一种增阻大变形智能化围护结构及其使用方法与流程

本发明涉及建筑工程支护技术领域，特别涉及到一种增阻大变形智能化围护结构及其使用方法。

背景技术：

随着我国城市化进程的步伐加快，地下空间的开发利用得到迅猛发展，基坑工程越来越普遍，由此基坑的围护设计及施工工艺也随之不断发展。基坑工程是临时性支护结构，一般在明挖阶段产生作用，所以在基坑支护设计中，一般需要综合周边环境、土质情况、基坑挖深、结构安全、工程造价、施工便利及工期等因素考虑围护结构形式。对于软土地区开挖深度5m范围内的基坑工程，目前现有支护技术中使用的围护结构形式一般采用水泥土重力式围护墙、型钢水泥土搅拌墙、放坡开挖、斜抛撑支护等技术。

斜抛撑支护是在基坑底部设置中心岛，采用钢管、型钢等杆件将冠梁与中心岛连接，开挖过程中杆件下方的土体暂时不开挖的方式，具有造价低，对周围环境影响小的特点，但是传统的斜抛撑支护无法满足基础底板同时施工，基础底板需多设置后浇带，增大底板渗水的风险，且坑边留土只能坑边掏挖，效率低且施工荷载对基坑具有不利影响，此时支护结构和侧壁土层会产生重大的变形，从而严重影响到基坑工程的安全。

综上所述，浅基坑的支护方式仍不够完善，并且目前多数建筑都建造两层地下室，基本超出了浅基础的范围，上述的方案则不再适用，但采用深基坑常用的支护方式，不但造价高，对周边环境的影响也较大，因此，本发明在此基础上提出了一种增阻大变形智能化围护结构及其使用方法。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种增阻大变形智能化围护结构及其使用方法，克服了现有技术的不足。传统斜抛撑的支撑杆容易试问发生屈曲破坏，本发明将支撑杆分为多节，降低了每段的长度，并且设置了让压推进器和让压接收器，增大了支撑杆复合段的长度，提高了杆件的稳定程度；通过杆件的大变形，并且设置千斤顶，可以随时根据基坑的支护情况进行动态调整，避免杆件失稳；通过采用竖向复合桩作为围护桩，相比于传统的灌注桩降低了施工工期，且斜向复合桩取代中心岛，不影响后期施工，提高了施工效率，且底部设置扩大底袋，增大了斜撑的锚固力；通过垫层将竖直复合桩、斜撑联合形成三角形稳定结构，增大了支护结构的稳定性。

一种增阻大变形智能化围护结构，其特征在于，所述增阻大变形智能化围护结构包括扩大端头、预制桩、搅拌桩、垫层、扩大底袋、斜桩连接键、让压增阻器、千斤顶、竖桩连接键、让压支撑器、数据传输线、控制中心；所述让压增阻器包括轴力监测仪、让压推进器、让压接收器和扩大支撑，轴力监测仪的监测数据通过数据传输线传输至控制中心；所述让压接收器包括接收器增阻槽、接收器外壁、接收器腔体；所述让压推进器包括推进器主体杆、推进器扩体杆、推进器凸起键；所述让压支撑器包括支撑器侧壁、缓冲阻尼和让压层；所述缓冲阻尼上下两端设置有环状阻尼支撑；所述预制桩、搅拌桩组合为复合桩，复合桩包括两种布置形式，分别为设置在侧壁的竖直复合桩、设置在基坑底部的斜向复合桩；所述扩大端头设置在竖直复合桩顶部，扩大端头可将多个预制桩、搅拌桩在水平方向进行有效连接；所述预制桩设置在搅拌桩的中心，预制桩的直径小于搅拌桩直径；所述竖桩连接键与扩大端头、千斤顶之间均采用螺栓连接，竖桩连接键内置水平位移传感器和垂直位移传感器，水平位移传感器和垂直位移传感器的监测数据通过无线信号传输至控制中心；所述千斤顶与让压支撑器之间采用螺栓连接，让压支撑器与让压增阻器之间采用嵌接进行连接，控制中心通过数据传输线对千斤顶加载进行自动化控制；所述斜桩连接键与预制桩、让压增阻器之间均采用螺栓连接，斜桩连接键内置水平位移传感器和垂直位移传感器，水平位移传感器和垂直位移传感器的监测数据通过无线信号传输至控制中心；所述垫层设置于基坑底部，覆盖于斜向复合桩的表面；所述接收器增阻槽为连续环形凹状结构，接收器腔体内径自扩大支撑一端向远离扩大支撑一端逐渐减小；所述接收器侧壁外径自扩大支撑一端向远离扩大支撑一端逐渐增大；所述推进器凸起键为半圆形凸状结构，推进器凸起键的最大直径小于接收器增阻槽的最大直径且大于接收器增阻槽的最小直径；所述推进器扩体杆的直径自推进器主体杆一端向推进器凸起槽一端逐渐增大，推进器扩体杆的最大直径小于推进器凸起键的最大直径；所述缓冲阻尼上部的阻尼支撑与支撑器侧壁之间采用焊接方式进行连接，缓冲阻尼下部的阻尼支撑内嵌于支撑器侧壁内壁，缓冲阻尼下部的阻尼支撑为环状结构，其外径小于支撑器侧壁的内径。

