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【发明授权】预制装配式钢骨砼支撑体系_杭州南联土木工程科技有限公司;严平_201611009338.9 

申请/专利权人:杭州南联土木工程科技有限公司;严平

申请日:2016-11-09

公开(公告)日:2021-04-27

公开(公告)号:CN108060674B

主分类号:E02D17/02(20060101)

分类号:E02D17/02(20060101);E02D17/04(20060101)

优先权:

专利状态码:有效-授权

法律状态:2021.04.27#授权;2018.06.15#实质审查的生效;2018.05.22#公开

摘要:在基坑围护工程中,为解决传统内支撑体系施工繁琐、速度慢、造价高、拆除困难等缺点,发明了一种全新的装配式钢骨砼支撑的做法,即:利用可重复使用的预制钢骨砼构件和新研发的特殊连接件,结合现浇围护墙压顶梁或围檩梁和支撑桩在现场进行拼接安装,形成完整的支撑体系。开挖完成后可方便的进行拆卸,供重复使用;节约资源,符合低碳、绿色工程的要求。

主权项:1.一种预制装配式钢骨砼支撑体系,其特征是:支撑体系的平面分布形式根据基坑的平面形状确定,仅需两种预制标化构件——支撑构件和腹杆构件,结合两种连接构件——中部支撑构件相交处的中部连接件以及与压顶梁或围檩梁的边预埋件进行连接的边连接件;利用这些预制标化构件、中部连接件、边连接件、周边带外伸段的压顶梁和围檩梁,针对基坑的平面形状,组合形成完整的支撑体系;中部连接件由格构式垫梁和连接底板构成,该连接件采用格构式垫梁与支撑桩通过托架焊接连接,在该格构式垫梁上方设置标化的连接底板,该底板设有可选择的多个连接孔,用以解决由于打设支撑桩偏移而不易连接的问题;将预制支撑构件和预制腹杆构件按要求放置于连接底板之上,通过连接底板上的螺栓孔与支撑构件和腹杆构件进行螺栓连接;边连接件与压顶梁或围檩梁中的边预埋件进行连接,而后将支撑构件放置于边连接件上,支撑构件通过边连接件上设置的螺栓孔进行螺栓连接,施加预加力,顶紧支撑构件,旋紧各部分的螺栓,完成支撑的组装;边连接件为带螺栓孔的直角构件,这种外部边连接件通过栓接的方式同压顶梁、围檩梁的边预埋件或支撑构件进行连接,可以拆卸、重复使用。

