CN114482073A - 一种大直径钢管桩与拉森钢板桩组合支护结构体系 - Google Patents

Abstract

本发明属于基坑支护技术领域，涉及一种大直径钢管桩与拉森钢板桩组合支护结构体系，大直径钢管桩和拉森钢板桩竖直放置在待施工的地面上并通过第一止水锁扣与第二止水锁扣卡扣连接，标高限位水平尺安装在大直径钢管桩和拉森钢板桩之间，卡扣固定在大直径钢管桩的顶端，起重钳的一端与拉森钢板桩固定锁止，另一端与可拆卸多节链条连接，可拆卸多节链条上方竖直设有硬质合金矩形轴，水平检测器位于硬质合金矩形轴的顶部，钢卷尺水平设置并与卡扣连接；其整体结构简单，便于操作，解决了大直径钢管桩和拉森钢板桩高差不符合设计要求的问题，保证了打桩时桩的垂直度，避免了打桩受阻的情况，提高了桩的施工效率和质量，节约了人力、物力、财力。

Description

一种大直径钢管桩与拉森钢板桩组合支护结构体系

技术领域：

本发明属于基坑支护技术领域，涉及一种大直径钢管桩与拉森钢板桩组合支护结构体系。

背景技术：

目前，大直径钢管桩+拉森钢板桩组合支护结构作为一种有效的止水方式在基坑支护工程中得到了广泛应用，其止水原理主要是通过焊接在大直径钢管桩上的止水锁扣与拉森钢板桩的止水锁扣相互搭接咬合而成,而且大直径钢管桩和拉森钢板桩在地下室施工完毕之后可以拔出回收，实现重复利用，进而节约了投入成本。为保证基坑的整体稳定性，通常将大直径钢管桩+拉森钢板桩组合支护结构与钢筋混凝土冠梁及腰梁组合设计。由于大直径钢管桩和拉森钢板桩长度不同，其设计深度也不同，存在一定的高差,通常大直径钢管桩桩顶的标高与钢筋混凝土冠梁的顶面平齐，而拉森钢板桩的桩顶标高只嵌入冠梁内100mm，以便给冠梁和腰梁内的钢筋设计布置留足适当的操作空间。

在大直径钢管桩和拉森钢板桩组合施工时，往往出现大直径钢管桩倾斜，打桩穿透力不够，甚至是锁扣脱开等问题，纠正过程繁琐复杂,而且由于大直径钢管桩和拉森钢板桩之间的重量差和摩阻力作用，还会产生“跟桩现象”,“跟桩现象”是指已打入的拉森钢板桩随着大直径钢管桩的打入继续沉入土层。已有研究表明，钢管桩每打入1m，拉森钢板桩跟桩0.1～0.3m不等，入土深度越深，“跟桩现象”越明显,所以通常需要反复的上拔和打入，操作繁琐，施工效率非常低。

针对上述问题，现有的技术CN204653U“一种组合钢板桩”，其包括H型钢板和U型钢板，H型钢板的翼板具有圆管结构，U型钢板具有圆钢结构，H型钢板和U型钢板通过圆管和圆钢形成的锁扣结构连接，圆管和圆钢的间距为6～8mm,该结构通过控制两种钢板锁扣连接处的间距大小，来限制跟桩现象，但其连接处不紧密，导致整体稳定性差，而且连接处存在空隙，易脱开且不利于止水。现有技术中大多没有考虑组合支护结构施工过程中的钢桩倾斜和打桩受阻等问题，另外止水效果也不佳。因此，亟待设计一种新型的组合支护结构体系，能够提高组合支护结构的整体稳定性、止水能力、打桩速度，并能有效阻止拉森钢板桩跟桩，实现支护结构的循环利用，助力碳中和与碳达峰。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种大直径钢管桩+拉森钢板桩组合支护结构体系，解决现有技术中存在的支护结构整体稳定性不足、“跟桩现象”严重，导致拉森钢板桩和大直径钢管桩标高不满足设计要求、打桩时大直径钢管桩倾斜及打桩受阻等问题。

