箱型式平衡梁基坑支撐系統的製作方法

2023-06-01 23:33:41

本實用新型涉及基坑的工程施工技術領域，尤其涉及一種箱型式平衡梁基坑支撐系統。

背景技術：

基坑是在基礎設計位置按基底標高和基礎平面尺寸所開挖的土坑。在工程施工中，當基坑為大型基坑，需要在基坑內部進行支撐，以保證地下結構施工及基坑周邊環境的安全。目前，基坑內支撐工法主要包括混凝土支撐、傳統鋼支撐、魚腹梁型鋼支撐。

其中，混凝土支撐存在如下問題：(1)由於混凝土支撐拆除/建築垃圾等造成的資源浪費；(2)由於混凝土支撐綁鋼筋、架模板、澆築養護、拆模、拆除，從而導致施工速度慢；(3)缺乏大跨度結構，混凝土支撐土方開挖空間有限，進而導致地下結構施工空間狹窄。

所述傳統鋼支撐存在如下問題：(1)由於傳統鋼支撐是非標準件現場進行焊接圓形截面，其工傷率高、安全度差；(2)地下結構施工空間狹窄。

所述魚腹梁型鋼支撐核心構件少，魚腹梁跨度不大而且抗力分布不均衡，附加力多。同時，基坑的短邊只能設置一跨魚腹梁，且沿著基坑周邊需要架設一圈立柱樁以及託梁。此外，需要整體支撐平面完成之後才開挖，浪費了主體結構的施工工期。

因此，針對上述問題，有必要提出進一步的解決方案。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種箱型式平衡梁基坑支撐系統，以克服現有技術中存在的不足。

為實現上述實用新型目的，本實用新型提供一種箱型式平衡梁基坑支撐系統，其包括：箱型圍檁梁、第一連接組件、第二連接組件、以及第三連接組件；

所述箱型圍檁梁用於基坑中對撐位置、角撐位置與八字支撐位置的安裝連接；

所述第一連接組件為三角形組件或鋸齒形組件，所述箱型圍檁梁通過所述三角形組件實現在所述角撐位置和八字支撐位置的安裝連接，所述箱型圍檁梁通過所述鋸齒形組件實現在所述角撐位置和對撐位置的安裝連接；

所述第二連接組件為長方形組件，所述箱型圍檁梁通過所述長方形組件實現在所述對撐位置的安裝連接；

所述第三連接組件為對撐八字支撐連接件，所述箱型圍檁梁通過所述對撐八字支撐連接件實現在所述對撐位置和八字支撐位置的安裝連接。

作為本實用新型的箱型式平衡梁基坑支撐系統的改進，所述箱型圍檁梁為三組式時，所述箱型圍檁梁包括第一直線型型鋼以及對稱地安裝於所述第一直線型型鋼兩側的第二直線型型鋼；所述箱型圍檁梁為兩組對稱式時，所述箱型圍檁梁包括對稱設置的且安裝在一起的第三直線型型鋼。

作為本實用新型的箱型式平衡梁基坑支撐系統的改進，所述第一直線型型鋼具有兩個沿長度方向設置的收容鋼絞線的第一收容腔，兩個所述第一收容腔的截面形狀為「日」字形，且所述第一直線型型鋼具有多根與錨盤連結的內置鋼絞線。

作為本實用新型的箱型式平衡梁基坑支撐系統的改進，所述第三直線型型鋼具有四個沿長度方向設置的收容鋼絞線的第二收容腔，四個所述第二收容腔的截面形狀為「田」字形。

作為本實用新型的箱型式平衡梁基坑支撐系統的改進，所述箱型圍檁梁為兩組對稱式時，所述箱型圍檁梁還具有錨固件，所述錨固件上具有呈正六邊形布置的穿越單根鋼絞線多組孔。

作為本實用新型的箱型式平衡梁基坑支撐系統的改進，所述三角形組件為分體式或整體式。

作為本實用新型的箱型式平衡梁基坑支撐系統的改進，所述三角形組件為分體式時，所述三角形組件包括對稱設置且安裝在一起的兩個三角形子單元，所述三角形子單元包括第一安裝部和第一連接部，所述第一安裝部為直角三角形，所述第一連接部位於所述第一安裝部的直角邊上，所述第一安裝部的斜邊的表面形成所述箱型圍檁梁的安裝面。

