钢板砼预制构件、永‑临结合地下围护体系及施工方法与流程

本发明涉及一种钢板砼预制构件、永-临结合地下围护体系及施工方法，属于地下工程设计与施工领域。

背景技术：

地下围护结构广泛应用于地下工程施工阶段和运营阶段。通常，施工阶段的地下围护结构为临时性围护结构，而运营阶段的地下围护结构为永久性围护结构，二者的结构和作用存在差异，并不能相互替代。

目前，应用于地下工程施工阶段的围护结构主要有水泥土搅拌桩、钢板桩、SMW工法桩(亦称劲性水泥土搅拌桩)、钻孔灌注桩和地下连续墙；应用于地下工程运营阶段的围护结构体系主要有钢筋混凝土墙和地下连续墙。然而，只有地下连续墙能将临时性围护结构和永久性围护结构合二为一，其他临时性围护结构在强度、防水等方面均不能满足地下工程运营阶段的要求，因此难以作为永久性围护结构。

施工阶段和运营阶段的地下围护结构相分离，增加了施工工序、降低施工效率，还会造成材料浪费、推高施工成本。而地下连续墙这种“二合一”地下围护结构也存在如下缺点：施工工序复杂、施工技术要求高、工程造价高，制浆及处理系统占地较大、材料消耗大、环境影响大，而且地下连续墙表面粗糙，需要对表面进行处理才能作为永久性围护结构。

技术实现要素：

针对现有技术中施工阶段和运营阶段的地下围护结构难以相互替代而存在的相应问题，本发明提供了一种钢板砼预制构件，并利用所述钢板砼预制构件而制成的永-临结合地下围护体系，所述地下围护体系具有较佳的挡土、止水和防水效果，能够满足施工阶段和运营阶段要求，而且还具有工序简单、施工方便、节约材料、降低成本等优点。同时，本发明还提供了一种钢板砼预制构件的施工方法，以及永-临结合地下围护体系的施工方法。

为解决以上技术问题，本发明包括如下技术方案：

一种钢板砼预制构件，包括钢筋混凝土梁和钢板，所述钢板固定设置于所述钢筋混凝土梁的一侧立面上，所述钢板的宽度大于钢筋混凝土梁的横截面的宽度，所述钢板具有两个与所述钢筋混凝土梁的纵轴线相互平行的端部，在所述钢板的所述端部设置有锁口。

优选为，所述钢板与所述钢筋混凝土梁的位置关系为如下其一：

a1.所述钢筋混凝土梁的横断面为矩形，所述钢板垂直于矩形横断面的长边；

a2.所述钢筋混凝土梁的横断面为T型，所述钢板平行于T型横断面的翼缘；

a3.所述钢筋混凝土梁的横断面为工字型，所述钢板平行于工字型横断面的翼缘。

优选为，所述钢板焊接在所述钢板砼预制构件的箍筋上。

本发明还提供了一种永-临结合地下围护体系，包括设置于水泥土搅拌墙中的若干如权利要求1至3任一所述的钢板砼预制构件，所述钢板通过所述锁口拼接为钢板墙，所述混凝土梁均位于所述钢板墙的迎土面一侧。

优选为，所述钢板砼预制构件满足条件：H₁＞＞H₂，其中，H₁为所述钢筋混凝土梁的底部距离基坑开挖面的距离，H₂为所述钢板的底部距离基坑开挖面的距离。

优选为，位于基坑开挖面以上的所述钢筋混凝土梁的横断面，靠近所述钢板墙一侧的纵筋的横断面面积小于远离所述钢板墙一侧的纵筋的横断面面积。

优选为，位于基坑开挖面以下的所述钢筋混凝土梁的横断面，靠近所述钢板墙一侧的纵筋的横断面面积等于远离所述钢板墙一侧的纵筋的横断面面积。

相应地本发明还提供了一种钢板砼预制构件的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：绑扎钢筋混凝土梁的纵筋及箍筋，形成钢筋骨架；

S2：将带有锁口的钢板平放于基础上，将步骤S1中的钢筋骨架平放于所述钢板上，使所述纵筋与所述锁口平行，将所述钢板与所述箍筋焊接；

S3：支设所述钢筋混凝土梁的两侧的侧模板及端头的端模板；

S4：在所述钢板、侧模板和端模板围成的空间内浇筑混凝土，待混凝土强度达到拆模强度要求后，拆除所述侧模板和端模板。

相应地本发明还提供了一种永-临结合地下围护体系的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：预制所述钢板砼预制构件；

