一种钢混组合内支撑预制构件、连接节点结构及施工方法与流程

[0001]
本发明属于地下基坑工程技术领域，具体涉及一种钢混组合内支撑预制构件、连接节点结构及施工方法。


背景技术：

[0002]
传统现浇混凝土支撑，因其刚度大、整体性好、安全可靠等优势，普遍应用于地下工程，但也存在突出的问题和缺点：（1）费钱，投资高：混凝土支撑属于临时工程，车站结构主体完工，即破除外运，临时性废弃工程投资高，一般地下车站达数百万，复杂站点达数千万；（2）费时，工期长：混凝土支撑支模、绑扎钢筋、浇筑振捣、养护，后期的破除，整个工序长达好几个月，严重制约现场施工进度；（3）费力，难度大：混凝土支撑施工难度大，使用完成后破除施工，需耗费大量人力物力；（4）不环保，混凝土破除废渣污染环境，不符合绿色建造、环保节能的发展方向。急需先进的产品和科学的施工方法，替代传统混凝土支撑。
[0003]
传统钢管撑虽然可以回收，施工较为便利，但是其与基坑支挡结构间只能承受压力，整体性较差，抗变形能力差，成为基坑安全的薄弱环节。


技术实现要素：

[0004]
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种钢混组合内支撑预制构件、连接节点结构及施工方法，能够提高钢混组合支撑的承载能力、抗变形能力、整体性以及中间节点刚度。
[0005]
为实现上述目的，本发明的技术方案为一种钢混组合内支撑预制构件，包括钢管、封板、内环板和外环板；所述钢管内浇筑有填充砼，所述填充砼内具有沿轴向贯穿的中空部；所述钢管两端的端面均焊接有封板，所述钢管两端的外壁均环向焊接有外环板；各所述封板上背离所述钢管的一面焊接有内环板；位于所述钢管同一端的所述内环板与所述外环板通过加劲肋连接，且所述加劲肋与所述钢管焊接。
[0006]
进一步地，所述封板、所述内环板和所述外环板均为环形，且所述封板的内环尺寸和所述内环板的内环尺寸均与所述填充砼的中空部尺寸相同，所述外环板的内环尺寸与所述钢管的外环尺寸相同。
[0007]
进一步地，所述填充砼内配置有多根环向箍筋和多根纵筋，多根环向箍筋沿支撑方向间隔布置，多根纵筋沿所述环向箍筋的内侧间隔布置，且各所述纵筋均与所述多根环向箍筋连接。
[0008]
更进一步地，所述纵筋的两端分别通过穿孔塞焊与所述钢管两端的所述封板连接。
[0009]
进一步地，所述外环板上沿环向间隔设置有多个螺杆孔，所述内环板位于所述钢管外侧的部分上沿环向间隔设置有多个螺杆孔，所述外环板上的螺杆孔与所述内环板上的螺杆孔一一对应。
[0010]
更进一步地，所述内环板与所述外环板之间沿环向间隔设置有多个所述加劲肋，
且多个所述加劲肋与所述内环板或所述外环板上的多个螺杆孔相间布置。
[0011]
进一步地，所述加劲肋为去角矩形钢板，所述加劲肋上与所述钢管连接的侧边的两个边角均为倒角。
[0012]
本发明还提供一种钢混组合内支撑预制构件的连接节点结构，包括两个上述的钢混组合内支撑预制构件，其中一个所述钢混组合内支撑预制构件端部的所述外环板和所述内环板与另一个所述钢混组合内支撑预制构件端部的所述内环板和所述外环板通过多根螺杆和多个螺帽固定连接。
[0013]
进一步地，两个所述钢混组合内支撑预制构件之间设置有拆卸垫片。
[0014]
本发明还提供一种上述的钢混组合内支撑预制构件的施工方法，包括如下步骤：s1、根据设计图纸，准备钢管、封板、内环板和外环板；s2、在钢管内配置环向箍筋和多根纵筋；s3、在钢管两端的端面上分别焊接封板，并将纵筋的两端分别通过穿孔塞焊与钢管两端的封板连接；s4、先在封板背离钢管的一面焊接内环板，在钢管两端的外壁上环向焊接外环板，并在内环板和外环板之间焊接加劲肋；然后在钢管内浇筑填充砼并预留中空部，完成空心钢管混凝土支撑预制件的制作；或者先在钢管内浇筑填充砼并预留中空部，然后在封板背离钢管的一面焊接内环板，在钢管两端的外壁上环向焊接外环板，并在内环板和外环板之间焊接加劲肋，完成空心钢管混凝土支撑预制件的制作。
[0015]
