CN107326896A - 一种组合钢结构支护桩及施工方法 - Google Patents
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- E02D5/00—Bulkheads, piles, or other structural elements specially adapted to foundation engineering
- E02D5/02—Sheet piles or sheet pile bulkheads
- E02D5/03—Prefabricated parts, e.g. composite sheet piles
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Abstract
本发明提供公开了一种组合钢结构支护桩及其施工方法，包括带直角边异型空腹钢桩、H型钢桩和U型钢桩；带直角边异型空腹桩两边分别设置2个端部为圆球的悬臂；H型钢桩两翼分别设置2个3/4圆弧的卡扣；U型钢桩两端分别设置为圆球形；带直角边异型空腹钢桩通过桩边悬臂上的圆球与H型钢桩连接；U型钢桩通过两端圆球与H型钢桩连接。施工方法为：将带直角边异型空腹钢桩设置于基坑四边直角角落；沿着平行于地下结构外墙的外边线，放线H型钢桩和U型钢桩，采用机械方法将H型钢桩和U型钢桩逐根压沉；开挖基坑土方，并根据设计要求，架设钢围檩或钢围檩和钢支撑。本发明特别适用于中小地下室、地下车库和综合管廊，场地狭小的施工环境中仍能进行操作。
Description
技术领域
本发明涉及建筑施工领域，具体为一种适用于小型地下车库基坑支护、地下消防水池基坑支护、桥基围堰、防洪截流和综合管廊开挖支护等临时性建筑或部分永久建筑，尤其适用于工期紧、造价低，且变形控制要求高的基坑工程的组合钢结构支护桩及施工方法。
背景技术
近年来，随着我国地下建筑建设蓬勃发展，地下空间的开发与利用日益兴隆。随着土地价格的不断上涨，地下空间的利用越发的迫切，因此，规划的地下建筑紧贴用地红线；规划的市政综合管廊地处城市主干道下，用于开挖时基坑支护的范围越来越小，常规的支护桩加止水桩占地宽度至少需要2.0m，加上施工机械的操作空间，则占地范围不小于5.0m，这样势必降低土地的利用率，经济性差。对于小型地下室或综合管廊，采用传统灌注桩或SMW工法，不仅工期长，造价高，且污染环境。因此，基坑工程中迫切需求一种既能满足止水，又能满足挡土，且占地范围小，造价较低的支护结构和施工方法。
专利申请号为CN201220144855.8 的发明专利申请公开了一种双排钢板桩与H型钢组合基坑支护结构。包括用于基坑止水的前排钢板桩、用于基坑挡土的H型钢、用于辅助止水和挡土的后排钢板桩、扣件。H型钢由两块平行布置的本体和将本体连接在一起的连接件组成，本体上沿长度方向的外侧分别布置前排钢板桩、后排钢板桩之间设置扣件。本发明虽实现了结构刚度大、兼有挡土止水功能、可循环利用、适用于开挖深度较深基坑的目的，但仍存在如下不足：（1）双排钢板桩施工后，占地范围过大，使土地有效利用率低；（2）H型钢设置在两排钢板桩中间通过扣件连接，施工难度较大。钢板桩打桩过程两排桩位置必须等间距施工，且不得发生少许偏位，否则H型钢无法插入两侧的钢板桩内。
