一种预制空心混凝土支撑构件、内支撑系统及施工方法

摘要

本发明属于地下基坑工程域，具体涉及一种预制空心混凝土支撑构件及施工方法，包括混凝土结构及两端头钢结构；混凝土结构包括具有沿支撑方向贯穿的中空部的混凝土，混凝土内配置有钢筋骨架和多根预应力纵筋，钢筋骨架的两端分别与两端头钢结构连接；预应力纵筋的两端分别锚于两端头钢结构内；混凝土结构的横截面为多边环形，且混凝土结构横截面的各个角均为圆角；本发明还提供一种内支撑系统及施工方法，其采用的装配式内支撑是由多个上述预制空心混凝土支撑构件拼接而成，且装配式内支撑的两端分别与两侧的预埋件连接。本发明能够提高装配式支撑的承载能力、抗变形能力、整体性以及节点刚度，且方便拆卸，便于循环使用、运输和安装。

说明书

技术领域

本发明属于地下基坑工程技术领域，具体涉及一种预制空心混凝土支撑构件、内支撑系统及施工方法。

背景技术

传统现浇混凝土支撑，因其刚度大、整体性好、安全可靠等优势，普遍应用于地下工程，但也存在突出的问题和缺点：(1)费钱，投资高：混凝土支撑属于临时工程，车站结构主体完工，即破除外运，临时性废弃工程投资高，一般地下车站达数百万，复杂站点达数千万；(2)费时，工期长：混凝土支撑支模、绑扎钢筋、浇筑振捣、养护，后期的破除，整个工序长达好几个月，严重制约现场施工进度；(3)费力，难度大：混凝土支撑施工难度大，使用完成后破除施工，需耗费大量人力物力；(4)不环保，混凝土破除废渣污染环境，不符合绿色建造、环保节能的发展方向。急需先进的产品和科学的施工方法，替代传统混凝土支撑。

传统钢管撑虽然可以回收，施工较为便利，但是其与基坑支挡结构间只能承受压力，整体性较差，抗变形能力差，成为基坑安全的薄弱环节；且目前所见的装配式混凝土支撑在拆卸时，由于支撑通常承受较大压力，长度较长，因此，若在巨大压应力下，将预制支撑节段间的螺栓拧开后，拆卸数米长的装配式支撑仍存在较大困难。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种预制空心混凝土支撑构件、内支撑系统及施工方法，能够提高装配式支撑的承载能力、抗变形能力、整体性以及节点刚度，且方便拆卸，便于循环使用、运输和安装。

为实现上述目的，本发明的技术方案为一种预制空心混凝土支撑构件，包括混凝土结构以及设置于所述混凝土结构支撑方向两端的两端头钢结构；所述混凝土结构包括具有沿支撑方向贯穿的中空部的混凝土，所述混凝土内配置有钢筋骨架和多根预应力纵筋，所述钢筋骨架的两端分别与两端头钢结构连接，所述预应力纵筋的两端分别锚于两端头钢结构内；所述混凝土结构的横截面为多边环形，且所述混凝土结构横截面的各个角均为圆角。

进一步地，所述端头钢结构包括相对设置的外法兰和内法兰，所述外法兰和所述内法兰之间设有内环管和多个加劲肋；所述内环管的两端分别与所述外法兰与所述内法兰连接，各所述加劲肋的三个侧面分别与所述外法兰、所述内环管和所述内法兰连接；所述钢筋骨架与所述内法兰连接；所述内法兰上设有锚孔，所述预应力纵筋的端部穿过对应的所述锚孔并锚于所述内法兰上。

更进一步地，所述内法兰上背离所述外法兰的一侧连接有外环管，所述混凝土结构的端部位于所述外环管内；所述外环管上远离所述内法兰一端的内壁上设有一圈咬合齿，所述咬合齿嵌入所述混凝土内。

进一步地，所述钢筋骨架包括箍筋和多根普通纵筋；多根普通纵筋和多根预应力纵筋均沿支撑方向布置，且所述普通纵筋与所述箍筋连接，所述普通纵筋的端部穿过所述内法兰上对应的锚孔并锁定于所述内法兰上。

本发明还提供一种内支撑系统，包括围护结构、冠梁、腰梁以及装配式内支撑；所述围护结构的顶部设有冠梁，所述围护结构的内侧设有腰梁，所述腰梁相对的两侧之间以及所述冠梁相对的两侧之间均支撑有所述装配式内支撑；所述装配式内支撑由多个上述的预制空心混凝土支撑构件拼接而成；所述冠梁或所述腰梁内均预埋有预埋件，所述装配式内支撑的两端分别与两侧的预埋件连接。

作为一种实施方式，所述装配式内支撑上至少其中两个相邻的所述预制空心混凝土支撑构件之间设置有拆卸垫块。

作为另一种实施方式，所述装配式内支撑的其中一端通过可伸缩结构与对应的预埋件连接，且所述装配式内支撑连接可伸缩结构的一端与对应的预埋件之间设有千斤顶，所述千斤顶与控制系统电连接。

本发明还提供上述的预制空心混凝土支撑构件的施工方法，包括如下步骤：

S1、在钢结构加工厂制作端头钢结构；

S2、在预制构件加工厂绑扎普通纵筋和箍筋，并将普通纵筋和箍筋点焊，形成钢筋骨架；

S3、将端头钢结构运至预制构件加工厂，并与钢筋骨架组成整体；在钢筋骨架内相应位置处固定波纹管、预留冒浆管和注浆管；并将端头钢结构和钢筋骨架的组合构件锁定于构件模具内，进行普通纵筋的张拉，张拉普通纵筋至设定控制应力，将普通纵筋的端部形成墩头后锁定于端头钢结构内；

