一种用于基坑工程内支撑的锥楔式活络装置及施作方法.pdf

一种用于基坑工程内支撑的锥楔式活络装置及施作方法，该装置在多排高强螺栓作用下，通过两块夹板夹紧锥形支腿来承受和传递钢支撑轴力。夹板与锥形支腿接触面之间夹角为30°，通过调节高强螺栓来确定竖向定位，拧紧螺栓即可承受轴力。锥楔式活络装置的夹板与锥形支腿是光面接触，高强螺栓穿过锥形支腿的螺栓槽，固定在两侧的夹板上，既能有效地承受钢支撑轴压力，也可以承受土层向外变形的拉力，围檩与钢支撑整体性得到了改善。改变了传统活络装置打入刚楔的理念，增大接触面，利用高强螺栓对拉作用，锥楔越压越紧。保证了基坑支护体系的整体性，降低了钢支撑脱落的风险。

1.  一种用于基坑工程内支撑的锥楔式活络装置，其特征在于：锥楔式活络装置(12)包括锥形支腿(3)、夹板(1)、高强螺栓(2)、栏板(4)、固定圆杆(6)、固定挡板(7)、法兰(17)；所述锥楔式活络装置(12)在各高强螺栓(2)的作用下，通过两块对称的夹板(1)与锥形支腿(3)进行夹紧来承受和传递钢支撑的轴力；
锥形支腿(3)的一端焊接有端部法兰(17)；夹板(1)的一端连接有另一端部法兰(17)；
所述夹板(1)的主体由厚壁钢板(18)组成，厚壁钢板(18)的表面为三级台阶结构；其中第一级台阶为夹板(1)的端部；第二级台阶上设置有一排孔；第三级台阶上设置有两排孔；
两块夹板(1)设置在三块固定挡板(7)之间，通过固定圆杆(6)串接；各固定挡板(7)相互平行对称，固定挡板(7)焊接在夹板(1)的端部法兰(17)上，各固定挡板(7)上设置有三个均匀布置的螺纹孔；夹板(1)的端部预留有三个均匀布置的圆孔(22)，圆孔(22)直径大于固定圆杆(6)直径；所述固定挡板(7)上的螺纹孔与夹板(1)上的圆孔(22)相对应，固定圆杆(6)穿过螺孔(19)、圆孔(22)将两块夹板(1)与三块固定挡板(7)相连接，固定圆杆(6)与螺孔(19)采用焊接固定；
夹板(1)的端部与其端部的法兰(17)之间刨平顶紧，夹板(1)的端部沿固定圆杆(6)轴向自由滑动；
两夹板(1)之间的外侧设置有千斤顶托盘(9)，千斤顶托盘(9)焊接在夹板(1)的端部法兰(17)上；千斤顶(10)安装在千斤顶托盘(9)上；
所述锥形支腿(3)的主体由锥形钢板(20)组成，锥形支腿(3)的中心切空成三角形，锥形支腿(3)的两侧锥面上预留有矩形螺栓槽(5)；锥形支腿(3)锥面与夹板(1)内侧接触面配合；栏板(4)焊接在夹板(1)另一端的左右外侧边上，用以沿周向固定锥形支腿(3)；锥形支腿(3)端部的法兰(17)与锥形钢板(20)间焊接有锥形支腿加劲肋板(8)；
高强螺栓(2)为双排布置方式，高强螺栓(2)穿过夹板(1)台阶上的孔以及锥形支腿(3)上的矩形螺栓槽(5)固定拧紧，并将锥形支腿(3)、夹板(1)连接。

2.  根据权利要求1所述的一种用于基坑工程内支撑的锥楔式活络装置，其特征在于：所述锥形支腿(3)长度为400～600mm，所述焊接在锥形支腿(3)端部的法兰(17)厚度为20～30mm，用于防止钢支撑轴力过大使锥形支腿顶部法兰局部出现大变形。

3.  根据权利要求1所述的一种用于基坑工程内支撑的锥楔式活络装置，其特征在于：所 述夹板(1)长度为300～600mm，夹板内侧斜面之间夹角为30°，既要保证足够的接触面承受锥形支腿接触力，又要保证材料不被压坏。

4.  根据权利要求1所述的一种用于基坑工程内支撑的锥楔式活络装置，其特征在于：所述夹板(1)的一端螺帽处，预留有螺帽槽(16)，螺帽槽(16)的槽深10～20mm。

