预压力钢拱基坑支护结构

1.一种预压力钢拱基坑支护结构，其特征在于，它包括外弦杆、竖腹杆、斜腹杆、内弦杆、第一承压牛腿、预压力拱、第二承压牛腿、竖向支承立柱和承力架；外弦杆的两端各固定连接一承力架，外弦杆的底部固定安装多个竖腹杆和斜腹杆；多个内弦杆依次固定连接，呈折线拱形，并与所有竖腹杆和斜腹杆的另一端固定连接，连接处安装加劲肋；竖腹杆通过竖腹杆端板与呈折线拱形的预压力拱固定连接；预压力拱通过竖向支承立柱连接板与竖向支撑立柱固定连接；预压力拱的一端固定连接第一承压牛腿，第一承压牛腿安装在外弦杆一侧的承力架上；预压力拱的另一端安装千斤顶，千斤顶上下部位安装搭接过梁；千斤顶的另一端固定连接第二承压牛腿，第二承压牛腿安装在外弦杆另一侧的承力架上。

预压力钢拱基坑支护结构\n技术领域\n[0001] 本发明涉及建筑基础工程技术领域，尤其涉及一种预压力钢拱基坑支护结构(Prestressed Arched Structures，简称PAS)。\n背景技术\n[0002] 随着城市化的发展，高层建筑越来越多，向地下要空间的需求越来越强烈。深基坑支护技术成为快速发展的一个领域。基坑支护技术决定了基础和地下室施工的速度和成本。现实的需求是：基坑支护技术不仅要保护周围已有建筑物的安全和场地、道路的稳定，同时也要能够为拟建建筑物的基础和地下室的施工创造尽可能大的无障碍施工空间，便于进入基坑的建筑机械能够自如地进行施工作业。\n[0003] 预压力钢拱基坑支护结构是基坑和深基坑支护有效技术，预压力拱使得基坑壁产生反向的变形，使基坑壁不出现向内的倾斜，保护周围建筑物基础和道路、场地的稳定。它适用于浅基坑与深基坑，适用于各种地基土，尤其是各种粘土地基的基坑支护。\n[0004] 设置预压力拱的目的，是通过施加预压力，使得特殊钢桁架产生朝向基坑壁方向的变形，预压力在特殊钢桁架的各个构件内产生的力，与基坑壁施加在特殊钢桁架上的土压力产生的内力，是相互抵消的，这样减小了特殊钢桁架的各个杆件的内力，使得钢桁架适用的跨度增大，极大地增加了基坑内无障碍区域的面积。\n[0005] 其他支护技术，例如排桩、地下混凝土连续墙，适用的深度有限，而且成本高，速度慢，逆作法施工，不仅速度慢，能够提供给建筑机械的空间也非常小。因此迫切需要新的钢结构技术。\n[0006] 为了使得上述与钢结构配套使用的抗侧力构件尽量小地承担竖向荷载，经常要求这些构件在整个结构安装到顶、大部分的竖向荷载都已经到位传递到柱子上以后，再回过头来安装这些抗侧力构件。\n发明内容\n[0007] 本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种预压力钢拱基坑支护结构。\n[0008] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种预压力钢拱基坑支护结构，它包括外弦杆、竖腹杆、斜腹杆、内弦杆、第一承压牛腿、预压力拱、第二承压牛腿、竖向支承立柱和承力架等；外弦杆的两端各固定连接一承力架，外弦杆的底部固定安装多个竖腹杆和斜腹杆；多个内弦杆依次固定连接，呈折线拱形，并与所有竖腹杆和斜腹杆的另一端固定连接，连接处安装加劲肋。竖腹杆通过竖腹杆端板与呈折线拱形的预压力拱固定连接；预压力拱通过竖向支承立柱连接板与竖向支撑立柱固定连接；预压力拱的一端固定连接第一承压牛腿，第一承压牛腿安装在外弦杆一侧的承力架上。预压力拱的另一端安装千斤顶，千斤顶上下部位安装搭接过梁。千斤顶的另一端固定连接第二承压牛腿，第二承压牛腿安装在外弦杆另一侧的承力架上。\n[0009] 本发明与现有技术相比具有的有益效果：\n[0010] 1、因为采用采用螺栓连接的特种钢桁架，可以重复使用,一次性投入，初步估计可以重复应用上百次，成本极大降低。