S2：架设搅拌桩机，施工水泥土搅拌桩，水泥土搅拌桩相互搭接形成水泥土搅拌墙；

S3：将第1个所述钢板砼预制构件垂直插入所述水泥土搅拌墙中；

S4：将第N+1个所述钢板砼预制构件的锁口与第N个所述钢板砼预制构件的锁口相互扣合，并将第N+1个所述钢板砼预制构件垂直插入所述水泥土搅拌墙中，其中N≥1；

S5：重复步骤S4，直至所述钢板组成的钢板墙达到设计长度。

优选为，在步骤S5之后还包括步骤S6：将所述钢板墙与基坑内的水平支撑结构相连接，形成所述基坑的地下围护结构。

优选为，待所述钢板墙的迎坑面一侧地下结构施工完成，将地下围护结构体系的所述钢板在锁口处焊接成为一体，并完成所述钢板墙的防腐施工，从而形成地下工程运营阶段的永久围护结构体系。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

(1)本发明提供的永-临结合地下围护体系，将钢板砼预制构件置于水泥土搅拌墙中，具有较佳的挡土、止水效果，能同时满足施工阶段和运营阶段要求；

(2)本发明提供的永-临结合地下围护体系，钢板砼预制构件仅在基坑开挖面以上部分设置钢板墙，在满足防水要求的同时，节约钢材，降低用钢量；

(3)钢板两端设置有锁口，方便钢板拼接为钢板墙，提高了钢板墙的施工效率。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的钢板砼预制构件的一种横断面图；

图2为本发明第一实施例提供的钢板砼预制构件的另一种横断面图；

图3为本发明第一实施例提供的钢板砼预制构件的又一种横断面图；

图4为本发明第一实施例提供的钢板拼接示意图；

图5为本发明第一实施例提供的第二种锁口的结构示意图；

图6为本发明第一实施例提供的第二种锁口的拼接示意图；

图7为本发明第二实施例提供的永-临结合地下围护体系的俯视图；

图8为图7中沿1-1断面的剖视图；

图9为本发明第三实施例提供的钢板砼预制构件的施工方法的流程图；

图10为本发明第四实施例提供的永-临结合地下围护体系的施工方法的流程图。

图中标号如下：

钢板砼预制构件100；钢筋混凝土梁110；纵筋111；箍筋112；混凝土113；钢板120；锁口121；雌锁口122、125；雄锁口123、126；雌雄同体锁口124；钢板墙130；水泥土搅拌墙200；基坑顶面201；基坑开挖面202。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提供的钢板砼预制构件、永-临结合地下围护体系及施工方法作进一步详细说明。结合下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

请参阅图1，图1为本实施例所提供的钢板砼预制构件的一种横断面图。图1中，钢板砼预制构件100包括一个横断面为矩形的钢筋混凝土梁110和位于钢筋混凝土梁110一侧立面的钢板120。其中，钢筋混凝土梁110包括纵筋111、箍筋112和混凝土113。其中，钢板120的宽度大于钢筋混凝土梁110的横截面的宽度，在钢板120的两端设置有锁口121，一端为雌锁口122，另一端为雄锁口123，锁口121与钢筋混凝土梁110的纵轴线相互平行。

本实施例具有如下优点：所述钢板的端部设置锁口123，可以实现钢板120快速拼接，从而形成钢板墙；将钢板和钢筋混凝土梁融合为一整体的钢板砼预制构件100，又能使混凝土梁110和钢板120协同工作成为支撑结构，符合力学原理、结构稳定，并且该结构适合工厂预制，在施工现场只需简单拼接，具有工序简单、操作方便、施工效率高等优点。

为了保证钢板墙具有较好抗弯性能，钢板120与钢筋混凝土梁110的位置关系可采用如下之一的结构形式：(1)如图1所示，钢筋混凝土梁110的横断面为矩形，钢板120垂直于该矩形横断面的长边，即钢板120焊接在矩形横断面的短边所在的侧立面上；(2)如图2所示，钢筋混凝土梁110的横断面为T型，钢板120平行于T型横断面的翼缘，即钢板120焊接在T型梁的肋板的一端；(3)如图3所示，钢筋混凝土梁110的横断面为工字型，钢板120平行于所述工字型横断面的翼缘，即钢板120焊接在工字梁一端的翼缘上。上述三种横断面形式的钢筋混凝土梁110，具有节约材料用量、降低产品成本的优点。钢板120在上述三种横断面形式的钢筋混凝土梁110上的焊接方式，能够保证钢板墙具有较好的抗弯性。

