一种基坑支护用装配式方矩管型钢支撑梁系统的制作方法

1.本发明公开了一种基坑支护用装配式方矩管型钢支撑梁系统。


背景技术：

2.目前国内的深基坑内支撑系统，按照材质分可分为钢筋混凝土支撑和钢支撑两种类型。
3.钢筋混凝土支撑截面尺寸可按需设置，刚度大、整体性好、节点强度高、布置灵活、施工方法相对简单，可用于受力较大的深基坑。缺点主要表现在施工及养护周期长，安拆噪音大、粉尘污染严重，且材料不能重复使用，在环保要求越来越严格的当今面临极大挑战。
4.钢支撑系统的优点主要有：安拆方便，施工周期短、无需养护；支撑材料可重复利用。其缺点在于截面尺寸固定、布置形式固定、单根支撑刚度不够大，节点需重点设计。
5.钢支撑虽整体性不如混凝土支撑，但材料可重复利用、施工周期短、造价低且无噪音和粉尘污染。于实际工程中，优势较明显。
6.现行钢支撑按照截面形式可分为圆管支撑和h型钢支撑。圆管支撑无法实施八字撑，因此支撑间距较小，不利于现场土方开挖施工；另两根圆管之间连梁施工难度较大，不利于拼装。
7.h型钢支撑通过在翼板打孔，可灵活进行拼接，通过八字撑、桁架等的拼合方式，增大支撑间距，方便土方开挖。但施工价格较高，经济性不太高。


技术实现要素：

8.针对上述技术问题，本发明公开了一种安装简便、稳定性好、刚度高、支撑密度低、经济性好的装配式支撑梁系统。
9.为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：一种基坑支护用装配式方矩管型钢支撑梁系统，包括：围护结构，沿基坑周边内侧壁设置；支撑连接件，设置在所述围护结构上；装配式型钢体系，端部与所述支撑连接件连接，以对所述围护结构进行支撑，所述装配式型钢体系中的型钢为方矩管型钢杆件，所述方矩管型钢杆件的横截面为方形或矩形，方矩管型钢杆件的两端分别焊接盖板，并在盖板上均匀设置若干连接通孔以及焊接若干三角形加劲板；活络头，设置在组合后的装配式型钢体系中，用于施加预应力。
10.进一步的，所述装配式型钢体系包括：若干根角撑组合体系，支撑设置于所述围护结构拐角处、以及，若干根对撑组合体系，支撑设置于所述围护结构跨中区段；所述角撑组合体系和对撑组合体系均包括方矩管型钢标准节、方矩管型钢支撑长度调节节以及活络头，其中，
方矩管型钢标准节、方矩管支撑长度调节节和所述活络头三者之间均通过所述盖板法兰连接；相邻双拼角撑组合体系之间设置连杆，连杆和所述双拼角撑组合体系之间用三通进行法兰连接。
11.进一步的，所述对撑组合体系包括：单根对撑体系、双拼桁架式组合对撑体系和/或三拼桁架式组合对撑体系，其中，所述双拼桁架式组合对撑体系由两根平行设置的单根对撑体系之间设置连杆组成，连杆和两个单根对撑体系之间用三通进行法兰连接；所述三拼桁架式组合对撑体系由三根平行设置的单根对撑体系之间设置连杆组成，外侧的单根对撑体系和连杆之间用三通进行法兰连接，中间的单根对撑体系与连杆之间用第一四通进行法兰连接。
12.进一步的，所述桁架式型钢组合支撑的两端外侧分别设置八字形支撑，八字形支撑一端与围护结构之间连接，另一端与桁架式组合对撑体系之间用第二四通进行法兰连接。
13.进一步的，所述八字形支撑是单八字形支撑或双八字形支撑。
14.进一步的，所述支撑连接件包括：三角形支撑件，设置在所述角撑组合体系的两端与围护结构之间、以及所述八字形支撑与围护结构之间；支撑托板，设置在所述对撑组合体系的两端与所述围护结构之间、所述角撑组合体系的两端与所述三角形支撑件之间以及所述八字形支撑与所述三角形支撑件之间。
