一种钢板桩围护结构变形原位修复装置及方法

技术领域

本发明涉及地下工程施工技术领域，尤其涉及一种钢板桩围护结构变形原位修复装置及方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

钢板桩围护结构在基坑开挖施工过程中应用广泛，具有施工快速、支护性能好、造价低廉、可回收再利用等优点，能实现基坑开挖临空面的快速支护，对控制开挖引起的周边环境扰动起到积极的作用。

近年来，在市政工程、道路工程、地下空间开发工程中，应用钢板桩支护的基坑开挖深度逐渐增大，所使用的钢板桩型号逐渐增大，相应的插打长度逐渐增加。在钢板桩插打完成后进行土方开挖，经常会因诸多环境风险灾变的影响，出现钢板桩向坑内变形甚至失稳的情况。

现行施工监测技术和风险预警技术手段下，钢板桩支护基坑出现失稳的概率较小，多会控制在钢板桩大变形阶段，但钢板桩发生大变形后缺乏有效的措施将其变形恢复，目前仍采用在变形位置处外侧复打钢板桩或灌注桩的措施对变形位置进行开挖修复。但目前的施工工艺存在较为明显的劣势，首先，复打支护桩会直接增加工程造价且延误工期；其次，移除变形区土体会造成地层损失，进一步加剧周边地层沉降变形。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明实施例的目的是提供一种钢板桩围护结构变形原位修复装置及方法，针对已发生大变形的钢板桩围护结构，能在施工成本和环境扰动可控的前提下对变形位置处进行原位修复，恢复钢板桩围护结构的正常使用功能，对于提升钢板桩围护结构的支护韧性有着较为积极的作用。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种钢板桩围护结构变形原位修复装置，包括：

锚定反力单元，所述锚定反力单元铺设于变形钢板桩上并锚入地层土体，以对变形钢板桩及地层土体产生反力；

液压顶推单元，所述液压顶推单元水平设置于相对设置的所述锚定反力单元之间，以与所述锚定反力单元配合对变形钢板桩进行顶推，实现原位修复。

进一步的，所述锚定反力单元包括多组锚定反力结构，多组所述锚定反力结构沿变形钢板桩的长度方向均匀分布；

每组所述锚定反力结构内设置有多个所述锚定反力结构，每组内的多个所述锚定反力结构沿变形钢板桩的宽度方向均匀分布；

所述锚定反力单元的端部位于沿变形钢板桩的长度方向相邻的所述锚定反力结构之间。

优选的，所述锚定反力结构包括支撑板、液压锚头和锚索；

所述液压锚头水平设置于所述支撑板上，且位于所述支撑板的中部；所述锚索沿长度方向的一端部依次穿过所述液压锚头、所述支撑板和所述变形钢板桩，锚固于地层土体。

进一步优选的，所述支撑板上对称开设有限位卡槽，所述限位卡槽位于所述支撑板沿所述变形钢板桩长度方向的边缘处，相邻支撑板的限位卡槽组成所述液压顶推单元的安装空间。

进一步优选的，所述锚索沿长度方向的另一端部套设有锚夹片，所述锚夹片的外径大于所述锚索的外径。

进一步的，所述液压顶推单元包括多个所述液压顶推结构，多个所述液压顶推结构沿所述锚定反力单元的宽度方向均匀分布。

优选的，所述液压顶推结构包括液压千斤顶和支撑管；

所述液压千斤顶设置于所述锚定反力单元，所述支撑管水平设置于两个相对的液压千斤顶之间。

进一步的，所述锚定反力单元和所述液压顶推单元连接有同一液压中控装置。

本发明实施例还提供了一种钢板桩围护结构变形原位修复方法，基于上述的钢板桩围护结构变形原位修复装置，包括如下步骤：

步骤1、将锚定反力单元铺设于钢板桩的变形区域并锚入变形区域后的地层土体，其中，锚定反力单元的面积大于1.5倍变形区域面积；

步骤2、将液压顶推单元水平架设于相对设置的锚定反力单元之间；

步骤3、通过液压中控装置为锚定反力单元和液压顶推单元施加液压力，以与锚定反力单元配合对变形钢板桩进行顶推，实现原位修复。

进一步的，还包括：

变形钢板桩恢复后，在变形钢板桩上架设槽钢腰梁，在相对的槽钢腰梁之间水平架设多个基坑钢内撑。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1、本发明提供的技术方案，提供了一种适用于原位修复钢板桩围护结构大变形的组合顶推装置，能够在锚定反力和液压顶推力的组合作用下，实现大变形钢板桩的原位快速修复。

