一种刚度可调的组合钢板桩的制作方法

本发明涉及基坑的工程施工技术领域，尤其涉及一种刚度可调的组合钢板桩。

背景技术：

基坑是在基础设计位置按基底标高和基础平面尺寸所开挖的土坑。在工程施工中，当基坑为大型基坑，需要在基坑内部进行支撑，以保证地下结构施工及基坑周边环境的安全。目前，可使用钢板桩在基坑内部进行支撑。

目前，钢板桩以拉森钢板桩以及刚度固定的组合钢板桩为主，拉森钢板桩可应用于土压力比较小的情况下，从而，当土压力较大的时候其变形较大。刚度固定的组合钢板桩可应用于土压力适中的情况下，然而，在土压力比较小的时候采取刚度固定的钢板桩作为围护桩时，材料较为浪费。同时，当土压力比较大的时候采取固定的钢板桩作为围护桩时，变形较大，不能很好的控制位移。此外，另一种常用的围护桩是SMW工法，然而，该桩型的止水靠的是水泥土搅拌桩，材料较为浪费。

因此，针对上述问题，有必要提出进一步的解决方案。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种刚度可调的组合钢板桩，以克服现有技术中存在的不足。

为实现上述发明目的，本发明提供一种刚度可调的组合钢板桩，其包括：第一H形钢板、第二H形钢板、第三H形钢板和U形钢板；

所述第一H形钢板包括连接板以及相对设置的支撑板，所述连接板连接所述相对设置的支撑板，所述第一H形钢板具有一组连接组件，所述连接组件包括钢圆柱和非封闭的钢圆环，所述钢圆柱位于其中一支撑板的一端，所述钢圆环位于所述其中一支撑板的另一端；

所述第二H形钢板包括连接板以及相对设置的支撑板，所述连接板连接所述相对设置的支撑板，所述第二H形钢板具有两组连接组件，所述连接组件包括钢圆柱和非封闭的钢圆环，其中一支撑板的一端设置有所述钢圆柱，另一端设置有所述钢圆环，其中另一支撑板的一端设置有所述钢圆柱，另一端设置有所述钢圆环；

所述第三H形钢板包括连接板以及相对设置的支撑板，所述连接板连接所述相对设置的支撑板，所述第三H形钢板具有三组连接组件，所述连接组件包括钢圆柱和非封闭的钢圆环，其中一支撑板的一端设置有所述钢圆柱，另一端设置有所述钢圆环，其中另一支撑板的一端设置有所述钢圆柱，另一端设置有所述钢圆环，其中一支撑板的外侧壁面上设置有垂直设置的所述钢圆柱，其中另一支撑板的外侧壁面上设置有垂直设置的所述钢圆环；

所述U形钢板具有一组连接组件，所述连接组件包括钢圆柱和非封闭的钢圆环，所述钢圆柱位于所述U形钢板的一端，所述钢圆环位于所述U形钢板的另一端。

作为本发明的刚度可调的组合钢板桩的改进，所述刚度可调的组合钢板桩具有第一组合形式，所述第一组合形式包括若干所述U形钢板，所述第一组合形式中，所述若干U形钢板之间通过所述连接组件相连接。

作为本发明的刚度可调的组合钢板桩的改进，所述刚度可调的组合钢板桩具有第二组合形式，所述第二组合形式包括若干第一H形钢板和若干U形钢板，所述第二组合形式中，相邻的两个所述第一H形钢板通过所述U形钢板相连接。

作为本发明的刚度可调的组合钢板桩的改进，所述刚度可调的组合钢板桩具有第三组合形式，所述第三组合形式包括若干第二H形钢板和若干U形钢板，所述第三组合形式中，相邻的两个所述第二H形钢板通过所述U形钢板相连接。

作为本发明的刚度可调的组合钢板桩的改进，所述刚度可调的组合钢板桩具有第四组合形式，所述第四组合形式包括若干第三H形钢板和若干U形钢板，所述第四组合形式中，相邻的两个所述第三H形钢板通过所述U形钢板相连接。

作为本发明的刚度可调的组合钢板桩的改进，所述刚度可调的组合钢板桩具有第五组合形式，所述第五组合形式包括若干组合单元和若干U形钢板，任一所述组合单元包括若干相互连接且并排设置的第一H形钢板，所述第五组合形式中，相邻的两个所述组合单元通过所述U形钢板相连接。

