CN103233474B - 立柱结构及包括该立柱结构的基坑支护系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种立柱结构，用于建筑基坑支护系统，该立柱结构在与至少一个楼层板相交处包括钢管区段，所述立柱结构还包括卡接装置，所述卡接装置可拆卸地固定连接到钢管区段并且包括多个伸出臂部，所述伸出臂部能被浇注到楼层板中使得卡接装置，以及由此钢管区段固定连接到楼层板。使用本发明的卡接装置，在拆除时仅需要切断伸出臂部，然后将卡接装置从立柱拆除，使得可回收的立柱区段的单件长度大大增加，降低了回收成本，提供了回收效率，使得立柱结构的重复使用变得可行。

Description

立柱结构及包括该立柱结构的基坑支护系统

技术领域

本发明涉及一种用于建筑基坑支护系统的立柱结构，以及一种包括该立柱结构的建筑基坑支护系统。

背景技术

随着中国经济的腾飞和城镇一体化进程的加快，可利用的土地空间越来越小，为充分利用不可再生的土地资源，建筑物必然向高空和地下发展。地下铁路、地下车库、地下商场、高层建筑地下室日益增多。在向地下空间开发利用过程中不可避免的出现深基坑工程，而基坑支护又是基坑施工中的重点环节，在基坑较深或在软土地区基坑支护常采用内支撑结构体系，在此结构体系中立柱几乎全部采用型钢格构柱，待地下工程完成后，全部钢格构柱用气割割成小段拆除然后运至废铁回收站。

现有技术中，由于立柱结构形式单一，加工制作中的关键技术不能突破，只能一次性使用，具体存在如下不足之处：

1)、施工周期长：由于采用单一型钢格构柱，制作时全部由四个肢柱或两个肢柱及很多的缀板焊接完成，所需工序较繁琐、费工费时、不能满足工期的要求。

2)钢材浪费大：受购买原材及立柱长度的影响，型钢格构柱不可避免需要接长，目前传统方法是搭接，即每个肢柱需要取同原材一样的一段材料进行帮接后再焊接，这样既浪费了钢材又增加焊接工作量。

3)焊接后质量得不到保证：型钢格构柱在接长时若采用肢柱对接焊方法，先加工成若干段长度不同的型钢格构柱，然后再根据工程需要进行肢柱对接，由于每一段型钢格构柱在制作时存在偏差再加上焊接变形，在两段型钢格构柱对接中存在错边情况，焊接接头达不到工程中的等强要求存在严重的安全隐患。

4)立柱结构在现场须与楼板浇筑在一起，目前没有既与混凝土楼板连接又与立柱连接的转换工具装置，立柱不能取出仅限于一次使用。

5)建筑主体结构完成后，须拆除支护体系，在拆除立柱时，柱内的混凝土，碎石及泥浆等填充物不易取出，这样既增加了拆除运输难度和成本更不利于重复利用。

随着地下工程越来越多，建筑业界亟待开发一种施工方便、确保质量、生产高效、实用性强、可回收利用的立柱结构。

发明内容

由此，本发明的目的是提供一种立柱结构，其至少能够解决部分上述缺点，促进立柱结构的回收利用。

在第一方面，本发明提供了一种立柱结构，用于建筑基坑支护系统，该立柱结构包括多个区段，其中所述多个区段中的至少一些为格构柱区段，且至少两个区段通过端头构件固定连接到一起，所述端头构件包括中央带有开孔的端头板、多个第一肋板和多个第二肋板，其中所述格构柱端部通过焊接连接到所述端头板，所述第一和第二肋板分别在端头板的第一侧和相对的第二侧通过焊接将端头板连接到相应格构柱区段。

该端头构件的提供使得立柱区段之间，例如格构柱区段之间的连接变得更加轻松、可靠。具体地，格构柱区段之间的连接不再需要传统连接方法中繁琐、耗时还不可靠的对接。通过本发明的端头构件，格构柱区段可以方便可靠地连接到一起。肋板的提供增加了连接的强度和可靠性。此外，本发明的端头构件还提供了格构柱区段与其它可能区段(例如钢管区段)之间的可靠连接。

