装配式门式刚架结构支护体系的制作方法

1.本实用新型涉及岩土工程技术领域，特别是涉及一种装配式门式刚架结构支护体系，用于基坑的临时支护。


背景技术：

2.对于场地软弱或开挖深度较大的基坑工程，当基坑开挖面积很大时，采用悬臂支护单桩，其桩身抗弯刚度往往不能满足变形控制要求，若设置水平支撑及立柱对施工工期及施工造价又影响很大，采用双排桩的支护形式在工期和造价方面优势明显。
3.传统双排桩的支护形式一般采用“混凝土钻孔灌注桩”形成支护体系，虽该体系虽侧向抗弯刚度较大，无需设置内支撑，但是，钻孔灌注桩的施工环节多，工艺复杂，混凝土养护周期长，造价高，无法重复利用，对环境有一定的影响。尤其是对于一些开挖深度浅，变形小，周边环境要求不高的基坑，不适用上述钢筋混凝土钻孔灌注桩，目前施工过程中较多采用的是“双排钢板桩”形成的支护体系。
4.然而，本技术发明人发现：双排钢板桩形成的支护体系，虽然与混凝土钻孔灌注桩相比，其施工更便捷，可重复利用，但是，其整体抗弯刚度不大，变形控制能力不强，且市面上可选用的u型钢板桩桩长规格主要为9、12m、 15m，当超过一定基坑开挖深度后，双排钢板桩支护体系会因其桩身变形及桩身强度过大而无法再使用，且施工过程存在一定的安全隐患。


技术实现要素：

5.基于此，根据本实用新型的一个实施方式，其目的在于提供一种通过h 型钢桩、u型钢板桩以及h型钢连梁形成的装配式门式刚架结构支护体系，以解决现有技术中双排桩支护结构所存在的问题。
6.上述目的可以是通过以下技术方案的实施方式实现：
7.本实用新型提供的一种装配式门式刚架结构支护体系，包括：两排桩、连接在两排桩间的h型钢连梁；每排桩中，包括：竖向间隔设置的多根h型钢桩、和拼装在相邻两h型钢桩之间的u型钢板桩；其中，所述u型钢板桩的直线边与h型钢桩的翼缘侧边连接，且两排桩中的u型钢板桩的开口均朝向基坑内侧；两排桩中的h型钢桩相对设置，且翼缘相对并通过h型钢连梁连接固定，使其形成门式刚架结构。
8.可选地，还包括：用于连接h型钢连梁和h型钢桩翼缘的连接组件；所述连接组件包括：t型钢、角钢和螺栓；其中，所述t型钢与h型钢桩翼缘和h型钢连梁翼缘通过螺栓连接；所述角钢与h型钢桩翼缘和h型钢连梁腹板通过螺栓连接；其中，所述螺栓为高强度螺栓，所述高强度螺栓摩擦型连接h型钢桩与h型钢连梁。
9.可选地，所述h型钢连梁的腹板竖向设置，h型钢连梁的上翼缘和下翼缘分别通过t型钢与h型钢桩翼缘连接。
10.可选地，还包括：加劲板，所述加劲板设置在h型钢桩的两翼缘之间，且与h型钢连
梁同高度。
11.可选地，所述加劲板包括两组，分别与h型钢梁上下翼缘同高度，每组包括两块加劲板，水平设置，两块加劲板分布在h型钢桩腹板两侧。
12.可选地，所述u型钢板桩与h型钢桩通过锁扣连接方式拼装；其中，所述u型钢板桩的直线边沿长度方向设置有截面为弧形的锁扣，所述h型钢桩的翼缘侧边沿长度方向设置有截面为弧形的锁扣条，锁扣条与锁扣相互搭接并锁定。
13.可选地，所述u型钢板桩连接在每排桩靠近基坑内侧的h型钢桩翼缘上。
14.可选地，所述h型钢桩、u型钢板桩、h型钢连梁均是预加工成型，通过现场拼装形成门式刚架结构支护体系；其中，所述u型钢板桩的长度根据地下水控制条件确定。
15.可选地，所述两排桩的排距为2h～5h，其中，h为h型钢桩高度。