作為本實用新型的箱型式平衡梁基坑支撐系統的改進，所述三角形組件為整體式時，所述三角形組件包括第二安裝部和第二連接部，所述第二安裝部為直角三角形，所述第二連接部位於所述第二安裝部的斜邊上，所述第二安裝部的直角邊的表面形成所述箱型圍檁梁的安裝面。

作為本實用新型的箱型式平衡梁基坑支撐系統的改進，所述鋸齒形組件包括第三安裝部和第三連接部，所述第三安裝部為T形，T形第三安裝部的豎直部分位於所述第三連接部上，T形第三安裝部的水平部分的端面形成所述箱型圍檁梁的安裝面，且所述端面上設置有若干間隔分布的三角形鋸齒。

作為本實用新型的箱型式平衡梁基坑支撐系統的改進，所述長方形組件為分體式或整體式。

作為本實用新型的箱型式平衡梁基坑支撐系統的改進，所述長方形組件為分體式時，所述長方形組件包括對稱設置且安裝在一起的兩個第一長方形子單元，所述第一長方形子單元包括第一子單元本體、自所述第一子單元本體一側延伸而出的第一延伸臂和第二延伸臂以及自所述第一子單元本體另一側延伸而出的第三延伸臂。

作為本實用新型的箱型式平衡梁基坑支撐系統的改進，所述長方形組件為分體式時，所述長方形組件包括對稱設置且安裝在一起的兩個第二長方形子單元，所述第二長方形子單元包括第二子單元本體、自所述第二子單元本體一側延伸而出的第四延伸臂和第五延伸臂。

作為本實用新型的箱型式平衡梁基坑支撐系統的改進，所述長方形組件為整體式時，所述長方形組件包括長方形本體以及自所述長方形本體的兩側對稱延伸而出的第六延伸臂和第七延伸臂。

作為本實用新型的箱型式平衡梁基坑支撐系統的改進，所述對撐八字支撐連接件為分體式時，其包括位於兩端的所述鋸齒形組件以及位於兩端的所述三角形組件之間的輔助連接組件，所述輔助連接組件包括：與兩端的所述三角形組件相連接的第一連接件、位於所述第一連接件之間的第二連接件以及位於所述第一連接件和第二連接件兩側的第三連接件。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：本實用新型提供一種組裝式、可回收、智能化的箱型式平衡梁基坑支撐系統，其具有節能環保、顯著提高施工速度、預留施工空間大、降低內支撐成本的優點。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型中記載的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型的箱型式平衡梁基坑支撐系統中三組式箱型圍檁梁的截面示意圖；