肋板可以包括焊接到端头板的第一边缘以及焊接到格构柱区段侧面的第二边缘。肋板可以为方形或三角形钢板。端头板可以为方形或圆形钢板。第一和第二肋板可以分别绕相应格构柱区段周向间隔开，更优选等角度地间隔开。优选地，格构柱区段包括多条纵向型钢，所述肋板对应于型钢设置，使得肋板的第二边缘被焊接到相应型钢的侧面。

对应地，本发明还提供了一种建筑基坑支护系统，包括如上所述的立柱结构。

在第二方面，本发明提供了一种立柱结构，用于建筑基坑支护系统，该立柱结构包括至少一个格构柱区段和至少一个钢管区段，其中所述各格构柱区段和钢管区段中的至少两个通过端头构件固定连接到一起，所述端头构件包括中央带有开孔的端头板、多个第一肋板和多个第二肋板，其中所述至少两个区段的端部通过焊接连接到端头板，其中所述第一和第二肋板分别在端头板的第一侧和相对的第二侧通过焊接将端头板连接到相应区段，且所述第一和第二肋板分别绕相应区段周向间隔开。

该端头构件的提供使得格构柱区段之间的连接变得更加轻松、可靠，此外还使得能够实现原本不可行的钢管和格构柱之间的可靠连接。

肋板可以包括焊接到端头板的第一边缘以及焊接到相应区段侧面的第二边缘。第一和第二肋板可以分别绕相应区段周向间隔开，更优选等角度地间隔开。

钢管区段可以包括套在钢管内部的内衬管，以便在拆除立柱结构时内衬管可连同内部填充物一起从钢管拆除。内衬管的提供使得在施工过程中填充到钢管内部的填充物，如混凝土等可以被方便地移除，大大降低了重复利用钢管的成本。内衬管可以由塑料材料、复合材料、纤维材料、泡沫材料及其组合中的一种制成。内衬管和钢管之间可以具有隔离层。隔离层包括脱模剂层。该脱模剂层可以为涂覆到内衬管外表面和/或钢管内表面的涂层，也可以是脱模剂材料形成的独立层。

在第三方面，本发明提供了一种立柱结构，用于建筑基坑支护系统，该立柱结构在与至少一个楼层板相交处包括钢管区段，所述立柱结构还包括卡接装置，所述卡接装置可拆卸地固定连接到钢管区段并且包括多个伸出臂部，所述伸出臂部能被浇注到楼层板中使得卡接装置，以及由此钢管区段固定连接到楼层板。

在未提供本发明的卡接装置的情况下，由于立柱区段浇注到楼层板中，在拆除时立柱区段必须在楼层板处切断。加上立柱区段还需要在与水平支撑构件相交处被切断，使得传统支护系统中，立柱被拆除时需切割为非常零碎的小段，其给重复利用增加了复杂性和成本，立柱被拆除之后只能作为废铁送到回收站。使用本发明的卡接装置，在拆除时仅需要切断伸出臂部，然后将卡接装置从立柱拆除，使得可回收的立柱区段的单件长度大大增加，降低了回收成本，提供了回收效率，使得立柱结构的重复使用变得可行。

优选地，卡接装置包括安装部，所述安装部包括通过机械紧固件连接到一起的多个安装区段，所述多个区段通过所述机械紧固件施加的拉力而卡紧固定在钢管区段的周边上。优选地，所述钢管区段包括圆形钢管，所述多个安装区段为多个弧形区段，所述机械紧固件为螺栓紧固件。优选地，钢管区段包括方形钢管，所述多个安装区段为线性区段，所述机械紧固件为螺栓紧固件。