专利申请号为CN201610481147.6 的发明专利申请公开了一种工字型复合钢板桩，包括拉森钢板桩和工字钢。工字钢的一侧翼缘连接在拉森钢板桩凹面的腹板上。本发明虽具有可快速施工和止水效果好的优点，又具有抗变形能力好的优点，但仍存在如下不足：（1）工字钢连接在拉森钢板桩腹部，增加了钢板桩的腹部刚度，但拉森钢板桩扣件接口刚度并未增加，则该支护结构薄弱环节并未解决；（2）一排钢板桩，只能形成一道止水作用，基坑开挖后，渗漏水情况较严重。
因此，改进现有的刚结构支护桩，使其结构简单、节约建筑用地，且止水效果好的支护桩，已经是一个值得研究的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种结构简单、节约建筑用地，且止水效果好的，特别适用于中小地下停车库，能在场地狭小的施工环境中进行操作的组合钢结构支护桩及其施工方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种组合钢结构支护桩，包括带直角边异型空腹钢桩2、H型钢桩1和U型钢桩3；所述带直角边异型空腹钢桩2在其2个垂直端各设有2个悬臂，悬臂的末端设置有用于连接的带直角异型空腹钢桩悬臂圆球5，其4个直角围成的空间为上下贯通的带直角异型空腹钢桩空腹6；所述H型钢桩1的两翼分别设置2个3/4圆弧的H型钢桩圆弧卡扣4；所述U型钢桩3的两端分别设置为U型钢桩两端圆球7；所述带直角边异型空腹钢桩2通过桩边悬臂末端的带直角异型空腹钢桩悬臂圆球5与H型钢桩1连接；所述U型钢桩3通过两端U型钢桩两端圆球7与H型钢桩1连接；
所述的H型钢桩1的截面宽高比为0.45～0.6，根据工程设计确认采用的H型钢桩的截面大小；
所述的H型钢桩的两翼设置的3/4圆弧的H型钢桩圆弧卡扣4中圆弧直径为30～50mm，具体尺寸根据H型钢桩截面大小确定，H型钢桩截面越大，圆弧直径越大；
所述的带直角边异型空腹钢桩2的有效边长与H型钢桩宽度相同，方便连接；
所述的带直角边异型空腹钢桩2的垂直端悬臂末端设置的带直角异型空腹钢桩悬臂圆球5的直径小于H型钢桩圆弧卡扣直径10mm；
所述U型钢桩3的高度小于H型钢桩1宽度的0.4倍；
所述U型钢桩3两端设置的U型钢桩两端圆球7的直径小于H型钢桩圆弧卡扣4直径10mm；
一种组合钢结构支护桩的施工方法，包括以下步骤：（一）、是H型钢桩1、带直角边异型空腹钢桩2和U型钢桩3，三者均由设计根据工程规模和地质条件计算确定具体的截面尺寸和截面材料厚度和等级，然后由工厂制作好再运输至现场或现场制作；（二）、是根据地质情况采用整体、局部或单根压沉；当地质等其他因素限制无法整体压沉时，可单根或局部压沉至预定标高；（三）是基坑土方开挖，以及后续的钢围檩10、围檩支架和钢支撑8施工。
一种组合钢结构支护桩的施工方法，包括以下步骤：
步骤一：将带直角边异型空腹钢桩2设置于基坑四边直角角落；
步骤二：沿着平行于地下结构外墙的基坑边线，放线H型钢桩1和U型钢桩3，采用机械方法将H型钢桩1和U型钢桩3逐根压沉；
步骤三：开挖基坑土方，并根据设计要求，架设钢围檩10和钢支撑8；
步骤四：地下室或地下结构施工方法以及基坑土方回填与传统基坑一致。
施工方法采取如下步骤：
所述的一种组合钢结构支护桩的施工方法，其具体施工步骤如下：1）、选择要支护的基坑的其中一个直角角落，将1根带直角边异型空腹钢桩2经测量放线，设置于基坑直角角落，并采用机械压入至设计标高，接着利用施工机械的外力将第一根H型钢桩1垂直压入地坪到设计标高，并确保H型钢桩1的H型钢桩圆弧卡扣4与带直角边异型空腹钢桩2的带直角异型空腹钢桩悬臂圆球5紧密相扣，形成有效的止水锁扣；然后利用外力将第一根U型钢桩3垂直压入地坪，并确保该U型钢桩3一侧的U型钢桩两端圆球7扣件与第一根H型钢桩1另一侧的3/4H型钢桩圆弧卡扣4插接，紧密相扣，且配合形成导向；