圖2為本實用新型的箱型式平衡梁基坑支撐系統中兩組對稱式箱型圍檁梁的截面示意圖；

圖3為本實用新型的箱型圍檁梁的立體示意圖；

圖4為本實用新型的箱型式平衡梁基坑支撐系統中分體式三角形組件的平面示意圖；

圖5為圖4中三角形子單元的立體示意圖；

圖6為本實用新型的箱型式平衡梁基坑支撐系統中整體式三角形組件的立體示意圖；

圖7為本實用新型的箱型式平衡梁基坑支撐系統中鋸齒形組件的立體示意圖；

圖8為為應用鋸齒形組件在角撐位置時，箱型圍檁梁與鋸齒形組件的連接關係示意圖；

圖9為為應用鋸齒形組件在對稱位置時，箱型圍檁梁與鋸齒形組件的連接關係示意圖；

圖10為鋸齒形組件與箱型圍檁梁的連接關係示意圖；

圖11為圖10的分解示意圖；

圖12為本實用新型的箱型式平衡梁基坑支撐系統中分體式長方形組件的平面示意圖；

圖13為長方形組件中第一長方形子單元的立體示意圖；

圖14為長方形組件中第二長方形子單元的立體示意圖；

圖15為本實用新型的箱型式平衡梁基坑支撐系統中整體式長方形組件的立體示意圖；

圖16為本實用新型的箱型式平衡梁基坑支撐系統中對撐八字支撐連接件的平面示意圖；

圖17為圖16的分解示意圖；

圖18為本實用新型的箱型式平衡梁基坑支撐系統中大跨度結構的平面示意圖，圖中為一組八字撐和箱型圍檁梁；

圖19為本實用新型的箱型式平衡梁基坑支撐系統中大跨度結構的平面示意圖，圖中為兩組八字撐和箱型圍檁梁；

圖20為本實用新型的箱型式平衡梁基坑支撐系統施工時，布置對撐和八字撐的原理示意圖，圖中為一組八字撐；

圖21為本實用新型的箱型式平衡梁基坑支撐系統施工時，布置對撐和八字撐的原理示意圖，圖中為兩組八字撐；

圖22為本實用新型的箱型式平衡梁基坑支撐系統施工時，布置交叉式對撐的原理示意圖；

圖23為本實用新型的箱型式平衡梁基坑支撐系統施工時，布置混凝土支撐和型鋼支撐的原理示意圖

具體實施方式

下面結合附圖所示的各實施方式對本實用新型進行詳細說明，但應當說明的是，這些實施方式並非對本實用新型的限制，本領域普通技術人員根據這些實施方式所作的功能、方法、或者結構上的等效變換或替代，均屬於本實用新型的保護範圍之內。

本實用新型的箱型式平衡梁基坑支撐系統包括：箱型圍檁梁、第一連接組件、第二連接組件、以及第三連接組件。

所述箱型圍檁梁用於基坑中對撐位置、角撐位置與八字支撐位置的安裝連接，以實現在基坑內部進行支撐。所述箱型圍檁梁由若干條形的直線型型鋼組成，根據直線型型鋼的數量及組成方式的不同，所述箱型圍檁梁可以為三組式或兩組對稱式。優選地，所述直線型型鋼的材質為Q345，截面是400*400*13*21；長度有1m到10m。

如圖1所示，所述箱型圍檁梁10為三組式時，所述箱型圍檁梁10包括第一直線型型鋼11以及對稱地安裝於所述第一直線型型鋼11兩側的第二直線型型鋼12。其中，所述第一直線型型鋼11具有兩個沿長度方向設置的收容鋼絞線的第一收容腔，兩個所述第一收容腔的截面形狀為「日」字形。

如圖2、3所示，所述箱型圍檁梁10為兩組對稱式時，所述箱型圍檁梁10包括對稱設置的且安裝在一起的第三直線型型鋼13。其中，所述第三直線型型鋼13具有四個沿長度方向設置的收容鋼絞線的第二收容腔，四個所述第二收容腔的截面形狀為「田」字形。此時，所述箱型圍檁梁10還具有錨固件，所述錨固件上具有呈正六邊形布置的穿越單根鋼絞線多組孔。

如圖4、7所示，所述第一連接組件為三角形組件21或鋸齒形組件22，所述箱型圍檁梁10通過所述三角形組件21實現在所述角撐位置和八字支撐位置的安裝連接。其中，所述三角形組件21上布置有多組螺栓孔，每組螺栓孔可以與一根直線型型鋼件連接，也可以與箱型圍檁梁連接。此外，所述三角形組件21可以為分體式或整體式。所述三角形組件21的材質為Q425，厚度為400mm。

如圖5所示，進一步地，當所述三角形組件21為分體式時，所述三角形組件21包括對稱設置且安裝在一起的兩個三角形子單元210，所述三角形子單元210包括第一安裝部211和第一連接部212，其中，所述第一安裝部211為直角三角形，所述第一連接部212位於所述第一安裝部211的一條直角邊上，所述第一安裝部211的斜邊的表面形成所述箱型圍檁梁10的安裝面，所述第一連接部212則與基坑的內側壁相連接。

此外，三角形子單元210還設置有拱形結構2100，如此設置，目的是保證圍檁上的軸力的傳力效果。同時，兩個三角形子單元210在裝配在一起時，二者的拱形結構2100中還設置有楔形塊2101，該楔形塊2101作用是在完成鋼絞線施工之後，楔入增加三角形組件21的整體剛度。

如圖6所示，所述三角形組件21為整體式時，所述三角形組件21包括第二安裝部213和第二連接部214，其中，所述第二安裝部213為直角三角形，所述第二連接部214位於所述第二安裝部213的斜邊上，所述第二安裝部213的直角邊的表面形成所述箱型圍檁梁10的安裝面，所述第二連接部214則與基坑的內側壁相連接。

