一种支护变形控制装置及其操作方法、千吨级支护结构与流程

1.本发明涉及建筑技术领域，尤其是涉及一种支护变形控制装置及其操作方法、千吨级支护结构。


背景技术：

2.传统混凝土基坑内支撑系统因其造价低、技术成熟的原因受到大量工程师的青睐。然而，受到现有基坑设计相关理论的限制，在设计支撑时无法考虑所有不确定因素对其造成的影响。当偶然情况发生所导致基坑变形增大时，现有混凝土支撑方式无法对其进行调节，易引发工程事故。同时，传统钢支撑系统中所采用的变形控制装置承载力较小，在实际使用时通常需连续布置多个装置，造价较高，工期较长。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种支护变形控制装置及其操作方法、千吨级支护结构，以解决现有技术中存在的上述技术问题。
4.为解决上述技术问题，本发明提供的支护变形控制装置包括公母头结构以及调节块；所述公母头结构包括公头和母头；所述公头和所述母头用于分别与千吨级支护结构两端的支撑梁固定；所述母头设有供公头插入的插槽；所述调节块用于当将所述公头朝远离所述母头方向移动后插入至所述母头的插槽内并将公头抵接在所述调节块上，以增大所述公母头结构的整体长度。
5.进一步地，所述公母头结构为两个；两个所述公母头结构由上至下间隔设置。
6.进一步地，位于上方的所述公头和所述母头竖直设置；位于下方的所述公头和所述母头水平设置，以便于千斤顶装拆。
7.进一步地，所述母头上设有限位槽；所述公头上设有限位块；当所述公头相对所述母头移动时，所述限位块在所述限位槽内滑动。
8.进一步地，所述公母头结构包括两个固定梁；所述公头和所述母头分别固定在两个所述固定梁上；两个所述固定梁用于分别与支护结构两端的支撑梁固定。
9.进一步地，所述公头、所述母头以及所述固定梁内均设有用于承力的加劲肋，通过调整加劲肋布置及尺寸提高装置吨位。
10.进一步地，本发明还提供一种千吨级支护结构，其包括支撑梁以及上述的支护变形控制装置；所述公头和所述母头分别与两端的支撑梁固定。
11.进一步地，还包括预埋钢板；所述支撑梁为混凝土支撑梁；所述预埋钢板与所述混凝土支撑梁固定；所述公母头结构的固定梁与所述预埋钢板可拆卸固定。
12.进一步地，所述预埋钢板上设有栓钉和固定套筒；所述栓钉浇筑在所述混凝土支撑梁内部；所述公母头结构的固定梁上设有连接孔；所述混凝土支撑梁上设有固定钢筋和连接钢筋；所述固定钢筋穿入所述固定套筒内并通过螺母固定；所述连接钢筋穿过所述连接孔并通过所述连接螺母固定。
13.进一步地，本发明还提供一种支护变形控制装置的操作方法，其包括以下步骤：将千吨级千斤顶吊至公母头结构处；利用千斤顶施加载荷使得公头朝向远离母头方向移动；将调节块插入至所述母头的插槽内并使公头抵接在所述调节块上，以增大所述公母头结构的整体长度；卸载千吨级千斤顶并将千吨级千斤顶吊出。
14.采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：本发明提供的支护变形控制装置，在使用时，当偶然情况发生所导致基坑变形增大时，将公头相对母头移动，即公头朝远离母头的方向移动，移动后母头内存在凹槽，将调节块插入该凹槽内，并使得公头抵接在调节块上以使载荷稳定，从而增大公母头结构的整体长度与轴向荷载，减小基坑变形。即本实施例通过调节公头插入母头的深浅程度控制整个控制装置的长度，从而达到调节轴力/变形的目的。本发明通过在千吨级钢/混凝土支撑梁上埋置一种新型支护变形控制装置实现了钢/混凝土支撑轴力可变及变形可调的功能，同时拓展了传统装置的吨位，在偶然情况导致的基坑突增时提高混凝土支撑梁的安全性，防范于未然。
15.本发明通过整体力学分析及关键部位的研发，使得该变形控制装置不仅能够实现安装拆除的装配化，还可在不同拉压工况下具有足够的安全性，承载力安全储备为25%。此外，该变形控制装置还可多次重复使用，每次使用时只需额外加工预埋钢板即可，经济性较高，环保节能。该装置安装连接方式均采用冷连接，避免了钢结构现场焊接，且整个变形控制装置可重复回收利用，回收率高，环保节能。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明实施例提供的母头的主视图；图2为图1所示的母头的右视图；图3为本发明实施例提供的公头的主视图；图4为图3所示的公头的左视图；图5为本发明实施例提供的调节块的结构示意图；图6为本发明实施例提供的固定板的结构示意图；图7为本发明实施例提供的预埋钢板的主视图；图8为图7所示的预埋钢板的右视图；图9为本发明实施例提供的千吨级支护结构的结构示意图。