15.进一步的，所述支撑托板包括：一块方形或矩形端板、两块矩形限位侧板和一块底板，底板与端板、矩形限位侧板均垂直设置，其中，两块矩形限位侧板与端板垂直设置，矩形限位侧板的长边与端板的两侧边下半部分焊接连接；底板的长边与端板的下边沿焊接连接，底板的短边与矩形限位侧板的短边焊接连接。
16.进一步的，所述围护结构包括沿基坑周边设置的支护桩及设置于支护桩顶部的冠梁或沿支护桩腰部设置的围檩。
17.进一步的，所述活络头包括：支撑侧套箱，包括第一截面呈方形或矩形的空心型钢以及支撑侧端法兰板，其中，所述第一截面呈方形或矩形的空心型钢的顶板上开有矩形孔洞，用作轴力计的投放口；所述支撑侧端法兰板连接在空心型钢的一端，用来连接钢支撑标准节或调节节；围檩侧套箱，设置在所述支撑侧套箱开口端一侧且与所述支撑侧套箱同轴布置，包括：第二截面呈方形或矩形的空心型钢和围檩侧端板，其中，第二截面呈方形或矩形的空心型钢的顶板上开有t形孔洞，用作千斤顶的投放口和钢楔的楔入空间；所述围檩侧端板连接在第二截面呈方形或矩形的空心型钢的一端；中间接驳箱，设置在由所述支撑侧套箱和围檩侧套箱同轴对接形成的空心箱体内，且中间接驳箱和支撑侧套箱之间、以及中间接驳箱与围檩侧套箱之间可相对滑动，包括：第三截面呈方形或矩形的空心型钢、第三箱内加劲板、第一中间接驳箱端板、第二中间
接驳箱端板，其中，所述第三箱内加劲板固定在中间接驳箱内侧，将所述中间接驳箱的内腔分隔成安装轴力计的第一隔腔和安装千斤顶的第二隔腔；所述第一中间接驳箱端板固定连接在中间接驳箱安装轴力计的一端，所述第二中间接驳箱端板固定连接在中间接驳箱安装千斤顶的一端；第二中间接驳箱端板所在平面与水平面之间具有第一夹角，第二中间接驳箱端板的中心位置设置一个方形孔洞，用作千斤顶端头的顶入口；所述钢楔的一端所在平面与竖直面之间具有第二夹角，所述第一夹角和第二夹角之和等于90度；所述第三截面呈方形或矩形的空心型钢的顶板上，与支撑侧套箱连接侧设置一个与支撑侧套箱顶板所开孔洞配套的矩形孔洞，便于套装后投放轴力计；第三截面呈方形或矩形的空心型钢的顶板上，与围檩侧套箱连接侧设置一个与围檩侧套箱顶板所开孔洞配套的矩形孔洞，便于套装后投放千斤顶；所述支撑侧套箱内侧与支撑侧端法兰板之间固定第一箱内加劲板；所述围檩侧套箱内侧与围檩侧端板之间固定第二箱内加劲板。
18.进一步的，所述中间接驳箱内还设有轴力计托架和千斤顶托架，其中，所述轴力计托架固定在第一中间接驳箱端板和第三箱内加劲板之间；所述千斤顶托架固定在第二中间接驳箱端板和第三箱内加劲板之间；所述第一中间接驳箱端板呈u型设置，所述轴力计托架高度和第一中间接驳箱端板u型凹槽高度相同，轴力计托架安放后通过卡板焊接固定；轴力计安放在轴力计托架上后，轴力计中心线与第三截面呈方形或矩形的空心型钢的中心线一致，所述千斤顶托架上焊有弧形翼板，千斤顶托架高度保证千斤顶中心线与第三截面呈方形或矩形的空心型钢的中心线一致。
19.有益效果：1、本发明为装配式，拆装方便，施工快捷、即装即用；支撑拆除后，支撑材料可重复利用。
20.2、本发明可以实现稳固的拼合，拼装后基坑内部支撑密集低，不影响后期的土方开挖，加快施工进度。
21.3、本发明增加了型钢支撑体系类型，可以增加市场兼容性和选择性。
