【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地下工程，特别涉及一种临近失稳状态的基坑水平钢支撑更替装置及方法。
技术介绍
1、在软土富水地区深大基坑的施工过程中，土方卸载、坑底承压水顶托等作用下会导致坑底土体出现回弹隆起变形，立柱桩受桩土摩擦作用发生竖向抬升变位。基坑支护结构一般采用“一柱一桩”施作方式，基坑支护结构各个竖向立柱之间、立柱与围护墙之间等都极易出现相对的差异性隆沉，基坑的水平支撑结构承受横向轴力，差异性隆沉将导致水平支撑结构的受力状态更加复杂，一旦节点差异超限必将导致水平支撑结构、逆作楼板出现开裂甚至折断等安全隐患。
2、目前的地铁、地下快速路工程以宽度约20m的狭长深基坑最为典型，一般第一道水平支撑采用钢筋混凝土支撑，其余各道水平支撑大多采用钢支撑，其中，钢筋混凝土支撑通过强化连接节点，具备一定的复杂受力条件包括拉、压、剪、扭等的承载能力；跨度较长的钢支撑承受水平轴压，其中间依靠单根立柱桩作为竖向支撑。在此情形下，立柱桩一旦发生竖向隆起变位，则必然引发钢支撑发生过量挠曲变形，大幅提高钢支撑的失稳破坏风险，而且局部钢支撑一旦发生失稳破坏，极易引发基坑支撑体系发生整体连续破坏；如立柱发生超量的隆起变形，钢支撑受力变形已接近临界失稳状态，此时需要通过对支承位置、轴力等进行多重调整，而临界状态下的复杂操作调整反而极易引发钢支撑直接进入失稳破坏状态。
技术实现思路
1、针对狭长深基坑开挖施工过程中，因土方卸载、承压水顶托等作用下带动立柱出现差异隆沉，使得基坑水平钢支撑结构体系处于复杂受力状态，
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：临近失稳状态的基坑水平钢支撑更替装置，它包括：支座、防护框架、静力水准仪及控制系统，支座的中部垂直连接于立柱一侧，两个防护框架对称设置于支座顶部，两个防护框架分别套设于原有钢支撑和替换钢支撑外侧并固接于支座，所述防护框架为横截面呈u形的型钢架体，防护框架的两个侧板贴合设置于原有钢支撑或替换钢支撑两侧，静力水准仪安装于原有钢支撑或替换钢支撑与支座之间，静力水准仪与控制系统信号连接。
3、本专利技术的临近失稳状态的基坑水平钢支撑更替装置，包括垂直连接于立柱一侧的支座，对称设置于支座顶部的两个防护框架，一个防护框架套设于原有钢支撑外侧并固接于支座，静力水准仪安装于原有钢支撑与支座之间，用于监测支座的支承力；控制系统获取监测数据并计算得出给定轴力下立柱差异隆沉量最大限值δvmax，根据当前立柱差异隆沉量得出轴力最大限值pmax,实时跟踪监测及校核原有钢支撑的受力状态，当立柱差异隆沉量接近最大限值或实测原有钢支撑轴力接近最大限值时，判定此时原有钢支撑的受力变形接近临界失稳状态，在支座上架设替换钢支撑，另一个防护框架套设于替换钢支撑外侧并固接于支座，拆除原有钢支撑，将静力水准仪安装于替换钢支撑和支座之间，避免临近失稳状态钢支撑的高风险拆卸施工，保证狭长深基坑的施工安全。
4、进一步的，所述替换钢支撑包括支撑主体、固定端头箱及调节端头箱，固定端头箱和调节端头箱分别连接于两侧围护墙，支撑主体的中部支撑于支座，防护框架套设于支撑主体外侧并连接于支座，支撑主体的两端分别与固定端头箱和调节端头箱法兰连接，通过控制调节端头箱中液压油缸的伸缩能够对替换钢支撑的长度进行适应性微调。
