CN108425683A - 一种装配式桩基转换隧道结构及施工方法 - Google Patents

一种装配式桩基转换隧道结构及施工方法 Download PDF

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Abstract

一种装配式桩基转换隧道结构及施工方法,主要用于隧道、地铁穿越既有桩基的地下工程,属地下建筑工程领域,桩基转换隧道结构由转换梁、转换柱、横托梁和Г形节点构件组成;分别将两侧H型钢水平打入土体,将橡胶垫片包裹在桩基设计位置,其上紧固抱箍结构,用工字型连接件将抱箍结构与两侧H型钢连接,构成转换梁;分别将两根转换柱顶入到上、下侧转换梁两端的承压型高强螺栓孔处,用Г形节点构件将转换柱的两端翼缘与转换梁的两端翼缘相连;截断桩基,将横托梁固定在抱箍结构位于开挖空间内侧的翼缘上,形成桩基转换隧道结构。本发明为装配式钢结构,施工快速,能充分利用原有桩基,节约材料,降低施工成本。

Description

一种装配式粧基转换隧道结构及施工方法
技术领域
[0001] 本发明涉及属地下建筑工程领域,具体是桩基转换隧道结构技术。
背景技术
[0002] 目前,我国正处于城市化进程高速发展时期,城市人口急剧扩张,城市尤其是大城 市的交通问题日益突出,严重制约城市的未来发展。由于地上空间利用非常紧张,以地面道 路系统解决城市交通拥堵问题收效甚微,因而城市地下空间的规划、设计、建造得到了越来 越多的重视,尤其是地下交通系统的建立对缓解城市交通拥堵起到至关重要的作用。然而 城市发展的顺序是以地上建筑为先,再加上深基础粧基是现代高层、超高层建筑的常用基 础形式,所以不可避免的造成隧道、地铁的修建与地上建筑物基础的相互冲突,施工中穿越 既有建筑物桩基的情况越来越多,如何保证隧道、地铁穿越既有桩基快速安全施工是目前 亟需解决的难题。
[0003] 为保障既有建筑物的正常使用和隧道、地铁的正常施工,通常情况下,会对既有建 筑物桩基进行桩基托换。现有的粧基托换技术是:在隧道、地铁两侧分别施工托换新桩,然 后施工托换大梁将桩基“包死固接”,托换新桩和托换大梁普遍利用混凝土浇筑形成;托换 新桩和托换大梁施工完成后,在托换新桩桩顶和托换大梁之间利用千斤顶将原有粧基的荷 载转移到托换新桩上,截断原有桩基并挖除,最后进行隧道、地铁的施工。申请号为 201510635206.6的专利公开了一种隧道穿越既有大直径桩建筑物的托换装置,通过打设托 换微型粧解决隧道穿越桩基持力层的问题。从上述的桩基托换技术可以看出,现有的技术 虽然解决了既有建筑物的桩基与隧道、地铁修筑之间的矛盾,但是不能够合理利用隧道、地 铁下部的未受扰动持力层和截断后剩余的原有桩基,更存在着截粧后剩余粧基废除导致的 资源浪费、托换新粧基和托换大梁施工周期长、经济成本高等问题。
[0004]因此,寻求一种既能够充分利用原有桩基又能够快速施工的粧基转换隧道结构和 施工方法,来优化和改进现有技术的不足,降低隧道、地铁施工的经济成本,提高工程质量, 是非常必要和迫切的。
发明内容
[0005]本发明的目的是提供一种装配式桩基转换隧道结构及施工方法。