为实现上述目的,本发明所述大直径钢管桩与拉森钢板桩组合支护结构体系包括大直径钢管桩、拉森钢板桩、第一止水锁扣、第二止水锁扣和标高限位水平尺，其中标高限位水平尺包括卡扣、可拆卸多节链条、起重钳、水平检测器、钢卷尺和硬质合金矩形轴；大直径钢管桩和拉森钢板桩竖直放置在待施工的地面上并通过第一止水锁扣与第二止水锁扣卡扣连接，标高限位水平尺安装在大直径钢管桩和拉森钢板桩之间，卡扣固定在大直径钢管桩的顶端，起重钳的一端与拉森钢板桩固定锁止，另一端与可拆卸多节链条连接，可拆卸多节链条用于控制和调节大直径钢管桩和拉森钢板桩的高差，可拆卸多节链条上方竖直设有硬质合金矩形轴，水平检测器位于硬质合金矩形轴的顶部，钢卷尺水平设置并与卡扣连接。

优选的，所述大直径钢管桩与拉森钢板桩组合支护结构还包括控制器、传输线、接收装置、金属环套、金属轨道和PDC切土器；金属环套设置在金属轨道上方形成一体式结构安装在大直径钢管桩的底端，接收装置设置在金属轨道上，传输线套有“凯夫拉”材料，并从第一止水锁扣内引出，控制器通过传输线与接收装置连接，PDC切土器设置在金属轨道下方并与接收装置连接控制器将指令以电信号形式传出，接收装置将电信号转化为动力，使PDC切土器沿金属轨道顺时针旋转切割土体，防止大直径钢管桩打桩受阻，或折叠增加大直径钢管桩底端与土体接触面积，防止大直径钢管桩继续下沉。

优选的，所述大直径钢管桩为市售无缝钢管桩，直径为800～1200mm，壁厚为8～16mm，拉森钢板桩选用SP-Ⅳ型，宽度为400mm，高度为170mm，厚度为15.5mm。

优选的，所述第一止水锁扣和第二止水锁扣沿缝插接连接且无松动，一方面互起导向作用，另一方面可以提高组合支护结构的整体稳定性和止水能力，避免在特殊土层如砂土中，砂土颗粒挤入锁扣空隙引起锁扣脱离。

优选的，所述卡扣尺寸与大直径钢管桩壁厚大小相同，起重钳具有自锁装置，能够限制拉森钢板桩在重力方向上的移动；可拆卸多节链条材质为硬质合金，水平检测器依靠水平检测器中的气泡位置随时检测打桩垂直度并实时调整；钢卷尺的伸展范围为0～50mm，以保证前后桩齐平。

优选的，金属环套与大直径钢管桩的尺寸相同，PDC切土器的竖向尺寸为大直径钢管桩直径的三分之一，范围介于260～400mm，横向尺寸为竖向尺寸的一半，范围在130～200mm之间。

本发明与现有技术相比，其整体结构简单，便于操作，解决了因“跟桩现象”导致的大直径钢管桩和拉森钢板桩高差不符合设计要求的问题，保证了打桩时桩的垂直度，避免了打桩受阻的情况，提高了桩的施工效率和质量，节约了人力、物力、财力，卡扣解决了采用挂钩悬挂的方式产生的晃动甚至掉落的问题，而且第一止水锁扣和第二止水锁扣之间插接紧密，防止两者之间出现松动甚至脱离，有效限制了砂土层或岩性地层下钢板桩的跟桩及大直径钢管桩的打桩倾斜和打桩受阻，提升了组合支护结构的整体稳定性和止水效果能实现支护结构的循环利用，助力碳中和与碳达峰。