\n[0011] 2、采用预压力拱，对特殊钢桁架施加与土压力反向的压力，使桁架受力减小，适用跨度增大，为基础和地下室的施工创造更大的无障碍空间。\n[0012] 3、采用钢结构，安装完毕马上可以受力，与混凝土支护结构相比能够节省大量时间，加快施工进度。\n[0013] 4、本发明力钢预压拱基坑支护结构，具有稳定性好、可拆卸、便于运输、可重复使用的特点。\n附图说明\n[0014] 图1为本发明预压力钢拱基坑支护结构的结构示意图。\n[0015] 图2为图1的A区域放大图；\n[0016] 图3为图1的B区域放大图；\n[0017] 图4为图1的C区域放大图；\n[0018] 图5为图1的D区域放大图；\n[0019] 图6为图1的E区域放大图；\n[0020] 图7为图1的A-A视图；\n[0021] 图8为图1的B-B视图；\n[0022] 图9为图8的F区域放大图；\n[0023] 图10为图1的C-C视图；\n[0024] 图11为图3的D-D视图；\n[0025] 图12为图9的E-E视图；\n[0026] 图13为图9的F-F视图；\n[0027] 图中，外弦杆1、竖腹杆2、斜腹杆3、内弦杆4、第一承压牛腿5、加劲肋6、螺栓7、竖腹杆端板8、水平槽孔9、预压力拱10、螺栓11、竖向支承立柱连接板12、螺栓13、螺栓14、第二承压牛腿15、螺栓16、竖向支撑立柱17、千斤顶18、搭接过梁19、螺栓20、承力架21。\n具体实施方式\n[0028] 如图1-13所示，本发明预压力钢拱基坑支护结构包括外弦杆1、竖腹杆2、斜腹杆\n3、内弦杆4、第一承压牛腿5、预压力拱10、第二承压牛腿15、竖向支承立柱17和承力架21。\n外弦杆1的两端各固定连接一承力架21，外弦杆1的底部固定安装多个竖腹杆2和斜腹杆\n3；多个内弦杆4依次固定连接，呈折线拱形，并与竖腹杆2和斜腹杆3的另一端固定连接，连接处安装加劲肋6。竖腹杆2端部焊接了竖腹杆端板8，竖腹杆端板8上开水平槽孔9。\n所有竖腹杆端板8均与呈折线拱形的预压力拱10固定连接。预压力拱10通过竖向支承立柱连接板12与竖向支撑立柱17固定连接。预压力拱10的一端固定连接第一承压牛腿5，第一承压牛腿安装在外弦杆1一侧的承力架21上。预压力拱10的另一端安装千斤顶18，千斤顶18上下部位安装搭接过梁19。千斤顶18的另一端固定连接第二承压牛腿15，第二承压牛腿15安装在外弦杆1另一侧的承力架21上。\n[0029] 本发明预压力钢拱基坑支护结构的实施步骤如下：\n[0030] 1、基坑初步开挖一定的深度，为安装预压力钢拱基坑支护结构及外围支架腾出空间；\n[0031] 2、安装承力架21和竖向支承立柱17,\n[0032] 3、安装外弦杆1，\n[0033] 4、逐块安装竖腹杆2、斜腹杆3、折线形内弦杆4。\n[0034] 5、安装预压力拱10：将预压力拱10与竖腹杆2和竖向支承立柱17可靠连接；\n[0035] 6、安装千斤顶18；并布置监测设备。\n[0036] 7、利用千斤顶18施加预压力，先初步试压到设计值的约20％，检查整个结构，并读出监测数据，检查数据是否正常。\n[0037] 8、逐级施加预压力，逐级读数，检查，直到设计规定的预压力；\n[0038] 9、拧紧所有螺栓到规定的螺栓预拉力，并安装千斤顶上下部位的搭接过梁19。\n[0039] 10、关闭千斤顶18油阀。并继续监测千斤顶传感器的压力。\n[0040] 11、基坑挖掘工作可以继续向下开展，开展到设计规定的深度后，安装新的一榀预压力拱支护结构。继续，直到需要的基坑深度。\n[0041] 本发明通过千斤顶18，使预压力拱10内产生压力，反推外侧由外弦杆1、竖腹杆2、斜腹杆3和内弦杆4组成的钢桁架，使钢桁架产生反向变形，抵消钢桁架在外侧土压力作用下产生的内力，使得基坑壁的变形几乎不发生或仅出现少量变形，从而保护周围建筑场地的稳定性。