优选地，所述扩大端头抗压强度不小于30mpa，预制桩抗压强度不小于60mpa，搅拌桩抗压强度不小于0.5mpa。

优选地，所述让压推进器的弹性模量大于接收器增阻槽的弹性模量。

优选地，所述让压层为环状可压缩结构，让压层的内径大于接收器侧壁较小一端的外径且小于接收器侧壁较大一端的外径。

优选地，所述扩大支撑为环状结构，扩大支撑的外径大于让压层的内径且小于让压支撑器的内径。

优选地，所述扩大底袋外侧为钢筋网状袋形结构，扩大底袋网孔为正方形，正方形边长范围为2cm-10cm，扩大底袋内部填充石块，石块尺寸不小于扩大底袋网孔尺寸。

一种增阻大变形智能化围护结构的使用方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：围护结构安装调试；

检查水平位移传感器和垂直位移传感器的数据传输可靠性，并通过控制中心对千斤顶发送指令，使千斤顶产生1t~2t的支撑力，此时，检查轴力监测仪的监测数据是否发生变化，若各设备均正常工作，进行下一步预加载；

步骤2：标定围护结构的敏感度；

在基坑开挖前，将扩大端头两侧0.5m范围内进行开槽，开槽深度为0.5m~1.0m，在基坑外侧的沟槽内采用液压千斤顶对扩大端头施加顶推力，顶推力的大小为2t~10t，顶推力的加载速度分为低中高三个等级，将单位时间内，不同顶推力、不同加载速度下水平位移传感器和垂直位移传感器的数据进行整理和换算，确定出顶推力和加载速度与围护结构的敏感度之间的关系，敏感度的计算公式为r=(a*x1+b*x2)/h，其中r为敏感度，x1为水平位移传感器的监测值，x2为垂直位移传感器的监测值，a为水平位移调整系数，b为垂直位移调整系数，h为加载时间；单位时间的位移变化量与顶推力和加载速度正相关，关系表达式为：(a*x1+b*x2)/h~f*v，其中f为顶推力，v为加载速度；

步骤3：围护结构预加载过程受力-变形特征监测数据库构建；

通过控制中心对千斤顶发送指令，使千斤顶产生自身所能提供支撑力的20%-80%，根据支护的结构形式中不同支护位置，对水平位移调整系数a和垂直位移调整系数b进行调整，并采用水平位移传感器和垂直位移传感器对单位时间内的位移进行监测，根据支撑力和加载速度两个变量进行正交试验，将不同实验结果对应的敏感度进行计算，形成敏感度与支撑力和加载速度的对应关系数据库；