22.4．常规钢管支撑使用40mm或50mm宽度400mm长度的钢锲块，锁定活络头，由于宽度窄，传递支撑轴力不太可靠，会引起活接头脖子扭曲失稳，以及出现施加预应力后，回油时，活接头回缩，预应力损失最高达50%。本发明能够增加钢楔的尺寸，同时保证钢楔的楔入深度，增加钢楔和支撑之间的接触面积。
23.5．本发明可以满足活络头安装后，千斤顶通过吊入空腔施加预应力，将千斤顶内置在中间接驳箱和围檩侧套箱内部加力，支撑轴心加力比较合理，相比现有活络头千斤顶外置加力的优势在于，其一支撑轴心加力比较合理，钢支撑不易出现偏心受力；其二是保证能双管密拼。
24.6．在施加预应力后，钢楔易于楔入足够深度，千斤顶进而可以顺利吊出重复使用。
25.7．现有钢支撑现场第三方轴力监测是将振弦式反力计置于圈梁或围檩与钢支撑
端头之间，其直径约为120mm，在传递百吨级以上轴力时，集中应力会对其两端的围檩或支撑端造成破坏。而本发明通过改进轴力计的安装方式，增加其与钢支撑和围檩之间的接触面积。
26.8．本发明的活络头的设置可以与方矩管支撑系统配套使用。
附图说明
27.图1为本发明一种基坑支护用装配式方矩管型钢支撑梁系统的局部结构示意图。
28.图2为本发明角撑基坑内布置正视示意图。
29.图3为本发明基坑内冠梁上对撑布置正视示意图。
30.图4为本发明基坑内围檩上对撑布置正视示意图。
31.图5为本发明支撑托板5结构示意图。
32.图6为本发明方矩管型钢杆件结构示意图。
33.图7为本发明方矩管型钢连接用端部连接板结构示意图。
34.图8（a）为本发明同一组对撑方矩管型钢标准节之间采用法兰连接结构示意图；图8（b）为本发明方矩管型钢标准节和三通之间采用法兰连接方矩管型钢支撑连接节点示意图；图8（c）为本发明方矩管型钢标准节和第一四通之间采用法兰连接方矩管型钢支撑连接节点示意图；图8（d）为本发明方矩管型钢标准节和第二四通之间采用法兰连接方矩管型钢支撑连接节点示意图；图9为本发明一种用于方矩管型钢支撑系统的活络头结构示意图；图10为本发明活络头的轴侧图；图11为本发明支撑侧套箱结构示意图；图12为本发明围檩侧套箱结构示意图；图13为本发明中间接驳箱结构示意图；图14为本发明活络头俯视图；图15为本发明活络头a-a剖面图；图16为本发明活络头b-b剖面图；其中，1-支护桩；2-冠梁；3-围檩；4-三角形支撑件；5-支撑托板；5a-端板；5b-矩形限位侧板；5c-底板；6-方矩管型钢标准节；7-方矩管型钢支撑长度调节节；8-连杆；9-活络头；9-1-支撑侧套箱；9-2-轴力计；9-3-中间接驳箱；9-4-千斤顶；9-5-围檩侧套箱；9-6-钢楔；9-7-第一截面呈方形或矩形的空心型钢；9-8-支撑侧端法兰板；9-9-第一箱内加劲板；9-10-第一螺栓连接通孔；9-11-第二螺栓连接通孔；9-12-梯形加劲板；9-13-第二截面呈方形或矩形的空心型钢；9-14-围檩侧端板；9-15-第二箱内加劲板；9-16-第三螺栓连接通孔；9-17-第三截面呈方形或矩形的空心型钢；9-18-第三箱内加劲板；9-19-第一中间接驳箱端板；9-20-第二中间接驳箱端板；9-21-轴力计托架；9-22-卡板；9-23-千斤顶托架；9-24-弧形翼板；9-25-第四螺栓连接通孔；9-26-第五螺栓连接通孔；10-三通；11-第一四通；12-第二四通；13-单八字形支撑；14-双八字形支撑；15-盖
板；16-连接通孔；17-加劲板；18-方型或矩形型钢；
ⅰ‑
角撑组合体系；
ⅱ‑
单根对撑体系；