[0006]本发明是一种装配式粧基转换隧道结构及施工方法,装配式桩基转换隧道结构由 转换梁1、转换柱5、横托梁7和r形节点构件8组成;转换梁1由抱箍结构2及其两侧的H型钢 通过工字型连接件3连接而成;转换柱5由H型钢及其上焊接的抗滑结构6构成;横托梁7为H 型钢;r形节点构件s由两块低合金钢板端部呈直角焊接而成;分别将上侧抱箍结构2两侧 的H型钢水平打入开挖空间两侧土体,使H型钢外露部分紧靠开挖空间上侧土体,把橡胶垫 片9包裹在与H型钢同一水平高度的桩基外表面上,将抱箍结构2紧固在橡胶垫片9上,用工 字型连接件3将抱箍结构2与已经打入开挖空间两侧土体的H型钢连接,构成上侧转换梁1; 下侧转换梁1采用相同方法施工;通过千斤顶分别将两根转换柱5顶入到上、下侧转换梁丄两 端的承压型螺栓11孔处,用r形节点构件8将每根转换柱5的两端翼缘与上、下侧转换梁1的 两端翼缘相连;截断桩基,横托梁7通过承压型高强螺栓11固定在抱箍结构2位于开挖空间 内侧的翼缘上,并使横托梁7的正中位置正对桩基断面的中心处,形成桩基转换隧道结构。 [0007]装配式粧基转换隧道结构的施工方法,其步骤为: (1) 构件预制:根据设计要求确定转换梁1、转换柱5、横托梁7所选用H型钢的型号和长 度;根据承载力要求,确定工字型连接件3、抗滑结构6、r形节点构件8的低合金钢板型号、 尺寸,并焊接成型;根据桩基直径和设计要求选择半圆形槽钢箍件4所用槽型钢的型号和尺 寸,并压制成型;将抗滑结构6焊接在转换柱5所选用的H型钢一侧翼缘上,完成转换柱5的预 制;所有预制件均作防锈处理; (2) 开挖施工空间:根据设计要求开挖施工空间,并采用临时支护结构稳定开挖面; (3) 施工转换梁1:分别将上侧抱箍结构2两侧的H型钢水平打入开挖空间两侧土体中 500〜6〇Omm,使H型钢开设螺栓孔的一端朝向开挖空间内侧;把橡胶垫片9包裹在与H型钢同 一水平高度的桩基外表面上,对扣两片半圆形槽钢箍件4,并使半圆形槽钢箍件4直段通长 布设螺栓孔的一侧翼缘朝向开挖空间内侧,用摩擦型高强螺栓10紧固,完成上侧抱箍结构2 施工;用工字型连接件3和承压型高强螺栓丨丨将上侧抱箍结构2分别与两侧打入土体的H型 钢连接,完成上侧转换梁1施工;采用同样方法施工下侧的转换梁1; ^ (4)施工r形节点构件8:在上侧转换梁丨靠近开挖空间侧壁的预留螺栓孔处,通过承压 型高强螺栓11将r形节点构件S的底板连接到上侧转换梁丨位于开挖空间内侧的翼缘上,使 r形节点构件8的竖板靠近土体;同样方法施工下侧转换梁i上的r形节点构件8; (5) 施工转换柱5:在上、下侧转换梁i之间竖直卡入转换柱5,通过千斤顶将转换柱5顶 至开挖空间土体壁面位置处,使转换柱5外侧翼缘紧贴r形节点构件8的竖板,同时抗滑结 构6也顶入侧壁土体中,利用摩擦型高强螺栓10将转换柱5与r形节点构件8的竖板相连;同 样方法施工开挖空间另一侧转换柱5; (6) 桩基截除:截粧机截断上、下侧转换梁1中间的桩基,磨平截桩口; (7) 施工横托梁7:利用承压型高强螺栓丨丨将横托梁7开设螺栓孔的一侧翼缘分别与上、 下侧抱箍结构2位于开挖空间内侧的翼缘相连,完成横托梁7施工;用混凝土把转换空间的 下侧找平。
[0008]、本发明的有益效果:本发明与现有的桩基托换方法相比,具有以下优点:(1)桩基 转^隧道结构为装配式箱型钢结构,解决现浇混凝土施工的不便,提高施工效率,保证结构 质量,缩短壬期。(2)充分利用原有桩基,减少材料消耗,节约资源,降低工程生产成本。(3) 结构新颖,受力合理,能够有效传递上部结构荷载,转换梁深入土体部分可以降低截桩后转 换梁的跨中弯矩,避免因转换梁变形过大引起的转换结构失效;横托梁可以提供安全储备, 防止因上部荷载增加而导致的转换结构失效。(4)转换柱的抗滑结构可以增大摩擦阻力,可 以分担一部分上部荷载至周围土体中,降低了结构承受荷载,对安全有利。
