一種預應力h型鋼支護結構及其施工方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于建筑領域，具體涉及一種預應力Η型鋼支護結構及其施工方法。
【背景技術】
[0002]在深基坑圍護時，現有的圍護粧通常采用鉆孔灌注粧或沉管灌注粧，并且均采取現場澆筑的施工方法。如申請?zhí)?01420330061.X，發(fā)明名稱為現澆式體外預應力鋼管混凝土粧及支護粧墻的實用新型專利，包括鋼管、在所述鋼管內部現澆而成的混凝土層和設置在所述鋼管上的多根預應力筋，所述預應力筋沿鋼管的軸線方向設置，包括頂段、中間段和底段，所述中間段位于鋼管外側，頂段和底段貫穿鋼管管壁進入鋼管內側，所述鋼管的上端開口，底端上具有一封閉結構。本發(fā)明還提供了具有前述混凝土粧的支護粧墻。通過上述方式，本發(fā)明的現澆式體外預應力鋼管混凝土粧采用體外預應力技術，能夠更好的對粧體進行約束，提供抗拉力，有效的限制了支護粧墻在基坑開挖過程中的變形；另外，可現場制作，節(jié)省運輸成本，在保證基坑支護安全可靠的前提下，降低成本，縮短工期且施工方便。但是所述現澆式粧必須在混凝土達到強度要求后方可開挖基槽，施工效率較低。
[0003]申請?zhí)?01420720609.1的實用新型專利，公開了一種自錨固預應力支護粧，包括混凝土粧體，所述混凝土粧體內部具有至少一根預應力筋，所述預應力筋包括靠近粧體底端的自錨固粘結段和靠近粧體頂端的非粘結段，所述非粘結段外部包覆有一預埋軟管，所述預埋軟管底端與預應力筋之間扎緊連接，所述預應力筋和預埋軟管均向上穿出混凝土粧體，所述預應力筋底端延伸至混凝土粧體底部。通過上述方式，本發(fā)明結構簡單合理，通過自錨固粘結段與混凝土之間的握裹力來提供預應力施加過程中的錨固力，不需要安裝錨固端錨具即可進行預應力施加，比較方便。該實用新型通過施加預應力提高了支護粧的本身的強度，但是隨著基坑的開挖，支護粧所受土體的壓力逐步增大，為防止基坑側壁土體變形過大，影響支護結構穩(wěn)定性，需要設置多道支撐，施工較繁瑣，且工程造價高。
[0004]申請?zhí)?01420339975.2的實用新型專利，公開了一種Η形先張法預應力混凝土粧，粧身橫截面形式采用傳統(tǒng)的“Η”形結構，多根粧排列則可以拼接成連續(xù)的格構式整體結構?；挼拿恳粋扔袃蓚€接合點，分別為凹槽和凸槽，粧與粧之間拼接時凹凸槽咬合。本發(fā)明參考鋼結構中的Η型鋼，加上預應力薄壁結構，引入到混凝土支護粧中，加大翼緣的支擋寬度，同時也提高了截面的慣性矩和剛度，具有支護強度高、施工效率高、占地少等綜合優(yōu)勢。但是該種混凝土粧不能回收重復利用、成本高，且操作不便。
[0005]針對上述問題，申請?zhí)?01420639760.2的實用新型專利，公開了一種基于預應力技術的可回收預應力筋異形支護粧，包括混凝土粧體，所述混凝土粧體內部具有至少一個預埋管，所述預埋管呈U字形，所述預埋管的底部折彎處位于混凝土粧體底部，所述預埋管的兩個端部穿出混凝土粧體的頂部，所述預埋管中配設有U字形預應力預應力筋。通過上述方案在粧體完成主要目的后，釋放掉張拉端預應力，通過機械力可以輕易地拉出預應力筋，達到回收的目的。