2、本发明提供的技术方案，结构简单，液压中控装置均为现行标准液压设备，组成构件可根据现场条件进行加工调整，方便获取；能够根据钢板桩变形区域大小实现模块化拼装，可被现场施工人员所接受，操作方便。

3、本发明提供的技术方案，能够降低甚至消除现有修复变形技术对地层的扰动影响，提升钢板桩围护结构的支护韧性，使得大变形修复后的钢板桩继续服役。

4、本发明提供的技术方案，所有组件在修复结束后可进行回收再利用，降低了施工投入成本。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例提供的整体结构示意图；

图2是本发明实施例提供的锚定反力单元与液压顶推单元相对位置示意图；

图3是本发明实施例提供的锚索和锚夹片的相对位置示意图；

图4是本发明实施例提供的支撑板的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的支撑板和液压锚头的相对位置剖面示意图；

图6是本发明实施例提供的支撑板和液压千斤顶的相对位置示意图；

图中：1-1、变形钢板桩；1-2、锚定反力单元；1-3、液压顶推单元；1-4、槽钢腰梁；1-5、基坑钢内撑；2-1、锚索；2-2、液压锚头；2-3、支撑管；2-4、支撑板；2-5、液压千斤顶；3-1、液压管路接口；3-2、锚夹片；4-1、定位环中心孔；4-2、加强底座；4-3、定位环；4-4、锚板加强肋；4-5、限位底座；6-1、限位卡槽；6-2、活塞加强座。

为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

实施例一

正如背景技术所介绍的，如何提供一种适用于原位修复钢板桩围护结构大变形的组合顶推装置，实现变形钢板桩1-1的原位快速修复，是钢板桩支护体系稳定服役过程中亟需解决的技术问题。为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种钢板桩围护结构变形原位修复装置。

如图1-图6所示，本实施例中记载了一种钢板桩围护结构变形原位修复装置，该钢板桩围护结构变形原位修复装置包括锚定反力单元1-2和液压顶推单元1-3，锚定反力单元1-2的数量为2，分别相对铺设于基坑内变形钢板桩1-1上并锚入地层土体，以对变形钢板桩1-1及地层土体产生反力，液压顶推单元1-3水平安装于相对设置的锚定反力单元1-2之间，以与锚定反力单元1-2配合对变形钢板桩1-1进行顶推，实现原位修复。

结合图1、图2，锚定反力单元1-2分别安装包括2组锚定反力结构，2组锚定反力结构沿变形钢板桩1-1的长度方向拼接；每组锚定反力结构内设置有4个锚定反力结构，每组内的4个锚定反力结构沿变形钢板桩1-1的宽度方向拼接；液压顶推单元1-3包括4个液压顶推结构，4个液压顶推结构沿锚定反力单元1-2的宽度方向拼接，液压顶推结构沿长度方向的端部位于上下相邻的锚定反力结构之间。

结合图1-图6，锚定反力结构包括支撑板2-4、液压锚头2-2和锚索2-1，支撑板2-4铺设于变形钢板桩1-1内侧，采用点焊的方式在四个边脚位置处稍加固定；支撑板2-4的中部开设有定位环4-3，定位环4-3的底部设置有加强底座4-2，定位环4-3的侧壁与支撑板2-4之间安装有4个锚板加强肋4-4，锚板加强肋4-4分别位于支撑板2-4的对角线处，定位环4-3底部开设有定位环中心孔4-1，定位环4-3和支撑板2-4为一体结构。

支撑板2-4上对称开设有限位卡槽6-1，限位卡槽6-1位于支撑板2-4沿变形钢板桩1-1长度方向的边缘处，相邻支撑板2-4的限位卡槽6-1组成液压顶推结构端部的安装空间，限位卡槽6-1的截面为半圆形，限位卡槽6-1的弧形边缘处的中部安装有匹配的限位底座4-5，限位底座4-5的截面为圆弧形。

液压锚头2-2沿长度方向的一端部安装于定位环4-3内，锚索2-1沿长度方向的一端部依次穿过液压锚头2-2的中心孔、定位环中心孔4-1和变形钢板桩1-1上临时打孔后，插入土体中一定深度后进行端部锚固，锚索2-1沿长度方向的另一端部套设有锚夹片3-2，锚夹片3-2夹紧锚索2-1，且锚夹片3-2的外径大于锚索2-1的外径。

液压顶推结构包括2个液压千斤顶2-5和支撑管2-3，液压千斤顶2-5安装于上下相邻的支撑板2-4的限位底座4-5组成的安装空间内，支撑管2-3水平架设于两个相对的液压千斤顶2-5之间。液压千斤顶2-5和液压锚头2-2均开设有液压管路接口3-1，将液压千斤顶2-5和液压锚头2-2的液压管路接口3-1均接入同一液压中控装置中，通过液压中控装置调节液压千斤顶2-5的活塞行程直至支撑管2-3能够稳定支撑。