全文数据:预制装配式钢骨砼支撑体系技术领域[0001]本发明涉及一种用于深基坑开挖围护工程的支撑体系的做法,建立了一套完整的预制装配式钢骨架砼支撑体系,填补了基坑围护工程领域的一项空白。背景技术[0002]随着地下空间的不断开发利用,基坑围护已成为当前岩土工程界最热门的工程。基坑围护工程目前呈现出两大趋势:一、基坑平面范围不断扩大;二、基坑开挖深度不断加深。基坑周边设置围护墙,内部架设支撑体系是目前深基坑工程中应用最为广泛和安全度最高的基坑围护做法,在这种围护做法中,支撑体系是基坑围护工程成败的关键。[0003]目前,基坑支撑体系最常见的做法是现浇钢筋砼支撑体系和装配式钢管支撑体系。现浇钢筋砼支撑体系具有整体性好、结构抗开挖过程中抗碰撞性好、安全度高等优点,是目前深基坑工程中最常用的支撑体系;但其具有施工繁琐、速度慢、造价高、拆除困难等缺点。装配式钢管支撑体系目前在基坑围护工程中的应用也较为广泛,其优点是:施工速度快、可回收重复利用,但其也有明显的缺点:整体刚度较低、抗碰撞能力差、支撑跨度不能过长,这些都限制其在平面大尺度基坑支护中的应用,其安全性低、事故率高,现主要结合钢筋砼支撑用于窄长的市政工程管线基坑和地铁深基坑中,其在大型基坑工程中的应用已处于淘汰状态。[0004]近几年出现的装配式预应力型钢组合支撑和鱼腹式张拉型钢组合支撑做法,尚处于开发和试推广阶段,但均存在支撑体系刚度不足的缺点。发明内容[0005]为解决上述各支撑体系存在的问题,发明了一种预制装配式钢骨砼支撑体系,其即具备现浇钢筋砼支撑体系整体刚度大的优点,又能克服现浇钢筋砼支撑施工工序繁琐,拆撑困难的缺点。[0006]本发明针对基坑围护工程,提出了一种全新的装配式钢骨砼支撑的做法。利用可重复使用的预制钢骨砼构件和新研发的特殊连接件,结合现浇围护墙压顶梁或围檩梁和支撑粧在现场进行拼接安装,形成完整的支撑体系。开挖完成后可方便的进行拆卸,供重复使用。节约资源,符合低碳、绿色工程的要求。[0007]本发明的有益效果:[0008]针对基坑围护工程,提出了一种全新的装配式钢骨砼支撑的做法,克服了现浇钢筋砼支撑施工工序繁琐,拆撑困难的缺点;具有施工速度快、可回收重复利用、节约资源,符合低碳、绿色工程的要求等特点。具有重要的工程应用价值和广阔的发展前景。附图说明[0009]下面结合附图和具体实施方案对本发明进行说明。[0010]图1.1〜图1.5是本发明实施例1中各种基坑形式的支撑分布以及相互之间的连接做法。[0011]图2.1〜图2.3是本发明实施实例中各各预制支撑构件的做法。[0012]图3.1〜图3.6是本发明实施实例中上层中部连接件以及上层各节点的连接做法。[0013]图4.1〜图4.2是本发明实施实例中边连接件以及压顶梁或围檩梁与支撑构件的连接做法。[00M]图5是本发明实施实例中下层各节点中支撑粧与各预制构件的连接做法。[0015]其中:[0016]1——预制主支撑构件;[0017]2一一预制腹杆构件包括斜撑构件);[0018]3——上层中部连接件包括格构式支撑垫梁⑦和标化底板⑧,也包括带粧帽的中空连接底座⑩和标化连接底板Θ、可自由移动的连接底板©;[0019]4一一支撑粧;[0020]5--压顶梁或围檩梁;[0021]6——边连接件;[0022]7——外伸段;[0023]8——边预埋件;[0024]9——临时连接件;[0025]①一一外包钢骨架;[0026]②——砼;[0027]③——钢管;[0028]④——管粧;[0029]⑤一一型钢混凝土端头;[0030]⑥——塑料空心管;[0031]⑦——格构式支撑垫梁;[0032]⑧标化底板;[0033]⑨--螺检;[0034]⑩——拉杆;[0035]⑪---二角腋板;[0036]⑫——垫板包括⑰和⑬);[0037]⑬——垫梁主支撑和腹杆垫梁);[0038]⑭——临时焊接托架;[0039]⑮——主支撑内部传力型钢;[0040]⑯——主支撑连接型钢;[0041]⑰——主支撑垫板;[0042]⑬——腹杆垫板;[0043]⑬一一特定连接加劲腋板上下各一块,固定在底板上,周边与主支撑、斜撑螺栓连接);[0044]©——带粧帽的中空连接底座;[0045]Q——标化的中部带螺栓孔的支撑构件连接板;[0046]©螺检旋紧前可自由移动的连接底板;[0047]©--封头端板;[0048]Li——中部预制主支撑构件的标注长度;[0049]Li7一一边预制主支撑构件和正交腹杆构件的标注长度;[0050]L2一一中部预制腹杆构件或斜杆构件的标注长度;[0051]L27——边预制腹杆构件或斜杆构件标注长度;[0052]L3一一调节段主支撑构件标注长度,根据工程现场情况确定;[0053]L37一一调节段斜杆构件标注长度,根据工程现场情况确定;[0054]a——外伸段外挑长度当a多1500mm时,应在该节点处增设支撑粧);[0055]b——围护墙压顶梁或围檩梁轴线至边连接件的距离;[0056]C--图1.1中临时连接件9的长度C=Li或L2时,9采用标准杆体,c辛Li或L2时,采用临时钢结构进行连接)。