ⅲ‑
双拼桁架式组合对撑体系；
ⅳ‑
三拼桁架式组合对撑体系。
具体实施方式
35.下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：实施例1如图1、图2、图3和图4所示，一种基坑支护用装配式方矩管型钢支撑梁系统，包括沿基坑周边设置的支护桩1及设置于支护桩1顶部的冠梁2或沿支护桩1腰部设置的围檩3，冠梁2或围檩3上设置的支撑连接件，以及支撑在冠梁2或围檩3上的装配式方矩管型钢体系。
36.支撑连接件包括基坑冠梁2或围檩3拐角的两边上设置的若干三角形支撑件4，每个三角形支撑件4的支撑面上预埋或焊接的支撑托板5，以及基坑中相对两侧的冠梁2或围檩3上预埋或焊接的支撑托板5。
37.如图5所示，支撑托板5由一块厚度不小于10mm的方形或矩形的端板5a、两块矩形限位侧板5b、和一块底板5c焊接而成。底板5c与端板5a和矩形限位侧板5b均垂直设置，其中两块矩形限位侧板5b与端板5a垂直设置，矩形限位侧板5b的长边与端板5a的两侧边下半部分焊接连接；底板5c的长边与端板5a的下边沿焊接连接，底板5c的短边与矩形限位侧板5b的短边焊接连接。
38.如图1、图2、图8所示，在冠梁2或围檩3同一拐角处设置若干组方矩管型钢角撑结构。
39.方矩管型钢角撑结构主要由方矩管型钢标准节6、方矩管型钢支撑长度调节节7、连杆8、活络头9、三通10构成。每组方矩管型钢角撑设置在冠梁2或围檩3同一拐角处的两边相对的支撑托板5之间；在方矩管型钢角撑结构的其中一个端头和支撑托板5之间设置活络头9。
40.相邻双拼方矩管型钢角撑结构之间设置连杆8，连杆8和双拼方矩管型钢角撑结构之间用三通10进行法兰连接，从而提高角撑组合体系ⅰ的整体刚度和支撑稳定性。
41.同一组角撑方矩管型钢标准节6之间、方矩管型钢标准节6和方矩管型钢支撑长度调节节7之间采用法兰连接进行加长。
42.如图1、图2、图3所示，对撑组合体系设置在基坑相对两边的冠梁2或围檩3之间。型钢对撑结构由方矩管型钢标准节6、方矩管型钢支撑长度调节节7、连杆8、活络头9、三通10、第一四通11、第二四通12构成。
43.如图6、图7所示，方矩管型钢标准节6、方矩管型钢支撑长度调节节7和连杆8都属于方矩管型钢杆件，均由标准长度的方形或矩形型钢18两端分别焊接盖板15，并在盖板15上均匀设置若干连接通孔16以及焊接若干三角形加劲板17构成。其中方矩管型钢标准节6长度为6m，连杆8长度为4m或6m，方矩管型钢支撑长度调节节7长度有0.5m、1m、2m、3m、4m、5m六种规格。
44.如图1、图8（a）~图8（c）所示，同一组对撑方矩管型钢标准节6之间、方矩管型钢标准节6和方矩管型钢支撑长度调节节7之间采用法兰连接进行加长。
45.实施例2
参见说明书附图1，该实施例是在上述实施例的基础上实现的，对基坑支护用装配式方矩管型钢支撑梁系统的特征作进一步限定，对撑组合体系可以是单根对撑体系ⅱ，也可以是双拼桁架式组合对撑体系ⅲ或三拼桁架式组合对撑体系ⅳ。
46.其中，双拼桁架式组合对撑体系ⅲ两根对撑之间设置连杆8，连杆8和两根对撑之间用三通10进行法兰连接。
47.三拼桁架式组合对撑体系ⅳ相邻两根对撑之间设置连杆8，外侧单根对撑和连杆8之间用三通10进行法兰连接，中间的单根对撑与连杆8之间用第一四通11进行法兰连接。