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1）本发明提供的钢混组合内支撑预制构件为钢管内填混凝土的空心构件，不仅轻质高强，便于运输和安装，而且钢管一方面可保护内部填充砼不受破坏，实现预制构件多次循环使用，另一方面可以显著提升内填混凝土的承载能力，使得钢混组合内支撑预制构件的承载能力更高、抗变形能力更强，确保基坑工程安全；（2）本发明提供的钢混组合内支撑预制构件端部的内环板、加劲肋和外环板构成靴梁节点增加接头刚度，保证接头处连接节点的刚度。
附图说明
[0016]
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它的附图。
[0017]
图1为本发明实施例提供的装配式钢混组合内支撑结构的平面图；图2为本发明实施例提供的钢混组合内支撑预制构件的纵断面图；图3为本发明实施例提供的钢管为圆形时钢混组合内支撑预制构件的横断面图；图4为本发明实施例提供的钢管为方形时钢混组合内支撑预制构件的横断面图；图5为本发明实施例提供的钢混组合内支撑预制构件的连接节点结构的纵断面图（不带拆卸垫片）；图6为本发明实施例提供的钢混组合内支撑预制构件的连接节点结构的纵断面图（带
拆卸垫片）；图7为本发明实施例提供的钢混组合内支撑预制构件的连接节点结构的横断面图；图8为本发明实施例提供的钢管为圆形时内环板的示意图；图9为本发明实施例提供的钢管为圆形时外环板的示意图；图10为本发明实施例提供的加劲肋的示意图；图11为本发明实施例提供的拆卸垫片的示意图；图12为本发明实施例提供的钢混组合内支撑预制构件与冠梁的连接示意图；图13为本发明实施例提供的预埋件的示意图；图14为本发明实施例提供的支座的剖视图；图15为本发明实施例提供的支座的俯视图；图中：1、围护结构；2、冠梁；3、钢混组合内支撑预制构件；4、预埋件；5、预埋钢板；6、预埋螺杆；7、支座；8、外环板；9、加劲肋；10、内环板；11、钢管；12、箍筋；13、纵筋；14、封板；15、穿孔塞焊；16、填充砼；17、螺杆；18、螺帽；19、螺杆孔；20、拆卸垫片；21、凹钢块；22、钢腿；23、砼底座。
具体实施方式
[0018]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0019]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0020]
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0021]
实施例一如图2-图4所示，本实施例提供一种钢混组合内支撑预制构件，包括钢管11、封板14、内环板10和外环板8；所述钢管11内浇筑有填充砼16，所述填充砼16内具有沿轴向贯穿的中空部；所述钢管11两端的端面均焊接有封板14，所述钢管11两端的外壁均环向焊接有外环板8；各所述封板14上背离所述钢管11的一面焊接有内环板10；位于所述钢管11同一端的所述内环板10与所述外环板8通过加劲肋9连接，且所述加劲肋9与所述钢管11焊接。本实施例的钢混组合内支撑预制构件3为钢管11内填混凝土的空心构件，不仅能够充分发挥钢管11和混凝土两种材料的优势，性价比高，相对于纯钢支撑，具有显著的经济效益，相比于混凝土支撑，刚度更高，同时，轻质高强，便于循环使用、运输和安装，而且钢管11为预制支撑的外表皮，可保护内部填充砼16不受破坏，实现预制构件多次循环使用，同时钢管11的套箍作用可显著提升内填混凝土的承载能力，使得空心的空心钢管11混凝土支撑的承载能力（强度）
高，抗变形能力（刚度）强，可以达到常规混凝土支撑相同甚至更高的强度和刚度，确保基坑工程安全；此外，钢管11端部的内环板10、加劲肋9和外环板8构成靴梁节点，增加接头刚度，其中，外环板8环向焊接于钢管11，外环板8的内侧与加劲肋9焊接，内环板10的内侧分别与加劲肋9、钢管11和封板14焊接，加劲肋9的三侧分别与外环板8、内环板10和钢管11焊接，保证接头处连接节点的刚度。