步骤4：围护结构预卸载过程受力-变形特征监测试验；

通过控制中心对千斤顶发送指令，使千斤顶开始卸载，若在基坑支护工程中存在多个斜撑时，所述斜撑为竖桩连接键与扩大底袋之间所有部件组成的结构，相邻斜撑不同步卸载，特别地，四根斜撑相邻，首先卸载一号、三号斜撑中千斤顶的顶推力，卸载至原来顶推力的80%~90%，再卸载二号、四号斜撑的顶推力，卸载至原来顶推力的80%~90%，之后卸载一号、三号斜撑的顶推力，卸载至原来顶推力的50%~80%，再卸载二号、四号斜撑的顶推力，卸载至原来顶推力的50%~90%，最后同时卸载四根斜撑的顶推力至零；

步骤5：围护结构智能化调整；

开挖前首先通过控制中心对千斤顶发送指令，使千斤顶施加支撑力为让压推进器发生滑动的最小阻力的60%，随着基坑的开挖深度的增大，竖直复合桩所承受的土压力逐渐增大，当轴力监测仪监测的轴力值与千斤顶的支撑力相同时，监测水平位移传感器和垂直位移传感器在单位时间内的位移，根据支护的结构形式中不同支护位置，对水平位移调整系数a和垂直位移调整系数b进行确定，进而计算出敏感度，根据此时的敏感度调整千斤顶的工作状态，即利用步骤3中敏感度与支撑力和加载速度的对应关系数据库，对千斤顶的加载速度进行及时调整，直至千斤顶施加支撑力为让压推进器发生滑动的最小阻力的100%；当千斤顶的支撑力达到让压推进器发生滑动的最小阻力，让压推进器前进一个凸起，此时，监测水平位移传感器和垂直位移传感器在单位时间内的位移，进而计算出敏感度，根据敏感度进一步调整千斤顶的工作状态，利用步骤3中敏感度与支撑力和加载速度的对应关系数据库，对千斤顶的加载速度进行及时调整，直至千斤顶施加支撑力为让压推进器发生滑动的最小阻力的100%；若调整千斤顶工作状态的同时，轴力监测仪监测的轴力值的浮动范围不大于2%，停止千斤顶加载并保持当前千斤顶的支撑力，若轴力监测仪监测的轴力值的浮动范围大于2%，仍根据步骤3中敏感度与支撑力和加载速度的对应关系数据库，对千斤顶的加载速度进行实时调整，直到斜桩连接键内置的水平位移传感器的监测数值为10mm时，增大千斤顶的顶推力到千斤顶最大顶推力；

步骤6：围护结构自动报警；

在冬季施工过程中，围护结构受温度变化影响较大，当温度低于0℃时，水平位移传感器和垂直位移传感器的累计位移出现突变或者减少，此时控制中心会发出警报，同时增加千斤顶的顶推力；在夏季施工过程中，围护结构受温度变化影响较大，当温度低于35℃时，水平位移传感器和垂直位移传感器的累计位移出现突变，此时控制中心会发出警报，同时降低千斤顶的顶推力；

步骤7：围护结构卸载、拆除；

当基坑开挖完毕并铺设完垫层，直至底板施工完成时开始拆除围护结构，底板分段分区域铺设，底板对应位置处的斜撑先行拆除，同时拆除相邻斜撑的个数不大于3个；当底板全部施工完成，拆除全部斜撑。

优选地，所述步骤2中顶推力的加载速度分为低中高三个等级，从低到高的三个等级分别为0.5t/min~1.0t/min，1.0t/min~3.0t/min，3.0t/min~5.0t/min，所述轴力监测仪的采集频率为每小时二到四次。

优选地，所述让压推进器上相邻凸起的间隔为1.5mm~2.5mm，让压推进器发生滑动的最小一级阻力为20t~30t，让压推进器每前进一个凸起，相对于上一个凸起增大的阻力为3t~5t，千斤顶最大顶推力为50t~80t。

优选地，所述竖桩连接键和斜桩连接键内的水平位移传感器的最大累计位移为20mm~30mm，垂直位移传感器的最大累计位移为10mm~30mm。

本发明所带来的有益技术效果：

传统斜抛撑的支撑杆容易试问发生屈曲破坏，本发明将支撑杆分为多节，降低了每段的长度，并且设置了让压推进器和让压接收器，增大了支撑杆复合段的长度，提高了杆件的稳定程度；通过杆件的大变形，并且设置千斤顶，可以随时根据基坑的支护情况进行动态调整，避免杆件失稳；通过采用竖向复合桩作为围护桩，相比于传统的灌注桩降低了施工工期，且斜向复合桩取代中心岛，不影响后期施工，提高了施工效率，且底部设置扩大底袋，增大了斜撑的锚固力；通过垫层将竖直复合桩、斜撑联合形成三角形稳定结构，增大了支护结构的稳定性。