S4、在构件模具内浇筑高强混凝土，振捣后采用高压蒸汽养护达到设计强度；

S5、将构件模具和预制构件整体放入预应力张拉工作台，在波纹管中穿入预应力纵筋，之后张拉预应力纵筋，并将预应力纵筋的端部锚于端头钢结构内，最后通过注浆管向波纹管中灌入水泥浆，直至预留冒浆管中有浆液冒出为止，使预应力纵筋与预制构件成为整体；

S6、拆模形成预制空心混凝土支撑构件。

本发明还提供一种内支撑系统的施工方法，包括如下步骤：

S1、在工厂预制所述预制空心混凝土支撑构件、预埋件和拆卸垫块，并运至施工现场；

S2、根据基坑宽度，将不同长度的预制空心混凝土支撑构件通过螺栓逐节拼接，同时在至少其中两个相邻的预制空心混凝土支撑构件之间安装拆卸垫块，组装成长度与基坑宽度匹配的装配式支撑；

S3、基坑开挖；

S4、吊装拼装后的装配式支撑至设计位置；在待浇筑冠梁或腰梁内的支撑设计位置固定预埋件；

S5、浇筑冠梁或腰梁，将预埋件埋置于其中；

S6、待冠梁或腰梁达到设计强度后，将装配式支撑的端部与预埋件固定，完成端部节点的安装；

S7、施工完毕后，首先拧开中间安装有拆卸垫块的两个预制空心混凝土支撑构件上的螺栓，拆除拆卸垫块；

S8、逐节段拧开螺栓并回收预制空心混凝土支撑构件，端部节点拧开带螺纹钢筋进行回收。

本发明还提供另一种内支撑系统的施工方法，包括如下步骤：

S1、在工厂预制所述预制空心混凝土支撑构件、预埋件、第一伸缩接头和第二伸缩接头，并运至施工现场；

S2、根据基坑宽度，将不同长度的预制空心混凝土支撑构件通过螺栓逐节拼接，组装成长度与基坑宽度匹配的装配式支撑；并将可伸缩结构的第一伸缩接头通过螺杆与装配式支撑一端的预制空心混凝土支撑构件连接；

S3、将预埋件放置在待浇筑冠梁或腰梁内的支撑设计位置，然后浇筑冠梁或腰梁，使预埋件埋置于其中；

S4、待冠梁或腰梁达到设计强度后，将可伸缩结构的第二伸缩接头与预埋件固定；

S5、基坑开挖；

S6、吊装拼装后的装配式支撑至设计位置，使第一伸缩接头的U形钢板卡在第二伸缩接头的U形钢板中，将装配式支撑另一端的预制空心混凝土支撑构件与另一侧的预埋件固定；

S7、在U形钢板内放置千斤顶，通过控制系统施加压力至设计值，使千斤顶的两端分别顶紧在第一伸缩接头的实心钢板和第二伸缩接头的实心钢板上；

S8、在第一伸缩接头的U形钢板和第二伸缩接头的U形钢板侧壁上的长圆螺栓孔中插入调节螺栓，并拧紧，完成端部节点的安装；

S9、施工完毕后，放松千斤顶，拧开调节螺栓，拆除伸缩接头和螺栓，回收预制空心混凝土支撑构件。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的装配式支撑采用预制空心混凝土支撑构件拼接而成，预制空心混凝土支撑构件的两端采用端头钢结构增加接头处承载能力，中间采用空心混凝土结构，内配置有钢筋骨架和多根预应力纵筋提高强度，且钢筋骨架和预应力纵筋均与端头钢结构连接，促使端头钢结构和混凝土结构融为一体，使得装配式支撑的承载能力(强度)高，抗变形能力(刚度)大，能够达到甚至超过常规混凝土支撑的安全度要求；同时，轻质高强，便于循环使用，便于运输和安装，经济性也高于纯装配式钢支撑；且制作设备简单，不需要张拉台座，生产灵活；

(2)本发明的预制空心混凝土支撑构件的混凝土结构的横截面为多边环形，且混凝土结构的各个角均为圆角，减少应力集中，防止角部损坏；

(3)本发明的预制支撑构件之间以及预制支撑构件与冠梁或腰梁之间均采用刚性连接，保证基坑的整体性和安全性；且预制支撑构件之间、预制支撑构件与预埋件之间均采用螺栓或螺杆连接，安拆方便，以便于预制支撑构件的循环使用，降低成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的其中一种内支撑系统的平面图；

