CN111593737A - 可回收基坑钢立柱连接装置及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于土木工程技术领域的一种可回收基坑钢立柱连接装置及施工方法。钢立柱连接装置包括钢立柱、楼板连接装置，底板连接装置；楼板连接装置螺栓连接钢立柱与楼板；底板连接装置螺栓连接钢立柱与灌注桩。该装置和方法适用于设置内支撑的基坑工程，可实现钢立柱的完整回收，避免分段割除变为废料。基坑的钢立柱一般为格构式钢柱，下部与灌注桩连接，通过设置通用型的楼板连接装置、底板连接装置及桩顶和楼板的连接件，避免钢立柱与结构板整浇，主要采用螺栓连接方式组合钢立柱装置，和灌注桩及楼板均为可拆卸连接接头，在施工完成后，钢立柱及连接装置均可回收。本技术能大量节约钢材、通用性强、施工拆装方便、节能环保。

Description

可回收基坑钢立柱连接装置及施工方法

技术领域

本技术属土木工程技术领域，具体涉及一种可回收基坑钢立柱连接装置及施工方法。

背景技术

在设置内支撑的基坑工程施工过程中，一般需要采用钢立柱，作为临时内支撑系统的竖向受力构件，立柱下设置立柱桩，一般采用灌注桩。其中钢立柱采用角钢及缀板加工成格构式钢柱。施工过程中，在基坑最上层临时支撑拆除前，结构地下室底板及各层楼板施工时，立柱仍需保留，常规解决方案为钢立柱整浇于底板及各层楼板内，底板范围尚需设置止水钢板，待最上层支撑拆除时，把钢立柱分层割除，整浇于底板及楼板内的钢立柱不回收。该方案存在以下几个方面不足：1.钢立柱成本较高，拆除时被分段割除，不能重复利用；2.底板中残留的一小段钢立柱与立柱桩为强连接，影响结构底板内力分布，同时结构底板计算时一般都难以充分考虑此项影响因素，造成存在不安全隐患，如结构底板裂缝等；3.为保证立柱桩成桩质量，施工时需超罐混凝土，在基坑开挖至坑底后再凿除超灌部分，格构式钢柱与混凝土桩握裹牢固，彻底凿除难度较大。由于以上原因，在立柱施工过程中，钢立柱成本高，钢材浪费严重，且不利于节能环保。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种可回收基坑钢立柱连接装置及施工方法，其施工简便，钢立柱能完全重复利用，通用性强。

本发明的技术方案为：一种可回收基坑钢立柱连接装置，包括钢立柱、楼板连接装置，底板连接装置；钢立柱为角钢与缀板经焊接组合而成的格构式钢柱；底板连接装置包括连接段钢管和连接段法兰板，连接段法兰板位于连接段钢管的底部并与灌注桩的桩顶钢板通过桩顶螺栓连接；桩顶钢板和连接段法兰板中部开洞，桩顶钢板下部焊接桩顶钢环，灌注桩纵筋与桩顶钢环焊接；角钢下端嵌入连接段钢管内并与连接段钢管通过立柱连接螺栓连接；楼板连接装置包括安装在角钢外围的托架、托架顶部与楼板通过楼板螺栓连接；托架的侧边与角钢通过托架安装螺栓连接。

基于上述技术特征：缀板中部设置一组斜向的第一长圆螺栓孔；托架为钢板焊接为槽形，槽形底部设置一组斜向的第二长圆螺栓孔，第一长圆螺栓孔的倾斜方向与第二长圆螺栓孔的倾斜方向相反，第一长圆孔间距与第二长圆螺栓孔的孔间距相等；托架安装螺栓穿过第一长圆螺栓孔与第二长圆螺栓孔的交点连接托架与角钢。

基于上述技术特征：托架安装螺栓分别穿过交点中任意两处连接托架与角钢。

基于上述技术特征：连接段钢管为两片组合结构，通过连接段拼接螺栓组合为方形钢管。

基于上述技术特征：楼板在钢立柱位置处设置楼板洞口边框，为钢板焊接而成，与楼板钢筋焊接，楼板洞口边框底部设置楼板螺栓，与托架顶部连接，楼板洞口边框尺寸大于钢立柱外轮廓尺寸。