本发明的工作原理如下：

在支撑板2-4和液压锚头2-2就位后，锚索2-1打入地层中并实现端部锚定，通过在液压锚头2-2上施加液压力，引起支撑板2-4对变形钢板桩1-1及其后部变形地层产生反力，变形地层及变形钢板桩1-1会在反力作用下产生收缩。同时，液压千斤顶2-5和支撑管2-3配合作用，在两块支撑板2-4接缝位置处为相邻的两支撑板2-4提供顶推力，防止液压锚头2-2相互间压力不均匀引起接缝错开，甚至影响修复效果。液压锚头2-2和液压千斤顶2-5共同为锚撑板提供作用力，顶推变形钢板桩1-1及后部松动土体向外移动。

本实施例中，支撑管2-3为圆钢管。

实施例二

本实施例提供了一种钢板桩围护结构变形原位修复方法，基于实施例一所述的钢板桩围护结构变形原位修复装置，包括如下步骤：

步骤1、将锚定反力单元1-2铺设于钢板桩的变形区域并锚入变形区域后的地层土体，其中，锚定反力单元1-2的面积大于1.5倍变形区域面积。

具体的，参考图1，流程如下：

(101)在变形区域内逐块安装支撑板2-4并点焊边角以临时固定，通过支撑板2-4上的定位环中心孔4-1在钢板桩上开孔，支撑板2-4的拼合面积需大于1.5倍变形区域面积。

(102)依次将液压锚头2-2安装进支撑板2-4的定位环4-3中，每安装完一个液压锚头2-2，通过液压锚头2-2的中心孔、定位环中心孔4-1和钢板桩上临时开孔向土体中安装锚索2-1并进行端部锚固施工，采用张拉千斤顶在液压锚头2-2处预紧锚索2-1并安装锚夹片3-2，预紧力约为2t。重复步骤(102)直至安装完全部液压锚头2-2、锚索2-1及锚夹片3-2。

进一步的，在一些实施例中，在执行步骤1之前还包括：

当钢板桩围护基坑出现大变形时，采取相应工程措施稳定变形区域，定位变形位置。

步骤2、将液压顶推单元1-3水平架设于相对设置的锚定反力单元1-2之间。

具体的，流程如下：

(201)检查所有锚索2-1预紧完成后，吊装液压千斤顶2-5就位，将液压千斤顶2-5的活塞加强座6-2准确装入限位卡槽6-1内，并紧贴限位底座4-5。

(202)将全部液压锚头2-2和液压千斤顶2-5的液压管路接口3-1同步接入液压中控装置中，吊装支撑管2-3放置于两个相对的液压千斤顶2-5中间，控制液压中控装置调整液压千斤顶2-5的活塞行程至支撑管2-3能稳定支撑。

步骤3、通过液压中控装置为锚定反力单元1-2和液压顶推单元1-3施加液压力，以与锚定反力单元1-2配合对变形钢板桩1-1进行顶推，实现原位修复。具体流程包括：

(301)检查油路密封性后，调整液压中控装置施加液压力，给液压锚头2-2施加液压力，对液压锚头2-2施加液压力后，液压锚头2-2的尾端会向后产生行程，引起钢板桩变形回缩，引起钢板桩变形回缩后，通过液压中控装置给液压千斤顶2-5施加液压力配合液压锚头2-2对锚定支撑板2-4进行同步顶推。

其中，顶推过程中始终控制液压锚头2-2的压力值高于液压千斤顶2-5的压力值，防止出现液压千斤顶2-5的穿越破坏问题。

(302)顶推一段时间后，钢板桩大变形恢复一定数值后，人工检验锚夹片3-2的松动程度并重新预紧。

进一步的，在一些实施例中，若液压千斤顶2-5的活塞最大行程不满足修复大变形要求时，更换支撑管2-3或增加垫块。

重复步骤(301)～(302)进行大变形钢板桩1-1的原位修复施工，直至变形区域完全恢复。

进一步的，在一些实施例中，为了避免再次出现钢板桩大变形事故，在该区域架设槽钢腰梁1-4和基坑钢内撑1-5。

具体的，变形钢板桩1-1恢复后，在变形钢板桩1-1上架设槽钢腰梁1-4，在相对的槽钢腰梁1-4之间水平架设多个基坑钢内撑1-5。

基坑钢内撑1-5的长度根据设计方案中的长度进行加工，当基坑内变形钢板桩1-1之间的间距足以安装基坑钢内撑1-5时，变形钢板桩1-1的变形基本恢复。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。