[0022]
本实施例中，钢管11的截面可以采用圆形，也可以采用正方形、长方形、多边形等，可以采用高强钢材，也可以采用合金钢等材料，满足受力，易于焊接即可；填充砼16可为高强混凝土、轻质混凝土或泡沫混凝土等其他材料，强度需满足设计要求；填充砼16内部中空，其可以通过离心工艺或其他工艺成型，填充砼16厚度约为100mm-200mm之间，在满足支撑刚度条件下宜取小值，以减轻预制构件自重；填充砼16的中空部可以不加任何内壁，也可以采用有内壁形式的，内壁材料可以为钢管、pvc 等，其截面也不限于圆形，也可为方形、多边形等多种形状，封板14可以保护端部的填充砼16；封板14、内环板10、外环板8、加劲肋9与钢管11可以预制为整体，也可以分体预制后焊接为一体。
[0023]
进一步地，所述封板14、所述内环板10和所述外环板8均为环形，且所述封板14的内环尺寸和所述内环板10的内环尺寸均与所述填充砼16的中空部尺寸相同，所述外环板8的内环尺寸与所述钢管11的外环尺寸相同。本实施例中封板14、内环板10和外环板8的形状和尺寸均与钢管11的形状和尺寸相匹配；当钢管11为圆形时，封板14、内环板10和外环板8均为圆环形钢板，如图3和图8、图9所示，其中，外环板8的内径与钢管11的外径相同，内环板10的内径和封板14的内径均与填充砼16的中空部内径相同，封板14的外径可以与钢管11的外径相同，内环板10的外径可以与外环板8的外径相同；当钢管11为方形时，如图4所示，封板14、内环板10和外环板8均为方环形钢板，封板14、内环板10和外环板8的内环尺寸和/或外环尺寸也随之调整，在此不再详述。
[0024]
进一步地，所述填充砼16内配置有多根环向箍筋12和多根纵筋13，多根环向箍筋12沿支撑方向间隔布置，多根纵筋13沿所述环向箍筋12的内侧间隔布置，且各所述纵筋13均与所述多根环向箍筋12连接。如图2-图4所示，本实施例的填充砼16内沿支撑方向配制有多根纵筋13，且多根纵筋13均布置于环向箍筋12的内侧并与多根环向箍筋12连接，增强混凝土与钢管11之间的紧密连接效果，以保证钢管11和混凝土有效协同工作，其自身刚度较大，远超过砼尺寸混凝土支撑；其中，纵筋13以及环向箍筋12的直径和布置根数可根据实际情况确定，可布置于填充砼16的中部。优化地，所述纵筋13的两端分别通过穿孔塞焊15与所述钢管11两端的所述封板14焊接为整体，促使钢管11结构与填芯混凝土融为一体，提高预制构件的整体性，确保节点刚度。
[0025]
进一步地，所述外环板8上沿环向间隔设置有多个螺杆孔19，所述内环板10位于所述钢管11外侧的部分上沿环向间隔设置有多个螺杆孔19，所述外环板8上的螺杆孔19与所述内环板10上的螺杆孔19一一对应。当两个所述钢混组合内支撑预制构件3拼接时，两个所述钢混组合内支撑预制构件3上的多个螺杆孔19分别对齐，然后在位于同一直线上的螺杆孔19中安装螺杆17并通过螺帽18固定，实现预制构件之间的连接。
[0026]
更进一步地，所述内环板10与所述外环板8之间沿环向间隔设置有多个所述加劲肋9，且多个所述加劲肋9与所述内环板10或所述外环板8上的多个螺杆孔19相间布置。如图7所示，加劲肋9布置于内外环板的螺杆孔对之间，加劲肋9与螺杆孔19的数量保持一致，两
个所述钢混组合内支撑预制构件3拼接时，多个加劲肋9与多个螺杆孔19中安装的多个螺杆17相间布置，提高连接节点的强度与刚度；加劲肋9的厚度根据受力确定，预留富余度。
[0027]
进一步地，所述加劲肋9为去角矩形钢板，所述加劲肋9上与所述钢管11连接的侧边的两个边角均为倒角。如图5和图10所示，本实施例通过将加劲肋9与钢管11连接的侧边的两个边角去角形成倒角结构，有效减小焊接过程中的应力集中；其中，加劲肋9的背离钢管11的侧边可与外环板8的外侧边齐平。
[0028]