附图说明

图1为本发明一种增阻大变形智能化围护结构及其使用方法中增阻大变形智能化围护结构的正视图。

图2为本发明一种增阻大变形智能化围护结构及其使用方法中让压增阻器的正视图。

图3为本发明一种增阻大变形智能化围护结构及其使用方法中让压接收器的正视图。

图4为本发明一种增阻大变形智能化围护结构及其使用方法中让压推进器端部的正视图。

图5为本发明一种增阻大变形智能化围护结构及其使用方法中让压支撑器的正视图。

图6为本发明一种增阻大变形智能化围护结构及其使用方法中缓冲阻尼的正视图。

其中：1-扩大端头、2-预制桩、3-搅拌桩、4-垫层、5-扩大底袋、6-斜桩连接键、7-让压增阻器、8-千斤顶、9-竖桩连接键、10-让压支撑器、11-让压推进器、12-让压接收器、13-轴力监测仪、14-扩大支撑、15-接收器增阻槽、16-接收器侧壁、17-接收器腔体、18-推进器主体杆、19-推进器扩体杆、20-推进器凸起键、21-支撑器侧壁、22-缓冲阻尼、23-让压层、24-阻尼支撑、25-数据传输线、26-控制中心。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

实施例1：

如图1~6所示，一种增阻大变形智能化围护结构，其特征在于，所述增阻大变形智能化围护结构包括扩大端头1、预制桩2、搅拌桩3、垫层4、扩大底袋5、斜桩连接键6、让压增阻器7、千斤顶8、竖桩连接键9、让压支撑器10、数据传输线25、控制中心26；所述让压增阻器7包括轴力监测仪13、让压推进器11、让压接收器12和扩大支撑14，轴力监测仪13的监测数据通过数据传输线25传输至控制中心26；所述让压接收器12包括接收器增阻槽15、接收器外壁、接收器腔体17；所述让压推进器11包括推进器主体杆18、推进器扩体杆19、推进器凸起键20；所述让压支撑器10包括支撑器侧壁21、缓冲阻尼22和让压层23；所述缓冲阻尼22上下两端设置有环状阻尼支撑24；所述预制桩2、搅拌桩3组合为复合桩，复合桩包括两种布置形式，分别为设置在侧壁的竖直复合桩、设置在基坑底部的斜向复合桩；所述扩大端头1设置在竖直复合桩顶部，扩大端头1可将多个预制桩2、搅拌桩3在水平方向进行有效连接；所述预制桩2设置在搅拌桩3的中心，预制桩2的直径小于搅拌桩3直径；所述竖桩连接键9与扩大端头1、千斤顶8之间均采用螺栓连接，竖桩连接键9内置水平位移传感器和垂直位移传感器，水平位移传感器和垂直位移传感器的监测数据通过无线信号传输至控制中心26；所述千斤顶8与让压支撑器10之间采用螺栓连接，让压支撑器10与让压增阻器7之间采用嵌接进行连接，控制中心26通过数据传输线25对千斤顶8加载进行自动化控制；所述斜桩连接键6与预制桩2、让压增阻器7之间均采用螺栓连接，斜桩连接键6内置水平位移传感器和垂直位移传感器，水平位移传感器和垂直位移传感器的监测数据通过无线信号传输至控制中心26；所述垫层4设置于基坑底部，覆盖于斜向复合桩的表面；所述接收器增阻槽15为连续环形凹状结构，接收器腔体17内径自扩大支撑14一端向远离扩大支撑14一端逐渐减小；所述接收器侧壁16外径自扩大支撑14一端向远离扩大支撑14一端逐渐增大；所述推进器凸起键20为半圆形凸状结构，推进器凸起键20的最大直径小于接收器增阻槽15的最大直径且大于接收器增阻槽15的最小直径；所述推进器扩体杆19的直径自推进器主体杆18一端向推进器凸起槽一端逐渐增大，推进器扩体杆19的最大直径小于推进器凸起键20的最大直径；所述缓冲阻尼22上部的阻尼支撑24与支撑器侧壁21之间采用焊接方式进行连接，缓冲阻尼22下部的阻尼支撑24内嵌于支撑器侧壁21内壁，缓冲阻尼22下部的阻尼支撑24为环状结构，其外径小于支撑器侧壁21的内径。