附图说明
[0009]图i是本发明桩^托换结构整体示意图;图2是转换梁示意图是抱箍结构示意 图;图j是工字型射妾件不意图;图5是横托梁示意图;图6是转雛示意图;图7是r形节点 构件示意图。附图标记及对应名称为:转换梁丨、抱箍结构2、工字型连接件3、半圆形钢箍件 4、转换柱5、抗滑结构6、横托梁7、r形节点构件8、橡胶垫片9、摩擦型高强螺栓1〇、承压型高 强螺栓11。
具体实施方式
[0010]下面结合附图及具体的实施实例对本发明进一步说明,所举实例只用于解释本发 明并非仅限于本实例。在阅读本发明后,凡在本发明原理内所做的等同替换、修改都属于本 发明的保护范围。
[0011]本发明的工作原理:①桩基转换隧道结构代替截断桩基,构成新桩基的一部分,能 够承担上部荷载,上部荷载通过抱箍结构传递到上侧转换梁中,一部分荷载通过上侧转换 梁伸入土体部分传递到土体中,另一部分荷载通过左、右侧转换柱传递至下侧结构中;而下 侧结构所承担的一部分荷载又通过转换柱的抗滑结构传递至周边土体中,另一部分传递至 下侧转换梁,由残余的原桩基和转换梁下侧的土体共同承担。②桩基转换隧道结构为装配 式箱型结构,与原有桩基相比,极大增加了与周围土体的接触面积,使新桩基的摩擦阻力增 大,并且粧基转换隧道结构下侧起到端承的作用,使粧基由原先仅靠摩擦承载转变成摩擦 与局部端承共同承载,新粧基承载能力大大增加。③粧基转换隧道结构的转换梁、转换柱构 成箱型封闭结构,隧道断面通过转换结构后,粧基转换隧道结构可用作隧道的衬砌,起到支 挡土体的作用。
[0012]如图1〜图7所示,本发明是一种装配式桩基转换隧道结构及施工方法,桩基转换隧 道结构由转换梁1、转换柱5、横托梁7和「形节点构件8组成;转换梁1由抱箍结构2及其两侧 的H型钢通过工字型连接件3连接而成;转换柱5由H型钢及其上焊接的抗滑结构6构成;横托 梁7为H型钢;r形节点构件s由两块低合金钢板端部呈直角焊接而成;分别将上侧抱箍结构 2两侧的H型钢水平打入开挖空间两侧土体,使H型钢紧靠开挖空间上侧土体,把橡胶垫片9 包裹在与H型钢同一水平高度的粧基外表面上,将抱箍结构2紧固在橡胶垫片9上,用工字型 连接件3将抱箍结构2与已经打入开挖空间两侧土体的H型钢连接,构成上侧转换梁1;下侧 转换梁1采用相同方式构成;通过千斤顶分别将两根转换柱5顶入到上、下侧转换梁1两端的 承压型螺栓11孔处,用r形节点构件8将每根转换柱5的两端翼缘与上、下侧转换梁1的两端 翼缘相连;截断桩基,横托梁7通过承压型高强螺栓11固定在抱箍结构2位于开挖空间内侧 的翼缘上,并使横托梁7的正中位置正对桩基断面的中心处,形成桩基转换隧道结构。
[0013]如图1、图2、图3所示,抱箍结构2长1500〜2500mm,高400〜600mm,由两片半圆形槽钢 箍件4通过摩擦型高强螺栓1〇对拼连接而成;两片半圆形槽钢箍件4对拼连接间距为50〜 200mm,其曲率与粧基曲率相同;半圆形槽钢箍件4的圆形开口两侧带有500〜1000mm的槽型 钢直段,每侧槽型钢直段腹板上间隔100〜2〇Omm梅花形预留三排6〜12个用于对拼连接的摩 擦型高强螺栓10孔;在距槽型钢直段的端部50〜100mm处,其上、下翼缘间隔50〜80mm水平开 设一排3〜5个承压型高强螺栓11孔,用于连接工字型连接件3;在槽型钢直段任意一侧翼缘 端部30(K500mm处间隔50〜80mm通长开设一排6〜8个承压型高强螺栓11孔,用于连接横托梁 7〇