优选地，该立柱结构可以包括至少一个格构柱区段和至少一个钢管区段，其中所述各格构柱区段和钢管区段中的至少两个通过端头构件固定连接到一起，所述端头构件包括中央带有开孔的端头板、多个第一肋板和多个第二肋板，其中所述至少两个区段的端部通过焊接连接到端头板，其中所述第一和第二肋板分别在端头板的第一侧和相对的第二侧通过焊接将端头板连接到相应区段。优选地，肋板包括焊接到端头板的第一边缘以及焊接到格构柱区段侧面的第二边缘。优选地，第一和第二肋板分别绕相应格构柱区段周向间隔开。优选地，钢管区段包括套在钢管内部的内衬管，以便在拆除立柱结构时内衬管可连同内部填充物一起从钢管拆除。优选地，内衬管由塑料材料、复合材料、纤维材料、泡沫材料及其组合中的一种制成。优选地，内衬管和钢管之间具有隔离层。优选地，隔离层包括脱模剂层。

在第四方面，本发明提供了一种立柱结构，用于建筑基坑支护系统，该立柱结构包括至少一个钢管区段，所述钢管区段包括套在钢管内部的内衬管，以便在拆除立柱结构时内衬管可连同内部填充物一起从钢管拆除。

内衬管的提供使得在施工过程中填充到钢管内部的填充物，如混凝土等可以被方便地移除，大大降低了重复利用钢管的成本。

优选地，该立柱结构还包括至少一个格构柱区段，其中所述各格构柱区段和钢管区段中的至少两个通过端头构件固定连接到一起，所述端头构件包括中央带有开孔的端头板、多个第一肋板和多个第二肋板，其中所述至少两个区段的端部通过焊接连接到端头板，其中所述第一和第二肋板分别在端头板的第一侧和相对的第二侧通过焊接将端头板连接到相应区段。优选地，肋板包括焊接到端头板的第一边缘以及焊接到格构柱区段侧面的第二边缘。优选地，第一和第二肋板分别绕相应格构柱区段周向间隔开。优选地，内衬管设置有将其可拆卸地保持到钢管内部的保持机构。优选地，保持机构包括位于内衬管至少一个端部附近的凸缘或者位于内衬管外表面上向外突出的弹性凸起。优选地，内衬管由塑料材料、复合材料、纤维材料、泡沫材料及其组合中的一种制成。优选地，内衬管和钢管之间具有隔离层。优选地，隔离层包括脱模剂层。

本发明的第一方面的特征适用于本发明的第二至第四方面，反之亦然。

附图说明

图1a示出了一种示例格构柱10的示意性正视图，图1b示出了沿图1a的A-A线截取的横截面视图。

图2是大体示出了根据本发明的一个实施例的基坑内支撑系统的部分示意性正视图。

图3a是示出了根据本发明的一个实施例的示例性端头连接构件30的示意性俯视图，图3b是示出了已与立柱区段连接的端头连接构件30的示意性截面图。

图4是示出了根据本发明的一个实施例的带内衬管42的钢管区段40的示例性剖视图。

图5a是示出了根据本发明的一个实施例的卡接装置50的示意性截面图，图5b是示出了卡接装置60的另一实施例的示意性截面图。

具体实施方式

下面参考附图对本发明的具体实施方式进行介绍，在各图中相同的参考标号表示相同或相似的部件。应理解，术语“上”、“下”、“向上”、“向下”等方向性术语是针对附图中所示的方位的描述，这些范围并不是限制性的。此外，如“竖直”、“立柱”这样的术语仅仅是指其方向相对“水平”而言更加竖直，并不是表示该柱结构一定要完全竖直或直立，而是可以相对水平面或者地平面不那么竖直或直立，即可以稍微倾斜。一般而言，如果没有特别说明，本文中的术语“内”、“外”、“内侧”、“外侧”是指相对于立柱的方位，内和内侧指更靠近或指向立柱的中心的位置或取向，外和外侧指更远离立柱的中心的方位或取向。

图1a示出了一种示例格构柱10的示意性正视图，图1b示出了沿图1a的A-A线截取的横截面视图。参见图1a和1b，其中示出了一种示例性格构柱10的具体结构，其中格构柱10为空心构件，包括四根角钢14及与角钢相连的缀板12。相邻的角钢14通过焊接到缀板12而连接到一起。多块缀板12沿角钢14长度方向间隔开，优选地等距间隔开，从而形成由相邻角钢14和相邻缀板12限定的通向格构柱内部的开口。