5.  根据权利要求1所述的一种用于基坑工程内支撑的锥楔式活络装置，其特征在于：所述高强螺栓(2)的长度为500～600mm。

6.  根据权利要求1所述的一种用于基坑工程内支撑的锥楔式活络装置，其特征在于：所述固定圆杆(6)长度为300～400mm，直径为40～50mm。

7.  根据权利要求1所述的一种用于基坑工程内支撑的锥楔式活络装置，其特征在于：所述固定挡板(7)为长方体，长250～350mm，宽15～35mm，高50～70mm；在固定挡板长×高面上为固定圆杆(6)预留有孔。

8.  根据权利要求1所述的一种用于基坑工程内支撑的锥楔式活络装置，其特征在于：所述夹板(1)端部的法兰(17)厚度为20～30mm，用以防止钢支撑轴力过大使夹板下端法兰局部出现大变形。

9.  根据权利要求1所述的一种用于基坑工程内支撑的锥楔式活络装置，其特征在于：夹板(1)刨平顶紧在法兰(17)上且能在固定圆杆(6)上移动，通过调节高强螺栓2调节夹板1间距。

10.  一种用于基坑工程内支撑的锥楔式活络装置施作方法，其特征在于：
该方法包括如下步骤，
步骤一：夹板(1)制作：夹板(1)材料采用45号钢，高600mm，锥楔面与竖直方向成15°角，由两块长200mm×宽400mm×高600mm厚壁钢板(18)加工而成，厚壁钢板(18)内侧从顶部75mm位置以15°角度开始渐变切割形成锥口状，厚壁钢板(18)高350mm位置外侧车削深50mm长度为150mm台阶，于高200mm位置外侧车削深50mm长度为200mm台阶；夹板(1)顶部钢板厚度为75mm，底部厚度为100mm；制作两块夹板(1)的厚壁钢板(18)加工后需要对称布置，螺孔(19)中心对齐；夹板(1)的厚壁钢板(18)通过螺孔(19)、固定圆杆(6)和固定挡板(7)连接，固定挡板(7)焊接20mm厚的法兰(17)，在夹板(1)底端法兰(17)横截面左右对称位置焊接千斤顶托盘(9)；
步骤二：高强螺栓(2)制作：采用标准件M48，螺距5mm，10.9级，长度为600mm，共6套；
步骤三：锥形支腿(3)制作：由锥形钢板(20)加工而成；材料采用45号钢，四棱台形状，上底面为长400×宽59mm，下底面为400mm×348mm，锥形支腿(3)高540mm，梯形面方向将锥形支腿(3)中心切割成空等腰三角形，锥面壁厚50mm，下底面壁厚为30mm；锥面方向预留两道长465mm×宽48mm螺栓槽(5)，螺栓槽(5)对称布置，距离边线距离为72mm；
步骤四：栏板(4)制作：材料采用Q235，长150mm，上宽70mm，下宽20mm，厚20mm，呈直角梯形状，加工四件；斜边对齐夹板(1)斜面对称焊接在夹板(1)外侧拦住锥形支腿(3)；
步骤五：夹板(1)与锥形支腿(3)的连接：将锥形支腿(3)插入夹板(1)内，再通过高强螺栓(2)穿过夹板(1)的螺孔(19)和锥形支腿(3)的螺栓槽(5)对拉拧紧，使两夹板(1)能与锥形支腿(3)锥面密贴在一起形成锥楔式活络装置(12)；
步骤六：将加工制作的锥楔式活络装置(12)、预先制作好的钢支撑固定节段(13)和钢支撑(21)运输至施工现场，钢支撑(21)安装前预拼装，拼装偏差应符合设计要求或相关规范规定，每根钢支撑(21)的安装轴线偏心不大于20mm；
步骤七：仪器测量定位，在钢围檩(14)上准确安装钢支撑固定节段(13)，螺栓不拧紧；
步骤八：采用起重设备拼装钢支撑(21)，并安装锥楔式活络装置(12)，将锥楔式活络装置(12)两端分别与钢支撑(21)连接；
步骤九：选择适宜的千斤顶(10)，准确将千斤顶(10)安放在夹板(1)的千斤顶托盘(9)上，待千斤顶(10)顶至到千斤顶活塞位置(11)后，保证轴心受力；调试仪器，液压泵必须带有压力表，以控制液压泵的压力和加压的速率；
步骤十：按照设计的预加轴力逐级进行加压，两法兰(17)之间伸长，锥形支腿(3)随之伸出，检查钢支撑(21)和钢围檩(14)有无异常后，拧紧钢支撑固定节段(13)的螺栓；
步骤十一：预加轴力达到设定值时，预加轴力作用于锥形支腿(3)上，通过高强螺栓(2)和夹板(1)传递给钢支撑(21)，实现了钢支撑轴力的施加；锁定千斤顶(10)，拧紧双排高强螺栓(2)，缓慢拆除千斤顶(10)，该装置开始承受和传递钢支撑的轴力。