基于上述一种可回收基坑钢立柱连接装置的施工方法，施工方案为：

步骤一：灌注桩的灌注桩纵筋与灌注桩的桩顶钢环焊接，并与灌注桩箍筋绑扎成钢筋笼；

步骤二：底板连接装置的连接段法兰板与桩顶钢板通过桩顶螺栓连接，钢立柱的角钢下端嵌入连接段钢管内并与连接段钢管通过立柱连接螺栓连接；

步骤三：灌注桩钻孔施工，将连接一体的钢立柱、底板连接装置、桩顶钢板、桩顶钢环及钢筋笼下放入桩孔，浇注混凝土，混凝土顶面标高位于连接段钢管范围内；

步骤四：开挖基坑暴露钢立柱顶端后，将所需各层地下室的楼板洞口边框套在钢立柱上；

步骤五：分别施工各层支撑结构，开挖基坑至坑底，浇注底板垫层至灌注桩边缘，浇注钢筋混凝土底板，在连接段钢管周边临时留洞，不浇注混凝土；

步骤六：施工楼板时，在钢立柱上安装托架及通过楼板螺栓固定楼板洞口边框，将非洞口处的楼板钢筋与楼板洞口边框焊接，浇注楼板的混凝土；

步骤七：地下室施工完成后，拆除各层支撑结构，分别解除托架安装螺栓、立柱连接螺栓、桩顶螺栓，以拆除钢立柱、托架、和连接段钢管并回收；

步骤八：凿除连接段钢管范围内的灌注桩混凝土，桩顶以上铺设泡沫板，上表面与底板垫层平齐，绑扎底板预留的临时留洞范围内的底板钢筋并浇注钢筋混凝土底板混凝土；

步骤九：楼板洞口边框底部安装板洞底模板，焊接楼板洞口边框内洞口范围的楼板钢筋，浇注洞口范围内的楼板混凝土；

步骤十：待洞口范围内的楼板混凝土强度达到设计要求后，拆除板洞底模板，割除外露部分的楼板螺栓，完成全部地下室结构施工。

该装置和方法适用于设置内支撑的基坑工程，可实现钢立柱的完整回收，避免分段割除变为废料。基坑的钢立柱一般为格构式钢柱，下部与灌注桩连接，通过设置通用型的楼板连接装置、底板连接装置及桩顶和楼板的连接件，避免钢立柱与结构板整浇，主要采用螺栓连接方式组合钢立柱装置，和灌注桩及楼板均为可拆卸连接接头，在施工完成后，钢立柱及连接装置均可回收。本方案能大量节约钢材、通用性强、施工拆装方便、节能环保。

本发明的有益效果包括：1.钢立柱可完全重复利用，通用性强，节能环保；2.格构柱及连接段不被握裹在混凝土内部，便于拆除；3.灌注桩与结构底板无连接，不影响结构受力计算。

附图说明

图1为本发明的整体安装图。

图2为楼板开洞处A-A断面图。

图3为楼板连接装置处B-B断面图。

图4为底板连接装置处C-C断面图。

图5为底板连接装置与桩顶连接处D-D剖面图。

图6为托架详图。

图7为底板连接段部件详图。

图8为钢立柱回收后底板洞口范围二次施工示意图。

图9为钢立柱回收后楼板洞口模板安装及施工示意图。

图10为楼板洞口施工完毕示意图。

图中标号：1为钢立柱，11为角钢，12为缀板，13为立柱连接螺栓，2为楼板连接装置，21为托架，22为托架安装螺栓，3为底板连接装置，31为连接段钢管，32为连接段法兰板，33为连接段拼接螺栓，4为灌注桩，41为桩顶钢板，42为桩顶钢环，43为桩顶螺栓，44为灌注桩纵筋，45为灌注桩箍筋，5为楼板，51为楼板洞口边框，511为楼板钢筋，52为楼板螺栓，53为板洞底模板，6为底板，61为钢筋混凝土底板，611为底板钢筋，62为底板垫层，63为泡沫板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1所示，本可回收基坑钢立柱连接装置包括钢立柱1、楼板连接装置2及底板连接装置3。