2）、接下来按照上述方法施工第二根U型钢桩3，待将第二根U型钢桩3压入至地坪到设计标高后，开始施工第二根H型钢桩1；以该方式循序施工第三根U型钢桩3、第四根U型钢桩3、第三根H型钢桩1……，完成该组合钢结构支护桩的施工；
3）、开挖基坑土方至第一道内支撑底标高，根据设计要求架设钢支撑8和钢围檩10；所述钢支撑8采用双拼H350×350型钢；所述钢支撑8两侧分别焊接两块尺寸为-200×200×16的水平钢加劲板9；所述的钢围檩10采用双拼H400×400型钢；所述钢支撑8与钢围檩10通过焊接封头钢板11连接在一起；为了加强钢围檩的整体抗剪性能，在所述钢围檩10采用的型钢翼缘之间设置竖向钢加劲板12；为了基坑整体的稳定性，在所述钢围檩10下设置尺寸为-500×300×16水平向钢垫板14和尺寸为-500×250×16竖向钢牛腿13；为了进一步加强钢围檩和组合钢结构支护桩的连接和稳定，在所述的钢围檩10和组合钢结构桩之间焊接尺寸为-400×400×20的竖向钢垫板15，并采用直径为25mm，间距为1500mm的2根钢吊筋17，焊接在钢围檩和组合钢结构桩上，如图7所示；最后在所述的钢围檩10和组合钢结构桩之间的空隙内密实填充C25混凝土16；
4）、待钢支撑8和钢围檩10设置完后，且填充混凝土16达到设计强度的50%后，继续向下开挖土方；根据设计需要，可按上述方法，设置第二道钢支撑或第三道钢支撑……，直至土方开挖至基坑底标高；
5）、进行地下室或地下结构施工，其方法以及基坑土方回填与传统基坑一致。
积极有益效果：本发明相对于现有技术来说，具有如下优点：1.通过带直角边异型空腹钢桩、H型钢桩和U型钢桩组合成的钢结构支护体系，整体结构简单、可靠性高；2.节省建筑用地、无泥浆污染和无地下永久性固废物，属于绿色环保建筑；3.因后期各类钢桩均可拔出回收，故工程综合造价低；4.施工便捷，可大大地缩短工期；5.采用双层防护结构，进一步提高抗渗能力，满足抗渗要求；6.各类钢桩可工厂定制加工，节约劳动力，改善劳动条件，提高施工安全性，并具有广泛的适用性。
附图说明
图1为本发明的平面示意图；
图2为本发明所述带直角边异型空腹钢桩与H型钢桩连接平面示意图；
图3为本发明所述H型钢桩与U型钢桩连接平面示意图；
图4为本发明所述H型钢桩立体示意图；
图5为本发明所述带直角边异型空腹钢桩立体示意图；
图6为本发明所述U型钢桩立体示意图；
图7为本发明与钢围檩连接结构示意图；
图中为： H型钢桩1、带直角异型空腹钢桩2、U型钢桩3、H型钢桩圆弧卡扣4、带直角异型空腹钢桩悬臂圆球5、带直角异型空腹钢桩空腹6、U型钢桩两端圆球7、钢支撑8、水平钢加劲板9、钢围檩10、封头钢板11、竖向钢加劲板12、钢牛腿13、水平钢垫板14、竖向钢垫板15、C25素混凝土16、钢吊筋17。
具体实施方式
下面结合附图及实施例，对本发明做进一步的说明：
如如图1～7所示，一种组合钢结构支护桩，包括带直角边异型空腹钢桩2、H型钢桩1和U型钢桩3；所述带直角边异型空腹钢桩2在其2个垂直端各设有2个悬臂，悬臂的末端设置有用于连接的带直角异型空腹钢桩悬臂圆球5，其4个直角围成的空间为上下贯通的带直角异型空腹钢桩空腹6；所述H型钢桩1的两翼分别设置2个3/4圆弧的H型钢桩圆弧卡扣4；所述U型钢桩3的两端分别设置为U型钢桩两端圆球7；所述带直角边异型空腹钢桩2通过桩边悬臂末端的带直角异型空腹钢桩悬臂圆球5与H型钢桩1连接；所述U型钢桩3通过两端U型钢桩两端圆球7与H型钢桩1连接；
