CN101358450A - H型钢板桩及其结合墙 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高截面模量的H型钢板桩及其结合墙。其含：H型钢板桩本体的H部，若干中间辅桩。所述H部的翼板两端缘设有锁口，其一端缘锁口开口向外呈四折弯，其另一端缘锁口开口向内呈二折弯，钢板桩与中间辅桩或中间辅桩与中间辅桩之间的连接借助于开口向内呈二折弯锁口与开口向外呈四折弯锁口连接。本发明提出的H型钢板桩及其结合墙，钢板桩的翼板的端缘设有锁口，钢板桩与中间辅桩或为Z型或为Ω型或为H型钢板桩的连接组成结合墙，可根据现场的情况组织变换，大大提高了结合墙的抗侧向土压力、抗水压力、抗波浪力及抗倾覆的稳定性。本发明的锁口其接合处形成迷宫式密封，进一步提高了隔水性。本发明结构合理、锁口设计有效、施工性好，取得了积极的效果和长足的进步。

Description

H型钢板桩及其结合墙

技术领域：

本发明涉及一种适合于土木、水利和市政工程等的围护结构技术，尤其是涉及一种高截面模量的H型钢板桩及其结合墙。

背景技术：

随着国民经济的不断发展，建设规模也日渐增大，如：大型的地下建筑、港口码头岸墙及基础、大型的跨河大桥基础、河道护岸的整治等，这些建筑物在施工时，需对自身或四周建筑物的基础实施围护。在多种围护结构中，由于钢板桩具有材质稳定、质量可靠、可反复使用、环保无污染、降低工程造价等优点得到人们的青睐。对钢板桩及其结合墙的要求是：高刚性墙体、优良的隔水性、易插打、易拆除和能反复使用。目前常用的钢板桩及其结合墙，如：中国发明专利公报于2008年3月19日公开了公开号为CN101146960A，专利申请号为200680009749.6，名称为“组合板桩墙”的发明专利，这种组合板桩墙的目的是用于加强港口以及河流的堤岸，以支撑水坝，或架设码头驳岸等。其由T型和双T型梁之类的承载元件以及与承载元件直接连接的连接型材构成，连接型材配备有与承载元件上的匹配锁元件接合的锁元件，相互接合的锁元件允许有小的相对运动，用来保证组合墙的竖直稳定性和防渗漏特性。又如：中国发明专利公报于2006年8月2日公开了公开号为CN1813108A，专利申请号为200480018307.9，名称为“钢制的工字形板桩墙型材”，这种型材包括两个翼缘部分，这两个翼缘部分在中间通过一腹板连接，其在翼缘部分上连接着做成杵头形的连接尾段，杵头形的连接尾段用来安装连接锁口件。这些板桩墙型材通过连接锁口件组成封闭壁，用来支承地势跃变和用来固定施工基坑和码头设施。这两份公开的专利申请所采用的承载元件均为热轨制造，为制成这种杵头形的连接尾段，需经粗轧、精轧等工序，昂贵的轧辊组花费是惊人的，因此将锁口的复杂形状设置在连接型材上，由于连接型材两侧都有连接缝，因此渗漏的机率增大了一倍。其锁口的设计是一个大的问题，现有的锁口难以保证好的止水效果，锁口能否止水是结合墙成败优劣的标志之一。其它形式的钢板桩如Z型、U型等钢板桩因与自身的截面模量相关，在抗侧向土压力、抗水压力、抗波浪力及抗倾覆的稳定性方面均尚有欠缺。

发明内容：

本发明的目的是针对现有技术不足之处而提供一种适宜于冷弯制作，成本低的、保持高竖直稳定性(抗弯性能)及具有良好隔水性的H型钢板桩及其结合墙。

本发明的目的是通过以下措施来实现：一种H型钢板桩及其结合墙，包括构成H型钢板桩本体的H部，若干中间辅桩，其特征是：所述H部的翼板两端缘设有锁口，其一端缘锁口开口向外呈四折弯，其另一端缘锁口开口向内呈二折弯，所述中间辅桩两端缘有与之相应的开口向外呈四折弯锁口及开口向内呈二折弯锁口，钢板桩与中间辅桩或中间辅桩与中间辅桩之间的连接借助于开口向内呈二折弯锁口与开口向外呈四折弯锁口连接。