48.实施例3参见说明书附图1，该实施例是在上述实施例的基础上实现的，对基坑支护用装配式方矩管型钢支撑梁系统的特征作进一步限定，为尽可能地减少支撑占用的空间，在桁架式型钢组合支撑的两端外侧分别设置八字形支撑。八字形支撑可以是单八字形支撑13，也可以是双八字形支撑14。八字形支撑与对撑、连杆8之间用第二四通12进行法兰连接。
49.如图1所示，每组对撑组合体系设置在冠梁2或围檩3相对两边的支撑托板5之间；在对撑组合体系的其中一个端头和支撑托板5之间设置活络头9。活络头9可以设置在支撑中间部位，这样可以向两端施加预应力，保证支撑的稳定性。对于带有单八字形支撑13或双八字形支撑14的桁架式对撑，活络头9宜设置在第二四通12前部的对撑组合体系上，并同时施工预应力。
50.实施例4参见说明书附图9~图16，该实施例是在上述实施例的基础上实现的，对基坑支护用装配式方矩管型钢支撑梁系统的活络头特征作进一步限定，该活络头包含支撑侧套箱9-1，中间接驳箱9-3和围檩侧套箱9-5。
51.如图3所示，支撑侧套箱9-1包含第一截面呈方形或矩形的空心型钢9-7，支撑侧端法兰板9-8，以及第一箱内加劲板9-9。
52.所述的第一截面呈方形或矩形的空心型钢9-7的顶板上开有矩形孔洞，用作轴力计9-2的投放口，孔洞尺寸略大于轴力计9-2尺寸，保证轴力计能顺利投放。
53.所述的支撑侧端法兰板9-8焊接在空心型钢9-7的一端，支撑侧端法兰板9-8超出第一截面呈方形或矩形的空心型钢9-7的延伸段上设置若干第一螺栓连接通孔9-10，且延伸段上垂直焊接若干梯形加劲板9-12，形成法兰结构，用来连接钢支撑标准节或调节节。
54.所述的第一箱内加劲板9-9焊接在支撑侧套箱9-1内侧与支撑侧端法兰板9-8之间，呈十字形布置，其截面尺寸以支撑侧套箱9-1内侧的截面尺寸为限。
55.如图4所示，围檩侧套箱9-5包含第二截面呈方形或矩形的空心型钢9-13，围檩侧端板9-14以及第二箱内加劲板9-15。
56.所述第二截面呈方形或矩形的空心型钢9-13的截面尺寸和支撑侧套箱9-1的截面尺寸相同，空心型钢9-13的顶板上开有t形孔洞，用作千斤顶9-4的投放口，孔洞尺寸大于千斤顶9-4尺寸，且考虑千斤顶9-4施加预应力后钢楔9-6的楔入空间。
57.所述围檩侧端板9-14焊接在第二截面呈方形或矩形的空心型钢9-13的一端，围檩侧端板9-14的尺寸和所述第二截面呈方形或矩形的空心型钢9-13的截面尺寸相同。
58.所述第二箱内加劲板9-15焊接在围檩侧套箱9-5内侧与围檩侧端板之间，呈十字形布置，其截面尺寸以围檩侧套箱9-5内侧的截面尺寸为限。
59.如图5、图7、图8所示，中间接驳箱9-3包含第三截面呈方形或矩形的空心型钢9-17，第三箱内加劲板9-18，第一中间接驳箱端板9-19，第二中间接驳箱端板9-20，轴力计托架9-21，以及千斤顶托架9-23。
60.所述第三截面呈方形或矩形的空心型钢9-17的截面尺寸略小于支撑侧套箱9-1的截面尺寸，空心型钢9-17的底板尺寸略大于顶板尺寸。
61.所述第三箱内加劲板9-18焊接在中间接驳箱9-3内侧，呈十字形布置，其截面尺寸以中间接驳箱9-3内侧的截面尺寸为限。
62.所述第一中间接驳箱端板9-19焊接在中间接驳箱9-3安装轴力计9-2的一端，第一中间接驳箱端板9-19呈u型设置，其u型板凹槽高度保证轴力计9-2中心线与第三截面呈方形或矩形的空心型钢9-17的中心线一致。