所述的H型钢桩1的截面宽高比为0.45～0.6，根据工程设计确认采用的H型钢桩的截面大小；
所述的H型钢桩的两翼设置的3/4圆弧的H型钢桩圆弧卡扣4中圆弧直径为30～50mm，具体尺寸根据H型钢桩截面大小确定，H型钢桩截面越大，圆弧直径越大；
所述的带直角边异型空腹钢桩2的有效边长与H型钢桩宽度相同，方便连接；
所述的带直角边异型空腹钢桩2的垂直端悬臂末端设置的带直角异型空腹钢桩悬臂圆球5的直径小于H型钢桩圆弧卡扣直径10mm；
所述U型钢桩3的高度小于H型钢桩1宽度的0.4倍；
所述U型钢桩3两端设置的U型钢桩两端圆球7的直径小于H型钢桩圆弧卡扣4直径10mm；
一种组合钢结构支护桩的施工方法，包括以下步骤：
步骤一：将带直角边异型空腹钢桩2设置于基坑四边直角角落；
步骤二：沿着平行于地下结构外墙的基坑边线，放线H型钢桩1和U型钢桩3，采用机械方法将H型钢桩1和U型钢桩3逐根压沉；
步骤三：开挖基坑土方，并根据设计要求，架设钢围檩10和钢支撑8；
步骤四：地下室或地下结构施工方法以及基坑土方回填与传统基坑一致。
实施例1
一种组合钢结构支护桩及其施工方法，由以下几部分组成：（一）、是H型钢桩、带直角边异型空腹钢桩和U型钢桩，三者均由设计根据工程规模和地质条件计算确定具体的截面尺寸和截面材料厚度和等级，然后由工厂制作好再运输至现场或现场制作；（二）、是根据地质情况采用整体、局部或单根压沉；当地质等其他因素限制无法整体压沉时，可单根或局部压沉至预定标高；（三）、是基坑土方开挖，以及后续的钢围檩、围檩支架和钢支撑施工，钢围檩、钢支护桩和钢支撑连接如图7所示。
所述的组合钢结构深基坑支护体系，由基坑四个直角角落的4根带直角边异型空腹钢桩、若干根H型钢桩和若干根U型钢桩间隔组成，压桩前要应沿基坑支护边线详细定位放线，并有序排放。根据地质情况H型钢桩与U型钢桩截面应匹配，U型钢桩的高度小于H型钢桩宽度的0.4倍，U型钢桩两端设置的圆球直径小于H型钢桩圆弧卡扣直径10mm；
所述的一种组合钢结构支护桩的施工方法，其具体施工步骤如下：1）、选择要支护的基坑的其中一个直角角落，将1根带直角边异型空腹钢桩2经测量放线，设置于基坑直角角落，并采用机械压入至设计标高，接着利用施工机械的外力将第一根H型钢桩1垂直压入地坪到设计标高，并确保H型钢桩1的H型钢桩圆弧卡扣4与带直角边异型空腹钢桩2的带直角异型空腹钢桩悬臂圆球5紧密相扣，形成有效的止水锁扣；然后利用外力将第一根U型钢桩3垂直压入地坪，并确保该U型钢桩3一侧的U型钢桩两端圆球7扣件与第一根H型钢桩1另一侧的3/4H型钢桩圆弧卡扣4插接，紧密相扣，且配合形成导向；
2）、接下来按照上述方法施工第二根U型钢桩3，待将第二根U型钢桩3压入至地坪到设计标高后，开始施工第二根H型钢桩1；以该方式循序施工第三根U型钢桩3、第四根U型钢桩3、第三根H型钢桩1……，完成该组合钢结构支护桩的施工；
3）、开挖基坑土方至第一道内支撑底标高，根据设计要求架设钢支撑8和钢围檩10；所述钢支撑8采用双拼H350×350型钢；所述钢支撑8两侧分别焊接两块尺寸为-200×200×16的水平钢加劲板9；所述的钢围檩10采用双拼H400×400型钢；所述钢支撑8与钢围檩10通过焊接封头钢板11连接在一起；为了加强钢围檩的整体抗剪性能，在所述钢围檩10采用的型钢翼缘之间设置竖向钢加劲板12；为了基坑整体的稳定性，在所述钢围檩10下设置尺寸为-500×300×16水平向钢垫板14和尺寸为-500×250×16竖向钢牛腿13；为了进一步加强钢围檩和组合钢结构支护桩的连接和稳定，在所述的钢围檩10和组合钢结构桩（1、2或3）之间焊接尺寸为-400×400×20的竖向钢垫板15，并采用直径为25mm，间距为1500mm的2根钢吊筋17，焊接在钢围檩和组合钢结构桩上，如图7所示；最后在所述的钢围檩10和组合钢结构桩之间的空隙内密实填充C25混凝土16；