所述H部的一个翼板两端缘设有锁口，其一端缘锁口开口向外呈四折弯，另一端缘锁口开口向内呈二折弯。

所述H部的两个翼板两端缘设有锁口，其同向端缘的锁口开口向外呈四折弯，相反端缘的锁口开口向内呈二折弯。

所述H部的两个翼板两端缘设有锁口，其同向一翼板的端缘锁口开口向外呈四折弯，另一翼板端缘锁口开口向内呈二折弯。

所述中间辅桩为Z型钢板桩。

所述中间辅桩为本体为H部的钢板桩。

所述中间辅桩为Ω型钢板桩。

与现有技术相比，由于采用了本发明提出的H型钢板桩及其结合墙，钢板桩的本体H部两翼板的端缘设有锁口，钢板桩与中间辅桩或为Z型或为Ω型或为H型钢板桩的连接组成结合墙，可根据现场的情况组织变换，大大提高了结合墙的抗侧向土压力、抗水压力、抗波浪力及抗倾覆的稳定性。本发明的锁口由开口向外呈四折弯及开口向内呈二折弯的锁口组成，其接合处形成迷宫式密封，进一步提高了隔水性。本发明结构合理、锁口设计有效、施工性好，取得了积极的效果和长足的进步。

附图说明：

图1是本发明提出的一个实施例钢板桩及锁口的示意图。

图2是本发明提出的另一个实施例钢板桩及锁口的示意图。

图3是本发明提出的第三个实施例钢板桩及锁口的示意图。

图4是图1实施例钢板桩与Z型辅桩连接结合墙的示意图。

图5是图1实施例钢板桩与Ω型辅桩连接结合墙的示意图。

图6是图2实施例钢板桩与H型辅桩连接形成双排结合墙的示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对具体实施方式作详细说明：

在图1所示本发明的一个实施例中，一种钢板桩及其结合墙，包括构成钢板桩本体的H部，若干中间辅桩，所述H部的翼板1两端缘设有锁口，其一端缘锁口开口向外呈四折弯11，其另一端缘锁口开口向内呈二折弯12。图2给出了本发明提出的另一个实施例钢板桩及锁口的示意图。H部的两个翼板两端缘设有锁口，其同向端缘的锁口开口向外呈四折弯，相反端缘的锁口开口向内呈二折弯。也可以采取图3这样的措施：H部的两个翼板两端缘设有锁口，其同向一翼板的端缘锁口开口向外呈四折弯，另一翼板端缘锁口开口向内呈二折弯。图2及图3这种形式的优点是可形成如图6所示的H型钢与H型钢相连接的双排结合墙的示意图。进一步增强结合墙的抗风力、抗水流力、抗波浪力及抗倾覆的稳定性。

图4、图5给出了H型钢板桩与不同的中间辅桩连接的示意图。所述中间Z型13或Ω型14辅桩两端缘有与之相应的开口向外呈四折弯锁口及开口向内呈二折弯锁口，钢板桩与中间辅桩或中间辅桩与中间辅桩之间的连接借助于开口向内呈二折弯锁口与开口向外呈四折弯锁口连接。

本发明钢板桩利用H型钢能过承受更大的侧向水平力(更高抗弯截面系数，钢板桩的抗弯截面系数最大只有5000cm³/m)和钢板桩良好止水效果，通过在H型翼缘采用冷弯制成的锁口形成H型钢板桩(通过采用不同宽度，高度和厚度的翼缘型材和不同厚度、高度的腹板，该产品的抗弯截面系数可以达到20000cm³/m)，可以使该产品自身拥有更高的抗弯截面系数，同时通过锁口的连接，能够形成一道封闭式的挡水和挡土墙。

图4～6给出了钢板桩与中间辅桩组成的不同形式的结合墙。接合不同的实际工程灵活选择。由于实际工程中不同结构所需要的截面系数不一样，我们就可以采用不同形式的结合墙，例如使用H型钢板桩作为主桩承受水平力，中间填充“Z、Ω型”等钢板桩作为传力、止水、止水构件形成板桩墙系统，根据结构侧面承受的土、水压力形成的弯曲荷载，通过调节H型钢板桩和中间填充单元的形式和个数，形成不同的抗弯截面系数，达到实际工程所需要的最经济的抗弯截面系数，这样就会使工程造价大大减少。由于采用更高截面系数的板桩墙系统，即提高了墙体的抵抗变形的能力，在实际中可以有效减少支护体系的变形。