为了使钢筋混凝土梁110与钢板120之间具有更好的连接效果，钢板120与钢筋混凝土梁110的箍筋112焊接在一起，钢板120兼作为该侧立面箍筋的保护层，这样钢筋混凝土梁110与钢板120完美结合为一整体结构的钢板砼预制构件100。如图1中所示，矩形横断面的其中三边均是通过混凝土113作为箍筋112和纵筋钢板120的保护层，而另一边通过钢板120与箍筋112焊接，使钢板120兼作箍筋112的保护层。其中，将钢板120与箍筋112在混凝土113浇筑前进行焊接，在混凝土113浇筑时，钢板120作为钢筋混凝土梁110的底部模板，节约模板用量，且方便产品预制。

图4展示了钢板120的拼接示意图，其中，将雄锁口123垂直放入雌锁口122中即可实现钢板120的快速拼接。需要说明的是，锁口121的结构形式可以有很多种，图5展示了另一种锁口的结构示意图，钢板120的两端各设置一个雌雄同体锁口124，雌雄同体锁口124包括一个雌锁口125和雄锁口126；图6展示了如何利用雌雄同体锁口124将钢板120拼接在一起，通过设置雌雄同体锁口124，实现了钢板120连接点的双扣合，使钢板墙具有更好的连接效果。

实施例二

请参阅图7和图8所示，其中图7为本实施例提供的永-临结合地下围护体系的俯视图，图8为图7中沿1-1断面的剖视图。下面将结合图7和图8，并参照图1至图6，对本实施例提供的永-临结合地下围护体系作进一步说明。

首先需要说明的是，永-临结合地下围护体系是指本发明中提供的地下围护体系同时满足地下工程施工阶段的临时性围护体系和运营阶段的永久性维护体系的要求。

本发明提供的永-临结合地下围护体系，包括设置于水泥土搅拌墙200中的若干钢板砼预制构件100，其中，钢板120通过锁口121拼接为钢板墙130，混凝土梁110均位于钢板墙130的迎土面一侧。其中，钢板墙130朝向基坑的一侧为迎坑面，背离基坑的一面为迎土面。

本实施例具有如下优点：(1)水泥土搅拌墙200是通过水泥土搅拌桩相互搭接而成，增加了土体的密实性和稳定性，具有较强的止水作用，使钢板砼预制构件100更加稳定；(2)由钢板120形成的钢板墙130具有很好的防水效果，亦可对锁口121处进行焊接等防水处理，进一步增强钢板墙130的防水性能，使钢板墙130同时达到地下围护体系在施工阶段和运营阶段的防水要求；(3)设置于水泥土搅拌墙200中的钢筋混凝土梁110能承受较大的水平作用力，同时钢筋混凝土梁110也具有很好的抗弯性。因此，由钢板砼预制构件100和水泥土搅拌墙200组成的永-临结合地下围护体系，能同时满足地下围护体系在施工阶段和运营阶段的强度及防水要求，兼具基坑开挖中的挡土、防水墙，及地下工程运营中的建筑物外墙，完美实现二墙合一。

如图8所示，基坑开挖的初始地面为基坑顶面201，基坑开挖后形成的基坑底部地面为基坑开挖面202。钢筋混凝土梁110需要作为永久性围护结构承担侧向的土压力及水压力，因此，钢筋混凝土梁110底部需伸入基坑开挖面202一定深度，记为H₁，以保证其结构稳定性。而钢板墙200只需与建筑物底板密封连接，即可满足建筑物围护结构的防水要求，因此，钢板120的底部只需伸入基坑开挖面202较小的深度，记为H₂。优选的实施方式为，H₁＞＞H₂；其中，H₁为钢筋混凝土梁110的底部距离基坑开挖面202的距离，H₂为钢板120的底部距离基坑开挖面202的距离。本实施例既节约了钢板120的钢材用量，又能满足永-临结合地下围护体系作为地下结构永久性外墙的防水及抗弯、抗剪等的各种要求。

如图8所示，钢板120能代替纵筋111的功能，因此在基坑开挖面202以上的部分，靠近钢板120一侧的钢筋混凝土梁110未设置纵筋111，仅在远离钢板120的一侧设置纵筋111，这样即减少了钢筋的用量，又未降低钢筋混凝土梁110的力学性能。基坑开挖面202以下的钢筋混凝土梁110并没有设置钢板120，需设置纵筋111，以提高钢筋混凝土梁110的力学性能，从而保证地下围护结构的整体稳定性。