4）、待钢支撑8和钢围檩10设置完后，且填充混凝土16达到设计强度的50%后，继续向下开挖土方；根据设计需要，可按上述方法，设置第二道钢支撑或第三道钢支撑……，直至土方开挖至基坑底标高；
5）、进行地下室或地下结构施工，其方法以及基坑土方回填与传统基坑一致。
本实施例具有施工速度快，止水性能好，抗侧面压力更强大，支护结构稳定安全好，支护结构可重复利用，环保无污染等特点，具有较高的经济效益、社会效益、环境效益。
本发明相对于现有技术来说，具有如下优点：1.通过带直角边异型空腹钢桩、H型钢桩和U型钢桩组合成的钢结构支护体系，整体结构简单、可靠性高；2.节省建筑用地、无泥浆污染和无地下永久性固废物，属于绿色环保建筑；3.因后期各类钢桩均可拔出回收，故工程综合造价低；4.施工便捷，可大大地缩短工期；5.采用双层防护结构，进一步提高抗渗能力，满足抗渗要求；6.各类钢桩可工厂定制加工，节约劳动力，改善劳动条件，提高施工安全性，并具有广泛的适用性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种组合钢结构支护桩，包括带直角边异型空腹钢桩（2）、H型钢桩（1）和U型钢桩（3）；所述带直角边异型空腹钢桩（2）在其2个垂直端各设有2个悬臂，悬臂的末端设置有用于连接的带直角异型空腹钢桩悬臂圆球（5），其4个直角围成的空间为上下贯通的带直角异型空腹钢桩空腹（6）；所述H型钢桩（1）的两翼分别设置2个3/4圆弧的H型钢桩圆弧卡扣（4）；所述U型钢桩（3）的两端分别设置为U型钢桩两端圆球（7）；所述带直角边异型空腹钢桩（2）通过桩边悬臂末端的带直角异型空腹钢桩悬臂圆球（5）与H型钢桩（1）连接；所述U型钢桩（3）通过两端U型钢桩两端圆球（7）与H型钢桩（1）连接。
2.根据权利要求1所述的一种组合钢结构支护桩，其特征在于：所述的H型钢桩（1）的截面宽高比为0.45～0.6，根据工程设计确认采用的H型钢桩的截面大小。
3.根据权利要求1所述的一种组合钢结构支护桩，其特征在于：所述的H型钢桩（1）的两翼设置的3/4圆弧的H型钢桩圆弧卡扣（4）中圆弧直径为30～50mm，具体尺寸根据H型钢桩截面大小确定，H型钢桩截面越大，圆弧直径越大。
4.根据权利要求1所述的一种组合钢结构支护桩，其特征在于：所述的带直角边异型空腹钢桩（2）的有效边长与H型钢桩宽度相同。
5.根据权利要求1所述的一种组合钢结构支护桩，其特征在于：所述的带直角边异型空腹钢桩（2）的垂直端悬臂末端设置的带直角异型空腹钢桩悬臂圆球（5）的直径小于H型钢桩圆弧卡扣直径10mm。
6.根据权利要求1所述的一种组合钢结构支护桩，其特征在于：所述U型钢桩（3）的高度小于H型钢桩（1）宽度的0.4倍。
7.根据权利要求1所述的一种组合钢结构支护桩，其特征在于：所述U型钢桩（3）两端设置的U型钢桩两端圆球（7）的直径小于H型钢桩圆弧卡扣（4）直径10mm。