附图说明：

图1为本发明所述标高限位水平尺的结构示意图。

图2为本发明所述水平检测器的结构示意图。

图3为本发明所述第一止水锁扣的结构示意图。

图4为本发明所述大直径钢管桩和拉森钢板桩连接详图。

图5为本发明在施工完第一根大直径钢管桩和第一根拉森钢板桩的基础上施工第二根大直径钢管桩的结构示意图。

图6为本发明图5施工完毕的结构示意图。

图7为本发明施工完成的局部结构示意图。

图8为本发明所述PDC切土器与大直径钢管桩连接示意图。

图9为本发明所述PDC切土器折叠时示意图。

具体实施方式：

下面通过实施例并结合附图对本发明作进一步说明。

实施例：

本实施例所述大直径钢管桩与拉森钢板桩组合支护结构体系包括大直径钢管桩1、拉森钢板桩2、第一止水锁扣3、第二止水锁扣4和标高限位水平尺5，其中标高限位水平尺5包括卡扣501、可拆卸多节链条502、起重钳503、水平检测器504、钢卷尺505和硬质合金矩形轴506；大直径钢管桩1和拉森钢板桩2竖直放置在待施工的地面6上并通过第一止水锁扣3与第二止水锁扣4卡扣连接，标高限位水平尺5安装在大直径钢管桩1和拉森钢板桩2之间，卡扣501固定在大直径钢管桩1的顶端，起重钳503的一端与拉森钢板桩2固定锁止，另一端与可拆卸多节链条502连接，可拆卸多节链条502用于控制和调节大直径钢管桩1和拉森钢板桩2的高差，可拆卸多节链条502上方竖直设有硬质合金矩形轴506，水平检测器504位于硬质合金矩形轴506的顶部，钢卷尺505水平设置并与卡扣501连接。

具体的，所述大直径钢管桩与拉森钢板桩组合支护结构还包括控制器701、传输线702、接收装置703、金属环套704、金属轨道705和PDC切土器706；金属环套704设置在金属轨道705上方形成一体式结构安装在大直径钢管桩1的底端，接收装置703设置在金属轨道705上，传输线702套有“凯夫拉”材料，并从第一止水锁扣3内引出，控制器701通过传输线702与接收装置703连接，PDC切土器706设置在金属轨道705下方并与接收装置703连接控制器701将指令以电信号形式传出，接收装置703将电信号转化为动力，使PDC切土器706沿金属轨道705顺时针旋转切割土体，防止大直径钢管桩1打桩受阻，或折叠增加大直径钢管桩1底端与土体接触面积，防止大直径钢管桩1继续下沉。

具体的，所述大直径钢管桩1为市售无缝钢管桩，直径为800～1200mm，壁厚为8～16mm，拉森钢板桩2选用SP-Ⅳ型，宽度为400mm，高度为170mm，厚度为15.5mm。

具体的，所述第一止水锁扣3和第二止水锁扣4沿缝插接连接且无松动，一方面互起导向作用，另一方面可以提高组合支护结构的整体稳定性和止水能力，避免在特殊土层如砂土中，砂土颗粒挤入锁扣空隙引起锁扣脱离。

具体的，所述卡扣501尺寸与大直径钢管桩1壁厚大小相同，起重钳503具有自锁装置，能够限制拉森钢板桩2在重力方向上的移动；可拆卸多节链条502材质为硬质合金，水平检测器504依靠水平检测器504中的气泡位置随时检测打桩垂直度并实时调整；钢卷尺505的伸展范围为0～50mm，以保证前后桩齐平。

具体的，金属环套704与大直径钢管桩1的尺寸相同，PDC切土器706的竖向尺寸为大直径钢管桩1直径的三分之一，范围介于260～400mm，横向尺寸为竖向尺寸的一半，范围在130～200mm之间。

本实施例对支护结构体系进行施工的具体过程为：

(1)采用现有技术依次进行沟槽测量放线、场地平整、挖沟槽、桩位测量放线和安装导向架；

(2)采用履带吊+振动锤/钢桩为机械手，桩机应平稳、平正，并用线锤对立柱垂直定位观测以确保桩机的垂直度，安装上标高限位水平尺5，标高限位水平尺5的下端悬空，金属环套704固定到大直径钢管桩1底端，通过控制器701将控制PDC切土器706顺时转动的指令通过电信号经传输线702传递给接收装置703，接收装置703将电信号转化为动力控制PDC切土器706沿着金属轨道705快速顺时转动切割土体；然后启动振动锤匀速加压振送第一根大直径钢管桩1直至地面6以上设计位置，此时控制器701将控制PDC切土器706折叠的指令通过电信号经传输线702传递给接收装置703，接收装置703将电信号转化为动力控制PDC切土器706折叠，在此过程中随时观测标高限位水平尺5中的水平检测器504，保证大直径钢管桩1打桩时的垂直度；