[0006]但是該種支護粧存在以下缺點:1)、只能回收預應力筋，而支護粧本身在完成基礎施工后并不具有回收價值；2)、隨著基坑的開挖，支護結構所受土體的壓力逐步增大，為防止基坑側壁土體變形過大，影響支護結構穩(wěn)定性，需要設置一道或多道支撐，施工較繁瑣，且工程造價高。若能對支護結構施加預應力，使其產生向坑外的應力，抵消部分土壓力，則支護結構所受外力將會顯著降低，達到減少布置支撐的目的。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種預應力Η型鋼支護結構及其施工方法，解決現有技術中深基坑支護結構穩(wěn)定性差、不能回收再利用以及支撐工序繁瑣、操作不便的技術問題。
[0008]為了解決上述技術問題，本發(fā)明通過以下技術方案實現:
一種預應力Η型鋼支護結構，包括多個預應力支護單元和冠梁，所述冠梁設置在預應力支護單元的上端，且將多個預應力支護單元固定在一起。
[0009]每個預應力支護單元包括支護粧、多個鋼支座和預應力筋，所述支護粧為Η型鋼；所述鋼支座自上而下垂直設置在支護粧上，且鋼支座設置于支護粧朝向基坑中心的一側，所述鋼支座的長度自上而下先遞增后遞減，所有鋼支座的端部均設置有限位裝置，所述鋼支座為Η型鋼；所述預應力筋依次通過所有鋼支座上的限位裝置，預應力筋的一端錨固于支護粧的下部，另一端錨固于支護粧上端的冠梁上，所述預應力筋在鋼支座支撐下呈拱形。通過設置限位裝置使得每根預應力筋在施加預應力過程中不會相互干涉，保證整個支護結構的穩(wěn)定性，所述鋼支座為Η型鋼。所述Η型鋼翼緣寬、側向剛度大、抗彎能力強，防止在施加預應力過程中鋼支座變形，提高了整個支護結構的剛度和穩(wěn)定性。
[0010]進一步改進，所述每個支護粧上設置有三個或五或七個鋼支座。每個支護粧上相鄰鋼支座的間距為l-3m。所述位于支護粧高度方向中間位置的鋼支座長度為0.5-0.9m。所述支護粧的長度為15m-30m。根據待開挖基坑的地質資料、基坑設計深度及周邊環(huán)境確定支護粧長度、間距和支撐結構布置等，基坑設計深度越深支護粧的長度越長，鋼支座的數量越多，最長鋼支座的長度越長。
[0011]進一步改進，根據待開挖基坑的地質資料，確定每個預應力支護單元上預應力筋的數量，每個預應力支護單元上預應力筋的數量為3-5根，基坑設計深度越深，每個預應力支護單元上預應力筋的數量越多。
[0012]進一步改進，所述每個支護粧上的多個鋼支座自上而下等間距設置，增加預應力支護單元的剛度。
[0013]進一步改進，所述限位裝置與預應力筋相接觸的表面為弧形，減小預應力筋與限位裝置的摩擦，減小磨損、提高預應力筋的使用壽命。
[0014]進一步改進，所述鋼支座通過焊接與支護粧連接，增加鋼支座與支護粧的連接強度，保證整個支護結構的穩(wěn)定性。
[0015]進一步改進，所述支護粧和鋼支座的Η型鋼的腹板上設置有多個加勁肋板，提高支護結構的穩(wěn)定性。
[0016]—種利用預應力Η型鋼支護結構進行支護的施工方法，包括以下步驟:
步驟一、預制預應力支護單元:根據待開挖基坑的設計深度，選定支護粧的長度和每個支護粧上鋼支座的數量以及相鄰鋼支座的間距，支護粧的長度為1.4-2.0倍基坑深度，每個支護粧上鋼支座為三個或五個或七個，每個支護粧上相鄰鋼支座的間距為1- 3m，在上述范圍內，且在相同地質條件下，隨著基坑設計深度增加支護粧的長度增加、每個支護粧上的鋼支座的數量增加，將選定的支護粧和鋼支座固定連接，預應力筋的一端錨固于支護粧的下部，預應力筋的另一端依次通過所有鋼支座上的限位裝置。
[0017]步驟二、打粧:利用打粧設備將多個預應力支護單元依次打入待開挖基坑的四周，支護粧設置鋼支座的一側朝向基坑中心，相鄰支護粧的間距為0.8-1.6m，在此范圍內，且在相同地質條件下，隨著基坑設計深度增加相鄰支護粧的間距減小。支護粧的下端深入待開挖基坑坑底以下，保證了在施加預應力時，基坑底部土體對支護粧下端支撐作用，提高了支護粧的穩(wěn)定性。