8.一种组合钢结构支护桩的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：（一）、采用如权利要求1所述的H型钢桩（1）、带直角边异型空腹钢桩（2）和U型钢桩（3），三者均由设计根据工程规模和地质条件计算确定具体的截面尺寸和截面材料厚度和等级，然后由工厂制作好再运输至现场或现场制作；（二）、是根据地质情况采用整体、局部或单根压沉；当地质等其他因素限制无法整体压沉时，可单根或局部压沉至预定标高；（三）是基坑土方开挖，以及后续的钢围檩（10）、围檩支架和钢支撑（8）施工。
9.根据权利要求8所述的一种组合钢结构支护桩的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将带直角边异型空腹钢桩（2）设置于基坑四边直角角落；
步骤二：沿着平行于地下结构外墙的基坑边线，放线H型钢桩（1）和U型钢桩（3），采用机械方法将H型钢桩（1）和U型钢桩（3）逐根压沉；
步骤三：开挖基坑土方，并根据设计要求，架设钢围檩（10）和钢支撑（8）；
步骤四：地下室或地下结构施工方法以及基坑土方回填与传统基坑一致。
10.根据权利要求8或9所述的一种组合钢结构支护桩的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
所述的一种组合钢结构支护桩的施工方法，其具体施工步骤如下：1）、选择要支护的基坑的其中一个直角角落，将1根带直角边异型空腹钢桩（2）经测量放线，设置于基坑直角角落，并采用机械压入至设计标高，接着利用施工机械的外力将第一根H型钢桩（1）垂直压入地坪到设计标高，并确保H型钢桩（1）的H型钢桩圆弧卡扣（4）与带直角边异型空腹钢桩（2）的带直角异型空腹钢桩悬臂圆球（5）紧密相扣，形成有效的止水锁扣；然后利用外力将第一根U型钢桩（3）垂直压入地坪，并确保该U型钢桩（3）一侧的U型钢桩两端圆球（7）扣件与第一根H型钢桩（1）另一侧的3/4H型钢桩圆弧卡扣（4）插接，紧密相扣，且配合形成导向；
2）、接下来按照上述方法施工第二根U型钢桩（3），待将第二根U型钢桩（3）压入至地坪到设计标高后，开始施工第二根H型钢桩（1）；以该方式循序施工第三根U型钢桩（3）、第四根U型钢桩（3）、第三根H型钢桩（1）……，完成该组合钢结构支护桩的施工；
3）、开挖基坑土方至第一道内支撑底标高，根据设计要求架设钢支撑（8）和钢围檩（10）；所述钢支撑（8）采用双拼H350×350型钢；所述钢支撑（8）两侧分别焊接两块尺寸为-200×200×16的水平钢加劲板（9）；所述的钢围檩（10）采用双拼H400×400型钢；所述钢支撑（8）与钢围檩（10）通过焊接封头钢板（11）连接在一起；为了加强钢围檩的整体抗剪性能，在所述钢围檩（10）采用的型钢翼缘之间设置竖向钢加劲板（12）；为了基坑整体的稳定性，在所述钢围檩（10）下设置尺寸为-500×300×16水平向钢垫板（14）和尺寸为-500×250×16竖向钢牛腿（13）；为了进一步加强钢围檩和组合钢结构支护桩的连接和稳定，在所述的钢围檩（10）和组合钢结构桩之间焊接尺寸为-400×400×20的竖向钢垫板（15），并采用直径为25mm，间距为1500mm的2根钢吊筋（17），焊接在钢围檩和组合钢结构桩上；最后在所述的钢围檩（10）和组合钢结构桩之间的空隙内密实填充C25混凝土（16）；
4）、待钢支撑（8）和钢围檩（10）设置完后，且填充混凝土（16）达到设计强度的50%后，继续向下开挖土方；根据设计需要，可按上述方法，设置第二道钢支撑或第三道钢支撑……，直至土方开挖至基坑底标高；
5）、进行地下室或地下结构施工，其方法以及基坑土方回填与传统基坑一致。
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