[发明专利]一种轴力补偿式预应力鱼腹式基坑钢支撑结构及其施工方法

说明书

一种轴力补偿式预应力鱼腹式基坑钢支撑结构及其施工方法，横向钢管支撑的两端支座位于基坑围护桩上端部的围檩上，即两端铰链传力钢管段的两外端由端部铰接链铰接在围檩上，围檩固定在并排排列的两端支座位于基坑围护桩的上面，两端铰链传力钢管段的两内端由中部铰接链铰接在法兰上的铰链法兰转换钢管段上，法兰的中间为法兰钢管段；法兰钢管段位于横向钢管支撑的中部且可以根据基坑尺寸增加管节段或者改变管节段长度，铰接的连接处由铰链销栓固定；适用于基坑变形要求严格、无法实施坑外预应力锚固的大型基坑及基坑群工程，同时克服了传统千斤顶式水平支撑轴力补偿易发生压屈失稳与立柱难以抵抗水平变形的问题。

技术领域

本发明涉及一种轴力补偿式预应力鱼腹式基坑钢支撑结构及其施工方法，属于岩土工程基坑支护技术领域。适用于基坑变形要求严格、无法实施坑外预应力锚固的大型基坑及基坑群工程，同时克服了传统千斤顶式水平支撑轴力补偿易发生压屈失稳与立柱难以抵抗水平变形的问题。

背景技术

钢支撑是基坑内支撑体系的一种常用型式。每根钢支撑有多个标准节钢管拼接而成，通过法兰盘进行连接。钢支撑两端为固定端、活动端端头，活动端通过活络头调节长度。常规做法是通过活动端的活络头用千斤顶对钢支撑按照设计要求预施加一定轴力，并安装轴力计监控钢支撑的轴力，以便掌握基坑结构变形引起的应力变化情况。与传统钢支撑体系相比，自动轴力补偿系统能明显降低基坑围护结构的最大变化速率，控制基坑的变形，减小对邻近运营线路、建筑等周边环境的影响，有效解决常规施工方法无法控制的苛刻变形要求和技术难题。

钢支撑自动轴力补偿系统，是采用钢支座套箱端头替代活动端，钢支座套箱端头内安装千斤顶(设计轴力决定其吨位)，通过液压转换为支撑轴力，与基坑外侧土压力保持平衡，从而使基坑处于安全的状态。地面通过监控站、操作站、现场控制站、液压伺服泵站等成套系统即时控制钢支撑端部千斤顶压力，通过持续“保压”，使钢支撑恒定轴力，起到自动控制、监测钢支撑轴力作用。

然而，现有钢支撑轴力补偿系统，只适用于没有立柱桩的跨度较小的基坑工程，当横向支撑较长时，水平轴力补偿的传力段过长会使得横向支撑易发生压屈破坏，压屈失稳破坏没有明显前兆特征，难以预警控制。在有立柱桩支撑的横向支撑施加轴力补偿时，立柱桩无法承担横向支撑传递过来的水平力，同时立柱桩也无法有效约束横向支撑发生向上变形的压屈破坏。

发明内容

技术问题：现有钢支撑轴力补偿系统，只适用于没有立柱桩的跨度较小的基坑工程，当横向支撑较长时，水平轴力补偿的传力段过长会使得横向支撑易发生压屈破坏，压屈失稳破坏没有明显前兆特征，难以预警控制。在有立柱桩支撑的横向支撑施加轴力补偿时，立柱桩无法承担横向支撑传递过来的水平力，同时立柱桩也无法有效约束横向支撑发生向上变形的压屈破坏。本发明的目的是提供一种轴力补偿式预应力鱼腹式基坑钢支撑结构及其施工方法。

技术方案：本发明的一种轴力补偿式预应力鱼腹式基坑钢支撑结构的横向钢管支撑包括端部铰接链、中部铰接链、两端铰链传力钢管段、铰链法兰转换钢管段、法兰钢管段及铰链销栓；所述横向钢管支撑的两端支座位于基坑围护桩上端部的围檩上，即两端铰链传力钢管段的两外端由端部铰接链铰接在围檩上，围檩固定在并排排列的两端支座位于基坑围护桩的上面，两端铰链传力钢管段的两内端由中部铰接链铰接在法兰上的铰链法兰转换钢管段上，法兰的中间为法兰钢管段；法兰钢管段位于横向钢管支撑的中部且可以根据基坑尺寸增加管节段或者改变管节段长度，铰接的连接处由铰链销栓固定。

所述的中部铰接链，还连接有预应力钢索，在预应力钢索的下面连接有预应力钢索立柱；即利用预应力钢索立柱或者建筑基桩作为预应力钢索锚固段，预应力钢索锚头段设置在中部铰接链上，预应力钢索穿过中部铰接链后由预应力张拉段进行预应力锁定与张拉。

本发明的轴力补偿式预应力鱼腹式基坑钢支撑结构的施工方法反转预应力鱼腹梁传力机理，通过预应力钢索的张拉力传递到中部铰接链，将竖向预应力钢索的张拉力传递给鱼腹式钢支撑实现横向推力，使得基坑横向钢支撑轴力得到补偿，具体包括以下步骤：