图2为本发明实施例提供的另外一种内支撑系统的平面图；

图3为本发明实施例提供的预制空心混凝土支撑构件的纵断面图(未张拉预应力纵筋)；

图4为本发明实施例提供的预制空心混凝土支撑构件的纵断面图(张拉有预应力纵筋)；

图5为本发明实施例提供的预制空心混凝土支撑构件端头位置处的横断面图；

图6为本发明实施例提供的预制空心混凝土支撑构件中间位置处的横断面图；

图7为本发明实施例提供的预制空心混凝土支撑构件的连接节点结构的纵断面图(不带拆卸垫块)；

图8为本发明实施例提供的预制空心混凝土支撑构件的连接节点结构的纵断面图(带拆卸垫块)；

图9为本发明实施例提供的预制空心混凝土支撑构件的连接节点结构的横断面图；

图10为本发明实施例提供的预制空心混凝土支撑构件直接与冠梁的连接示意图；

图11为本发明实施例提供的预埋内钢板的示意图；

图12为本发明实施例提供的预埋外钢板的示意图；

图13为本发明实施例提供的预制空心混凝土支撑构件通过可伸缩结构与冠梁的连接示意图；

图14为本发明实施例提供的U孔钢板的示意图；

图15为本发明实施例提供的实心钢板的示意图；

图16为本发明实施例提供的加劲板的示意图；

图17为本发明实施例提供的内法兰的示意图；

图18为本发明实施例提供的外法兰的示意图；

图19为本发明实施例提供的加劲肋的示意图；

图中：1、围护结构；2、冠梁；3、预制空心混凝土支撑构件；4、预埋件；5、端头钢结构；6、拆卸垫块；7、内环管；8、外法兰；9、加劲肋；10、内法兰；11、外环管；12、普通纵筋；13、预应力纵筋；14、箍筋；15、混凝土；16、螺栓；17、圆角；18、螺栓孔；19、预埋外钢板；20、钢筋螺旋套筒；21、预埋锚固钢筋；22、预埋内钢板；23、带螺纹钢筋；24、后张法预应力筋预留孔道；25、波纹管；26、锚具；27、咬合齿；28、预留冒浆管；29、锚孔；30、外环板；31、内环板；32、预埋螺杆；33、预埋钢板；34、千斤顶；35、导线；36、控制系统；37、泄水孔；38、第一伸缩接头；39、第二伸缩接头；40、螺杆；41、螺杆孔；42、实心钢板；43、U孔钢板；44、加劲板；45、U形钢板；46、长圆螺栓孔；47、调节螺栓。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图3-图6所示，本实施例提供一种预制空心混凝土支撑构件3，包括混凝土结构以及设置于所述混凝土结构支撑方向两端的两端头钢结构5；所述混凝土结构包括具有沿支撑方向贯穿的中空部的混凝土15，所述混凝土15内配置有钢筋骨架和多根预应力纵筋13，所述钢筋骨架的两端分别与两端头钢结构5连接，所述预应力纵筋13的两端分别锚于两端头钢结构5内；所述混凝土结构的横截面为多边环形，且所述混凝土结构横截面的各个角均为圆角。本实施例的预制空心混凝土支撑构件的中间采用空心混凝土结构，两端采用端头钢结构5，可以充分发挥钢材和混凝土两种材料的优势；端头处增加端头钢结构5便于两个预制支撑构件之间的刚性连接，增加接头处承载能力；中间采用纯空心钢筋混凝土结构，承载能力足够，可以有效降低造价，且中间的空心混凝土结构内配置有钢筋骨架和多根预应力纵筋13，满足多种受力状态，自身刚度较大，也不易损坏，预应力纵筋13可以使空心混凝土支撑构件成型后混凝土一直保持受压状态，具有更高的强度，防止运输、使用中发生混凝土开裂，钢筋骨架可以解决空心混凝土支撑受弯问题，增加支撑强度，钢筋骨架和预应力纵筋13均与端头钢结构5连接，促使端头钢结构5和混凝土15融为一体，使得预制支撑构件的承载能力(强度)高，抗变形能力(刚度)大，能够达到甚至超过常规混凝土支撑的安全度要求，也不易损坏；同时，轻质高强，便于循环使用，便于运输和安装，经济性也高于纯装配式钢支撑；且制作设备简单，生产灵活。

本实施例的混凝土结构的横截面为多边环形，可以为方环形，也可以为正六边环形等，且混凝土结构外表面的各个角均为圆角，减少应力集中，防止角部损坏，混凝土结构内表面的各个角也可以均为圆角，如图5和图6所示；其可以采用后张法施工，在混凝土15内配置多根波纹管25，且各波纹管25内均张拉有预应力纵筋13且灌注有水泥浆，预应力纵筋13的两端均伸出波纹管25并通过锚具26分别锚于两端头钢结构5内或者通过镦粗形成墩头分别锁定于两端头钢结构5内，使预应力纵筋13与混凝土结构成为整体。

本实施例中，混凝土15可采用超高强混凝土等其他材料，混凝土15内部中空，厚度约为100mm-200mm，在满足支撑刚度条件下宜取小值，以减小构件自重，混凝土15内的中空部可以不加任何内壁，也可以采用有内壁形式的，内壁材料可以为钢管、PVC等；端头钢结构5采用高强度钢材；锚具26可采用JM型锚具。

进一步地，所述端头钢结构5包括相对设置的外法兰8和内法兰10，所述外法兰8和所述内法兰10之间设有内环管7和多个加劲肋9；所述内环管7的两端分别与所述外法兰8与所述内法兰10连接，各所述加劲肋9的三个侧面分别与所述外法兰8、所述内环管7和所述内法兰10连接；所述钢筋骨架与所述内法兰10连接；所述内法兰10上设有锚孔29，所述预应力纵筋13的端部穿过所述锚孔29并通过锚具26锚于所述内法兰10上或者通过镦粗形成墩头锁定于所述内法兰10上。如图3-图4所示，本实施例的预制空心混凝土支撑构件3端部的内环管7、外法兰8、内法兰10和加劲肋9构成靴梁节点，增加接头刚度，且加劲肋9三个侧面分别焊接于内环管7、外法兰8和内法兰10，保证接头处连接节点的刚度。

