基坑开挖斜支撑装配式钢牛腿 【技术领域】
本发明涉及的是一种基坑开挖斜支撑施工构件，特别是在深基坑端头井采用地下连续墙作为围护结构的斜支撑支座形式，用于建筑工程构件领域。
背景技术
经文献检索发现，刘建航、贾坚著《基坑工程总体方案设计》；刘建航、候学渊主编《基坑工程手册》第2章2.6节，中国建筑工业出版社1997年4月第1版，ISBN7-112-0.068-4。文献介绍了目前深基坑支撑的布置方式主要有：1、同一水平面的直交式，非同一水平的直交式；2、井字型集中式布置；3、角撑体系布置；4、边桁架；5、圆形环梁布置；6、垂直对称布置；7、圆拱布置；8、竖向斜撑；9、中心岛式开挖的支撑布置；10、逆做法施工；11、拉锚(锚锭)；12、锚杆；13、组合式布置。支撑材料主要分为钢支撑和现浇混凝土支撑两种，其中混凝土支撑结硬后刚度大、变形小，安全可靠性强，但支撑浇制、养护时间长，软土被动位移大，施工周期长，拆除困难，爆破拆除对周围环境有影响。钢支撑安装、拆除施工方便，可周转使用，支撑中可预加预应力，通过调整轴力而有效控制围护变形，但施工工艺要求高，如节点和支撑结构处理不当或支撑不及时不准确，会造成基坑变形过大甚至基坑失稳。
目前在深基坑端部，都采用平面斜角支撑，一方面可减少支撑的长度和截面，另一方面可以提高基坑的稳定性，同时增大土方开挖及结构施工的空间范围。而斜撑由于较大的水平分向力不能直接支撑在砼围护墙上，一般是使用现场焊接式，即在地下围护结构上预埋支撑用预埋件，基坑开挖到该标高后，配置一定长度、角度的斜支撑，进行就地焊接，俗称焊接式钢牛腿。该传统方法，在基坑施工中存在以下几个问题：(1)现场焊接施工时间长，在开挖到预埋钢板位置后，凿出预埋钢板并焊接钢牛腿需要大约5～6小时，由于长时间的基坑无支撑暴露不利于基坑控制变形。(2)现场焊接质量难以控制。(3)易受天气影响，下雨时更增加焊接难度。(4)需要耗费大量的钢材，成本不菲，而且工程结束时时拆卸闲难，一般采取割除方式，材料无法重复使用，造成施工成本增加。
【发明内容】
本发明针对现有技术不足和缺陷，提供一种基坑开挖斜支撑装配式钢牛腿，使其用装配式替代焊接式，充分利用钢材的特点，经合理布局和受力计算，发挥了装配的独特优点，并具有可重复利用率高，成本少，节约工时从而减少基坑无支撑暴露时间等优点，大大提高了施工速度，支撑及时到位，减少了基坑的变形和对周边建(构)筑物的影响，降低了工程风险。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明基坑开挖斜支撑装配式钢牛腿，包括凹形预埋件和凸形斜牛腿，凹形预埋件先行浇于地下连续墙混凝土内，凸形斜牛腿与其斜交镶嵌后螺栓连接，组成一个水平方向受力构件。
凹形预埋件由凹形面板、螺纹接驳器、锚固螺纹钢筋、三角肋板、钢筋混凝土组成固定连接，凹形面板之间固定连接有：螺纹接驳器、锚固螺纹钢筋、三角肋板，凹形面板与螺纹接驳器、锚固螺纹钢筋固定连接，其中凹形面板中间钻孔与螺纹接驳器一端塞焊固定连接，锚固螺纹钢筋一端同样与凹形面板中间钻孔塞焊固定连接。三角肋板与凹形面板采用双面角焊固定连接。凹形面板、螺纹接驳器、锚固螺纹钢筋、三角肋板组成固定连接后预埋在地下围护钢筋混凝土结构中。经过上述连接方式后提高了该构件的整体稳定和刚度，增加抗压强度。
凸形斜牛腿由凸形面板、支承板、第一竖肋板、第二竖肋板、横肋板组成固定连接，凸形面板之间固定连接有：支承板，第一竖肋板，第二竖肋板，横肋板，钢支撑支撑在支承板上，横肋板与支承板、竖肋板、竖肋板固定连接，其中凸形面板分别与第一竖肋板、第二竖肋板、横肋板的一端双面角焊固定连接，第一竖肋板、第二竖肋板、横肋板的另一端则分别与支承板双面角焊固定连接。经过上述连接方式，提高该构件的整体稳定和刚度，增加抗压强度。
凹形预埋件的凹形面板上设有凹榫槽，凸形斜牛腿地凸形面板上设有凸榫头，相互镶嵌后，用螺栓连接。二者装配成一个基坑斜支撑受力构件。
本发明通过以上技术方案，从综合施工进度、基坑安全、环境保护、综合成本等因素综合考虑装配式钢牛腿的，并进一步：1)按基坑工程要求对钢牛腿结构的强度、刚度验算。2)确定钢牛腿的加工、装配的技术要求。3)确定钢牛腿的任意斜度的通用性及互换性，提高重复利用率，现定位45度，对其差异角用钢楔调整的方法。4)确定钢牛腿预埋件在钢筋砼地下墙中的最大剪切强度及抗拔性能。5)计算钢牛腿与预埋件的安装连接螺栓的截面强度，确定其安装位置，采用高强度双头螺栓进行双重保护。6)选定钢牛腿与预埋件的装配间隙公差，提高互换性。7)选用在最不利情况下计算安全系数。