结合墙系统的惯性矩计算公式如下：

I_系统＝I_H型板桩+I_辅桩(cm⁴)             ①

结合墙系统单位长度的惯性矩和截面系数

如果H型板桩的惯性矩为270000cm4，截面系数为7000cm3，宽度为0.5米，中间填充桩的惯性矩为21000cm4，截面系数为1300cm3，宽度为0.75米，计算得整个体系的宽度为1.25米，系统每米的惯性矩和截面系数分别为232800cm4/m、6036cm3/m。若中间填充桩惯性矩为56688cm4，截面系数为2000cm3，宽度为1.37米，通过计算得整个体系的宽度为1.87米，系统每米的惯性矩和截面系数分别为174699cm4/m、4529cm3/m。故可以采用不同的H板桩和不同的辅桩结合形成工程所需的抗弯截面系数。

采用相同的土质情况和计算工况，对于一个10深的基坑，设置三道支撑，采用我们的H型板桩、现行的SMW工法和一般的钢板桩分别进行了计算：采用我们的产品，基坑变形为23.9mm，而采用SMW工法的基坑变形为44.8mm，采用一般的钢板桩的基坑变形为63.2mm。

本发明的锁口采用迷宫式的结构，进一步提高了隔水性，锁口的渗漏算如下：

$q_z=\mathrm{\ρ}\frac{{\mathrm{\Δp}}_z}{{\mathrm{\γ}}_w}$                           ①

式中：

q_z：在高度Z处单位长度钢板桩锁口的流量(m3/秒/m)

Δp_z：在高度Z处的压力差(千帕)

ρ：锁口的阻漏率(m/s)，通过试验取得

γ_w：水的容重(kN/m3)

最大压强为

ΔP_max＝γ_wH                        ⑤

其中H为基坑挖掘深度

则总的通过一个锁口的流量为

$Q_1=\underset{0}{\overset{h_H}{\∫}}{q}_z\left(\mathrm{dz}\right)=\left(\frac{\mathrm{\ρ}}{{\mathrm{\γ}}_w}\right)\underset{0}{\overset{h_H}{\∫}}{\mathrm{\Δp}}_z\left(\mathrm{dz}\right)$                           ⑥

其中h为从基坑底到不透水层的深度

本发明的锁口经验算能有效减少渗水问题，我们产品的阻漏率ρ≥10^-7m/sec，相当于不透水土体。

关于锁口的强度经计算，已完全达到预期的值：10mm厚度锁口脱开所需的拉力为106.02KN，锁口的抗拉强度实测值为125.37KN。

从钢板桩及其结合墙的整体刚性及隔水性来看，本发明取得了积极的效果和长足的进步。

本发明钢板桩的结构形式完全适于冷弯制作，可以省去热轧制作所需的昂贵的轧辊机组，节省生产成本，有相当好的性价比。

上面结合附图描述了本发明的一个实施方式，实施例给出的结构并不构成对本发明的限制，可根据实际生产需要，确定所需中间辅桩的个数及形式，凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本专利的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种H型钢板桩及其结合墙，包括构成H型钢板桩本体的H部，若干中间辅桩，其特征是：所述H部的翼板两端缘设有锁口，其一端缘锁口开口向外呈四折弯，其另一端缘锁口开口向内呈二折弯，所述中间辅桩两端缘有与之相应的开口向外呈四折弯锁口及开口向内呈二折弯锁口，钢板桩与中间辅桩或中间辅桩与中间辅桩传力件之间的连接借助于开口向内呈二折弯锁口与开口向外呈四折弯锁口连接。

2.如权利要求1所述的H型钢板桩及其结合墙，其特征是：所述H部的一个翼板两端缘设有锁口，其一端缘锁口开口向外呈四折弯，另一端缘锁口开口向内呈二折弯。

3.如权利要求1所述的H型钢板桩及其结合墙，其特征是：所述H部的两个翼板两端缘设有锁口，其同向端缘的锁口开口向外呈四折弯，相反端缘的锁口开口向内呈二折弯。

4.如权利要求1所述的H型钢板桩及其结合墙，其特征是：所述H部的两个翼板两端缘设有锁口，其同向一翼板的端缘锁口开口向外呈四折弯，另一翼板端缘锁口开口向内呈二折弯。

5.如权利要求1或2所述的H型钢板桩及其结合墙，其特征是：所述中间辅桩为Z型钢板桩。

6.如权利要求1或2所述的H型钢板桩及其结合墙，其特征是：所述中间辅桩为本体为H部的钢板桩。

7.如权利要求1或2所述的H型钢板桩及其结合墙，其特征是：所述中间辅桩为Ω型钢板桩。

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