本实施例中，内环管7可以为壁厚10-30mm的钢管，内径与混凝土结构中混凝土中空部的内径一致，内环管7的两端分别与外法兰8和内法兰10焊接，内环管7外壁上焊接有加劲肋9；如图18所示，外法兰8可以为壁厚10-30mm的钢环，其内、外径分别与混凝土结构中混凝土15的内、外径完全相同，外法兰8环向均匀布置若干螺栓孔18；如图17所示，内法兰10尺寸与外法兰8完全一致，厚度以30mm为宜，环向均匀布置锚孔29，锚孔29与预应力纵筋13和普通纵筋12的总数量一致，并在预应力纵筋13对应的开孔位置焊接锚具26，内法兰10厚度等于锚具26高度，使预制节段端部保持水平；内法兰10的一侧与内环管7、加劲肋9焊接，一侧与普通纵筋12、箍筋14及外环管11焊接，起到连接混凝土结构和端头钢结构5的作用；且内环管7、外法兰8和内法兰10的形状与混凝土结构的横截面形状相匹配，如当混凝土结构的横截面为方环形时，内环管7为方形，外法兰8和内法兰10均为方环形。

更进一步地，所述加劲肋9为去角矩形钢板，且所述加劲肋9上与所述内环管7连接的侧边的两个边角均为倒角。如图3、图4和图19所示，本实施例加劲肋9三个侧面分别焊接于内环管7、外法兰8和内法兰10，通过将加劲肋9与内环管7连接的侧边的两个边角去角形成倒角结构，有效减小焊接过程中的应力集中；其中，加劲肋9的厚度以20-30mm为宜，长度与内环管7相同，高度为外法兰8内外径之差减去内环管7的厚度；多个加劲肋9可以按照如图9所示的方式在外法兰8和内法兰10之间布置。

更进一步地，所述内法兰10上背离所述外法兰8的一侧连接有外环管11，所述混凝土结构的端部位于所述外环管11内；所述外环管11上远离所述内法兰10一端的内壁上设有一圈咬合齿27，所述咬合齿27嵌入所述混凝土15内。本实施例的混凝土结构端部的外部套有外环管11，不仅可以保护端部的混凝土，使支撑不易受到损坏，而且还通过外环管11建立了端头钢结构5与中间混凝土结构的共同受力纽带。其中，外环管11的形状与混凝土结构的横截面形状相匹配，可以为壁厚8-20mm钢管，材料可以为高强钢材，也可以为合金钢等材料；外环管11长度约为300-500mm，一端与内法兰10焊接，与之共同受力；还通过在外环管11远离内法兰10的一端设置咬合齿27，与混凝土15形成共同受力整体，咬合齿27为凸起向混凝土15内部的钢块，均匀焊接在外环管11内壁，数量以10-20个为宜。

进一步地，所述钢筋骨架包括箍筋14和多根普通纵筋12，多根普通纵筋12和多根预应力纵筋13均沿支撑方向布置，且所述普通纵筋12与所述箍筋14连接，所述普通纵筋12的端部穿过所述内法兰10上对应的锚孔29并通过形成墩头锁定于所述内法兰10上。如图3-6所示，本实施例的混凝土15内沿支撑方向配置有多根普通纵筋12和多根预应力纵筋13，沿支撑方向布置螺旋箍筋或间隔布置有多根环向箍筋，且多根普通纵筋12和多根预应力纵筋13均布置于箍筋14的内侧，提高混凝土结构的强度，其中多根普通纵筋12和多根预应力纵筋13可以交叉间隔布置，也可以按照图5和图6中所示方式布置；且多根普通纵筋12在张拉之后通过在其两端形成墩头锁定于所述内法兰10上，使混凝土结构与端头钢结构5紧密连接成一体，提高预制构件的整体性，且预应力纵筋13承载能力高，可以有效提高构件的承载能力，同时对构件混凝土施加预应力，可有效提高构件的抗裂能力和抗冲击能力，提高构件碰撞时的抗损坏能力，普通纵筋12延性好，可有效提高构件的延性，提高构件在复杂应力作用下的延性，解决装配式支撑的受弯问题，普通纵筋12可以解决装配式支撑的受弯问题，增加混凝土预制支撑的延性，箍筋14可以对混凝土15起到套箍作用，增加支撑强度。

实施例二

如图1和图2所示，本实施例提供一种内支撑系统，包括围护结构1、冠梁2、腰梁以及装配式内支撑；所述围护结构1的顶部设有冠梁2，所述围护结构1的内侧设有腰梁，所述腰梁相对的两侧之间以及所述冠梁2相对的两侧之间均支撑有所述装配式内支撑；所述装配式内支撑由多个实施例一提供的预制空心混凝土支撑构件3拼接而成；所述冠梁2或所述腰梁内均预埋有预埋件4，所述装配式内支撑的两端分别与两侧的预埋件4连接。本实施例的装配式内支撑的多个预制空心混凝土支撑构件3的中空部连通，使得装配式支撑的承载能力更高、抗变形能力更强。本实施例的附图以冠梁2为例进行说明，腰梁的情形参照冠梁2。

本实施例中，预制空心混凝土支撑构件3可以根据需要设计几种长度适宜的固定模数节段，不宜过长，长度过长不宜吊装施工，长度过短导致接头过多，连接困难；作为一种实施方式，预制空心混凝土支撑构件3可以设计4m、5m、6m等规格的标准模数以及2m的端部节段模数，根据实际基坑需要，选择长度规格完全相同、不完全相同或者完全不同的预制空心混凝土支撑构件3进行组装，满足不同宽度、不同长度基坑支撑的需要，具有普遍适用性。