[0014]如图1、图2、图4所示,工字型连接件3由三块低合金钢板按照工字型焊接而成,其 中竖向钢板的高度与抱箍结构2高度相同,水平钢板长600〜800mm,其端部开设与半圆形槽 钢箍件4直段上、下翼缘相同的承压型高强螺栓11孔。
[0015]如图1、图5所示,横托梁7为带加劲肋的H型钢,其长度比抱箍结构2短100〜300mm; 横托梁7中间600〜1000mm范围内不预留孔洞,仅在两侧端部带有与半圆形槽钢箍件4直段通 长布设的承压型高强螺栓11孔相配合的螺栓孔;H型钢腹板上间隔100〜300mm焊有肋板。 [0016]如图1、图6所示,转换柱5为带有抗滑结构6的H型钢,其高度低于托换结构空间30〜 80mm,两端的外侧翼缘上间距30〜50mm设有两排4〜8个摩擦型高强螺栓10孔;抗滑结构6由三 块低合金钢板呈等腰直角三角形焊接而成,其中一直角边板焊接在H型钢翼缘上,另一直角 边板在斜边板的上方;直角边板长均为200〜500mm,宽度与H型钢翼缘宽度相同;抗滑结构6 在距H型钢两端部400〜800mm的范围内布设,间距为500〜1000mm。
[0017]如图1、图7所示,r形节点构件8由两块低合金钢板端部呈直角焊接而成,其宽度 与H型钢相同,长400〜800mm,厚15〜40mm; r形节点构件8的底板上间隔30〜100mm的距离预留 4〜6个承压型高强螺栓11孔,用于连接转换梁1,竖板上开设有与转换柱5两端外侧翼缘上相 同的摩擦型高强螺栓10孔。
[0018]如图1、图2、图3所示,橡胶垫片9采用硅橡胶,加工成长条形,其长度是桩基周长, 宽度比半圆形槽钢箍件4宽度大80〜120mm,围成圆周的曲率与桩基曲率相同。
[0019]如图1〜图7所示,装配式桩基转换隧道结构的施工方法,其步骤为: (1) 构件预制:根据设计要求确定转换梁1、转换柱5、横托梁7所选用H型钢的型号和长 度;根据承载力要求,确定工字型连接件3、抗滑结构6、「形节点构件8的低合金钢板型号、 尺寸,并焊接成型;根据桩基直径和设计要求选择半圆形槽钢箍件4所用槽型钢的型号和尺 寸,并压制成型;将抗滑结构6按要求焊接在转换柱5所选用的H型钢一侧翼缘上,完成转换 柱5的预制;所有预制件均作防锈处理; (2) 开挖施工空间:根据设计要求开挖施工空间,并采用临时支护结构稳定开挖面; (3) 施工转换梁1:分别将上侧抱箍结构2两侧的H型钢水平打入开挖空间两侧土体中 500〜600mm,使H型钢螺栓孔的一端朝向开挖空间内侧;把橡胶垫片9包裹在与H型钢同一水 平高度的粧基外表面上,对扣两片半圆形槽钢箍件4,并使半圆形槽钢箍件4直段通长布设 螺栓孔的一侧翼缘朝向开挖空间内侧,用摩擦型高强螺栓10紧固,完成上侧抱箍结构2施 工;用工字型连接件3和承压型高强螺栓^将上侧抱箍结构2分别与两侧打入土体的H型钢 连接,完成上侧转换梁1施工;采用同样方法施工下侧的转换梁1; (4) 施工r形节点构件s:在上侧转换梁i靠近开挖空间侧壁的预留螺栓孔处,通过承压 型高强螺栓11将「形节点构件8的底板连接到上侧转换梁1位于开挖空间内侧的翼缘上,使 r形节点构件8的竖板靠近土体;同样方法施工下侧转换梁丨上的r形节点构件8; (5) 施工转换柱5:在上、下侧转换梁1之间竖直卡入转换柱5,通过千斤顶将转换柱5顶 至开挖空间土体坡面位置处,使转换柱5外侧翼缘紧贴r形节点构件8竖板,并且让抗滑结 构6也顶入侧壁土体中,利用摩擦型高强螺栓1〇将转换柱5与r形节点构件8竖板相连;同样 方法施工开挖空间另一侧转换柱5; (6) 桩基截除:截桩机截断上、下侧转换梁1中间的桩基,磨平截桩口; (7) 施工横托梁7:利用承压型高强螺栓丨丨将横托梁7开设螺栓孔的一侧翼缘分别与上、 下侧抱箍结构2位于开挖空间内侧的翼缘相连,完成横托梁7施工;用混凝土把转换空间的 下侧找平。