作为本发明的刚度可调的组合钢板桩的改进，任一所述组合单元包括两个或三个相互连接的第一H形钢板。

作为本发明的刚度可调的组合钢板桩的改进，所述刚度可调的组合钢板桩具有第六组合形式，所述第六组合形式包括若干组合单元和若干U形钢板，任一所述组合单元包括若干相互连接且并排设置的第三H形钢板，所述第六组合形式中，相邻的两个所述组合单元通过所述U形钢板相连接。

作为本发明的刚度可调的组合钢板桩的改进，任一所述组合单元包括两个或三个相互连接的第三H形钢板。

作为本发明的刚度可调的组合钢板桩的改进，所述刚度可调的组合钢板桩具有第七组合形式，所述第七组合形式包括若干组合单元和若干U形钢板，任一所述组合单元包括若干相互连接且叠加设置的第三H形钢板，所述第七组合形式中，相邻的两个所述组合单元通过所述U形钢板相连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出一种可调刚度的组合钢板桩，该可调刚度的组合钢板桩可以根据土压力的情况进行与之相应的组合，当土压力比较小的情况下，可以组合为单一的钢板桩；当土压力适中的情况下，可以组合为刚度较大的组合钢板桩；当土压力比较大的时候，可以组合为刚度更大的组合钢板桩。如此，提高了组合钢板桩的适应性，同时提高了组合钢板桩的应用效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的刚度可调的组合钢板桩中第一H形钢板的平面示意图；

图2为本发明的刚度可调的组合钢板桩中第二H形钢板的平面示意图；

图3为本发明的刚度可调的组合钢板桩中第三H形钢板的平面示意图；

图4为本发明的刚度可调的组合钢板桩中U形钢板的平面示意图；

图5为本发明的刚度可调的组合钢板桩承担的载荷的原理图；

图6为本发明的刚度可调的组合钢板桩的第一组合形式的平面示意图；

图7为本发明的刚度可调的组合钢板桩的第二组合形式的平面示意图；

图8为本发明的刚度可调的组合钢板桩的第三组合形式的平面示意图；

图9为本发明的刚度可调的组合钢板桩的第四组合形式的平面示意图；

图10为本发明的刚度可调的组合钢板桩的第五组合形式一具体实施方式的平面示意图；

图11为本发明的刚度可调的组合钢板桩的第五组合形式另一具体实施方式的平面示意图；

图12为本发明的刚度可调的组合钢板桩的第六组合形式一具体实施方式的平面示意图；

图13为本发明的刚度可调的组合钢板桩的第六组合形式另一具体实施方式的平面示意图；

图14为本发明的刚度可调的组合钢板桩的第六组合形式另一具体实施方式的平面示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

本发明的刚度可调的组合钢板桩包括：第一H形钢板10、第二H形钢板20、第三H形钢板30和U形钢板40。其中，所述第一H形钢板10、第二H形钢板20、第三H形钢板30作用在于抵抗土压力，所述U形钢板40作用在于挡土挡水。

如图1所示，具体地，所述第一H形钢板10包括连接板11以及相对设置的支撑板12，其中，所述连接板11连接所述相对设置的支撑板12，从而，所述连接板11以及相对设置的支撑板12大致呈H形。所述第一H形钢板10具有一组连接组件，所述连接组件包括钢圆柱13和非封闭的钢圆环14，其中，所述钢圆柱13的尺寸与所述钢圆环14内径尺寸相对应。所述钢圆柱13位于其中一支撑板12的一端，所述钢圆环14位于所述其中一支撑板12的另一端。

如图2所示，具体地，所述第二H形钢板20包括连接板21以及相对设置的支撑板22，其中，所述连接板21连接所述相对设置的支撑板22，从而，所述连接板21以及相对设置的支撑板22大致呈H形。所述第二H形钢板20具有两组连接组件，所述连接组件包括钢圆柱23和非封闭的钢圆环24，其中，所述钢圆柱23的尺寸与所述钢圆环24内径尺寸相对应。其中一支撑板22的一端设置有所述钢圆柱23，另一端设置有所述钢圆环24，其中另一支撑板22的一端设置有所述钢圆柱23，另一端设置有所述钢圆环24。优选地，所述钢圆柱23位于所述第二H形钢板20的同一侧，所述钢圆环24位于所述第二H形钢板20的同一侧。