其中钢立柱1为角钢11与缀板12经焊接组合而成的格构式钢柱，缀板12可为方形钢板，中部设置一组斜向第一长圆螺栓孔。

其中楼板连接装置2包括托架21及托架安装螺栓22，托架21为钢板焊接槽形构件，槽底部设置一组第二长圆螺栓孔，缀板12设有一组第一长圆螺栓孔；所述第一长圆孔间距与所述第二长圆螺栓孔的孔间距相等，倾斜方向互为相反，如图6所示；此开孔方式能保证托架21上下移动到任意标高时，缀板12及托架21的长圆螺栓孔均保证有两个交点，可安装两根托架安装螺栓22，将托架21可靠安装在钢立柱1上，钢立柱四面或两面设置托架21，如图3所示。

托架21顶部与楼板5连接，楼板5在立柱位置预留洞口，设置楼板洞口边框51，可兼做板开洞侧模板，楼板洞口边框51为钢板焊接而成，侧板与非洞口处的楼板钢筋511焊接，底部设置楼板螺栓52，与托架21顶部连接，如图1、图2所示，楼板洞口边框51尺寸大于钢立柱1外轮廓尺寸，便于回收钢立柱1时从洞口内抽出钢立柱1，如图2所示。

钢立柱1的角钢11下端设置螺栓孔，通过立柱连接螺栓13与底板连接装置3连接，如图1、图4所示。

其中底板连接装置3由连接段钢管31及连接段法兰板32组成，可为两片组合结构，通过连接段拼接螺栓33组合为方形钢管及环形法兰板，方形钢管外尺寸及弧形转角与钢立柱角钢内部净尺寸一致，如图4所示；法兰板中部开洞，其内孔用于灌注混凝土时下放导管，连接段法兰板32设置螺栓孔，与灌注桩4桩顶钢板41通过桩顶螺栓43连接，如图1、图4、图5、图7所示。

灌注桩4顶部设置桩顶钢板41，中部开洞，用于灌注混凝土时下放导管，桩顶钢板41下部焊接桩顶钢环42，灌注桩纵筋44与桩顶钢环42焊接；桩顶钢板41设置螺栓孔，与连接段法兰板32通过桩顶螺栓43连接。如图1、图5所示。

本发明的施工及回收方法如下：

(1)将灌注桩纵筋44与灌注桩箍筋45绑扎成钢筋笼，并与桩顶钢环42焊接，如图1、图5所示。

(2)将连接段钢管31及连接段法兰板32通过连接段拼接螺栓33拼接成底板连接装置3，连接段钢管31内表面刷脱模剂，便于后期拆除，底部与桩顶钢板41通过桩顶螺栓43连接一体，钢立柱1的角钢11下端嵌入连接段钢管31内并与连接段钢管31通过立柱连接螺栓13连接一体，如图1、图4、图5所示。

(3)灌注桩4钻孔施工，将连接一体的钢立柱1、底板连接装置3及灌注桩4钢筋笼下放入桩孔，浇注混凝土，按相关规范规定，混凝土浇注面标高应高于桩顶设计标高，超出桩顶标高的混凝土位于连接段钢管31内部，如图1、图4所示。

(4)开挖基坑表层土，暴露钢立柱1顶端后，将所需各层地下室楼板洞口边框51套在立柱桩上，随开挖深度加深，楼板洞口边框51可下放到相应高度，楼板洞口边框51也可以拆分为两片，后期套在钢立柱1上再连接为一体，如图2所示。

(5)施工各层支撑结构，开挖基坑至坑底，浇注底板垫层62至灌注桩4边缘，灌注桩4周边适当加厚垫层，在连接段钢管31周边临时留洞，不浇注混凝土，其余范围内浇注钢筋混凝土底板61，完成底板6施工，如图1所示。

(6)施工地下室楼板5时，先在钢立柱1上安装托架21，固定楼板洞口边框51，将非洞口处的楼板钢筋511与楼板洞口边框51焊接，浇注楼板5混凝土，分别完成各层地下室楼板5施工，如图1所示。

(7)地下室施工完成后，拆除相应支撑，分别解除托架安装螺栓22、立柱连接螺栓13、桩顶螺栓43，以拆除钢立柱1、托架21、连接段钢管31并回收。如采用拼接形式，同时拆除连接段拼接螺栓33。

(8)凿除连接段钢管31内的灌注桩混凝土，在桩顶以上铺设泡沫板63，泡沫板63上表面与底板垫层62上表面平齐，绑扎底板6预留洞范围底板钢筋611并浇注混凝土，完成底板6预留洞部分施工，如图8所示。