[0057]图中除虚线段所表示的调节段杆体以及靠近围护墙边缘的构件外,其余预制支撑构件均采用标准杆体即构件长度均为Li或L2。[0058]具体支撑构件及连接节点做法如下[0059]1,首先确定支撑体系的平面分布,通过对大量基坑支撑体系的平面分布形式分析,发现其分布是有规律的,大多是纵横向多支撑和转角的多斜向布置。据此,本发明提出了预制的主支撑构件1、腹杆构件2、中部连接节点3的灵活组合,结合节点处的支撑粧4和基坑周边的压顶梁或围檩梁5以及边连接件6、压顶梁或围檩梁的外伸段7和预埋其中的边预埋件8,由设计根据基坑的实际形状拟定支撑体系的分布,现场拼接形成完整的支撑体系,参见图1.1〜图1.5。[0060]2、本发明中的预制主支撑构件的做法参见图2.1。主支撑构件的做法是外包钢骨架①、内部设钢管③,采用浇筑砼②形成,具有抗压、抗弯剪强度高、刚度大而重量相对较轻、与特定的连接节点连接简单、预制钢骨构件外包型钢防碰撞、方便实现重复使用等特点。本发明预制主支撑构件也可采用外包钢管③,内壁衬砼管粧④做法,在两端连接型钢砼端头⑤以方便互相连接,参见图2.3;而且针对不同的基坑,这种构件的做法及尺寸是统一的,标注长度b为8〜15m,一般为10m。每层支撑所用的支撑构件均为正方形截面且尺寸相同,对上部支撑,截面边长为550〜750mm,一般取700mm,重约5T;下部支撑截面边长一般取为800〜1000mm,重约8〜10T。如此,用常规吊车或挖机即可进行构件的安装。[0061]3、本发明中的预制腹杆构件2参见图2.2,其做法与主支撑构件基本相同,外为钢骨架①,内部设塑料空心管⑥,既能满足构件的强度要求又可节约成本;同样,预制腹杆构件也可采用外包钢管③,内壁衬砼管粧④做法,在两端连接型钢砼端头⑤以方便互相连接。为方便拼接安装和拆卸以及重复使用,该构件也是统一构造、统一尺寸,其截面宽度与主支撑构件1相同。[0062]4、本发明中制定出了上部水平支撑中部连接件3附图3.1,实现了在现场进行支撑体系各种构件的连接。连接方法如:三向连接附图3.2、十字连接附图3.3、多向连接附图3.4和图3.5;以图3.3中的十字连接为例加以说明:首先将格构式垫梁⑦通过临时托架⑭焊接于支撑粧4的顶部,在垫梁⑦上覆一标化的支撑连接底板⑧,将设计图中支撑粧4两侧位于同一轴线上的预制主支撑构件1置于连接底板⑧上部,通过经炜仪或全站仪定位主支撑构件,然后将垫梁⑦和连接底板⑧、主支撑构件与连接底板⑧用螺栓⑨进行初步连接,腹杆构件2也按此步骤进行安装,安装完成后,在预制主支撑构件1与预制腹杆构件2正交处用上下两块三角腋板⑪通过螺栓进行初步固定,支撑构件与两侧的三角腋板⑪通过拉杆⑩进行连接加固以增强整体稳定性;两主支撑构件之间通过增设主支撑传力型钢⑮来顶紧内支撑构件的封头端板©,用以传递支撑轴力。其他节点连接方式可按照十字连接的做法。这些连接不但能满足支撑的各种抗压曲、抗弯剪等力学要求,而且施工组装方便、拆卸简单、可重复使用。将复杂的支撑体系中种类繁多的连接杆件通过一种通用的内部万向连接件实现轻松连接。[0063]5、本发明中针对一层或多层支撑的围护工程制定出了上层水平支撑中部连接件3的另外一种做法,以图3.6为例加以说明:在钢架立柱支撑粧4的顶部通过螺栓连接一四角带有粧帽的中空钢板底座下部连接一带有孔洞切可自由活动的连接板©,上覆标化的支撑连接底板@,连接板◎、中空钢板©、支撑连接底板⑪,三板通过螺栓进行连接,接下来的安装步骤与4中的步骤相同。该连接方法也可解决打设支撑粧存在的各种偏位等普遍性问题,且能满足基坑围护对支撑体系的各种受力性能的要求,又可实现构件统一化,使安装、拆卸简单方便。[0064]6、本发明提出了支撑体系沿基坑周边与围护墙上现浇压顶梁或围檩梁5的连接方法附图4.1〜图4.2,支撑体系与周边连接有各种连接方式,图1.1〜图1.5显示的:支撑构件与周边梁正交连接、斜交连接、正斜交连接、双斜交连接、三杆连接。