进一步地，所述预制空心混凝土支撑构件3的端头钢结构5的外法兰8上沿环向设有多个螺栓孔18，相邻的所述预制空心混凝土支撑构件3的相邻外法兰8上相对应的螺栓孔18分别通过螺栓16连接。如图7和图8所示，本实施例的预制空心混凝土支撑构件3端部采用靴梁节点，且通过多个螺栓16连接，确保中间节点的刚性连接，实现节点与构件等强，确保装配式支撑达到现浇混凝土支撑相同或相似的整体性、刚度和承载能力，确保基坑安全，且安装和拆卸便利，便于工厂化制作和大面积的推广应用。

作为一种实施方式，所述装配式内支撑上至少其中两个相邻的所述预制空心混凝土支撑构件3之间设置有拆卸垫块6；装配式内支撑的两端均直接与对应的预埋件4连接。如图1所示，本实施例的装配式内支撑中至少设有一个拆卸垫块6，通过在其中两个预制空心混凝土支撑构件3之间放置拆卸垫块6，以便于在拆卸时可以先拆除拆卸垫块6，消除预制空心混凝土支撑构件3间的轴力，其余预制构件便可以轻松拆除，有效解决数米长装配式支撑拆卸困难的问题，提高装配式支撑的拆卸效率。

其中，所述拆卸垫块6上沿环向设有多个螺栓孔，且拆卸垫块6上的螺栓孔与外法兰8上的螺栓孔18一一对应；对于预制空心混凝土支撑构件3之间安装有拆卸垫块6的，将螺栓16依次穿过其中一个预制空心混凝土支撑构件3的外法兰8上对应的螺栓孔18、拆卸垫块6上对应的螺栓孔和另一个预制空心混凝土支撑构件3的外法兰8上对应的螺栓孔18，实现相邻的预制空心混凝土支撑构件3的拼接；拆卸垫块6可以为厚度30-100mm的钢环，尺寸与外法兰8完全相同，也可以为多段拼接成的钢环，例如两个半圆钢环或者多个扇形钢环，多段钢环间不连接；拆卸垫块6表面需光滑，施工前可以先在拆卸垫块6的两侧面涂抹一层润滑剂，降低拆卸难度。

作为另一种实施方式，所述装配式内支撑的其中一端通过可伸缩结构与对应的预埋件4连接，另一端直接与对应的预埋件4连接，且所述装配式内支撑连接可伸缩结构的一端与对应的预埋件4之间设有千斤顶34，所述千斤顶34与控制系统36电连接。如图2所示，本实施例通过可伸缩结构可以调节端部接头长度，从而调整施工误差；同时设置千斤顶34，千斤顶34为智能千斤顶，具有足够的顶进力，同时能够感知自身应力并通过导线35传输至控制系统36，控制系统36根据应力做出相应反应，来调节其顶力和伸长量，形成智能应力补偿装置，其能根据需要施工预应力，满足预应力损失以及支撑松弛需要重复加载的需求，在装配式支撑使用过程中，出现应力松弛现象就及时进行应力补偿，出现应力过大则及时预警，防止基坑局部失稳，引起整个基坑的破坏；千斤顶34的尺寸不宜过大，避免影响可伸缩结构的连接。

如图13所示，上述的可伸缩结构包括第一伸缩接头38和第二伸缩接头39，所述第一伸缩接头38和所述第二伸缩接头39分别与预制空心混凝土支撑构件3和所述预埋件4连接且结构相同，均包括实心钢板42、U孔钢板43、U形钢板45和加劲板44；所述U形钢板45的一端贯穿所述U孔钢板43上的U形孔并与所述实心钢板42焊接，另一端的两侧壁上设有多列长圆螺栓孔46；所述实心钢板42与所述U孔钢板43通过加劲板44连接，所述U形钢板45的侧壁与所述U孔钢板43焊接；所述第一伸缩接头38的U形钢板45卡在所述第二伸缩接头39的U形钢板45中，且所述第一伸缩接头38上的长圆螺栓孔46与所述第二伸缩接头39上的长圆螺栓孔46通过调节螺栓47连接；所述千斤顶34的前端和后端分别顶在所述第一伸缩接头38的实心钢板42和所述第二伸缩接头39的实心钢板42上。本实施例的U形钢板45上设置多列长圆螺栓孔46，且长圆螺栓孔46沿支撑方向布置，第一伸缩接头38上的长圆螺栓孔46与第二伸缩接头39上的长圆螺栓孔46通过调节螺栓47连接，支撑构件的端部与冠梁2或腰梁节点采用这种可变位长圆螺栓孔46钢箱插槽节点，既能满足边节点的刚性连接、等强连接的需要，保证工程安全和端部节点可拆卸性，便于预制构件循环利用，同时又能根据需要调整长圆螺栓孔46的相对位置来改变接头的长度，从而调整施工误差。优化地，U形钢板45的底板上预留泄水孔37，以防止千斤顶34所在的U形空间内雨水积攒破坏千斤顶34；同时泄水孔37尺寸不宜过大，防止对接头处钢板造成削弱。