优选地，所述扩大端头1抗压强度不小于30mpa，预制桩2抗压强度不小于60mpa，搅拌桩3抗压强度不小于0.5mpa。

优选地，所述让压推进器11的弹性模量大于接收器增阻槽15的弹性模量。

优选地，所述让压层23为环状可压缩结构，让压层23的内径大于接收器侧壁16较小一端的外径且小于接收器侧壁16较大一端的外径。

优选地，所述扩大支撑14为环状结构，扩大支撑14的外径大于让压层23的内径且小于让压支撑器10的内径。

优选地，所述扩大底袋5外侧为钢筋网状袋形结构，扩大底袋5网孔为正方形，正方形边长范围为2cm-10cm，扩大底袋5内部填充石块，石块尺寸不小于扩大底袋5网孔尺寸。

实施例2：

如图1~6所示，一种增阻大变形智能化围护结构的使用方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：围护结构安装调试；

检查水平位移传感器和垂直位移传感器的数据传输可靠性，并通过控制中心26对千斤顶8发送指令，使千斤顶8产生1t~2t的支撑力，此时，检查轴力监测仪13的监测数据是否发生变化，若各设备均正常工作，进行下一步预加载；

步骤2：标定围护结构的敏感度；

在基坑开挖前，将扩大端头1两侧0.5m范围内进行开槽，开槽深度为0.5m~1.0m，在基坑外侧的沟槽内采用液压千斤顶对扩大端头1施加顶推力，顶推力的大小为2t~10t，顶推力的加载速度分为低中高三个等级，将单位时间内，不同顶推力、不同加载速度下水平位移传感器和垂直位移传感器的数据进行整理和换算，确定出顶推力和加载速度与围护结构的敏感度之间的关系，敏感度的计算公式为r=(a*x1+b*x2)/h，其中r为敏感度，x1为水平位移传感器的监测值，x2为垂直位移传感器的监测值，a为水平位移调整系数，b为垂直位移调整系数，h为加载时间；单位时间的位移变化量与顶推力和加载速度正相关，关系表达式为：(a*x1+b*x2)/h~f*v，其中f为顶推力，v为加载速度；

步骤3：围护结构预加载过程受力-变形特征监测数据库构建；

通过控制中心26对千斤顶8发送指令，使千斤顶8产生自身所能提供支撑力的20%-80%，根据支护的结构形式中不同支护位置，对水平位移调整系数a和垂直位移调整系数b进行调整，并采用水平位移传感器和垂直位移传感器对单位时间内的位移进行监测，根据支撑力和加载速度两个变量进行正交试验，将不同实验结果对应的敏感度进行计算，形成敏感度与支撑力和加载速度的对应关系数据库；

步骤4：围护结构预卸载过程受力-变形特征监测试验；

通过控制中心26对千斤顶8发送指令，使千斤顶8开始卸载，若在基坑支护工程中存在多个斜撑时，所述斜撑为竖桩连接键9与扩大底袋5之间所有部件组成的结构，相邻斜撑不同步卸载，特别地，四根斜撑相邻，首先卸载一号、三号斜撑中千斤顶8的顶推力，卸载至原来顶推力的80%~90%，再卸载二号、四号斜撑的顶推力，卸载至原来顶推力的80%~90%，之后卸载一号、三号斜撑的顶推力，卸载至原来顶推力的50%~80%，再卸载二号、四号斜撑的顶推力，卸载至原来顶推力的50%~90%，最后同时卸载四根斜撑的顶推力至零；