如图3所示，具体地，所述第三H形钢板30包括连接板31以及相对设置的支撑板32，其中，所述连接板31连接所述相对设置的支撑板32，从而，所述连接板31以及相对设置的支撑板32大致呈H形。所述第三H形钢板30具有两组连接组件，所述连接组件包括钢圆柱33和非封闭的钢圆环34，其中，所述钢圆柱33的尺寸与所述钢圆环34内径尺寸相对应。其中一支撑板32的一端设置有所述钢圆柱33，另一端设置有所述钢圆环34，其中另一支撑板32的一端设置有所述钢圆柱33，另一端设置有所述钢圆环34。进一步地，其中一支撑板32的外侧壁面上设置有垂直设置的所述钢圆柱33，其中另一支撑板32的外侧壁面上设置有垂直设置的所述钢圆环34。优选地，所述钢圆柱33位于所述第三H形钢板30的同一侧，所述钢圆环34位于所述第三H形钢板30的同一侧。

如图4所示，具体地，所述U形钢板40具有一组连接组件，所述连接组件包括钢圆柱41和非封闭的钢圆环42，所述钢圆柱41位于所述U形钢板40的一端，所述钢圆环42位于所述U形钢板40的另一端。

如图5所示，本发明的刚度可调的组合钢板桩的设计原理如下，在计算基坑组合钢板桩内力变形时，可以将组合钢板桩作为一根梁。此时，该梁的挠度曲线微分方程为：

其中，EI:支护结构计算单位宽度的抗弯刚度；M:地基土水平抗力系数的比例系数；B：抗力计算宽度，一般取单位宽度；e_i:单位宽度土压力载荷；x:支护结构顶部至计算点的距离；H_i：第i工况基坑开挖深度；y：计算点的水平位移；b_i：荷载计算宽度，一般取单位宽度；

以上所涉及到的参数中，可以控制是的组合钢板桩的截面模量I，也就是可以通过改变组合钢板桩的截面模量I实现控制水平位移y的目的；随着组合钢板桩的截面模量I的增大，水平位移y随之下降；但是组合钢板桩的材料也随之增加，所以需要在能达到国家规范要求的前提下尽量节省材料

为此在设计时应该根据单位宽度土压力载荷的大小情况，选择适当的组合钢板桩的截面模量，当土压力比较小的情况下，可以选择组合钢板桩的截面模量较小的组合形式，组合为单一的U形钢板桩；当土压力适中的情况下，可以选择组合钢板桩的截面模量适中的组合形式，可以组合为H形钢板+U形钢板桩的组合钢板桩；当土压力比较大的时候，可以选择组合钢板桩的截面模量更大的组合形式，可以组合为多个H形钢板+U形钢板的组合钢板桩。

下面结合具体所述组合形式，对本发明的刚度可调的组合钢板桩进行举例说明。设单个U形钢板的截面模量为I_U，宽度为B_U，单个H形钢板的截面模量I_H，宽度为B_H，长度为L_H。

实施例1

如图6所示，所述刚度可调的组合钢板桩具有第一组合形式，所述第一组合形式包括若干所述U形钢板40，所述第一组合形式中，所述若干U形钢板40之间通过连接组件相连接。

其中，所述第一组合形式适用于当土压力比较小的情况，此时，可以选择组合钢板桩的截面模量较小的组合形式。设单个U形钢板桩的截面模量为I_U，宽度为B_U，单个H形钢板板桩的截面模量I_H，宽度为B_H，长度为L_H。则实施例1单位宽度组合钢板桩的截面模量为：

实施例2

如图7所示，所述刚度可调的组合钢板桩具有第二组合形式，所述第二组合形式包括若干第一H形钢板10和若干U形钢板40，所述第二组合形式中，相邻的两个所述第一H形钢板10通过所述U形钢板40相连接。所述H形钢板和U形钢板之间通过连接组件相连接。

其中，所述第二组合形式适用于土压力适中的情况，此时，可以选择组合钢板桩的截面模量适中的组合形式。在有H形钢板时，应忽略U形钢板的截面模量，只起到挡土挡水的效果，则实施例2中单位宽度组合钢板桩的截面模量为：