上述的第一伸缩接头38的U形钢板45的尺寸小于第二伸缩接头39的U形钢板45的尺寸，以便于第一伸缩接头38的U形钢板45可以恰好卡在第二伸缩接头39的U形钢板45中形成U形槽，但是第一伸缩接头38的U形钢板45上的长圆螺栓孔46和第二伸缩接头39的U形钢板45上的长圆螺栓孔46需在同一高度，间距也相同；此外，如图14-图15所示，实心钢板42和U孔钢板43均可以为方形，也可以采用其他形状，且U孔钢板43上的U形孔与U形钢板45的尺相匹配，U形钢板45穿过U孔钢板43上的U形孔并与U孔钢板43焊接，同时采用沿U形钢板45外壁间隔布置的多个加劲板44连接实心钢板42和U孔钢板43，并将加劲板44的内侧与U形钢板45焊接，提高连接节点处的刚度，保证边节点和支撑构件达到和现浇混凝土支撑相同或相似的整体性、刚度和承载能力，确保基坑安全。如图16所示，本实施例的加劲板44与加劲肋9的结构相同。

以上两种实施方式中，装配式支撑的两端的冠梁或腰梁内的预埋件4的结构可以相同，均采用如图10或图13中所示结构，也可以不同，其中一端采用图10中所示结构，另一端采用图13中所示结构，如图1和图2所示。

其中，图10中所示预埋件4的结构包括预埋外钢板19、钢筋螺旋套筒20、预埋锚固钢筋21、预埋内钢板22和带螺纹钢筋23，预埋外钢板19固定于冠梁2或腰梁的内壁上，预埋内钢板22埋于冠梁2或腰梁内，预埋内钢板22上固定有多个预埋锚固钢筋21，且预埋锚固钢筋21的一端固定有钢筋螺旋套筒20，多根带螺纹钢筋23依次穿过外法兰8、预埋外钢板19上对应的螺栓孔18与钢筋螺旋套筒20固定；预埋外钢板19与预制支撑截面形式相匹配，可以为矩形钢板，厚度以10-20mm为宜，尺寸略大于预制支撑截面外径；预埋外钢板19沿周向均匀布置若干螺栓孔18，螺栓孔18数量及布置位置与外法兰8相同，如图12所示，可用作浇筑冠梁2或腰梁的模板；预埋内钢板22形状、尺寸可以与外法兰8完全一致，如图11所示，厚度根据需要取值；预埋内钢板22由于深埋于冠梁2或腰梁之中，主要起到对预埋锚固钢筋21锚固作用，且不可回收，为节约成本，其材料可以低于端头钢结构5的钢构件；钢筋螺旋套筒20为内有螺纹的钢套筒，内径与预埋锚固钢筋21外径一致；钢筋螺旋套筒20一端连接预埋锚固钢筋21，将预埋内钢板22、连有钢筋螺旋套筒20的预埋锚固钢筋21、预埋外钢板19与冠梁整体施工；在施工端部节点时，可多根用带螺纹钢筋23依次穿过外法兰8上相对应的螺栓孔18、预埋外钢板19上相对应的螺栓孔18与相对应的钢筋螺旋套筒20拧紧，实现预制构件与冠梁2或腰梁的连接；在拆卸时，仅需要将长度较短的带螺纹钢筋23拧出钢筋螺旋套筒20即可实现拆卸，需要的施工空间较小，方便施工。

图13中所示预埋件4结构包括相对布置的两块预埋钢板33和多根预埋螺杆32；其中一块预埋钢板33固定于冠梁2或腰梁的内壁上，可用作浇筑冠梁2或腰梁的模板，另一块预埋钢板33埋于冠梁2或腰梁内，起到锚固作用；两块预埋钢板33上设有多个螺杆孔，多根预埋螺杆32的一端依次穿过两块预埋钢板33上相对应的螺杆孔并与两块预埋钢板33焊接，另一端伸出冠梁2或腰梁外；预制空心混凝土支撑构件3端部的可以采用图13中所示结构，将内法兰10直接与一外环板30焊接，并在外环管11的外部焊接内环板31，外环板30和内环板31之间通过多个加劲板44焊接，外环板30和内环板31的形状与预制构件相匹配，且均设有多个螺杆孔；当预埋件4直接与预制空心混凝土支撑构件3连接时，多根预埋螺杆32伸出冠梁2或腰梁外的一端依次穿过外环板30和内环板31上相对于的螺杆孔后通过螺母固定，实现冠梁2或腰梁与装配式支撑的端部固定节点的连接；当预埋件4通过可伸缩结构与预制空心混凝土支撑构件3连接时，第一伸缩接头38和第二伸缩接头39的实心钢板42和U孔钢板43上均设有多个螺杆孔，多根预埋螺杆32的一端依次穿过两块预埋钢板33上相对应的螺杆孔并与两块预埋钢板33焊接，另一端伸出冠梁2或腰梁并分别依次穿过第二伸缩接头39的实心钢板42和U孔钢板43上相对应的螺杆孔后通过螺帽固定，并通过多根螺杆40依次穿过预制构件的内环板31、外环板30上相对应的螺杆孔和第一伸缩接头38的实心钢板42和U孔钢板43上相对应的螺杆孔41后通过螺帽固定，实现冠梁2或腰梁与装配式支撑的端部可伸缩节点的连接。

本实施例中，所有钢结构如内环管7、外法兰8、外环管11、内法兰10、加劲肋9、外环板30、内环板31、实心钢板42、U孔钢板43、U形钢板45等直接与外界接触部分均需预先涂抹防锈材料，防止钢结构表面生锈破坏，导致强度降低；螺栓16采用高强螺栓。