一种用于基坑工程内支撑的锥楔式活络装置及施作方法
技术领域
本发明涉及一种用于基坑工程内支撑的锥楔式活络装置，主要针对传统的钢支撑活络装置形式及工艺进行改良，属于基建施工辅助工件技术领域。
背景技术
基坑钢支撑在明挖法的施工中广泛应用，工程上普遍采用壁厚16mm的Φ609钢管支撑，在安装钢支撑过程中，预压轴力采用双缸千斤顶支顶的活络装置或单缸千斤顶支顶的活络装置进行调整。这两种方法均在用千斤顶施加预加轴力后，打入钢楔块，待稳定后拆除千斤顶。这两类活络装置的缺点是：钢楔传力方式不可靠，容易造成应力集中和偏心受力；单排钢楔钢支撑横向刚度不稳定，整体性差。特别是在地层土质较软时，上层钢支撑处地层易出现向基坑外的变形，导致钢支撑松动脱落。随着我国建筑基坑的不断增多，尤其是在大城市中，地上、地下各种建筑结构已经林立，钢支撑节点处理不慎就会对基坑施工产生影响，亟待解决钢支撑体系整体性差的问题，因此钢支撑活络装置需要研究采用新的结构，既要满足一定的调节量，又要加强钢支撑刚度和保证承载力可靠。
发明内容
基于上述问题，本发明提出了一种用于基坑工程内支撑的锥楔式活络装置，在多排高强螺栓作用下，通过两块夹板夹紧锥形支腿来承受和传递钢支撑轴力。夹板与锥形支腿接触面之间夹角为30°左右，通过调节高强螺栓来确定竖向定位，拧紧螺栓即可承受轴力，解决了现在钢支撑体系整体性差、传力不可靠的问题。锥楔式活络装置的夹板与锥形支腿是光面接触，高强螺栓穿过锥形支腿的螺栓槽，固定在两侧的夹板上，改变了传统活络装置打入钢楔的点连接方式，既能有效地承受钢支撑轴压力，也可以承受土层向外变形的拉力，围檩与钢支撑整体性得到了改善。
一种用于基坑工程内支撑的锥楔式活络装置，锥楔式活络装置12包括锥形支腿3、夹板1、高强螺栓2、栏板4、固定圆杆6、固定挡板7、法兰17；所述锥楔式活络装置12在各高强螺栓2的作用下，通过两块对称的夹板1与锥形支腿3进行夹紧来承受和传递钢支撑的轴力。
锥形支腿3的一端焊接有端部法兰17；夹板1的一端连接有另一端部法兰17。
所述夹板1的主体由厚壁钢板18组成，厚壁钢板18的表面为三级台阶结构；其中第一级台阶为夹板1的端部；第二级台阶上设置有一排孔；第三级台阶上设置有两排孔。
两块夹板1设置在三块固定挡板7之间，通过固定圆杆6串接；各固定挡板7相互平行对称，固定挡板7焊接在夹板1的端部法兰17上，各固定挡板7上设置有三个均匀布置的螺纹孔；夹板1的端部预留有三个均匀布置的圆孔22，圆孔22直径大于固定圆杆6直径；所述固定挡板7上的螺纹孔与夹板1上的圆孔22相对应，固定圆杆6穿过螺孔19、圆孔22将两块夹板1与三块固定挡板7相连接，固定圆杆6与螺孔19采用焊接固定。
夹板1的端部与其端部的法兰17之间刨平顶紧，夹板1的端部沿固定圆杆6轴向自由滑动。
两夹板1之间的外侧设置有千斤顶托盘9，千斤顶托盘9焊接在夹板1的端部法兰17上；千斤顶10安装在千斤顶托盘9上。
所述锥形支腿3的主体由锥形钢板20组成，锥形支腿3的中心切空成三角形，锥形支腿3的两侧锥面上预留有矩形螺栓槽5；锥形支腿3锥面与夹板1内侧接触面配合；栏板4焊接在夹板1另一端的左右外侧边上，用以沿周向固定锥形支腿3；锥形支腿3端部的法兰17与锥形钢板20间焊接有锥形支腿加劲肋板8。
高强螺栓2为双排布置方式，高强螺栓2穿过夹板1台阶上的孔以及锥形支腿3上的矩形螺栓槽5固定拧紧，并将锥形支腿3、夹板1连接。