(3)拆下标高限位水平尺5，调转机械手夹起拉森钢板桩2到预定位置，将第二止水锁扣4插接入邻侧第一止水锁扣3，依靠止水锁扣的导向作用，启动振动锤匀速加压震送拉森钢板桩2同样垂直打入地面，并使拉森钢板桩2桩顶与第一根大直径钢管桩1桩顶持平；

(4)进行第二根大直径钢管桩1的施工，调转机械手夹起第二根大直径钢管桩1，将第一根拉森钢板桩2另一侧的第二止水锁扣4插接入第二根大直径钢管桩1邻侧的第一止水锁扣3，同步骤(2)，依靠止水锁扣的导向作用，启动振动锤匀速加压振送第二根大直径钢管桩1，在第一根拉森钢板桩2产生“跟桩现象”时，即与第一根大直径钢管桩1不再齐平，关闭振动锤，将起重钳503与拉森钢板桩2固定锁止，并将可拆卸多节链条502调整到设计高差尺寸，启动振动锤匀速加压振送第二根大直径钢管桩1直至与伸展的钢卷尺505齐平，即与第一根大直径钢管桩1齐平。拆下标高限位水平尺5，循环使用；

(5)按照步骤(2)、(3)、(4)循环施工第二根拉森钢板桩2、第三根大直径钢管桩1、第三根拉森钢板桩2……，直至完成大直径钢管桩+拉森钢板桩组合支护结构的施工。

Claims (5)

1.一种大直径钢管桩与拉森钢板桩组合支护结构体系，其特征在于，包括大直径钢管桩、拉森钢板桩、第一止水锁扣、第二止水锁扣和标高限位水平尺，其中标高限位水平尺包括卡扣、可拆卸多节链条、起重钳、水平检测器、钢卷尺和硬质合金矩形轴；大直径钢管桩和拉森钢板桩竖直放置在待施工的地面上并通过第一止水锁扣与第二止水锁扣卡扣连接，标高限位水平尺安装在大直径钢管桩和拉森钢板桩之间，卡扣固定在大直径钢管桩的顶端，起重钳的一端与拉森钢板桩固定锁止，另一端与可拆卸多节链条连接，可拆卸多节链条用于控制和调节大直径钢管桩和拉森钢板桩的高差，可拆卸多节链条上方竖直设有硬质合金矩形轴，水平检测器位于硬质合金矩形轴的顶部，钢卷尺水平设置并与卡扣连接。

2.根据权利要求1所述大直径钢管桩与拉森钢板桩组合支护结构体系，其特征在于，所述大直径钢管桩与拉森钢板桩组合支护结构还包括控制器、传输线、接收装置、金属环套、金属轨道和PDC切土器；金属环套设置在金属轨道上方形成一体式结构安装在大直径钢管桩的底端，接收装置设置在金属轨道上，传输线套有凯夫拉材料，并从第一止水锁扣内引出，控制器通过传输线与接收装置连接，PDC切土器设置在金属轨道下方并与接收装置连接控制器将指令以电信号形式传出，接收装置将电信号转化为动力，使PDC切土器沿金属轨道顺时针旋转切割土体，防止大直径钢管桩打桩受阻，或折叠增加大直径钢管桩底端与土体接触面积，防止大直径钢管桩继续下沉。

3.根据权利要求2所述大直径钢管桩与拉森钢板桩组合支护结构体系，其特征在于，所述大直径钢管桩为市售无缝钢管桩，直径为800～1200mm，壁厚为8～16mm，拉森钢板桩选用SP-Ⅳ型，宽度为400mm，高度为170mm，厚度为15.5mm。

4.根据权利要求1所述大直径钢管桩与拉森钢板桩组合支护结构体系，其特征在于，所述卡扣尺寸与大直径钢管桩壁厚大小相同，起重钳具有自锁装置，能够限制拉森钢板桩在重力方向上的移动；水平检测器依靠水平检测器中的气泡位置随时检测打桩垂直度并实时调整；钢卷尺的伸展范围为0～50mm，以保证前后桩齐平。

5.根据权利要求1所述大直径钢管桩与拉森钢板桩组合支护结构体系，其特征在于，金属环套与大直径钢管桩的尺寸相同，PDC切土器的竖向尺寸为大直径钢管桩直径的三分之一，横向尺寸为竖向尺寸的一半。

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