格构柱可替代地不采用四根角钢加缀板的结构，而可以采用两根型钢，譬如两根槽钢、工字钢加相应缀板都可以用于形成适当的格构柱。格构柱也可以采用多于两根的任意数量的型钢。格构柱不一定必须采用型钢，也可以采用钢管代替型钢。因此，所示具体实施例介绍的格构柱的结构并不是限制性的。缀板12可以相对于型钢以任何角度设置以将型钢连接到彼此。在具体实施例中，缀板12的纵向方向水平地设置，即垂直于角钢14设置，而且连接四个角钢的缀板每四块设置在同一水平高度，使得通向格构柱内部的开口彼此对准，形成贯穿格构柱的开口。贯穿格构柱的开口至少在立柱与水平支撑构件相交处可以允许水平支撑构件方便地穿过格构柱，并与格构柱连接，以便为立柱提供水平方向的支撑。

图2是大体示出了根据本发明的一个实施例的基坑内支撑系统的部分示意性正视图。支撑系统包括立柱2。立柱2沿竖直方向延伸，且从下到上分别包括设置在灌注桩22内的第一立柱区段21、与底板24相交的第二立柱区段23，以及交替地与楼层板26和水平支撑结构28相交的第三和第四立柱区段25、27。灌注桩22包括围绕第一立柱区段21设置的钢筋笼221，并且通过灌注混凝土将钢筋笼221和第一立柱区段21与地层稳固连结到一起。底板24设置在灌注桩22紧上方，且底板24的上表面241提供地下空间内最终地下建筑物的最底层地面表面。楼层板26为地下建筑物的各层分隔开，并提供每一层的楼板。水平支撑结构28为基坑提供水平方向的支撑，水平支撑结构28与立柱2在其相交处固定连结。

在施工时，首先，向下钻孔到足够的深度。第二步，将钢筋笼和立柱下入孔中到适合位置处。第三步，浇注混凝土到孔中以形成桩基。要求桩顶标高以下的混凝土强度要满足设计强度要求，一般混凝土具有0.5米至2米的超灌高度(浇注混凝土的高度相对灌注桩顶面的高度之间的距离)。由此，立柱通过混凝土浇注锚固于灌注桩中。此后，可以在孔内填实粗砂、砼、石灰等材料。在立柱设置完成之后，可以从上往下开挖，并且按设计在固定位置交替布置水平支撑构件和楼层板，最后在坑底浇注底板。施工完成之后，按从下往上的次序将立柱和水平支撑构件依次拆除。

还参考附图2，立柱2由格构柱区段和钢管区段连接而成。端头连接构件30被用于将立柱的各区段相互连接。立柱2与楼层板相交处的区段为钢管区段，且设置有卡接装置50，钢管区段通过卡接装置50与相应楼层板相连。立柱2与水平支撑构件相连的区段为格构柱区段，格构柱区段的贯穿开口允许水平支撑构件更方便地与其相交和连结。水平支撑构件可以是支撑环梁，可以包括钢结构和/或混凝土结构。

尽管在所示实施例中立柱2与各楼层板相交处均为钢管区段，但这并不是必须的。另一方面，尽管在所示实施例中立柱2与各楼层板均通过卡接装置50相连接，这也不是必须的。本领域技术人员可以理解，立柱可以不是在所有与楼层板相交处都包括钢管区段，也可以不是在所有钢管区段与楼层板之间都通过根据本发明的卡接装置相连接。