(9)各层楼板洞口边框51内焊接楼板钢筋511，楼板洞口边框51底部安装板洞底模板53，可利用楼板螺栓52固定板洞底模板53，浇注洞口范围内的楼板混凝土，如图9所示；

(10)板洞口内混凝土强度达到设计要求后，拆除板洞底模板53，割除外露部分的楼板螺栓52，完成全部地下室结构施工，如图10所示。

下面通过实施例进一步描述本发明。

实施例1，其中钢立柱1的角钢11采用L160X14等边角钢，外轮廓尺寸为470mm；缀板12为14mm厚矩形钢板，竖向布置中心间距为700mm，每块缀板12中部设置一组45°斜向第一长圆螺栓孔，螺栓孔竖向间距100mm，孔长度70mm，可安装M20螺栓；角钢11下端设置M24螺栓孔，立柱连接螺栓13为M24螺栓，如图1所示。

其中楼板连接装置2的托架21为12mm钢板焊接为槽形，底部设置一组第二长圆螺栓孔，孔规格与缀板相同，竖向间距100mm，倾斜方向为反向45°，如图6所示，与缀板12通过托架安装螺栓22连接，如图1所示；托架安装螺栓22为M20螺栓；托架21顶部设置M20螺栓孔。

其中底板连接装置3的连接段钢管31为两片组合结构，采用16mm厚钢板弯制而成，通过连接段拼接螺栓33组合为方形钢管，钢管外边长为442mm，与钢立柱1角钢内部尺寸相同，弧形转角与角钢11内弧角相同，如图4、图5所示，连接段拼接螺栓33为M24螺栓；连接段法兰板32为30mm厚半圆环形，内径350mm，外径770mm，钢板设置M30螺栓孔，如图7所示，拼合后为圆环形，如图5所示。

灌注桩4为直径800mm的灌注桩，灌注桩纵筋44直径为20mm、灌注桩箍筋45直径为10mm，如图1所示；灌注桩4顶部设置桩顶钢板41，为30mm厚圆环形钢板，外径为800mm，中部开洞直径350mm，设置M30螺栓孔与连接段法兰板32连接，如图5所示；桩顶钢板41下部焊接桩顶钢环42，钢环长度120mm，壁厚10mm，钢环外径660mm，与灌注桩纵筋44内侧净尺寸相同，桩顶钢环42外侧与灌注桩纵筋44焊接。

楼板5在立柱位置预留洞口，洞口尺寸为570mmX570mm，设置楼板洞口边框51，兼做板开洞侧模板，楼板洞口边框51为10mm厚钢板焊接而成，侧板宽度与楼板厚度相同，与楼板钢筋511焊接，底部设置楼板螺栓52，为M20螺栓，与托架21顶部连接，如图1、图2所示；钢立柱回收后浇注板洞混凝土时采用的板洞底模板53可采用18mm木模板。

钢立柱回收后桩顶以上设置的泡沫板63厚度约为100mm，可根据现场施工误差调整。

以上所有部件均可通过焊接及螺栓连接、拆装；参照图1～图10，本技术领域的施工及安装技术人员均能顺利实施。

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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种可回收基坑钢立柱连接装置，其特征在于：包括钢立柱(1)、楼板连接装置(2)，底板连接装置(3)；所述钢立柱(1)为角钢(11)与缀板(12)经焊接组合而成的格构式钢柱；所述底板连接装置(3)包括连接段钢管(31)和连接段法兰板(32)，所述连接段法兰板(32)位于所述连接段钢管(31)的底部并与灌注桩(4)的桩顶钢板(41)通过桩顶螺栓(43)连接；所述桩顶钢板(41)和连接段法兰板(32)中部开洞，所述桩顶钢板(41)下部焊接桩顶钢环(42)，灌注桩纵筋(44)与所述桩顶钢环(42)焊接；所述角钢(11)下端嵌入所述连接段钢管(31)内并与所述连接段钢管(31)通过立柱连接螺栓(13)连接；所述楼板连接装置(2)包括安装在所述角钢(11)外围的托架(21)、所述托架(21)顶部与楼板(5)通过楼板螺栓(52)连接；所述托架(21)的侧边与所述角钢(11)通过托架安装螺栓(22)连接。