以图4.1中所示的正交连接加以说明:首先将边连接件6与压顶梁或围檩梁中的预埋件8连接牢固,放线、定位主支撑轴线,然后将主支撑构件1端部放置于边连接件6上部,移动、调整主支撑构件1,使其轴线与设计主支撑轴线重合,将主支撑构件1与边连接件6通过设置的螺栓孔进行螺栓连接,按设计要求对主支撑构件1施加预加力、顶紧主支撑构件,旋紧各部分的螺栓,完成组装。所有的连接都通过统一的边连接构件6得以实现。所发明的边连接构件6具备承受支撑传递的轴向压力、侧向作用力的能力,可适当施加预压力,顶紧组装的支撑构件,使其能有效地起到支撑作用。边连接构件6也统一化,方便组装、拆卸。[0065]本发明的支撑体系与基坑边压顶梁或围檩梁的连接,通过现浇钢筋砼梁外伸段7的长度,调节组装后整体支撑体系的长度,使组装式预制钢骨支撑适用于各种形式、各种规模的基坑工程。[0066]本发明在布置支撑体系时,先以标准的中间支撑构件的标注长度为单元进行布置,空出与周边围护墙的差距,采用现浇的外伸挑出长度来填补,方便的解决了支撑体系构件统一化和通用性的问题。[0067]7、本发明针对多层的下层支撑,提出了统一的内部万向连接件做法附图5,连接方式可参照图3.2〜图3.5的连接方式。实际工程中,钢构支撑粧可能存在垂直方向的偏差,粧中心位置可能发生向各种方向的偏移,钢构本身截面旋转偏离等,而这些都需要基坑开挖后才能确定具体状况,使实现标准化构件的组装变得很困难。本发明的连接件采用一种统一的内部连接方式,并提出了简易的方法与支撑粧进行连接,使得下部支撑标准构件的各种连接方式得以实现。所发明的内部连接件承受围护墙通过外围连接件传来的围护水土侧向压力、支撑构件自重和构件施加荷载传来的弯剪力,并将这些力传递给钢架支撑柱。[0068]本发明的具体实施步骤如下:[0069]①、根据基坑的平面形状、开挖深度、开挖深度范围内岩土体性状和基坑周边环境,按传统做法确定支撑体系的平面分布以及所需支撑体系的层数。根据拟定的支撑平面布置图,按照本发明标准化的预制钢骨主支撑构件1和预制钢骨腹杆构件2标注尺寸的要求进行布置,确定各中部连接点3的位置和数量,同时也定出了所需支撑构件1和腹杆构件2的分布和数量,以及支撑沿基坑周边压顶梁或围檩梁5的外伸段7的尺寸和边连接件6的分布与数量。[0070]②、根据要求沿基坑一圈打设围护粧墙,在基坑中部按传统方法在拟定的中部连接点打设钢构支撑粧4。[0071]③、按要求施工围护粧墙顶部的压顶梁5以及各支撑边连接点的外伸段7,并埋设好边连接预埋件6;[0072]④、测量钢支撑立柱4的偏位,将本发明的上部支撑内部设置的万向连接件3与支撑粧钢构立柱4的顶部进行连接,并使内部万向连接件3中心对准设计粧位中心,然后将各预制支撑构件1和腹杆构件2与内部连接件用螺栓⑨初步连接;[0073]⑤、在基坑的周边压顶梁5外挑的连接点上用本发明的连接方式将支撑构件1和腹杆构件2与压顶梁5进行初步连接;[0074]⑥、待所有支撑体系平面布置已形成后,测量并调节各预制连接构件的位置使其与主支撑1大致位于同一轴线上,偏离度应符合设计要求;然后在主支撑的两端边连接点处按设计要求对主支撑构件1相向施加预压力,使其顶紧主支撑及相应腹杆;然后对所有内外连接点的连接螺栓⑨进行最终拧紧,如此完成上部支撑。[0075]⑦、对于一层支撑的基坑,当上部支撑形成后可直接开挖到坑底,施工基础底板。对于多层支撑的深基坑而言,当上部支撑形成后可直接开挖至下层支撑底的标高处,在各内部连接点按本发明方法将下部支撑内部各连接件构件与支撑钢立柱连接,使内部连接件中心与设计立柱中心一致,完成后即可开始组装下部支撑1和腹杆构件2的连接作业。[0076]⑧、同步沿基坑周边按设计要求施工周边围檩梁5,并按支撑的平台分布状况同上部支撑做法浇筑外伸段7,预埋下部周边支撑连接件6,并将支撑构件1及腹杆2与周边连接件6形成初步连接。[0077]⑨、同上部支撑,对各个已组装成型的主支撑进行测量调整,使主支撑轴线形成直线,偏差应符合设计要求,然后在主支撑周边两端相向按设计要求施加预压力,顶紧主支撑,然后对所有内外连接点的螺栓⑨作最终拧紧,形成下部支撑。对下部多层支撑均参照上述做法进行。[0078]下部支撑完成后可开挖到底板,施工基础底板结构,完成基础底板结构后,可按围护设计要求自上而下对各层支撑进行拆除,拆卸下来的各构件供新工地使用。[0079]本发明将复杂的基坑围护工程支撑体系简化为两种标化的并且可重复使用的预制构件--支撑构件和腹杆构件,和两种标化的、可重复使用的连接件--内部连接件和周边连接件;通过简单的拼接组装形成支撑体系,基坑工程完成后又方便拆卸,以供下次使用。提高施工速度、降低工程造价且可以重复利用,实现了低碳、绿色环保的工程理念。