实施例3

如图8所示，所述刚度可调的组合钢板桩具有第三组合形式，所述第三组合形式包括若干第二H形钢板20和若干U形钢板40，相邻的两个所述第二H形钢板20通过所述U形钢板40相连接。所述H形钢板和U形钢板之间通过连接组件相连接。

其中，所述第三组合形式适用于土压力适中的情况，此时，可以选择组合钢板桩的截面模量适中的组合形式。在有H形钢板时，应忽略U形钢板的截面模量，只起到挡土挡水的效果，则实施例3中单位宽度组合钢板桩的截面模量为：

实施例4

如图9所示，所述刚度可调的组合钢板桩具有第四组合形式，所述第四组合形式包括若干第三H形钢板30和若干U形钢板40，相邻的两个所述第三H形钢板30通过所述U形钢板40相连接。所述H形钢板和U形钢板之间通过连接组件相连接。

其中，所述第四组合形式适用于土压力适中的情况，此时，可以选择组合钢板桩的截面模量适中的组合形式。在有H形钢板时，应忽略U形钢板的截面模量，只起到挡土挡水的效果，则实施例4中单位宽度组合钢板桩的截面模量为：

实施例5

如图10、11所示，所述刚度可调的组合钢板桩具有第五组合形式，所述第五组合形式包括若干组合单元和若干U形钢板40，任一所述组合单元包括若干相互连接且并排设置的第一H形钢板10，相邻的两个所述组合单元通过所述U形钢板40相连接。优选地，任一所述组合单元包括两个或三个相互连接的第一H形钢板10。所述H形钢板之间以及H形钢板和U形钢板之间通过连接组件相连接。

其中，所述第五组合形式适用于土压力比较大的情况，此时，可以选择组合钢板桩的截面模量更大的组合形式。在有H型钢时，应忽略U型钢板的截面模量，只起到挡土挡水的效果，则实施例5中，包括两个相互连接的第一H形钢板10的单位宽度组合钢板桩的截面模量为：

包括三个相互连接的第一H形钢板10的单位宽度组合钢板桩的截面模量为：

实施例6

如图12、13所示，所述刚度可调的组合钢板桩具有第六组合形式，所述第六组合形式包括若干组合单元和若干U形钢板40，任一所述组合单元包括若干相互连接且并排设置的第三H形钢板30，相邻的两个所述组合单元通过所述U形钢板40相连接。优选地，任一所述组合单元包括两个或三个相互连接的第三H形钢板30。所述H形钢板之间以及H形钢板和U形钢板之间通过连接组件相连接。

其中，所述第六组合形式适用于土压力比较大的情况，此时，可以选择组合钢板桩的截面模量更大的组合形式。在有H型钢时，应忽略U型钢板的截面模量，只起到挡土挡水的效果，则实施例6中，包括两个相互连接的第三H形钢板30的单位宽度组合钢板桩的截面模量为：

包括三个相互连接的第三H形钢板30的单位宽度组合钢板桩的截面模量为：

实施例7

如图14所示，所述刚度可调的组合钢板桩具有第七组合形式，所述第七组合形式包括若干组合单元和若干U形钢板40，任一所述组合单元包括若干相互连接且叠加设置的第三H形钢板30，相邻的两个所述组合单元通过所述U形钢板40相连接。优选地，任一所述组合单元包括两个相互连接的第三H形钢板30。所述H形钢板之间以及H形钢板和U形钢板之间通过连接组件相连接。

其中，所述第七组合形式适用于土压力比较大的情况，此时，可以选择组合钢板桩的截面模量更大的组合形式。则实施例7中，单位宽度组合钢板桩的截面模量为：

综上所述，本发明提出一种可调刚度的组合钢板桩，该可调刚度的组合钢板桩可以根据土压力的情况进行与之相应的组合，当土压力比较小的情况下，可以组合为单一的钢板桩；当土压力适中的情况下，可以组合为刚度较大的组合钢板桩；当土压力比较大的时候，可以组合为刚度更大的组合钢板桩。如此，提高了组合钢板桩的适应性，同时提高了组合钢板桩的应用效率。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。