本实施例中，所有钢结构如钢管11、内环板10、外环板8等直接与外界接触部分均需预先涂抹防锈材料，防止钢结构表面生锈破坏，导致强度降低；螺帽18宜为两个叠加，防止松脱，螺帽18下根据需要可设垫板。
[0029]
实施例二本实施例提供一种钢混组合内支撑预制构件的连接节点结构，包括两个实施例一提供的钢混组合内支撑预制构件3，其中一个所述钢混组合内支撑预制构件3端部的所述外环板8和所述内环板10与另一个所述钢混组合内支撑预制构件3端部的所述内环板10和所述外环板8通过多根螺杆17和多个螺帽18固定连接。如图5所示，本实施例的钢混组合内支撑预制构件3端部采用靴梁节点并通过多根螺杆17连接，保证中间节点的刚度，实现节点与构件等强，确保装配式钢混组合内支撑达到现浇混凝土支撑相近甚至更高的强度和刚度，保证基坑工程的安全稳定，且方便施工，安装和拆卸便利，便于工厂化制作和大面积的推广应用。
[0030]
施工时，先将钢混组合内支撑预制构件3运至施工现场，然后将两个钢混组合内支撑预制构件3端部的内环板10对齐，再将螺杆17依次穿过其中一个钢混组合内支撑预制构件3端部的外环板8和内环板10、另一个钢混组合内支撑预制构件3端部的内环板10和外环板8并通过螺帽18固定，实现两个钢混组合内支撑预制构件3的拼接；如图7所示，多根螺杆17与多个加劲肋9相间布置，提高中间节点的连接强度。本实施例中，由于外部钢管11护壁的作用，支撑不易受到损坏，接头又是采用高强螺杆17连接，拆除高强螺杆17即可实现钢混组合内支撑预制构件3的回收，多次循环利用，降低成本。
[0031]
进一步地，两个所述钢混组合内支撑预制构件3之间设置有拆卸垫片20。本实施例在两个钢混组合内支撑预制构件3之间放置拆卸垫片20，如图6所示，以方便拆除；其中，拆卸垫片20可以为厚度3-10cm的实心钢环，也可以为多段拼接成的实心钢环，例如两个半圆钢环或者多个扇形钢环，多段钢环间不连接；拆卸垫片20表面需光滑，尺寸与内环板10相同，外缘均匀布置多个螺杆孔19，如图11所示，且拆卸垫片20上的螺杆孔19与钢混组合内支撑预制构件3的内环板10及外环板8上的螺杆孔19均一一对应，多根螺杆17对应贯穿拆卸垫片20上的多个螺杆孔19。安装时，先在拆卸垫片20的两侧面涂抹一层润滑剂，然后将拆卸垫片20置于两个所述钢混组合内支撑预制构件3之间，将螺杆17依次穿过其中一个钢混组合内支撑预制构件3端部的外环板8和内环板10、拆卸垫片20、另一个钢混组合内支撑预制构件3端部的内环板10和外环板8并通过螺帽18固定；拆除时，先拆除螺杆17和螺帽18，然后拆除拆卸垫片20，消除预制构件间的轴力，再逐节拆除预制构件。
[0032]
实施例三本实施例提供一种实施例一提供的钢混组合内支撑预制构件3的施工方法，包括如下步骤：
s1、根据设计图纸，准备钢管11、封板14、内环板10和外环板8；s2、在钢管11内配置环向箍筋12和多根纵筋13；s3、在钢管11两端的端面上分别焊接封板14，并将纵筋13的两端分别通过穿孔塞焊15与钢管11两端的封板14连接；s4、先在封板14背离钢管11的一面焊接内环板10，在钢管11两端的外壁上环向焊接外环板8，并在内环板10和外环板8之间焊接加劲肋9；然后在钢管11内浇筑填充砼16并预留中空部，完成空心钢管11混凝土支撑预制件的制作；或者先在钢管11内浇筑填充砼16并预留中空部，然后在封板14背离钢管11的一面焊接内环板10，在钢管11两端的外壁上环向焊接外环板8，并在内环板10和外环板8之间焊接加劲肋9，完成空心钢管11混凝土支撑预制件的制作。
[0033]
本实施例中可以采用离心工艺在钢管11内浇筑填充砼16，能够自动形成内部空心，且可以将钢管11作为离心工艺的外模板，无需拆除，同时，相比于常规的现浇振捣工艺，离心工艺方便实现高强混凝土，空心钢管11混凝土的承载能力和抗变形能力更高、耐久性更好；也可采用其他工艺完成。
[0034]