实施例三

本实施例提供一种实施例一提供的预制空心混凝土支撑构件3的施工方法，包括如下步骤：

S1、在钢结构加工厂制作端头钢结构5；

S2、在预制构件加工厂绑扎普通纵筋12和箍筋14，并将普通纵筋12和箍筋14点焊，形成钢筋骨架；

S3、将端头钢结构5运至预制构件加工厂，并与钢筋骨架组成整体，在钢筋骨架内相应位置处固定波纹管25、预留冒浆管28和注浆管；并将端头钢结构5和钢筋骨架的组合构件锁定于构件模具内，进行普通纵筋12的张拉，张拉普通纵筋12至设定控制应力，将普通纵筋12的端部形成墩头后锁定于端头钢结构的内法兰10的锚孔29内；

S4、采用离心工艺在构件模具内灌入高强混凝土15，振捣后采用高压蒸汽养护达到设计强度，实现快速高强的工艺效果；

S5、将构件模具和预制构件整体放入预应力张拉工作台，在波纹管25中穿入预应力纵筋13，之后张拉预应力纵筋13，并利用锚具26将预应力纵筋13的端部锚于内法兰10上或通过镦粗将预应力纵筋13的端部形成墩头锁定于内法兰10锚孔29内，最后通过注浆管向波纹管25的后张法预应力筋预留孔道24中灌入水泥浆，直至预留冒浆管28中有浆液冒出为止，使预应力纵筋13与预制构件成为整体；

S6、拆模形成预制空心混凝土支撑构件3。

为防止预应力纵筋13放张后，普通纵筋12收缩过多而不能与预应力纵筋13协同受力，普通纵筋12也进行适当张拉，本实施例通过分批次张拉普通纵筋12与预应力纵筋13，按照张拉长度控制两者不同的张拉量。进一步地，先将普通纵筋12张拉为原长度的N倍以达到张拉控制应力，后将预应力纵筋13按照普通纵筋12张拉长度的1.1倍进行张拉，即张拉为原长度的1.1×N倍达到张拉控制应力。

生产工艺上，端头钢结构由钢结构加工厂预制，混凝土的浇筑在预制构件加工厂完成，使得钢结构加工与混凝土的浇筑工作分开，这样可充分发挥钢结构加工厂和预制构件加工厂的优势，避免在预制混凝土工厂的现场焊接作业，确保产品质量。

实施例四

如图1所示，本实施例提供一种实施例二提供的安装有拆卸垫块6的内支撑系统的施工方法，包括如下步骤：

S1、在工厂预制所述预制空心混凝土支撑构件3、预埋件4和拆卸垫块6，并运至施工现场；其中所述预制空心混凝土支撑构件3可以采用实施例三提供的施工方法制作；

S2、根据基坑宽度，将不同长度的预制空心混凝土支撑构件3通过螺栓16逐节拼接，同时在至少其中两个相邻的预制空心混凝土支撑构件3之间安装拆卸垫块6，组装成长度与基坑宽度匹配的装配式支撑；

将两个预制空心混凝土支撑构件3进行拼接时，先将两个预制构件端部的外法兰8对齐，再将螺栓16依次穿过两个预制构件端部的外法兰8，实现两个预制构件的拼接；而中间安装有拆卸垫块6的两个预制构件拼装时，先在拆卸垫块6的两侧面涂抹一层润滑剂，然后将拆卸垫块6置于两个预制构件之间，将螺栓16依次穿过其中一个预制构件端部的外法兰8上的螺栓孔18、拆卸垫块6上的螺栓孔、另一个预制构件端部的外法兰8上的螺栓孔18；

S3、基坑开挖；对于设置中间临时立柱的基坑，施工钢连系梁；

S4、吊装拼装后的装配式支撑至设计位置，需保证预制支撑中心线水平且中心位于冠梁2或腰梁中心；对于施工钢连系梁的，装配式支撑安放在钢连系梁上；将预埋件4固定在待浇筑冠梁2或腰梁内的支撑设计位置；

当装配式支撑两端的预埋件4均采用图10所示结构时，在待浇筑冠梁2或腰梁内的支撑设计位置固定预埋件4的预埋外钢板19、预埋内钢板22和连接有钢筋螺旋套筒20的预埋锚固钢筋21；当装配式支撑两端的预埋件4均采用图13所示结构时，在待浇筑冠梁2或腰梁内的支撑设计位置固定预埋件4的两块预埋钢板33和多根预埋螺杆32；当装配式支撑其中一端的预埋件4采用图10中所示结构，另一端的预埋件4采用图13中所示结构时，分别参照上述做法，在此不再详述；

S5、浇筑冠梁2或腰梁，以预埋件4的预埋外钢板19或预埋钢板33作为冠梁2或腰梁的模板；将预埋内钢板22和连接有钢筋螺旋套筒20的预埋锚固钢筋21埋置于其中，同时在冠梁2或腰梁上留好带螺纹钢筋23安装的孔道，便于节点连接，和/或将两块预埋钢板33和预埋螺杆32埋置于其中；

S6、待冠梁2或腰梁达到设计强度后，将带螺纹钢筋23穿过装配式支撑端部的端头钢结构的外法兰8上的螺栓孔18和预埋外钢板19上的螺栓孔18与钢筋螺旋套筒20拧紧，和/或使预埋螺杆32穿过装配式支撑端部的端头钢结构上的螺杆孔后通过螺母固定，完成端部节点的安装；