进一步地，所述锥形支腿3长度为400～600mm，所述焊接在锥形支腿3端部的法兰17厚度为20～30mm，用于防止钢支撑轴力过大使锥形支腿顶部法兰局部出现大变形。
进一步地，所述夹板1长度为300～600mm，夹板内侧斜面之间夹角为30°，既要保证足够的接触面承受锥形支腿接触力，又要保证材料不被压坏。
进一步地，所述夹板1的一端螺帽处，预留有螺帽槽16，螺帽槽16的槽深10～20mm。
进一步地，所述高强螺栓2的长度为500～600mm。
进一步地，所述固定圆杆6长度为300～400mm，直径为40～50mm。
进一步地，所述固定挡板7为长方体，长250～350mm，宽15～35mm，高50～70mm。在固定挡板长×高面上为固定圆杆6预留有孔。
进一步地，所述夹板1端部的法兰17厚度为20～30mm，用以防止钢支撑轴力过大使夹板下端法兰局部出现大变形。
进一步地，夹板1刨平顶紧在法兰17上且能在固定圆杆6上移动，通过调节高强螺栓2调节夹板1间距。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。
1.本发明提出了一种基坑工程内支撑稳定连接的锥楔式活络装置，改变了传统活络装置打入刚楔的理念，增大接触面，利用高强螺栓对拉作用，锥楔越压越紧。保证了基坑支护体系的整体性，降低了钢支撑脱落的风险。
2.本发明提出了一种基坑工程内支撑稳定连接的锥楔式活络装置，结构合理且形式对称简单，重量轻，造价低。同时，本构件加工工艺简单，组装方便，能满足一定的连续调节量又能提高承载力，确保使用安全。
3.本发明提出了一种基坑工程内支撑稳定连接的锥楔式活络装置，两块夹板对撑布置，便于组装又有利于锥形支腿接触面的密贴，技术合理，可操作性强，综合效益显著，具有重要工程应用价值和发展前景。
附图说明
图1是锥楔式活络装置的最大调节量时正视示意图；
图2是锥楔式活络装置的最小调节量时正视示意图；
图3是锥楔式活络装置的俯视示意图；
图4是千斤顶施加预加轴力示意图；
图5是锥楔式活络装置A-A剖面示意图；
图6是锥楔式活络装置B-B剖面示意图；
图7是夹板的正视示意图；
图8是夹板的俯视示意图；
图9是锥形支腿的正视示意图；
图10是锥形支腿的俯视示意图；
图11是栏板的示意图；
图12是固定圆杆的示意图；
图13是固定挡板的示意图；
图14是高强螺栓示意图；
图15是钢支撑的整体拼装示意图；
图中：1—夹板、2—高强螺栓、3—锥形支腿、4—栏板、5—螺栓槽、6—固定圆杆、7—固定挡板、8—锥形支腿加劲肋板、9—千斤顶托盘、10—千斤顶、11—千斤顶活塞位置、12— 锥楔式活络装置、13—钢支撑固定节段、14—钢围檩、15—地下连续墙、16—螺帽槽、17—法兰、18—厚壁钢板、19—螺孔、20—锥形钢板、21—钢支撑、22—圆孔。
具体实施方式
通过下面实例，如图13所示，对本发明做进一步说明。
设计说明，本发明的一种用于基坑工程内支撑的锥楔式活络装置，设计钢支撑最大轴力2900kN，已考虑安全系数为1.2，以提供一定的安全储备，防止偶然荷载和地层变形过大等意外的发生造成工程事故。