63.所述第二中间接驳箱端板9-20焊接在中间接驳箱9-3安装千斤顶9-4的一端，第二中间接驳箱端板9-20呈一定坡度设置，中心位置设置一个方形孔洞，用作千斤顶9-4端头的顶入口，便于千斤顶9-4向围檩施加预应力，从而反作用于钢支撑。
64.所述轴力计托架9-21焊接在第一中间接驳箱端板9-19和第三箱内加劲板9-18之间，托架9-21高度和第一中间接驳箱端板9-19凹槽高度相同，轴力计9-2安放后，用卡板9-22焊接固定。
65.所述千斤顶托架9-23焊接在第二中间接驳箱端板9-20和第三箱内加劲板9-18之间，托架9-23上焊有弧形翼板9-24，托架9-23高度保证千斤顶9-4中心线与第三截面呈方形或矩形的空心型钢9-17的中心线一致。
66.第三截面呈方形或矩形的空心型钢9-17的顶板上，与支撑侧套箱9-1连接侧设置一个与支撑侧套箱9-1顶板所开孔洞配套的矩形孔洞，便于套装后投放轴力计9-2；第三截面呈方形或矩形的空心型钢9-17的顶板上，与围檩侧套箱9-5连接侧设置一个与围檩侧套箱9-5顶板所开孔洞配套的矩形孔洞，便于套装后投放千斤顶9-4，矩形孔洞尺寸略大于千斤顶9-4。
67.本发明一种用于方矩管型钢支撑系统的活络头，在吊装前将轴力计9-2放置于活络头中的安装位置，并焊接固定。然后将活络头的支撑侧和方矩管型钢支撑之间通过法兰进行连接，围檩侧与围檩之间通过挂板、牛腿进行连接。连接到位后，千斤顶9-4吊入活络头的固定位置施加预应力，预应力施加结束后楔入钢楔9-6，千斤顶9-4卸载后吊出，移到下一组型钢支撑重复使用。
68.实施例5该实施例是在上述实施例的基础上实现的，本发明一种用于方矩管型钢支撑系统的活络头，第三截面呈方形或矩形的空心型钢9-17的长度略大于轴力计9-2长度、千斤顶9-4长度和第三箱内加劲板9-18的长度之和。
69.实施例6该实施例是在上述实施例的基础上实现的，本发明一种用于方矩管型钢支撑系统的活络头，第一截面呈方形或矩形的空心型钢9-7的顶板上设置两个第二螺栓连接通孔9-11，第二螺栓连接通孔9-11靠近空心型钢9-7的开口端附近设置。
70.第二截面呈方形或矩形的空心型钢9-13的顶板上靠近开口端附近设置两个第三螺栓连接通孔9-16。
71.在中间接驳箱9-3顶板上对应支撑侧套箱9-1顶板上第二螺栓连接通孔9-11位置设有两个第四螺栓连接通孔9-25，支撑侧套箱9-1和中间接驳箱9-3套接后，通过第二螺栓连接通孔9-11和第四螺栓连接通孔9-25进行螺栓固定。
72.在中间接驳箱9-3顶板上对应围檩侧套箱9-5顶板上第三螺栓连接通孔9-16位置设有两个第五螺栓连接通孔9-26。围檩侧套箱9-5和中间接驳箱9-3套接后，通过第三螺栓连接通孔9-16和第五螺栓连接通孔9-26进行螺栓固定。
73.上述连接通孔的设置有两个目的，第一：施工前期使用起吊设备将活络头起吊时，对三个箱体之间起临时固定作用。
74.第二：当千斤顶撤掉后，且钢楔9-6就位后，通过上述连接通孔对三个箱体实现固定可以防止钢楔9-6连接不稳定导致的活络头失效。
75.作为实施例3的优选，第二螺栓连接通孔9-11、第三螺栓连接通孔9-16、第四螺栓连接通孔9-25、第五螺栓连接通孔9-26的形状为沿型钢轴向的腰孔。
76.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
77.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。