S7、施工完毕后，首先拧开中间安装有拆卸垫块6的两个预制空心混凝土支撑构件3上的螺栓16，拆除拆卸垫块6；

S8、逐节段拧开螺栓16并回收预制空心混凝土支撑构件3，端部节点拧开带螺纹钢筋23进行回收。

本实施例通过在至少其中两个相邻的预制空心混凝土支撑构件3之间安装拆卸垫块6，作用在于拆卸装配式支撑时为第一突破点，拆卸垫块6尺寸较小且涂抹润滑剂，拆卸难度要小得多，一旦拆除拆卸垫块6，整个装配式支撑的轴力便消失，可以轻松逐一拆除预制支撑构件，降低预制空心混凝土支撑构件拆卸的难度，提高装配式支撑的拆卸效率。

实施例五

本实施例提供一种实施例二提供的带有可伸缩结构的内支撑系统的施工方法，包括如下步骤：

S1、在工厂预制所述预制空心混凝土支撑构件3、预埋件4、第一伸缩接头38和第二伸缩接头39，并运至施工现场；其中所述预制空心混凝土支撑构件3可以采用实施例三提供的施工方法制作；

S2、根据基坑宽度，将不同长度的预制空心混凝土支撑构件3通过螺栓16逐节拼接，组装成长度与基坑宽度匹配的装配式支撑；并将可伸缩结构的第一伸缩接头38通过螺杆40与装配式支撑一端的预制空心混凝土支撑构件3连接；

S3、将预埋件4放置在待浇筑冠梁2或腰梁内的支撑设计位置，然后浇筑冠梁2或腰梁，使预埋件4埋置于其中；

当装配式支撑两端的预埋件4均采用图10所示结构时，在待浇筑冠梁2或腰梁内的支撑设计位置固定预埋件4的预埋外钢板19、预埋内钢板22和连接有钢筋螺旋套筒20的预埋锚固钢筋21；当装配式支撑两端的预埋件4均采用图13所示结构时，在待浇筑冠梁2或腰梁内的支撑设计位置固定预埋件4的两块预埋钢板33和多根预埋螺杆32；当装配式支撑其中一端的预埋件4采用图10中所示结构，另一端的预埋件4采用图13中所示结构时，分别参照上述做法，在此不再详述；

浇筑冠梁2或腰梁时，以预埋件4的预埋外钢板19或预埋钢板33作为冠梁2或腰梁的模板；将预埋内钢板22和连接有钢筋螺旋套筒20的预埋锚固钢筋21埋置于其中，同时在冠梁2或腰梁上留好带螺纹钢筋23安装的孔道，和/或将两块预埋钢板33和预埋螺杆32埋置于其中；

S4、待冠梁2或腰梁达到设计强度后，将可伸缩结构的第二伸缩接头39通过螺帽固定于一侧的预埋件4伸出的预埋螺杆32上，或将带螺纹钢筋23穿过第二伸缩接头39和预埋外钢板19的螺栓孔18与钢筋螺旋套筒20拧紧；

S5、基坑开挖；

S6、吊装拼装后的装配式支撑至设计位置，使第一伸缩接头38的U形钢板45卡在第二伸缩接头39的U形钢板45中，将装配式支撑另一端的预制空心混凝土支撑构件3通过带螺纹钢筋23与另一侧的预埋件4中的钢筋螺旋套筒20拧紧，或通过螺帽与另一侧的预埋件4中的预埋螺杆32固定；

S7、在U形钢板45内放置千斤顶34，通过控制系统施加压力至设计值，使千斤顶34的两端分别顶紧在第一伸缩接头38的实心钢板42和第二伸缩接头39的实心钢板42上；

S8、在第一伸缩接头38的U形钢板45和第二伸缩接头39的U形钢板45侧壁上的长圆螺栓孔46中插入调节螺栓47，并拧紧，完成端部节点的安装；

S9、施工完毕后，放松千斤顶34，拧开调节螺栓47和螺帽，拆除伸缩接头和螺栓16，回收预制空心混凝土支撑构件3。

本实施例的第一伸缩接头38与第二伸缩接头39通过调节螺栓47连接，第一伸缩接头38与装配式支撑其中一端的预制支撑构件通过螺杆40连接，第二伸缩接头39与预埋件4通过预埋螺杆32连接，装配式支撑另一端的预制支撑构件与预埋件4通过带螺纹钢筋23连接，容易实现拆卸，因此，在基坑工程施工完毕后，放松千斤顶34，先将连接第一伸缩接头38与第二伸缩接头39的调节螺栓47拆卸后即可放松压力，然后将拆除螺杆40和螺栓16、拧出带螺纹钢筋23，即可逐一拆卸预制支撑构件，并回收预制支撑构件，实现多次循环利用，降低成本。

本实施例的步骤S2中将预制支撑构件进行逐节拼接时，先将两个预制支撑构件端部的外法兰8对齐，再将螺栓16依次穿过两个预制构件端部的外法兰8，实现两个预制构件的拼接；将第一伸缩接头38与位于端部的预制支撑构件进行拼接时，先将预制支撑构件端部的外环板30上的螺杆孔与第一伸缩接头38的实心钢板42上的螺杆孔41对齐，再将螺杆40依次穿过预制支撑构件端部的内环板31和外环板30、第一伸缩接头38的实心钢板42和U孔钢板43上的螺杆孔并通过螺帽固定。

本发明的实施例四和实施例五中的装配式支撑均可以与冠梁2或腰梁实现刚性连接，实现在超深基坑中，装配式支撑可替代多道传统混凝土支撑，提高装配率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。