实施例四本实施例还提供一种装配式钢混组合内支撑结构，包括围护结构1和装配式钢混组合内支撑；所述围护结构1的顶部设有冠梁2，所述围护结构1的内侧设有腰梁，所述冠梁2相对的两侧之间以及所述腰梁相对的两侧之间均支撑有所述装配式钢混组合内支撑；所述装配式钢混组合内支撑由多个实施例一提供的钢混组合内支撑预制构件3拼接而成，且至少其中两个相邻的钢混组合内支撑预制构件3之间设置有拆卸垫片20，钢混组合内支撑预制构件3的连接处采用实施例二中提供的连接节点结构。如图1所示，本实施例的装配式钢混组合内支撑中至少设有一个拆卸垫片20，通过在其中两个钢混组合内支撑预制构件3之间放置拆卸垫片20，以便于在拆卸时可以先拆除拆卸垫片20，一旦拆除拆卸垫片20，钢混组合内支撑预制构件3间的轴力也将消失，其余钢混组合内支撑预制构件3便可以轻松拆除，有效解决数米长装配式钢混组合支撑拆卸困难的问题，提高装配式钢混组合支撑的拆卸效率。
[0035]
本实施例中，多个钢混组合内支撑预制构件3的中空部连通，使得装配式钢混组合内支撑的承载能力更高、抗变形能力更强，确保基坑工程安全；且钢混组合内支撑预制构件3可以根据需要设计几种长度适宜的固定模数节段，不宜过长，长度过长不宜吊装施工，长度过短导致接头过多，连接困难；作为一种实施方式，钢混组合内支撑预制构件3可以设计4m、5m、6m等规格的标准模数以及2m的端部节段模数，根据实际基坑需要，选择长度规格完全相同、不完全相同或者完全不同的钢混组合内支撑预制构件3进行组装，满足不同宽度、不同长度基坑支撑的需要，具有普遍适用性。
[0036]
进一步地，所述冠梁2和所述腰梁内均埋置有预埋件4，所述预埋件4包括两块预埋钢板5和多根预埋螺杆6；多根预埋螺杆6的一端分别依次穿过两块预埋钢板5并与两块预埋钢板5焊接，另一端伸出所述冠梁2或所述腰梁并分别依次穿过所述装配式钢混组合内支撑端部的所述内环板10上的多个螺杆孔19和所述外环板8上的多个螺杆孔19后通过螺帽18固定。如图12-图13所示，本实施例的两块预埋钢板5相对布置且埋于冠梁2或腰梁内，起到锚固作用；两块预埋钢板5上设有多个螺杆孔19，且与所述内环板10和所述外环板8上的多个螺杆孔19一一对应，多根预埋螺杆6的一端对应穿过两块预埋钢板5上对应的螺杆孔19并与
预埋钢板5焊接，另一端对应穿过内环板10上的多个螺杆孔19和外环板8上的多个螺杆孔19后通过螺帽18固定。本实施例的附图以冠梁2为例进行说明，腰梁的情形参照冠梁2。
[0037]
上述装配式钢混组合内支撑结构的施工方法步骤如下：首先，根据设计图纸，在工厂制作钢混组合内支撑预制构件3、预埋件4，并运至施工现场；将钢混组合内支撑预制构件3通过螺杆17和螺母逐节拼接，同时在至少其中两个相邻的钢混组合内支撑预制构件3之间安装拆卸垫片20，组装成装配式钢混组合内支撑；并在装配式钢混组合内支撑的两端通过螺杆17连接预埋件4；然后，在基坑内的支撑位置，埋置支座7；吊装拼装后的装配式钢混组合内支撑，安放在支座7上，使装配式钢混组合内支撑两端的预埋件4安放于将要浇筑的冠梁2或腰梁的位置；其中，埋置支座7的具体方法为：先施工砼底座23，并在砼底座23上埋设钢腿22，然后上表面具有凹槽的凹钢块21焊接于钢腿22上；如图14-图15所示，凹钢块21上表面具有向下凹陷的凹槽，且该凹槽与钢混组合内支撑预制构件3的钢管11的外形相匹配，以便于装配式支撑的安放，起到临时托起的作用；本实施例的支座7也可以采用其他结构形式，可以对装配式支撑起到临时支托作用即可；支座7的各构件在能够承受预制支撑自重情况下，尺寸尽量取小，以减轻自重；最后，浇筑冠梁2或腰梁，使预埋件4埋置于其中，完成装配式钢混组合内支撑结构的施工。
[0038]
在工程施工完毕后，首先拧开中间安装有拆卸垫片20的两个钢混组合内支撑预制构件3上的螺杆17，拆除拆卸垫片20，然后逐节段拧开螺杆17并回收钢混组合内支撑预制构件3。
[0039]
本实施例中的装配式钢混组合内支撑可以与冠梁2或腰梁实现刚性连接，实现在超深基坑中，装配式钢混组合内支撑可替代多道传统混凝土支撑，提高装配率。
[0040]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。