16.根据本实用新型的一个实施方式，通过h型钢桩与u型钢板桩拼装组合，并通过h型钢连梁刚性连接形成门式刚架结构，限制了桩梁间的相互转动，连接节点可抵抗弯矩和剪力作用。所组成的门式刚架结构支护体系整体抗弯刚度大，变形控制能力强，整体稳定性高，安全可靠，对周边环境影响小，可有效挡土止水；而且各部件预加工成型，现场快速拼装，实现了各部件循环利用，在缩短施工工期，节能减排，降本增效方面具有一定优势。
17.另外，本实用新型实施方式中的各排桩采用h型钢桩与u型钢板桩组合而成，相比u型钢板桩，h型钢桩的抗弯刚度大，变形控制能力强，将二者组合拼装而成的双排组合桩具有更高的抗弯刚度和抗变形能力；而且，h型钢桩的型号种类多，产品丰富，可以根据具体环境进行选择，一定程度上提高了装配式门式刚架结构支护体系的适用性。
附图说明
18.图1为本实用新型一实施例中的装配式门式刚架结构支护体系的平面示意图；
19.图2为图1中a-a剖面示意图；
20.图3为图1中b-b剖面示意图；
21.图4为本实用新型一实施例中的h型钢桩和u型钢板桩结构示意图及其连接示意图；
22.图5为本实用新型一实施例中的门式刚架结构刚性连接节点示意图；
23.图6为图5中c-c剖面示意图；
24.图7为图5中d-d剖面示意图。
25.图8为本实用新型一实施例中h型钢连梁、t型钢和角钢的结构示意图。
具体实施方式
26.下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
27.本实用新型一实施方式中提供的一种装配式门式刚架结构支护体系，是通过采用h型钢桩和u型钢板桩组装形成两排桩，并通过h型钢连梁和连接组件将两排桩刚性连接形
成门式刚架结构。该体系具有整体抗弯刚度大，变形控制能力强，安全可靠，既可以起到挡土和止水的作用；而且各部件通过工厂模块化预加工成型，在工地现场可快速拼装，实现了各部件的循环利用，在缩短施工工期，节能减排，降本增效方面具有一定优势。
28.图1-图3示意性地示出了一实施例中的装配式门式刚架结构支护体系。该装配式门式刚架结构支护体系包括两排桩和连接在两排桩间的h型钢连梁；每排桩是通过h型钢桩和u型钢板桩组装而成；两排桩分别为位于基坑内侧的前排桩和位于基坑外侧的后排桩。每排桩中包括竖向间隔设置多根h 型钢桩，u型钢板桩拼装在相邻两h型钢桩之间。具体如图1所示，包括：前排h型钢桩1、前排u型钢板桩3、h型钢连梁5，后排h型钢桩6和后排 u型钢板桩8。
29.此外，所述u型钢板桩均连接在每排桩中靠近基坑内侧的h型钢桩翼缘上，作为h型钢桩间止水帷幕，兼有挡土止水功能。
30.此外，所述u型钢板桩的直线边与h型钢桩的翼缘侧边连接，且两排桩中的u型钢板桩的开口一致，且如图1所示，u型钢板桩的开口均朝向基坑内侧，通过两排u型钢板桩形成两道止水帷幕，从而有效控制基坑开挖后支护桩渗漏水的情况，从而可以提高挡土和止水效果，同时具有缓冲作用，进一步提高了门式刚架结构的强度和稳定性。
31.图4示意性地示出了所述u型钢板桩和h型钢桩通过锁扣连接方式拼装；例如，在所述u型钢板桩的直线边上设置有锁扣4(9)，所述h型钢桩的翼缘侧边上设置有锁扣条2(7)，锁扣条2(7)与锁扣4(9)相互搭接并锁定。进一步地，所述锁扣是通过将u型钢板桩的边缘向u型钢板桩的侧壁的外表面卷曲形成，例如卷曲成截面为3/4～5/6弧形的管；所述锁扣条是通过将h 型钢桩的翼缘侧边向翼缘外表面卷曲形成，例如卷曲成截面为3/4～1/2弧形的管；二者尺寸相匹配且通过相互搭接锁定。
32.图5-图8示意性地示出了一实施例中装配式门式刚架结构支护体系中h 型钢连梁的刚性连接节点详图。
33.如图5所示，两排桩中的h型钢桩相对设置，且是翼缘相对设置，相对的两翼缘的上部通过h型钢连梁连接固定，使两排桩形成门式刚架结构。