Claims (8)

1.一种装配式粧基转换隧道结构,其特征在于:粧基转换隧道结构由转换梁(1)、转换 柱⑸、横托梁⑺和r形节点构件⑻组成;转换梁⑴由抱箍结构⑵及其两侧的h型钢通 过工字型连接件(3)连接而成;转换柱(5)由H型钢及其上焊接的抗滑结构(6)构成;横托梁 ⑺为H型钢;r形节点构件⑻由两块低合金钢板端部呈直角焊接而成;分别将上侧抱箍结 构(2)两侧的H型钢水平打入开挖空间两侧土体,使H型钢外露部分紧靠开挖空间上侧土体, 把橡胶垫片(9)包裹在与H型钢同一水平高度的粧基外表面上,将抱箍结构(2)紧固在橡胶 垫片(9)上,用工字型连接件(3)将抱箍结构(2)与己经打入开挖空间两侧土体的H型钢连 接,构成上侧转换梁(1);下侧转换梁⑴采用相同方式构成;通过千斤顶分别将两根转换柱 (5)顶入到上、下侧转换梁⑴两端的承压型高强螺栓(11)孔处,用r形节点构件⑻将每根 转换柱(5)的两端翼缘与上、下侧转换梁(1)的两端翼缘相连;截断粧基,横托梁(7)通过承 压型高强螺栓(11)固定在抱箍结构(2)位于开挖空间内侧的翼缘上,并使横托梁(7)的正中 位置正对桩基断面的中心处,形成桩基转换隧道结构。
2.根据权利要求1所述的装配式粧基转换隧道结构,其特征在于:抱箍结构(2)长1500~ 2500mm,高400〜600mm,由两片半圆形槽钢箍件(4)通过摩擦型高强螺栓(10)对拼连接而成; 两片半圆形槽钢箍件(4)对拼连接间距为50~200mm,其曲率与桩基曲率相同;半圆形槽钢箍 件(4)的圆形开口两侧带有500〜1000mm的槽型钢直段,每侧槽型钢直段腹板上间隔100〜 200mm梅花形预留三排6〜12个用于对拼连接的摩擦型高强螺栓(10)孔;在距槽型钢直段端 部50〜100mm处,其上、下翼缘间隔50〜80mm水平开设一排3〜5个承压型高强螺栓(11)孔洞,用 于连接工字型连接件(3);在槽型钢直段任意一侧翼缘端部300〜500mm处间隔50〜80ram通长 开设一排6〜8个承压型高强螺栓(11)孔。
3. 根据权利要求1所述的装配式桩基转换隧道结构,其特征在于:工字型连接件(3)由 三块低合金钢板按照工字型焊接而成,其中竖向钢板的高度与抱箍结构(2)高度相同,水平 钢板长600〜800mm,其端部开设与半圆形槽钢箍件(4)直段上、下翼缘相同的承压型高强螺 栓(11)孔。
4. 根据权利要求1所述的桩基转换隧道结构,其特征在于:横托梁(7)为带加劲肋的H型 钢,其长度比抱箍结构⑵短100〜300圓;横托梁⑺中间60(K1000mm范围内不开设孔洞,仅 在两侧端部带有与半圆形槽钢箍件(4)直段通长布设的承压型高强螺栓(11)孔相配合的螺 检孔;H型钢腹板上间隔100〜300mm焊有肋板。