5、另外，本专利技术还提供了一种临近失稳状态的基坑水平钢支撑更替方法，步骤如下：
6、s1:将立柱底部固接于基坑底部的立柱桩，立柱顶部连接于钢筋混凝土支撑，立柱上竖向设置多个与原有钢支撑的数量及位置相对应的支座，原有钢支撑的中部支撑于支座顶部，一个防护框架套设于原有钢支撑外侧并连接于支座，原有钢支撑的两端分别固接于狭长深基坑两侧的围护墙；
7、s2：建立狭长深基坑内立柱和钢支撑的力学模型，计算或实测支座截面的轴力p,推导得出支座截面内力弯矩mmid，并结合钢支撑弯矩作用平面内的稳定性计算公式，得出给定轴力p下立柱差异隆沉量最大限值δvmax，根据当前立柱差异隆沉量δv得出轴力最大限值pmax,若实测立柱差异隆沉量达到或接近立柱差异隆沉量最大限值δvmax，或实测当前原有钢支撑的轴力达到或接近轴力最大限值pmax，即判定此时当前原有钢支撑的受力变形接近临界失稳状态；
8、s3：安装替换钢支撑，监测替换钢支撑的顶推力，使其与原有钢支撑置换前的轴力相当，拆除原有钢支撑，在支座和替换钢支撑之间安装静力水准仪，原有钢支撑和替换钢支撑完成置换施工。
9、本专利技术的临近失稳状态的基坑水平钢支撑更替方法，原有钢支撑的中部支撑于支座一侧，防护框架套设于原有钢支撑外侧并连接于支座，根据实测支座截面的轴力,推导得出的支座截面内力弯矩，并结合原有钢支撑弯矩作用平面内的稳定性计算公式，得出给定轴力下的立柱差异隆沉量最大限值，根据当前立柱差异隆沉量得出原有钢支撑允许施加的轴力最大限值，作为立柱差异隆沉、给定轴力下的原有钢支撑稳定性安全状态的评价依据，实时跟踪监测并校核原有钢支撑的受力状态，当立柱差异隆沉量接近最大限值或原有钢支撑轴力接近最大限值时，判定此时原有钢支撑的受力变形接近临界失稳状态；在支座的另一侧安装替换钢支撑，防护框架套设于替换钢支撑外侧并连接于支座，监测替换钢支撑的顶推力，使其与原有钢支撑置换前的轴力相当，在支座和替换钢支撑之间安装静力水准仪，拆除原有钢支撑，该方法避免了临近失稳状态钢支撑的高风险拆卸施工，保证了狭长深基坑的施工安全。
10、进一步的，所述步骤s3中，所述替换钢支撑包括支撑主体、固定端头箱及调节端头箱，将固定端头箱和调节端头箱分别安装于两侧围护墙，确保当前支座顶部，固定端头箱和调节端头箱底部位于同一水平面，将支撑主体置于当前支座顶部，其两端分别与固定端头箱和调节端头箱法兰连接，逐渐顶推调节端头箱中的液压油缸，并跟踪监测替换钢支撑的顶推力，使其与原有钢支撑置换前的轴力相当。
11、进一步的，所述步骤s2中，所述支座截面的轴力p通过实测获取，或通过公式计算，公式如下：
12、p＝eaδh/l其中，p为支座截面的轴力；
13、e为原有钢支撑的弹性模量；
14、a为原有钢支撑的横截面积；
15、δh为围护墙在水土压力作用下的相对水平侧移；
16、l为原有钢支撑的长度。
17、进一步的，所述步骤s2中，推导得出所述支座截面内力的弯矩mmid，如下：
18、
19、其中，e为原有钢支撑的弹性模量；
20、i为原有钢支撑的惯性矩；
21、q为原有钢支撑的自重；
22、l为原有钢支撑的长度；
23、p为支座截面的轴力；
24、me为原有钢支撑端部初始安装偏心距；
25、δv为坑底隆起导致的立柱、围护墙差异竖向位移；
26、me为原有钢支撑端部初始安装偏心距。
<本文档来自技高网...【技术保护点】
