装配式四根组合圆钢管混凝土内支撑结构及制作方法与流程

本发明涉及一种用于深基坑或竖井围护结构内支撑的装配式组合圆钢管混凝土内支撑结构及制作方法，特别涉及一种完整性好，可严格控制围护结构变形，可重复利用的装配式四根组合圆钢管混凝土内支撑结构及制作方法，属于地铁车站基坑内支撑支护技术领域。

背景技术：

目前，城市轨道交通建设成为城市建设必不可少的一部分。由于轨道交通线路为了实现各条线路之间的换乘，车站越建越深，施工中需要严格控制变形。修建地铁的工法主要有明挖法、暗挖法或盾构法，明挖地铁车站基坑等常采用内支撑式围护结构。为有效控制变形，内支撑体系常采用钢支撑和钢筋混凝土支撑。钢支撑刚度小，当基坑跨度较大时，钢支撑会因挠度过大而失稳；且钢支撑内部锈蚀情况严重，重复利用率低。混凝土支撑刚度大，变形小，但施工要经现场绑扎钢筋，支模和拆模等工序，制作和施工复杂，工期较长；作为临时结构，在施工完成后，需爆破或人工拆除，不能重复利用，造价高。本发明提出的一种用于深基坑或竖井围护结构内支撑的装配式组合圆钢管混凝土内支撑结构，具有和钢筋混凝土支撑相同的刚度，且可以重复利用，降低工程造价。

技术实现要素：

本发明的目的是在于提供一种刚度大，可重复利用、降低造价，用作基坑或竖井围护结构体系中内支撑的装配式四根组合圆钢管混凝土内支撑结构及制作方法，可以有效地解决混凝土支撑的施工复杂、造价高、工期长等问题。

本发明所采用的技术方案如下：

一种装配式四根组合圆钢管混凝土内支撑结构，用于基坑支护或竖井围护，包括标准直撑以及短接直撑；所述标准直撑以及短接直撑均包括四根平行设置的圆钢管，四根圆钢管的横截面呈正方形排列，以增加竖向的抗挠曲能力；所述标准直撑以及短接直撑的两端，即四根圆钢管的两端均分别焊接有法兰盘及端封板，所述法兰盘及端封板将所述标准直撑以及短接直撑的四根圆钢管两端封闭，圆钢管内部充填有混凝土；所述法兰盘及端封板的四周均设置有螺栓孔；所述短接直撑的长度小于标准直撑的长度；所述法兰盘及端封板与圆钢管内混凝土之间设置有拉结锚筋，所述拉结锚筋整段浇筑在圆钢管内混凝土中，其一端与法兰盘或端封板焊接，端部内力不但可通过法兰盘及端封板与圆钢管间的焊缝传递，还可由拉结锚筋传递，加强了圆钢管与端部节点之间的连接和稳定性，增加安全度；所述法兰盘上设置有四个正方形排列的预留孔洞，其分别与四根圆钢管的中心轴线对应，作为混凝土的浇筑口；所述标准直撑长度方向上设置有横隔，所述横隔上预留与四根圆钢管外径相同的孔洞，以便焊接时与装配式组合圆钢管构件契合，并起定位作用；横隔的作用主要保证四根圆钢管互相联系成整体，提高四根钢管的整体性，受力时四根钢管协同工作。所述四根圆钢管与法兰盘及端封板之间焊有多边形加劲肋板；多根所述标准直撑以及短接直撑的法兰盘及端封板通过螺栓依次连接，从而构成装配式四根组合圆钢管混凝土内支撑结构。

