种结果是不能被接收的；过大的结构内力势必要求大幅增加支护结构截面，从而引起造价的大幅增加。因而，悬臂式支护结构可适用的基坑深度有限，无法解决深基坑的支护问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种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，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明所述可控变形的预应力混凝土悬臂支护结构，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。

优选地，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。

优选地，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。

优选地，所述预应力筋为后张拉预应力筋。

优选地，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。

优选地，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。

优选地，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。

优选地，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。

本发明基于可控变形的预应力混凝土悬臂支护结构的施工方法，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；