图3a是示出了根据本发明的一个实施例的示例性端头连接构件30的示意性俯视图，图3b是示出了已与立柱区段连接的端头连接构件30的示意性截面图。立柱的各区段通过端头连接构件30固定连接到一起。如图所示，端头连接构件30包括端头板32和肋板34。端头板32可以为外周大于被连接区段的外周的任何形状。此处的外周更大是指端头板32连接到该被连接的区段时，端头板的外周包围被连接区段的外周。端头板32上具有几何形开孔36。该开孔36小于被连接区段的内表面所限定的区域，也就是说，当端头板连接到被连接区段时该开孔被容纳在被连接区段的内表面的内侧。在所选实施例中开孔的形状为圆孔形，但是开孔可以为任何适当的形状。效果上，优选立柱的整个端部与端头板的实心部分(非开孔部分)接触。在所示实施例中，端头板为对应于钢管形状的方形或圆钢板。端头板厚度可以在6mm-40mm范围内，在所示实施例中为10mm。肋板34厚度为可以在6mm-20mm范围内，在所示实施例中为10mm。被连接区段(钢管或型钢格构部件的柱肢)的端部通过焊接直接连接到端头板32。肋板34可通过焊接将端头板与被连接区段(钢管或型钢格构部件的柱肢)附加地连接在一起。肋板几何形状可以为方形或三角形，在所示实施例中为三角形。肋板可以为任何适当的形状，只要其一条边能够焊接到端头板，而另一条边能够焊接到被连接区段的侧表面上。

图4是示出了根据本发明的一个实施例的带内衬管42的钢管区段40的示例性剖视图。钢管区段40和内衬管42之间设置有隔离剂44。内衬管42截面形状优选为与钢管40相适合的圆形或方形。也就是说，当钢管为圆形钢管时，内衬管42相应地为圆形，而当钢管是方形钢管时，内衬管42相应地为方形。

内衬管的外壁与钢管部件的内壁之间留有一定间隙。该间隙优选在1mm-5mm范围内。例如，当钢管为圆形时，内衬管42的外径略小于钢管40的内径，以便内衬管42能够容易地插入到钢管中。该间隙内部可以填充有隔离剂层，防止内衬管42外表面粘结到钢管。该隔离层可以是脱模剂，脱模剂可以是蜡(例如植物石蜡、动物石蜡、合成石蜡、微晶石蜡、聚乙烯蜡)或粉末脱模剂(例如滑石、云母、陶土、白粘土等)。在这种情况下隔离剂层可以为独立于内衬板和钢管并在使用中设置在两者之间的隔离剂层。然而，申请人在研究中发现最有利的是采用混凝土脱模剂，涂抹在施工用内衬管外表面上或钢管内表面上，以使混凝土浇注后内衬管不致于由于混凝土粘结到钢管内表面而不易拆除。因此，该隔离剂层也可以是涂覆到内衬板外表面和/或钢管内表面上的隔离涂层，譬如如上所述的混凝土脱模剂涂层。

内衬管设置有将其可拆卸地保持到钢管的结构，譬如内衬管在一端或两端设置有凸缘，在安装时使凸缘稍微变形而装入钢管中，安装到位之后凸缘恢复原位从而将内衬管保持到钢管。凸缘的设置还有利于形成容置隔离剂的空间，以将隔离剂保持在由凸缘、内衬管和钢管所限定的空隙内。端头构件的端头板延伸到钢管内侧的部分也可以被用来保持内衬管，该端头构件用于将钢管区段连接到立柱的其他区段。替代地，内衬管可以设置有至少一个径向向外的弹性凸起，该弹性凸起在内衬管插入钢管时，在钢管内表面的作用下弹性变形而利用局部摩擦配合将内衬管保持在位。总之，保持结构可以是任何可以设想到的结构，只要它能够将内衬管保持在钢管内，并且在使用完毕之后可以允许内衬管被容易地从钢管拆除，以便钢管的重复利用。

内衬管可以采用任何材料制成。在研究中，申请人发现采用具有高膨胀性的材料可以更好地防止内衬管在灌浆和装填混凝土过程中由于内部容纳的物质膨胀而导致破裂。因此，内衬管的材料优选可以为塑料材料，特别是热塑性材料、复合材料、纤维材料、泡沫材料等及其组合中的任一种。内衬管42的壁厚可以在1mm-20mm范围内。

图5a是示出了根据本发明的一个实施例的卡接装置50的示意性截面图，图5b是示出了卡接装置60的另一实施例的示意性截面图。卡接装置50、60可以可拆卸地固定连接到钢管外周，并具有多个伸出臂部，用于浇注到楼层板中使得卡接装置与楼层板固定连接。