进一步地，所述标准直撑有4种不同类型，其分别为长度1m、2m、3m、6m的标准件；所述短接直撑的长度小于1m。

进一步地，所述混凝土为C50以上的超高强混凝土，所述圆钢管、横隔、法兰盘及端封板均采用Q345钢材。

进一步地，所述圆钢管截面直径为180mm-219mm，圆钢管壁厚为9mm-10mm。

进一步地，所述标准直撑长度大于6m时，每3m处均设置横隔，横隔的厚度不小于圆钢管和法兰盘的厚度；所述横隔为四边形钢板，以减轻自重。

进一步地，所述螺栓孔直径不大于法兰盘及端封板的厚度。

进一步地，所述加劲肋板的厚度不小于圆钢管和法兰盘的厚度。

进一步地，所述加劲肋板以坡口焊缝的形式，两边分别焊接在圆钢管和法兰盘及端封板上；所述法兰盘为环形，满足与圆钢管连接的同时，减轻法兰自重。

进一步地，所述圆钢管外径为180mm、194mm、203mm或219mm，壁厚为9mm或10mm。

上述装配式四根组合圆钢管混凝土内支撑结构的制作方法，其特征在于：

所述装配式四根组合圆钢管混凝土内支撑结构各个构件完全工厂化制造，可现场快速拼装成钢管混凝土内支撑体系，其制作方法如下：

第一步，法兰盘及端封板制作：

法兰盘为连接不同长度直撑的重要构件，也是支撑整体较薄弱部分，其生产工艺必须保证螺栓连接处精确的螺栓孔；其中法兰盘及端封板靠圆钢管一侧焊接一定数量的拉结锚筋，传递端部内力，保证两段直撑连接紧密，其主要生产工序为：下料、加热、预锻、终锻、冲连皮、切边、调质、喷丸、焊接锚筋、尺寸检验；经检验达到法兰应有的配合精度即为合格；

第二步，圆钢管的选用：

装配式四根组合圆钢管混凝土内支撑结构采用四根小直径圆钢管的组合形式，小直径圆钢管为热轧无缝钢管，可在市场采购；

第三步，法兰盘及端封板与圆钢管焊接：

在工厂台座上，将法兰盘及端封板与圆钢管端部焊接连接，并在端部使用加劲肋板加强；当标准直撑长度大于6m时，每隔3m处设置横隔；

第四步，灌注混凝土：

采用C50以上的超高强混凝土浇筑在小直径圆钢管中，内部的混凝土处于三维受力状态，其强度会得到提高。采用立式振捣法，将焊接好的一端带有端封板的组合圆钢管，端封板一端朝下立放；严格按配料单拌合混凝土，并将混凝土沿法兰盘预留孔洞内壁浇入，浇筑的同时开动振动器，以保证混凝土浇筑密实，灌注混凝土时灌注到与法兰盘外表面平齐并抹平。

所述装配式四根组合圆钢管混凝土内支撑结构采用工厂化制造，可现场快速拼装成钢管混凝土内支撑体系；施工结束后，钢管混凝土内支撑体系被拆卸成多段钢管混凝土构件，从基坑吊出，可供重复利用。

有益效果

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

装配式组合钢管混凝土构件完全工厂化制造，加工质量得到保障，力学性能更加可靠；实现了钢管混凝土构件的现场快速拼装，减少施工现场的劳动强度和

施工步骤，节省了钢管混凝土内支撑体系的架设时间，可有效缩短工期。

以螺栓连接圆形钢管混凝土构件，构件间连接紧固，整体稳定性好。

圆形钢管包裹着超高强混凝土，混凝土收到钢管壁的约束，使混凝土呈三维受力状态，提高了混凝土的强度；同时，混凝土的填充作用可防止钢管发生局部屈曲破坏。钢管混凝土组合结构有优良的力学性能。