1.临近失稳状态的基坑水平钢支撑更替装置，其特征在于，它包括：支座、防护框架、静力水准仪及控制系统，支座的中部垂直连接于立柱一侧，两个防护框架对称设置于支座顶部，两个防护框架分别套设于原有钢支撑和替换钢支撑外侧并固接于支座，所述防护框架为横截面呈U形的型钢架体，防护框架的两个侧板贴合设置于原有钢支撑或替换钢支撑两侧，静力水准仪安装于原有钢支撑或替换钢支撑与支座之间，静力水准仪与控制系统信号连接。
2.根据权利要求1所述的临近失稳状态的基坑水平钢支撑更替装置，其特征在于：所述替换钢支撑包括支撑主体、固定端头箱及调节端头箱，固定端头箱和调节端头箱分别连接于两侧围护墙，支撑主体的中部支撑于支座，防护框架套设于支撑主体外侧并连接于支座，支撑主体的两端分别与固定端头箱和调节端头箱法兰连接，通过控制调节端头箱中液压油缸的伸缩能够对替换钢支撑的长度进行适应性微调。
3.临近失稳状态的基坑水平钢支撑更替方法，采用如权利要求1或2任项所述的临近失稳状态的基坑水平钢支撑更替装置，其特征在于，步骤如下：
4.根据权利要求3所述的临近失稳状态的基坑水平钢支撑更替方法，
5.根据权利要求3所述的临近失稳状态的基坑水平钢支撑更替方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述支座截面的轴力P通过实测获取，或通过公式计算，公式如下：
6.根据权利要求3所述的临近失稳状态的基坑水平钢支撑更替方法，其特征在于：所述步骤S2中，推导得出所述支座截面内力的弯矩Mmid，如下：
7.根据权利要求6所述的临近失稳状态的基坑水平钢支撑更替方法，其特征在于：以支座截面中心作为x轴的坐标原点，将所述支座截面内力的弯矩Mmid简化为沿原有钢支撑轴线呈线性分布的弯矩分布函数Mx，公式如下：
8.根据权利要求3所述的临近失稳状态的基坑水平钢支撑更替方法，其特征在于：所述步骤S2中，原有钢支撑弯矩平面内的稳定性计算公式如下：
...【技术特征摘要】
1.临近失稳状态的基坑水平钢支撑更替装置，其特征在于，它包括：支座、防护框架、静力水准仪及控制系统，支座的中部垂直连接于立柱一侧，两个防护框架对称设置于支座顶部，两个防护框架分别套设于原有钢支撑和替换钢支撑外侧并固接于支座，所述防护框架为横截面呈u形的型钢架体，防护框架的两个侧板贴合设置于原有钢支撑或替换钢支撑两侧，静力水准仪安装于原有钢支撑或替换钢支撑与支座之间，静力水准仪与控制系统信号连接。
2.根据权利要求1所述的临近失稳状态的基坑水平钢支撑更替装置，其特征在于：所述替换钢支撑包括支撑主体、固定端头箱及调节端头箱，固定端头箱和调节端头箱分别连接于两侧围护墙，支撑主体的中部支撑于支座，防护框架套设于支撑主体外侧并连接于支座，支撑主体的两端分别与固定端头箱和调节端头箱法兰连接，通过控制调节端头箱中液压油缸的伸缩能够对替换钢支撑的长度进行适应性微调。
3.临近失稳状态的基坑水平钢支撑更替方法，采用如权利要求1或2任项所述的临近失稳状态的基坑水平钢支撑更替装置，其特征在于，步骤如下：
4.根据权利要求3所述的临近失稳状态的基坑水平钢支撑更替方法，其特征在于：所述步...
【专利技术属性】
技术研发人员：周泉吉，吴小建，陈峰军，
申请(专利权)人：上海建工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。