权利要求:1.一种预制装配式钢骨砼支撑体系,其特征是:本发明支撑的平面分布完全可以遵照传统现浇钢筋砼支撑体系的分布要求,仅需两种预制标化构件一一支撑构件和腹杆构件,结合两种连接构件--内部万向连接件和外部万向连接件;利用这些标准构件、内外连接件、周边带外伸段的压顶梁及围檩梁,针对各种平面状况的基坑工程,可方便的拼接组合形成完整的支撑体系。2.—种预制装配式钢骨砼支撑体系,其特征是:组成这种支撑体系的预制钢骨砼支撑构件和腹杆构件由外包的型钢做骨架,结合内部空心钢管浇筑混凝土形成;因受力小,腹杆构件内部为塑料管代替钢管。在预制构件的两端是外挑加强的型钢头及钻孔,供与连接件进行螺栓连接。3.—种预制装配式钢骨砼支撑体系,其特征是:组成这种支撑体系的构件由外包的钢骨内衬钢筋砼管形成,在预制管状构件的两端连接着由型钢砼组成的端头,端头有外挑加强的型钢头及钻孔,以上述2同样的方式与连接件进行螺栓连接。4.一种预制装配式钢骨砼支撑体系,其特征是:提出了上层预制支撑构件的中部万向连接件,该连接件采用特制的格构式垫梁与支撑粧通过托架焊接连接,在该格构垫梁上方设置标化的连接底板,该底板设有可选择的多个连接孔,用以解决由于打设支撑粧偏移而不易连接的问题,通过连接底板可达到各个方向和多根腹杆构件及支撑构件的连接。5.—种预制装配式钢骨砼支撑体系,其特征是:提出了在钢架立柱支撑粧顶通过螺栓连接一四角带有粧帽的中空钢板,下部连接一带有孔洞切可自由活动的连接板,上覆标化的支撑连接底板,连接板、中空钢板、支撑连接底板,三板通过螺栓进行连接,中空钢板留空的存在可方便下部连接板与上部支撑连接底板较大范围的移动,以调节由于钢架支撑粧可能存在的各种中心偏位带来的连接误差。将支撑连接底板与上部预制支撑构件通过螺栓孔进行螺栓连接,通过校准对中后的底板可达到各个方向和多根腹杆构件及支撑构件的连接。6.—种预制装配式钢骨砼支撑体系,其特征是:提出了在中部连接件两端且在同一轴线上的支撑构件上部,通过特定的连接型钢将连接点处的支撑构件连接的做法、以及主支撑构件和腹杆构件通过三角加劲腋板相连接用以加强支撑体系的整体稳定性;在主支撑构件之间增设特定传力型钢,达到主支撑构件之间力的传递的目的。7.—种预制装配式钢骨砼支撑体系,其特征是:下层预制支撑构件和腹杆构件与支撑粧立柱的中部连接件,这种连接件针对打设支撑粧产生的各种复杂的偏位状况,将支撑及腹杆方向的传力横梁穿过立柱钢构件进行焊接,然后在横梁上通过预留孔用螺栓连接底板,再通过底板和标化的三角加劲连接腋板用螺栓将各方向的支撑构件和腹杆构件进行连接,形成支撑体系。8.—种预制装配式钢骨砼支撑体系,其特征是:上下部支撑体系沿基坑周边与围护墙上部压顶梁或下部围檩梁的连接采用与梁整浇钢筋砼外挑伸段,以及在外伸段处的外部连接件,与内部支撑体系用简单的标化预制支撑构件和腹杆构件连接,组合形成整体的支撑体系。9.一种预制装配式钢骨砼支撑体系,其特征是:沿基坑一周支撑体系与压顶梁及围檩梁的连接采用了统一的边连接件,这种外部边连接件可以拆卸、重复使用,采用螺栓旋转施加预压力,并安装特定的传力型钢,承担支撑传来的轴力和弯剪力。10.—种预制装配式钢骨砼支撑体系,其特征是:沿基坑一周支撑体系与压顶梁及围檩梁的连接采用于统一的外部构件连接件,这种外部连接构件可以拆卸、重复使用;采用击入钢楔块施加预加力,并安装特定的传力型钢,承担支撑传来的轴力和弯剪力。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案,均落在本发明要求保护的范围。

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