选用超高强混凝土作为填充材料，可减少结构自重，加强混凝土与钢管的粘结，提高钢管对混凝土的的套箍作用。

超高强混凝土充满圆形钢管，阻隔了空气和水进入钢管内部，钢管内壁不易腐蚀或锈蚀。

装配式组合圆钢管混凝土内支撑构件构造简单，可重复利用，经济环保，与普通钢管内支撑相比节约用钢量，降低成本。

采用的单根钢管同普通钢管支撑相比直径较小，对管内混凝土的约束性较好，组合后可有效解决钢支撑的刚度小的问题，并提高承载能力。本发明钢管内灌注的混凝土为超高强混凝土，强度等级C50及以上，可起到减少混凝土用量，减轻自重的作用。本发明通过在标准直撑构件一定间距布置横隔板，从而提高构件的整体性，增加抗弯刚度，增强横向稳定性。本发明结构端部法兰与混凝土冠梁或混凝土围檩在现场通过浇筑混凝土连接，此节点与其他形式内支撑相比既能承受压力，也能承受拉力。

附图说明

图1、钢管混凝土内支撑剖面图；

图2、装配式组合圆钢管混凝土1m标准直撑示意图；

图3、装配式组合圆钢管混凝土2m标准直撑示意图；

图4、装配式组合圆钢管混凝土3m标准直撑示意图；

图5、装配式组合圆钢管混凝土6m标准直撑示意图；

图6、装配式组合圆钢管混凝土短接直撑示意图；

图7、装配式组合圆钢管混凝土直撑截面示意图；

图8、圆钢管混凝土截面示意图；

图9、法兰盘示意图；

图10、端封板示意图；

图11、横隔示意图；

图12、加劲肋板示意图；

图13、螺栓示意图；

图中：1：标准直撑、2：短接直撑、3：圆钢管、4：混凝土、5：法兰盘、6：螺栓孔、7：加劲肋板、8：横隔、9：拉结锚筋、10：端封板、11：预留孔洞、12：基坑外，13：围护结构、14：坑底。

具体实施方式

本发明的基本思想是通过拼装装配式组合圆钢管混凝土内支撑构件，形成一种完整性好，刚度大，可重复利用的内支撑体系。

下面通过一个地铁车站基坑实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。基坑中部标准开挖宽度是21.7m，端部扩大段开挖宽度为25.1m。其中本例中根据基坑宽度要求，标准直撑分为1m，2m，3m，6m三种规格，短接直撑长度小于1m。

如图1～12所示，本发明的装配式四根组合圆钢管混凝土内支撑结构。有4种不同类型的标准直撑，包括短接直撑，标准直撑；所述的标准直撑如图2、3、4、5所示，是两端用法兰盘5及端封板10封闭的内部充填有混凝土的四根圆钢管3，四周留有预留螺栓孔6。标准直撑1以及短接直撑2均包括四根平行设置的圆钢管3，四根圆钢管3的横截面呈正方形排列。标准直撑1以及短接直撑2的两端，即四根圆钢管3的两端均分别焊接有法兰盘5及端封板10，法兰盘5及端封板10将所述标准直撑1以及短接直撑2的四根圆钢管3两端封闭，圆钢管3内部充填有混凝土4。法兰盘5及端封板10的四周均设置有螺栓孔6。短接直撑2的长度小于标准直撑的长度。法兰盘5及端封板10与圆钢管3内混凝土4之间设置有拉结锚筋9。拉结锚筋9整段浇筑在圆钢管3内混凝土4中，其一端与法兰盘5或端封板10焊接，端部内力不但可通过法兰盘及端封板与圆钢管间的焊缝传递，还可由拉结锚筋传递，加强了圆钢管与端部节点之间的连接和稳定性，增加安全度。法兰盘5上设置有四个正方形排列的预留孔洞11，其分别与四根圆钢管3的中心轴线对应，作为混凝土的浇筑口；标准直撑1长度方向上设置有横隔8，横隔8上预留与四根圆钢管3外径相同的孔洞。四根圆钢管3与法兰盘5及端封板10之间焊有多边形加劲肋板7，多根标准直撑1以及短接直撑2的法兰盘5及端封板10通过螺栓依次连接，从而构成装配式四根组合圆钢管混凝土内支撑结构。其中，混凝土4为C50以上的超高强混凝土，标准直撑1长度大于6m时，每3m处均设置横隔8，横隔8的厚度不小于圆钢管3和法兰盘5的厚度，横隔8为四边形钢板，螺栓孔6直径不大于法兰盘5及端封板10的厚度，加劲肋板7的厚度不小于圆钢管3和法兰盘5的厚度，加劲肋板7以坡口焊缝的形式，两边分别焊接在圆钢管3和法兰盘5及端封板10上，法兰盘5为环形。