34.所述h型钢桩的翼缘与h型钢连梁通过连接组件连接固定，h型钢连梁与相对两翼缘垂直设置。其中，所述连接组件包括螺栓，具体为高强度螺栓 14，避免结构发生大位移，保证节点达到刚接效果，提高节点钢性。所述高强度螺栓14以摩擦型连接方式将插入土中的前后排h型钢桩1(6)与h型钢连梁5在已预留的螺栓孔处安装连接，形成门式刚架结构支护体系。通过采用高强度螺栓14使h型钢桩与h型钢连梁采用高强度螺栓摩擦型连接，高强度螺栓摩擦型连接使得板件间不会发生相对滑移变形，提高了双排桩的整体抗弯刚度，抗变形能力，使得支护结构更加安全可靠，延长了使用寿命。
35.此外，所述连接组件还包括t型钢和角钢。其中，t型钢包括上t型钢 11和下t型钢12，角钢采用传力角钢13，以保证连接强度；所述t型钢分别与h型钢桩翼缘和h型钢连梁翼缘通过高强度螺栓摩擦型连接；所述角钢分别与h型钢桩翼缘和h型钢连梁腹板通过高强度螺栓摩擦型连接；所述h 型钢连梁的腹板竖向设置，h型钢连梁的上翼缘和下翼缘分别通过t型钢与 h型钢桩翼缘连接。
36.如图8所示，h型钢桩、h型钢连梁、t型钢、角钢上均预留有螺栓孔。上t型钢11分别与h型钢桩翼缘和h型钢连梁的上翼缘通过高强度螺栓14 连接固定，传力角钢13分别与h型
钢桩的翼缘和h型钢连梁的腹板通过高强度螺栓14连接，下t型钢12分别与h型钢桩翼缘和h型钢连梁的下翼缘通过高强度螺栓14连接固定。采用门式刚架计算模型，优选实施例中，预留孔(螺栓连接方式)按照图5至图8所示进行设计，h型钢桩与h型钢连梁腹板处于同一平面内，腹板两侧对称设置预留孔并采用螺栓连接，该方式下连接节点强度较优，支护体系强度较高，稳定性高。
37.此外，如图4和图5所示，在h型钢桩的两翼缘之间还设置有加劲板，且与h型钢连梁同高度，以对h型钢连梁与h型钢桩相连部位进行加强，提高整体结构的强度。进一步地，所述加劲板水平设置，且沿h型钢桩长度方向间隔设置两组，两组分别位于h型钢连梁的两翼缘高度处；每组包括两块加劲板，且分别对称地分布在h型钢桩腹板两侧，进一步保证装置的稳定性。
38.下面对本实用新型中装配式门式刚架结构支护体系的施工流程做进一步说明，施工时，具体包括以下步骤：
39.步骤s10，确定结构构件参数。具体地包括：1)根据工程规模、场地地质及水位条件、地下水控制要求以及作用在h型钢桩上的水土压力，验算双排桩抗倾覆稳定性，确定h型钢桩的第一长度。2)根据地下水控制条件确定 h型钢桩的第二长度及u型钢板桩长度，其中，h型钢桩长度选取抗倾覆稳定性确定的第一长度和地下水空间条件确定的第二长度中的大值。3)根据u 型钢板桩长度确定锁扣条在h型钢桩翼缘侧边的安装长度。4)采用门式刚架计算模型，根据横向刚架的计算内力，按照弹性理论，验算结构构件的强度和稳定性，确定h型钢桩、u型钢板桩、h型钢连梁、上t型钢11、下t型钢12、传力角钢13及高强度螺栓14的截面参数。5)根据h型钢桩高度，确定双排桩排距；其中，双排桩排距取2h～5h，h为h型钢桩高度。6)根据双排桩的排间距，确定h型钢连梁5的长度。7)根据确定的h型钢桩截面参数，确定加劲板10的几何参数。
40.步骤s20，根据确定的结构构件参数，将各结构构件(包括h型钢桩、u 型钢板桩、h型钢连梁等)预加工成型，进行现场拼装，形成门式刚架结构支护体系。现场拼装时，具体包括以下步骤：