18.附图标记：1-固定梁； 2-母头； 3-加劲肋；4-千吨级千斤顶； 5-公头； 6-地脚螺栓孔；7-预埋钢板； 8-固定套筒； 9-栓钉；
10-连接螺母； 11-混凝土支撑梁；12-固定钢筋；13-连接钢筋； 14-调节块。
具体实施方式
19.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
21.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
22.下面结合具体的实施方式对本发明做进一步的解释说明。
23.如图1至图6所示，本实施例提供的支护变形控制装置包括公母头结构以及调节块14；公母头结构包括公头5和母头2；公头5和母头2用于分别与千吨级支护结构两端的支撑梁固定；母头2设有供公头5插入的插槽；调节块14用于当将公头5朝远离母头2方向移动后插入至母头2的插槽内并将公头5抵接在调节块14上，以增大公母头2结构的整体长度。
24.本实施例提供的支护变形控制装置，在使用时，当偶然情况发生所导致基坑变形增大时，将公头5相对母头2移动，即公头5朝远离母头2的方向移动，移动后母头2内存在凹槽，将调节块14插入该凹槽内，并使得公头5抵接在调节块14上以使载荷稳定，从而增大公母头2结构的整体长度。即本实施例通过调节公头5插入母头2的深浅程度控制整个控制装置的长度，从而达到调节变形的目的。本发明通过在千吨级钢/混凝土支撑梁11上埋置一种新型支护变形控制装置实现了钢/混凝土支撑轴力可变及变形可调的功能，同时拓展了传统装置的吨位，在偶然情况导致的基坑变形突增时提高混凝土支撑梁11的安全性，防范于未然。
25.在上述实施例的基础上，进一步地，公母头结构为两个；两个公母头结构由上至下间隔设置。通过两对公母头结构来进行调节，可增大支护变形控制装置的承力。同时上下两个公母头结构配合使得整体重心点偏上，整体偏心不会很大，减小位于上方的公母头结构的承受力。
26.优选地，位于上方的公头5和母头2竖直设置；位于下方的公头5和母头2水平设置。可采用千斤顶将公头5相对母头2移动，具体使用时，可将千斤顶放置在位于下方的公母头结构上，即下方的公母头装置在承担轴力的同时还可承受千斤顶自重，使得整个装置不需额外加工托板。
27.在上述实施例的基础上，进一步地，母头2上设有限位槽；公头5上设有限位块；当
公头5相对母头2移动时，限位块在限位槽内滑动。限位槽和限位块的配合使得公头5相对母头2移动时保持稳定，同时限位槽的长度也限制了公头5的最大移动长度。由于整个变形控制装置不具有抗拉能力，通过上述结构可限制该装置的最大拉伸变形。限位块可以为螺栓。
28.优选地，在受到拉力作用时，为防止主动变形控制装置公母头脱开，在母头2上需设置深15mm、宽24mm、长200mm的限位槽，并在公头5相应位置设置螺孔。在拼装时，采用螺栓穿过螺孔并插入限位槽中，以实现防脱开功能。采用该限位装置后，变形控制装置公母头2的滑动范围为200mm，而实际工程中基坑变形多在100mm左右，可满足工程需求。
29.在上述实施例的基础上，进一步地，公母头结构包括两个固定梁1；公头5和母头2分别固定在两个固定梁1上；两个固定梁1用于分别与支护结构两端的支撑梁固定。在变形控制装置与支撑梁连接时，接触位置存在局压问题，若公头5和母头2直接与支撑梁连接，则承压面积小，使得支撑梁局部压力显著，易发生局部压溃破坏。本实施例将公母头结构通过固定梁1与支撑梁连接，增大承压面积，改善上述问题。优选地，公头5和母头2为钢材质，固定梁1为钢梁结构形式。
30.在上述实施例的基础上，进一步地，公头5、母头2以及固定梁1内均设有用于承力的加劲肋3。加劲肋3的设置可使得载荷扩散。同时，为实现千吨级千斤顶4在基坑支护中的重复使用，需留出足够的空间以便加载完成后千斤顶的吊出，因此本变形控制装置中的主要承力部分（公头5和母头2内的加劲肋3）的布置需足够分散，且需留出千斤顶的吊装通道。此时加劲肋3的布置易引起其所提供轴力的合力作用点与钢/混凝土支撑轴力合力点位置不同，导致整个变形控制装置需承担一定的弯矩。通过调整公头5和母头2内的加劲肋3及其附属部分的位置，最小化上述弯矩值，当公头5和母头2采用q345钢且钢板尺寸为50mm时即可达到变形控制装置的千吨级要求，材料用量少，安全储备高（约25%）。