一种用于基坑工程内支撑的锥楔式活络装置包括夹板1、高强螺栓2、锥形支腿3、栏板4、固定圆杆6和固定挡板7；夹板1主要由厚壁钢板18和法兰17、千斤顶托盘9组成，夹板1的厚壁钢板18通过螺孔19、固定圆杆6和固定挡板7连接；固定挡板7焊接在法兰17上，固定圆杆6穿过固定挡板7和底部螺孔19焊接在固定挡板7上；在厚壁钢板18横截面两侧均设置有千斤顶托盘9，千斤顶托盘9焊接在夹板1底端的法兰6上；高强螺栓2双排布置，每侧设置3根，高强螺栓2插入夹板1上螺孔19和锥形支腿3上螺栓槽，高强螺栓2螺帽固定在螺帽槽16，高强螺栓2未对拉拧紧前，锥形支腿3可通过千斤顶10竖向定位。锥形支腿3由锥形钢板20组成，中心切空成三角形，左右两侧锥面预留矩形螺栓槽5。锥形支腿3顶端焊接法兰17，法兰17与锥形钢板20间焊接有锥形支腿加劲肋板8；夹板1的内侧斜面与锥形支腿3的外侧锥面密贴，且螺栓槽5插入高强螺栓2后锥形支腿3可自由竖向伸缩。
具体加工制作和安装过程如下：
步骤一：夹板1制作：夹板1材料采用45号钢，高600mm，锥楔面与竖直方向成15°角，由两块长200mm×宽400mm×高600mm厚壁钢板18加工而成，厚壁钢板18内侧从顶部75mm位置以15°角度开始渐变切割形成锥口状，厚壁钢板18高350mm位置外侧车削深50mm长度为150mm台阶，于高200mm位置外侧车削深50mm长度为200mm台阶。夹板1顶部钢板厚度为75mm，底部厚度为100mm。制作两块夹板1的厚壁钢板18加工后需要对称布置，螺孔19中心对齐。夹板1的厚壁钢板18通过螺孔19、固定圆杆6和固定挡板7连接，固定挡板7焊接20mm厚的法兰17，在夹板1底端法兰17横截面左右对称位置焊接千斤顶托盘9。
步骤二：高强螺栓2制作：采用标准件M48，螺距5mm，10.9级，长度为600mm，共6套。
步骤三：锥形支腿3制作：由锥形钢板20加工而成。材料采用45号钢，四棱台形状， 上底面为长400×宽59mm，下底面为400mm×348mm，锥形支腿3高540mm，梯形面方向将锥形支腿3中心切割成空等腰三角形，锥面壁厚50mm，下底面壁厚为30mm。锥面方向预留两道长465mm×宽48mm螺栓槽5，螺栓槽5对称布置，距离边线距离为72mm。
步骤四：栏板4制作：材料采用Q235，长150mm，上宽70mm，下宽20mm，厚20mm，呈直角梯形状，加工四件。斜边对齐夹板1斜面对称焊接在夹板1外侧拦住锥形支腿3；
步骤五：夹板1与锥形支腿3的连接：将锥形支腿3插入夹板1内，再通过高强螺栓2穿过夹板1的螺孔19和锥形支腿3的螺栓槽5对拉拧紧，使两夹板1能与锥形支腿3锥面密贴在一起形成锥楔式活络装置12。
步骤六：将加工制作的锥楔式活络装置12、预先制作好的钢支撑固定节段13和钢支撑21运输至施工现场，钢支撑21安装前预拼装，拼装偏差应符合设计要求或相关规范规定，每根钢支撑21的安装轴线偏心不大于20mm。
步骤七：仪器测量定位，在钢围檩14上准确安装钢支撑固定节段13，螺栓不拧紧。
步骤八：采用起重设备拼装钢支撑21，并安装锥楔式活络装置12，将锥楔式活络装置12两端分别与钢支撑21连接。
步骤九：选择适宜的千斤顶10，准确将千斤顶10安放在夹板1的千斤顶托盘9上，待千斤顶10顶至到千斤顶活塞位置11后，保证轴心受力；调试仪器，液压泵必须带有压力表，以控制液压泵的压力和加压的速率。
步骤十：按照设计的预加轴力逐级进行加压，两法兰17之间伸长，锥形支腿3随之伸出，检查钢支撑21和钢围檩14有无异常后，拧紧钢支撑固定节段13的螺栓。
步骤十一：预加轴力达到设定值时，预加轴力作用于锥形支腿3上，通过高强螺栓2和夹板1、传递给钢支撑21，实现了钢支撑轴力的施加。锁定千斤顶10，拧紧双排高强螺栓2，缓慢拆除千斤顶10，该装置开始承受和传递钢支撑的轴力。
以上是本发明的一个典型实例，本发明的实施不限于此。