41.1)平整场地，场地平整后在拟开挖的基坑周边首先施工前排h型钢桩1，然后，在u型钢板桩锁扣位置沿桩长方向涂抹减阻剂后，顺着已打入的前排h型钢桩1翼缘侧预留锁扣条插入u型钢板桩，在前排h型钢桩1翼缘侧预留锁扣条位置沿预留锁扣条长度方向涂抹减阻剂后，顺着已打入的u型钢板桩锁扣插入前排h型钢桩1，以此类推，依次打设组合型前排桩。
42.2)施工后排h型钢桩6，然后在后排u型钢板桩锁扣位置沿桩长方向涂抹减阻剂后，顺着已打入的后排h型钢桩6翼缘侧预留锁扣条插入u型钢板桩，在后排h型钢桩6翼缘侧预留锁扣条位置沿预留锁扣条长度方向涂抹减阻剂后，顺着已打入的u型钢板桩锁扣插入后排h型钢桩6，以此类推，依次打设组合型后排桩。
43.3)将上t型钢11连接件11在预留螺栓孔处通过高强度螺栓14与前排h 型钢桩1翼缘连接，将h型钢连梁5一端的上翼缘通过高强度螺栓14与已安装的上t型钢11连接，将前排h型钢桩1翼缘与h型钢连梁5腹板用高强度螺栓14在预留螺栓孔处通过传力角钢13连接，将h型钢连梁5一端下翼缘通过高强度螺栓14在预留螺栓孔处与下t型钢12连接，将下t型钢12连接件12在预留螺栓孔处通过高强度螺栓14与前排h型钢桩1翼缘连接。
44.4)将上t型钢11在预留螺栓孔处通过高强度螺栓14与后排h型钢桩6 翼缘连接，将h型钢连梁5另一端上翼缘通过高强度螺栓14与已安装的上t 型钢11连接，将后排h型钢桩6翼缘与h型钢连梁5腹板用高强度螺栓14 在预留螺栓孔处通过传力角钢13连接，将h型钢连梁5另一端下翼缘通过高强度螺栓14在预留螺栓孔处与下t型钢12连接，将下t型钢12连接件12 在预留螺栓孔处通过高强度螺栓14与后排h型钢桩6翼缘连接。
45.按照步骤1)至4)将两排桩中相对的h型钢桩通过h型钢连梁5连接固定，形成刚性连接结构即装配式门式刚架结构支护体系。
46.步骤s30，开挖基坑，施工完成后回填土并压实，拆除各部件，并在拔出 h型钢桩后将桩孔注浆填实。具体地，首先，开挖基坑至设计底标高，浇筑垫层，待主体结构施工完成后，回填土并压实。然后，卸除高强度螺栓14并取回上t型钢11连接件11、卸除高强度螺栓14并取回传力角钢13连接件13及h型钢连梁5、卸除高强度螺栓14并取回下t型钢12连接件12。最后，拔除并回收后排桩6、8，在拔出后的后排桩桩孔间及时注浆填实。拔除并回收前排1、3，在拔出后的前排桩桩孔间及时注浆填实。
47.与现有技术相比，本实用新型上述的一些实施例中，还具有以下优点：
48.1)所有构件均在工厂模块化预加工成型，在工地现场快速拼装，在缩短施工工期，降本增效方面具有一定优势，所有构件可回收重复利用，在“双碳”催化下可实现建筑基坑工程节能减排。
49.2)相比单独u型钢板桩形成的支护结构，采用h型钢桩与u型钢板桩组合形成双排桩，不仅可以起到挡土止水作用，同时其整体抗弯刚度大，变形控制能力强，整体稳定性高，对周边环境影响小。h型钢桩的使用不仅提高了整体抗弯刚度，而且h型钢桩的种类，可根据具体应用场景进行选择。
50.3)将前后排h型钢桩通过h型钢连梁刚性连接，可视为支护体系，桩梁间不能相互转动，节点可抵抗弯矩和剪力作用。通过t型钢、传力角钢及高强度螺栓的刚性连接方式，进一步提高了支护体系的强度和稳定性。
51.4)h型钢连梁采用高强螺栓与h型钢桩相连，以摩擦型连接方式连接，使得连接件间不会发生相对滑移变形，提高了结构整体抗弯刚度，保证了节点达到刚接效果，提高节点钢性，提高连接节点可抵抗弯矩和剪力作用，提高了抗变形能力，使得支护结构更加安全可靠，延长了使用寿命。
52.本实用新型的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。