本发明的斜支撑钢牛腿，用机械装配式替代焊接式，构件在工厂内定点生产，可提高构件质量。基坑工程开挖施工中能及时安装，快速支撑到位，有利工程顺利进行。
经过上述程序后，从结构角度，装配式钢牛腿能满足基坑斜支撑最大轴力和水平分力要求，可确保基坑安全。
本发明具有实质性的特点和显著进步。与传统的焊接方法相比有着以下几大优点：1)支撑牛腿安装质量，装配式优于现场焊接式，减少电焊质量的人为因素，且不受气候影响；2)装配式与现场焊接式钢牛腿相比，速度快、工期短、工效提高10倍以上；3)端头井斜支撑速度加快，有利于基坑开挖时空效应，减少对周围环境的影响，提高基坑保护等级；4)施工结束，装配式牛腿可全部回收，资源可再利用，完全不必与焊接式钢牛腿一样作废钢处理，节约成本可观；5)由于装配式钢牛腿质量有保证，在实际基坑使用中无安全隐患，确保基坑工程安全，有利于推广应用。
在软地基条件下进行地基基坑施工，尤其是在大城市中，地上、地下各种建筑结构已经林立，在闹市区进行地下基坑施工已经达到“见缝插针”的饱和状态，而且基坑施工对周边环境的保护要求也越来越高，根据上海《上海地铁基坑工程施工规程》对周边环境的保护要求，重要地段的基坑施工等级为一级，也就是说基坑围护墙的最大水平位移不得大于基坑深度的0.14％，这时基坑开挖如果仍采用传统的基坑斜支撑钢牛腿焊接安装办法，就难以达到保护周边环境的效果。本发明针对基坑开挖一级施工的要求，并综合快速、安全保障及成本节约等进行设计，经工程实践，已达到要求。
【附图说明】
图1本发明凹形预埋件结构示意图
图2本发明凸形斜牛腿结构示意图
图3本发明结构装配示意图
【具体实施方式】
如图1-3所示，本发明包括：凹形预埋件1和凸形斜牛腿2，凹形预埋件1先行浇于地下连续墙混凝土内，凸形斜牛腿2与凹形预埋件1斜交镶嵌后螺栓连接，组成一个水平方向受力构件。
凹形预埋件1由凹形面板3、螺纹接驳器4、锚固螺纹钢筋5、三角肋板6、钢筋混凝土7组成固定连接，凹形面板3之间固定连接有：螺纹接驳器4、锚固螺纹钢筋5、三角肋板6，凹形面板3与螺纹接驳器4、锚固螺纹钢筋5固定连接，其中凹形面板3中间钻孔与螺纹接驳器4一端塞焊固定连接，锚固螺纹钢筋5一端同样与凹形面板3中间钻孔塞焊固定连接，三角肋板6与凹形面板3采用双面角焊固定连接，凹形面板3、螺纹接驳器4、锚固螺纹钢筋5、三角肋板6组成固定连接后预埋在地下围护钢筋混凝土7结构中。
凸形斜牛腿2由凸形面板8、支承板9、竖肋板10、竖肋板11、横肋板12组成固定连接，凸形面板8之间固定连接有：支承板9，竖肋板10，竖肋板11，横肋板12，钢支撑支撑在支承板9上，横肋板12与支承板9、竖肋板10、竖肋板11固定连接，其中凸形面板8分别与竖肋板10、竖肋板11、横肋板12的一端双面角焊固定连接，竖肋板10、竖肋板11、横肋板12的另一端则分别与支承板9双面角焊固定连接。
凹形预埋件1的凹形面板3上设有凹榫槽，凸形斜牛腿2的凸形面板8上设有凸榫头，相互镶嵌后，用螺栓连接，二者装配成一个基坑斜支撑受力构件。
结合本发明的内容提供以下实施例：
(1)上海地铁明珠线二期某车站基坑施工，基坑开挖深度为-19m，按照一级基坑的保护要求，围护墙最大水平位移需不大于26.6mm，在三个基坑端头井施工中，共采用217个本发明中的基坑斜支撑装配式钢牛腿，经实地检测，基坑围护墙最大水平位移值为26mm，达到了一级基坑的施工要求，有效地保护了临近明珠一期轻轨交通的正常运营及相隔极近的密集居民区的正常生活。
(2)上海地铁(M4线)某站，共有四处端头工作井，共使用装配式牛腿60只，同样无一例发生意外，有力保护了周边七层居民楼安全。
(3)上海地铁M8线某车站，长200m，共有四处端头井共使用96只装配式钢牛腿，到目前为止，已顺利完成基坑开挖，正在进行车站结构施工，繁忙的地面交通及地下管线均无恙。
以上工程实例中使用的装配式钢牛腿均为上海地铁明珠二期某车站施工时加工的，后施工的两个车站施工均为重复利用，因此节约了大批的钢材成本。