2.根据权利要求1所述的一种可回收基坑钢立柱连接装置，其特征在于：所述缀板(12)中部设置一组斜向的第一长圆螺栓孔；所述托架(21)为钢板焊接为槽形，所述槽形底部设置一组斜向的第二长圆螺栓孔，所述第一长圆螺栓孔的倾斜方向与所述第二长圆螺栓孔的倾斜方向相反，所述第一长圆孔间距与所述第二长圆螺栓孔的孔间距相等；所述托架安装螺栓(22)穿过所述第一长圆螺栓孔与第二长圆螺栓孔的交点连接所述托架(21)与所述角钢(11)。

3.根据权利要求2所述的一种可回收基坑钢立柱连接装置，其特征在于：所述托架安装螺栓(22)分别穿过所述交点中任意两处连接所述托架(21)与所述角钢(11)。

4.根据权利要求1所述的一种可回收基坑钢立柱连接装置，其特征在于：所述连接段钢管(31)为两片组合结构，通过连接段拼接螺栓(33)组合为方形钢管。

5.根据权利要求1所述的一种可回收基坑钢立柱连接装置，其特征在于：所述楼板(5)在所述钢立柱(1)位置处设置楼板洞口边框(51)，为钢板焊接而成，与楼板钢筋(511)焊接，所述楼板洞口边框(51)底部设置所述楼板螺栓(52)，与所述托架(21)顶部连接，所述楼板洞口边框(51)尺寸大于所述钢立柱(1)外轮廓尺寸。

6.根据权利要求5所述的一种可回收基坑钢立柱连接装置的施工方法，其特征在于：

步骤一：所述灌注桩(4)的所述灌注桩纵筋(44)与所述灌注桩(4)的所述桩顶钢环(42)焊接，并与灌注桩箍筋(45)绑扎成钢筋笼；

步骤二：所述底板连接装置(3)的所述连接段法兰板(32)与所述桩顶钢板(41)通过所述桩顶螺栓(43)连接，所述钢立柱(1)的所述角钢(11)下端嵌入所述连接段钢管(31)内并与所述连接段钢管(31)通过所述立柱连接螺栓(13)连接；

步骤三：所述灌注桩(4)钻孔施工，将连接一体的所述钢立柱(1)、所述底板连接装置(3)、所述桩顶钢板(41)、所述桩顶钢环(42)及所述钢筋笼下放入桩孔，浇注混凝土，混凝土顶面标高位于所述连接段钢管(31)范围内；

步骤四：开挖基坑暴露所述钢立柱(1)顶端后，将各层地下室的所述楼板洞口边框(51)套在所述钢立柱(1)上；

步骤五：分别施工各层支撑结构，开挖基坑至坑底，浇注底板垫层(62)至所述灌注桩(4)边缘，浇注钢筋混凝土底板(61)，在所述连接段钢管(31)周边临时留洞，不浇注混凝土；

步骤六：施工所述楼板(5)时，在所述钢立柱(1)上安装所述托架(21)及通过所述楼板螺栓(52)固定所述楼板洞口边框(51)，将非洞口处的所述楼板钢筋(511)与所述楼板洞口边框(51)焊接，浇注所述楼板(5)的混凝土；

步骤七：地下室施工完成后，拆除所述各层支撑结构，分别解除所述托架安装螺栓(22)、所述立柱连接螺栓(13)、所述桩顶螺栓(43)，以拆除所述钢立柱(1)、所述托架(21)、和所述连接段钢管(31)并回收；

步骤八：凿除所述连接段钢管(31)范围内的灌注桩混凝土，桩顶以上铺设泡沫板(63)，上表面与所述底板垫层(62)平齐，绑扎底板预留的所述临时留洞范围内的底板钢筋(611)并浇注所述钢筋混凝土底板(61)混凝土；

步骤九：所述楼板洞口边框(51)底部安装板洞底模板(53)，焊接所述楼板洞口边框(51)内洞口范围的所述楼板钢筋(511)，浇注所述洞口范围内的楼板混凝土；

步骤十：待所述洞口范围内的所述楼板混凝土强度达到设计要求后，拆除所述板洞底模板(53)，割除外露部分的所述楼板螺栓(52)，完成全部地下室结构施工。

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