5.根据权利要求1所述的装配式桩基转换隧道结构,其特征在于:转换柱(5)为带有抗 滑结构(6)的H型钢,其高度低于转换结构空间30〜80mm,两端的外侧翼缘上间距30〜50mm设 有两排4〜8个摩擦型高强螺栓(10)孔;抗滑结构(6)由三块低合金钢板呈等腰直角三角形焊 接而成,其中一直角边板焊接在H型钢翼缘上,另一直角边板在斜边板的上方;直角边板长 均为200〜500mm,宽度与H型钢翼缘宽度相同;抗滑结构(6)在距H型钢两端部400〜800mm的范 围内布设,间距为500〜1000mm。
6.根据权利要求1所述的装配式桩基转换隧道结构,其特征在于:r形节点构件(8)由 两块低合金钢板端部呈直角焊接而成,其宽度与H型钢翼缘宽度相同,长400〜800圆,厚15〜 40mm; r形节点构件(8)的底板上间隔30〜100mm的距离预留4〜6个承压型高强螺栓(11)孔, 用于连接转换梁(1),竖板上开设有与转换柱(5)两端外侧翼缘上相同的摩擦型高强螺栓 (10)孔。
7. 根据权利要求1所述的装配式桩基转换隧道结构,其特征在于:橡胶垫片(9)采用硅 橡胶,加工成长条形,其长度是桩基周长,宽度比半圆形槽钢箍件(4)宽度大80〜120ram,围成 圆周的曲率与桩基曲率相同。
8. 装配式桩基转换隧道结构的施工方法,其特征在于,其步骤为: (1) 构件预制:根据设计要求确定转换梁(1)、转换柱(5)、横托梁(7)所选用H型钢的型 号和长度;根据承载力要求,确定工字型连接件(3)、抗滑结构(6)、「形节点构件(8)的低合 金钢板型号、尺寸,并焊接成型;根据桩基直径和设计要求选择半圆形槽钢箍件(4)所用槽 型钢的型号和尺寸,并压制成型;将抗滑结构(6)焊接在转换柱(5)所选用的H型钢一侧翼缘 上,完成转换柱(5)的预制;所有预制件均作防锈处理; (2) 开挖施工空间:根据设计要求开挖施工空间,并采用临时支护结构稳定开挖面; (3) 施工转换梁(1):分别将上侧抱箍结构(2)两侧的H型钢水平打入开挖空间两侧土体 中500〜600mm,使H型钢开设螺栓孔的一端朝向开挖空间内侧;把橡胶垫片(9)包裹在与h型 钢同一水平高度的粧基外表面上,对扣两片半圆形槽钢箍件(4),并使半圆形槽钢箍件(4) 直段通长布设螺栓孔的一侧翼缘均朝向开挖空间内侧,用摩擦型高强螺栓(10)紧固,完成 上侧抱箍结构(2)施工;用工字型连接件(3)和承压型高强螺栓(11)将上侧抱箍结构(2)分 别与两侧打入土体的H型钢连接,完成上侧转换梁(1)施工;采用同样方法施工下侧的转换 梁⑴; (4) ^工r形节点构件(8):在上侧转换梁a)靠近开挖空间侧壁的预留螺栓孔处,通过 承压型高强螺栓(11)将r形节点构件(8)的底板连接到上侧转换梁(1)位于开挖空间内侧 的翼缘上,使r形节点构件(8)的竖板靠近土体;同样方法施工下侧转换梁(1)上的r形节 点构件(8); (5) 施工转换柱(5):在上、下侧转换梁a)之间竖直卡入转换柱(5),通过千斤顶将转换 柱(5)顶至开挖空间土体壁面位置处,使转换柱(5)外侧翼缘紧贴r形节点构件(8)竖板,同 时抗滑结构(6)也顶入侧壁土体中,利用摩擦型高强螺栓(10)将转换柱(5)与r形节点构件 (8)竖板相连;同样方法施工开挖空间另一侧转换柱(5); (6) 粧基截除:截桩机截断上、下侧转换梁(1)中间的粧基,磨平截桩口; ⑺施工横托梁⑺:利用承压型高强螺栓(1 D将横托梁⑺开设螺栓孔的一侧翼缘分 另IJ与上、下侧抱箍结构⑵位于开挖空间内侧的翼缘相连,完成横托梁⑺施工;用混凝土把 转换空间的下侧找平。
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