所述装配式四根组合圆钢管混凝土内支撑结构各个构件完全工厂化制造，可现场快速拼装成钢管混凝土内支撑体系，其制作方法如下：

第一步，法兰盘5及端封板10制作：

法兰盘5为连接不同长度直撑的重要构件，也是支撑整体较薄弱部分，其生产工艺必须保证螺栓连接处精确的螺栓孔6；其中法兰盘5及端封板10靠圆钢管3一侧焊接一定数量的拉结锚筋9，传递端部内力，保证两段直撑连接紧密，其主要生产工序为：下料、加热、预锻、终锻、冲连皮、切边、调质、喷丸、焊接锚筋、尺寸检验；经检验达到法兰应有的配合精度即为合格；

第二步，圆钢管3的选用：

装配式四根组合圆钢管混凝土内支撑结构采用四根小直径圆钢管3的组合形式，小直径圆钢管3为热轧无缝钢管，可在市场采购；

第三步，法兰盘5及端封板10与圆钢管3焊接：

在工厂台座上，将法兰盘5及端封板10与圆钢管3端部焊接连接，并在端部使用加劲肋板7加强；当标准直撑1长度大于6m时，每隔3m处设置横隔8；

第四步，灌注混凝土4：

采用C50以上的超高强混凝土4浇筑在小直径圆钢管3中，内部的混凝土处于三维受力状态，其强度会得到提高。采用立式振捣法，将焊接好的一端带有端封板10的组合圆钢管，端封板10一端朝下立放；严格按配料单拌合混凝土，并将混凝土沿法兰盘5预留孔洞11内壁浇入，浇筑的同时开动振动器，以保证混凝土浇筑密实，灌注混凝土时灌注到与法兰盘5外表面平齐并抹平。

在工厂，根据设计图纸对构件种类、尺寸、个数的要求，分别加工制作标准直撑1、短接直撑2。以本例为例，所有钢管混凝土构件中，圆钢管3外径180mm，壁厚10mm(对于跨度大的地段可采用更大外径的钢管)。标准直撑1包括1m，2m，3m，6m规格的标准件。短接直撑2根据工程拼装长度需要，定制生产，小于1m，起补齐填充作用。构件制作采用的材料为C50及以上超高强混凝土，Q345钢材。以上四种构件均由超高强混凝土填充圆钢管3，构成钢管混凝土组合结构，钢管混凝土组合结构端部由统一规格的法兰盘5及端封板10密封。所有构件法兰盘5均在相同位置上预留螺栓孔6。螺栓孔6直径为32mm，螺栓孔6间距为150mm，螺栓孔6距法兰盘5边缘间距为20mm。加劲肋板7以坡口焊缝的形式，两边分别焊接在圆钢管3和法兰盘5及端封板10上，加劲肋板不能阻挡螺栓孔6，且不能妨碍高强螺栓旋紧。

将在工厂制造好的钢管混凝土构件运至场外。在场外，依据设计图纸对构件拼装的要求，把多根相邻标准直撑1以及短接直撑2的法兰盘5及端封板10通过螺栓依次连接，使之成为钢管混凝土拼接长段，形成完整的结构。

以上是本发明的一个典型实施例，本发明的实施不限于此。

上述实施例只是为了更清楚说明本发明的技术方案做出的列举，并非对本发明的限定，本发明的保护范围仍以所附权利要求限定的范围为准。