实施例三

请参阅图9，图9为本实施例提供的钢板砼预制构件的施工方法的流程框图。下面将结合图1至图6对钢板砼预制构件的施工方法作进一步描述。

钢板砼预制构件100的施工方法，包括如下步骤：

S1：绑扎钢筋混凝土梁110的纵筋111及箍筋112，形成钢筋骨架。其中，纵筋111的设置方式可优选为，如图1所示，纵筋111位于钢筋骨架的同一端，与纵筋111所在端相反的另一端有钢板120加以固定。另外，纵筋111和箍筋112的设置方式由钢筋混凝土梁110的横断面形式决定，当钢筋混凝土梁110的横断面为T型梁或工字梁时，可参照图2、图3中的方式设置纵筋111和箍筋112。

S2：将带有锁口121的钢板120平放于基础上，将步骤S1中的钢筋骨架平放于钢板120上，使纵筋111与所述锁口121平行，将钢板120与箍筋112焊接。钢筋骨架上的纵筋111并非均匀布设，放置钢筋骨架时，使纵筋111横断面面积最大的一端朝上，并且使纵筋111与锁口121平行。

S3：支设钢筋混凝土梁110的两侧的侧模板及端头的端模板。其中，钢板120作为底模板与侧模板、端模板固定连接。

S4：在钢板120、侧模板和端模板围成的空间内浇筑混凝土113，待混凝土113强度达到拆模强度要求后，拆除侧模板和端模板。

本实施例提供的钢板砼预制构件100的施工方法具有如下有益效果：将钢板120直接与箍筋112焊接在一起，并将钢板120作为混凝土113浇筑时的模板，和混凝土113浇筑后的箍筋112的保护层，结构合理、工序简单、节约材料，并将钢板120与钢筋混凝土梁110完美融合为钢板砼预制构件100。同时，钢板120的端头设置有锁口121，有利于钢板砼预制构件100在施工现场的拼接。

实施例四

请参阅图10，图10为本实施例提供的永-临结合地下围护体系的施工方法的流程框图。下面将结合图7和图8对永-临结合地下围护体系的施工方法作进一步描述。

本实施例公开的永-临结合地下围护体系的施工方法，包括如下步骤：

S1：预制钢板砼预制构件100。钢板砼预制构件100的具体结构形式可参照实施例一、实施例二中所述，此处不再赘述。

S2：架设搅拌桩机，施工水泥土搅拌桩，水泥土搅拌桩相互搭接形成水泥土搅拌墙200。搅拌桩机可采用TRD(Trench cutting Re-mixing Deep wall method)设备，或CSM(Cutter Soil Mixing)设备。水泥土搅拌墙可以有效阻止地下水渗透，同时还可以增加土体强度。

S3：将第1个钢板砼预制构件100垂直插入水泥土搅拌墙200中。在施工时，需设置钢板砼预制构件100的定位架，保证垂直度。

S4：将第N+1个钢板砼预制构件100的锁口121与第N个钢板砼预制构件100的锁口121相互扣合，并将第N+1个钢板砼预制构件100垂直插入水泥土搅拌墙200中，其中N≥1。

S5：重复步骤S4，直至钢板120组成的钢板墙130达到设计长度。需要注意的是，应在水泥土搅拌墙200硬化之前，将钢板砼预制构件100垂直插入。

优选的实施方式为，在步骤S5之后还包括步骤S6：在钢板墙130的迎坑面一侧进行基坑开挖，将钢板墙130与基坑内的建筑物的水平支撑结构相连接，形成所述基坑的地下围护结构。

如果采用顺作法施工，在基坑开挖过程中，将水平支撑直接作用在钢板墙130上，或者在钢板墙130迎坑面上设置钢围檩或混凝土圈梁，然后将水平支撑体作用于钢围檩或混凝土圈梁上；如果采用逆作法，将地下室顶板以及底板直接作用于钢板墙130上。

在基坑开挖后，在钢板墙130的锁口121处，可进一步采用焊接或其它措施防止渗水，以达到永-临结合地下围护体系在运营阶段防水的要求。钢板墙130的迎坑面一侧，根据需要选择增加混凝土内衬墙或仅仅挂钢丝网粉刷，对钢板120起到防腐和防火的作用。于是，钢板砼预制构件100转变成地下结构永久外墙。

通过本实施例中的施工方法建造的永-临结合地下围护体系具有如下优点：(1)将水泥土搅拌桩相互搭接形成水泥土搅拌墙200，增加了钢板砼预制构件100周围土体的密实度，提高了永-临结合地下围护体系的防水性和结构的稳定性；(2)永-临结合地下围护体系可以在基坑施工时作为起到挡土和止水作用，在地下工程运营时，可以作为建筑物永久性结构外墙，完美实现了二墙合一的效果。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。