步骤5：围护结构智能化调整；

开挖前首先通过控制中心26对千斤顶8发送指令，使千斤顶8施加支撑力为让压推进器11发生滑动的最小阻力的60%，随着基坑的开挖深度的增大，竖直复合桩所承受的土压力逐渐增大，当轴力监测仪监测的轴力值与千斤顶8的支撑力相同时，监测水平位移传感器和垂直位移传感器在单位时间内的位移，根据支护的结构形式中不同支护位置，对水平位移调整系数a和垂直位移调整系数b进行确定，进而计算出敏感度，根据此时的敏感度调整千斤顶8的工作状态，即利用步骤3中敏感度与支撑力和加载速度的对应关系数据库，对千斤顶8的加载速度进行及时调整，直至千斤顶8施加支撑力为让压推进器11发生滑动的最小阻力的100%；当千斤顶8的支撑力达到让压推进器11发生滑动的最小阻力，让压推进器11前进一个凸起，此时，监测水平位移传感器和垂直位移传感器在单位时间内的位移，进而计算出敏感度，根据敏感度进一步调整千斤顶8的工作状态，利用步骤3中敏感度与支撑力和加载速度的对应关系数据库，对千斤顶8的加载速度进行及时调整，直至千斤顶8施加支撑力为让压推进器11发生滑动的最小阻力的100%；若调整千斤顶8工作状态的同时，轴力监测仪监测的轴力值的浮动范围不大于2%，停止千斤顶8加载并保持当前千斤顶8的支撑力，若轴力监测仪监测的轴力值的浮动范围大于2%，仍根据步骤3中敏感度与支撑力和加载速度的对应关系数据库，对千斤顶8的加载速度进行实时调整，直到斜桩连接键6内置的水平位移传感器的监测数值为10mm时，增大千斤顶8的顶推力到千斤顶8最大顶推力；

步骤6：围护结构自动报警；

在冬季施工过程中，围护结构受温度变化影响较大，当温度低于0℃时，水平位移传感器和垂直位移传感器的累计位移出现突变或者减少，此时控制中心26会发出警报，同时增加千斤顶8的顶推力；在夏季施工过程中，围护结构受温度变化影响较大，当温度低于35℃时，水平位移传感器和垂直位移传感器的累计位移出现突变，此时控制中心26会发出警报，同时降低千斤顶8的顶推力；

步骤7：围护结构卸载、拆除；

当基坑开挖完毕并铺设完垫层4，直至底板施工完成时开始拆除围护结构，底板分段分区域铺设，底板对应位置处的斜撑先行拆除，同时拆除相邻斜撑的个数不大于3个；当底板全部施工完成，拆除全部斜撑。

优选地，所述步骤2中顶推力的加载速度分为低中高三个等级，从低到高的三个等级分别为0.5t/min~1.0t/min，1.0t/min~3.0t/min，3.0t/min~5.0t/min，所述轴力监测仪13的采集频率为每小时二到四次。

优选地，所述让压推进器11上相邻凸起的间隔为1.5mm~2.5mm，让压推进器11发生滑动的最小一级阻力为20t~30t，让压推进器11每前进一个凸起，相对于上一个凸起增大的阻力为3t~5t，千斤顶8最大顶推力为50t~80t。

优选地，所述竖桩连接键9和斜桩连接键6内的水平位移传感器的最大累计位移为20mm~30mm，垂直位移传感器的最大累计位移为10mm~30mm。

本发明是一种增阻大变形智能化围护结构及其使用方法，传统斜抛撑的支撑杆容易试问发生屈曲破坏，本发明将支撑杆分为多节，降低了每段的长度，并且设置了让压推进器和让压接收器，增大了支撑杆复合段的长度，提高了杆件的稳定程度；通过杆件的大变形，并且设置千斤顶，可以随时根据基坑的支护情况进行动态调整，避免杆件失稳；通过采用竖向复合桩作为围护桩，相比于传统的灌注桩降低了施工工期，且斜向复合桩取代中心岛，不影响后期施工，提高了施工效率，且底部设置扩大底袋，增大了斜撑的锚固力；通过垫层将竖直复合桩、斜撑联合形成三角形稳定结构，增大了支护结构的稳定性。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

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