具体地，参见图5a，卡接装置50包括第一细长构件52和第二细长构件54。第一和第二细长构件52，54贴合方形钢管的相对两侧面，并通过多个螺栓紧固地连接到一起。具体地，第一和第二细长构件52，54分别包括对应的开孔，螺栓穿过这些开孔并施加夹紧力以使得第一和第二细长构件52，54分别夹紧到所述相对两个侧面。第一和第二细长构件52，54的两端超出钢管区段的外周向外延伸，形成相应的四个伸出臂部56。由此，当紧固到钢管上时，第一和第二细长构件52，54的各端部可以被浇注在楼层板中，从而将钢管区段固接到楼层板。在所示实施例中，卡接装置50还包括第三和第四细长构件，其与第一和第二细长构件52，54相同，但是夹紧并固定到方形钢管的另两个相对的侧面。第三和第四细长构件设置为与第一和第二细长构件52，54相邻。也就是说，第三和第四细长构件取向为与第一和第二细长构件52，54大体正交，并且通过螺栓夹紧到该另两个相对的侧面。所示实施例中，卡接装置50包括第一、第二、第三和第四细长构件，但这并不是必须的，卡接装置可以只包括两个(第一和第二或第三和第四)细长构件，从而其只具有四个伸出臂部，或者可以包括更多个细长构件。

参见图5b，卡接装置60用于可拆卸地紧固到圆形钢管，且包括第一弧形区段62和第二弧形区段64。第一和第二弧形区段62，64设置在圆形钢管的外周上，并且通过螺栓施加的夹紧力而夹紧到圆形钢管。具体地，第一和第二弧形区段62，64两端分别包括对准的穿孔，其中螺栓穿过这些孔将第一和第二弧形区段62，64连接并拉向彼此，从而施加夹紧力将第一和第二弧形区段62，64夹紧到圆形钢管上。卡接装置60还包括多个伸出臂部66，其连接到第一和第二弧形区段62，64并从其向外伸出。伸出臂部66可以通过焊接、铆接、机械紧固件(例如螺纹连接等)等方式固定连接到第一和第二弧形区段62，64。同样地，伸出臂部66可被浇注在楼层板中，从而将钢管区段固接到楼层板。

尽管本文示出了各具体的实施方式，但它们并不是限制性的。本领域技术人员可以在本发明的构思之下想到实施本发明的各种替换方式或修改。例如，卡接装置并不局限于上述的两种具体的形式，只要卡接装置能够可拆卸地连接到钢管区段，并且提供向外伸出以浇注到楼层板中的臂部。各特征描述于不同实施例中并不表示它们不能被结合，各实施例中的各个特征可以彼此组合到一起实施，以实现更有利的效果。

Claims (6)

1.一种立柱结构，用于建筑基坑支护系统，该立柱结构在与至少一个楼层板相交处包括钢管区段，所述立柱结构还包括卡接装置，所述卡接装置可拆卸地固定连接到钢管区段并且包括多个伸出臂部，所述伸出臂部能被浇注到楼层板中使得卡接装置被固定连接到楼层板，从而将钢管区段固定连接到楼层板。

2.如权利要求1所述的立柱结构，该立柱结构包括至少一个格构柱区段和至少一个钢管区段，其中所述各格构柱区段和钢管区段中的至少两个通过端头构件固定连接到一起，所述端头构件包括中央带有开孔的端头板、多个第一肋板和多个第二肋板，其中所述至少两个区段的端部通过焊接连接到端头板，其中所述第一和第二肋板分别在端头板的第一侧和相对的第二侧通过焊接将端头板连接到相应区段。

3.如权利要求2所述的立柱结构，其中所述肋板包括焊接到端头板的第一边缘以及焊接到相应区段侧面的第二边缘。

4.如权利要求2或3所述的立柱结构，其中所述第一和第二肋板分别绕相应区段周向等角度地间隔开。

5.如权利要求1所述的立柱结构，其中所述钢管区段包括套在钢管内部的内衬管，以便在拆除立柱结构时内衬管可连同内部填充物一起从钢管拆除，所述内衬管设置有将其可拆卸地保持到钢管内部的保持机构。

6.一种建筑基坑支护系统，包括如上权利要求中任一项所述的立柱结构。