[0018]步驟三、設置冠梁:在預應力支護單元的頂端設置冠梁，通過冠梁將所有預應力支護單元固定連接在一起；使得所有預應力支護單元與冠梁形成一個整體，保證了整個支護結構的穩(wěn)定性。
[0019]步驟四、施加預應力:通過預應力施加裝置對預應力筋施加拉力，保證每個預應力支護單元的多根預應力筋受到相同的拉力，將預應力預應力筋的上端錨固在冠梁上。
[0020]步驟五、基坑開挖:進行基坑開挖，并隨著基坑開挖深度的增加逐步提高預應力筋預應力，基坑開挖到坑底時，將預應力預應力筋上端錨固在冠梁上。隨著基坑開挖深度的增加，基坑側壁土體的側壓力增大，則需要逐步提高預應力筋預應力以抵抗基坑土體的側壓力。
[0021]步驟六、進行地下結構施工。
[0022]步驟七、支護單元回收:地下結構施工完畢后回填土方，拆除支撐結構，然后依次釋放預應力筋預應力、拆除冠梁、利用拔粧設備回收預應力支護單元。
[0023]進一步改進，所述步驟三完成以后在冠梁朝向基坑中心的一側設置至少一個支撐結構。當基坑為單面支護時，支撐結構的另一端支撐在基坑另一面的土體上；當基坑為雙面支護或三面支護或四面支護時，支撐結構的另一端支撐在基坑另一面的冠梁上，通過設置支撐結構抵抗基坑兩側土體的側壓力，進一步提高支護結構的支護效果。
[0024]因為每個支護粧上的多個鋼支座的長度自上而下先遞增后遞減，預應力筋受力張緊后呈弧形，則預應力筋所受拉力的水平分量施加給支護粧，相當于支護粧對基坑側壁土體施加向外的推力，很好的抵抗了土體的側壓力，減少了支撐結構的數量，節(jié)約成本。且隨著最長鋼支座的長度越長，預應力筋與支護粧的夾角越大，則預應力筋所受拉力的水平分量越大，對基坑側壁土體的抵抗力越大。另外，由于每個支護粧上設置有多個鋼支座，使得支護粧本身的強度得到提高，能夠有效的防止支護粧因為施加預應力或土體的側壓力而變形。
[0025]與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明所述預應力Η型鋼支護結構及其施工方法，通過對支護粧設置鋼支座和預應力筋，預應力筋受力張緊后呈弧形，則預應力筋所受拉力的水平分量施加給支護粧，相當于支護粧對基坑側壁土體施加向外的推力，則抵抗了土體的側壓力，提高了支護強度。
[0026]2、本發(fā)明所述預應力Η型鋼支護結構及其施工方法，通過對預應力筋施加預應力來抵抗基坑側壁土體的側壓力，減少了支撐的數量。
[0027]3、本發(fā)明所述預應力Η型鋼支護結構及其施工方法，支護粧為Η型鋼或鋼板粧，鋼支座為Η型鋼，Η型鋼翼緣寬、側向剛度大、抗彎能力強，防止在施加預應力過程中鋼支座變形，提高了整個支護結構的剛度和穩(wěn)定性。
[0028]4、本發(fā)明所述預應力Η型鋼支護結構及其施工方法，限位裝置與預應力預應力筋相接觸的表面為弧形曲面，減小預應力筋與限位裝置的摩擦，減小磨損、提高預應力筋的使用壽命。
[0029]5、本發(fā)明所述預應力Η型鋼支護結構及其施工方法，根據待開挖基坑的地質資料、基坑深度及周邊環(huán)境確定支護粧的長度、鋼支座的數量、鋼支座的長度以及鋼支座的間距，操作方便。
[0030]6、本發(fā)明所述預應力Η型鋼支護結構及其施工方法，支護單元的鋼粧、鋼支座、預應力筋及預應力筋與支護粧底部的錨固均可以在工廠預制、組裝，運至現場可直接打入，使用完成后可以回收，重復利用，節(jié)約成本。
【附