31.如图7至图9所示，本发明另一方面还提供一种千吨级支护结构，其包括支撑梁以及上述的支护变形控制装置；公头5和母头2分别与两端的支撑梁固定。支撑梁可以为钢支撑梁或者混凝土支撑梁11。钢支撑梁可以与公母头结构直接螺栓固定。混凝土支撑梁的连接方式在下文详细阐述。
32.在上述实施例的基础上，进一步地，还包括预埋钢板7；支撑梁为混凝土支撑梁11；预埋钢板7与混凝土支撑梁11固定；公母头2结构的固定梁1与预埋钢板7可拆卸固定。通过预埋钢板7的设置可实现支护变形控制装置与混凝土支撑梁11的可拆卸固定，方便安装且可实现重复使用。具体地，预埋钢板7上设有栓钉9和固定套筒8；栓钉9浇筑在混凝土支撑梁11内部；公母头2结构的固定梁1上设有连接孔；混凝土支撑梁11上设有固定钢筋12和连接钢筋13；固定钢筋12穿入固定套筒8内并通过螺母固定；连接钢筋13穿过连接孔并通过连接螺母10固定。即预埋钢板7与支护变形控制装置中的固定梁1通过螺母实现可拆卸固定，具体地，可在连接钢筋13上套丝后通过螺栓将预埋钢板7和固定梁1连接，同时，可在固定钢筋12上套丝然后通过螺栓将固定梁1和混凝土支撑梁11连接。结构简单，方便操作。预埋钢板7上的固定套筒8同时作为固定钢筋12的限位，也可作为支撑梁端部的模板使用。预埋钢板7上的栓钉9在支撑梁浇筑混凝土时一同浇筑在内从而将预埋钢板7与混凝土支撑梁11固定。
33.优选地，固定钢筋12和固定套筒8均为两排，每排为多个，两排固定钢筋12分别位于混凝土支撑梁11的上下两端，两排固定套筒8分别位于预埋钢板7的上下两端。栓钉9为三排，三排栓钉9由上至下依次间隔设置，每排栓钉9为多个，优选地，每排为三个。栓钉9可增
加装置的抗剪力。
34.优选地，在混凝土支撑梁11中部设置多个地脚螺栓（优选为四个，四个地脚螺栓呈方形布置），在预埋钢板7上对应设置多个地脚螺栓孔6。将地脚螺栓穿过整个支撑梁并用螺母拧紧，进一步提高连接安全性。
35.本发明采用上述预埋钢板7和螺栓组合的连接方式，将相应部件连接后浇筑混凝土即可。拆解装置时将该装置上相应螺栓拧松拆除即可将本支护变形控制装置整体吊装移除，方便安装拆卸。
36.本发明所提出的支护结构变形控制装置在千斤顶顶升及持荷时为受压状态，轴力传递途径为钢/混凝土支撑梁11-母头2加劲肋3-调节块14-公头5-钢/混凝土支撑梁11，因此母头2加劲肋3-调节块14-公头5所组成的传力区域为实现该变形控制装置力学功能性的关键。在研发时，考虑到多数基坑工程会设置1-2道内支撑以保证基坑安全，因此该支护变形控制装置至少应可承受基坑第二道支撑所传递的轴力。据实际工程数据统计，第二道支撑轴力通常为10000kn左右。为此，设计了一种变形控制装置构造，使得其在可实现千吨级千斤顶4装拆的同时，最小化整个装置所承担的弯矩；同时，通过改善固定梁内加劲肋尺寸及布置有效增大整个装置的承载力，使其达到千吨级。基于钢结构相关规范，对传力区域的整体稳定及局部稳定进行验算。结果表明，当传力区域钢板强度等级为q235且截面尺寸为50*320mm时，可满足承载力及相关构造要求，安全储备约25%。
37.本发明通过整体力学分析及关键部位的研发，使得该变形控制装置不仅能够实现安装拆除的装配化，还可在不同拉压工况下具有足够的安全性，承载力安全储备为25%。此外，该变形控制装置还可多次重复使用，每次使用时只需额外加工预埋钢板7即可，经济性较高，环保节能。该装置安装连接方式均采用冷连接，避免了钢结构现场焊接，且整个变形控制装置可重复回收利用，回收率高，环保节能。
38.本发明另一方面还提供一种支护变形控制装置的操作方法，其包括以下步骤：将千吨级千斤顶4吊至公母头结构处；利用千斤顶施加载荷使得公头5朝向远离母头2方向移动；将调节块14插入至母头2的插槽内并使公头5抵接在调节块14上，以增大公母头结构的整体长度；卸载千吨级千斤顶4并将千吨级千斤顶4吊出。
39.该方法的工作原理同上，在此不再赘述。
40.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。