如圖7所示，所述箱型圍檁梁10通過所述鋸齒形組件22實現在所述角撐位置和對撐位置的安裝連接。其中，所述鋸齒形組件22的材質為Q420，厚度為400mm。

具體地，所述鋸齒形組件22上布置多組螺栓孔，每組螺栓孔可以與一根型鋼件連接。所述鋸齒形組件22包括第三安裝部221和第三連接部222，其中，所述第三安裝部221為T形，T形第三安裝部221的豎直部分位於所述第三連接部222上，T形第三安裝部221的水平部分的端面形成所述箱型圍檁梁10的安裝面。同時，所述端面上設置有若干間隔分布的三角形鋸齒223。

如圖8、9所示，為應用鋸齒形組件22在角撐位置和對稱位置時，箱型圍檁梁10與鋸齒形組件22的連接關係示意圖。

如圖10、11所示，進一步地，當所述鋸齒形組件22與箱型圍檁梁10可採用先張拉式或後張拉式。其中，先張拉式內置預應力鋼絞線的箱型圍檁梁包括三個部分：內置已經張拉的預應力鋼絞線的箱形梁、型鋼梁以及未內置鋼絞線的箱型梁。

內置已經張拉的預應力鋼絞線的箱形梁包括：箱型梁、預應力鋼絞線、錨盤a輔助件b，其中，有兩個或四個空腔可以穿越鋼絞線。同時，內置已經張拉的預應力鋼絞線的箱形梁與型鋼梁以及未內置鋼絞線的箱型梁為對稱結構。

如圖12所示，所述第二連接組件30為長方形組件31，所述箱型圍檁梁10通過所述長方形組件31實現在所述對撐位置的安裝連接。其中，所述長方形組件31可以為分體式或整體式。所述長方形組件31的材質為Q425，厚度為400mm。此外，所述長方形組件31布置有多組螺栓孔，每組螺栓孔可以與一根直線型型鋼件連接。

如圖13所示，進一步地，當所述長方形組件31為分體式時，所述長方形組件包括對稱設置且安裝在一起的兩個第一長方形子單元310，所述第一長方形子單元310包括第一子單元本體311、自所述第一子單元本體311一側延伸而出的第一延伸臂312和第二延伸臂313以及自所述第一子單元本體310另一側延伸而出的第三延伸臂314。

如圖14所示，可替代地，在另一實施方式中，所述長方形組件31為分體式時，所述長方形組件31包括對稱設置且安裝在一起的兩個第二長方形子單元310'，所述第二長方形子單元310'包括第二子單元本體311'、自所述第二子單元本體311'一側延伸而出的第四延伸臂312'和第五延伸臂313'。

如圖15所示，當所述長方形組件31為整體式時，所述長方形組件31為整體式時，所述長方形組件31包括長方形本體320以及自所述長方形本體320的兩側對稱延伸而出的第六延伸臂321和第七延伸臂322。

如圖16、17所示，所述第三連接組件為對撐八字支撐連接件41，所述箱型圍檁梁10通過所述對撐八字支撐連接件41實現在所述對撐位置和八字支撐位置的安裝連接。其中，所述對撐八字支撐連接件41上布置多組螺栓孔，每組螺栓孔可以與一根直線型型鋼件連接。根據需要，所述對撐八字支撐連接件41可以為分體式或整體式。此外，所述對撐八字支撐連接件41的材質為Q425，厚度為400mm。

具體地，當所述對撐八字支撐連接件41為分體式時，所述對撐八字支撐連接件41包括位於兩端的所述鋸齒形組件22以及位於兩端的所述三角形組件21之間的輔助連接組件42，所述輔助連接組件42包括：與兩端的所述三角形組件21相連接的第一連接件421、位於所述第一連接件421之間的第二連接件422以及位於所述第一連接件421和第二連接件422兩側的第三連接件423。

如圖18、19所示，本實用新型可在基坑中實現大跨度結構。具體地，所述大跨度結構具有由所述箱型圍檁梁形成的多組八字撐1和對撐2，所述多組八字撐1和對撐2相應地通過三角形組件、長方形組件、對撐八字支撐連接件實現連接。從而，相鄰的對稱結構具有較大的跨度，所述跨度可以為10m/15m/20m/25m/30m/35m等。

下面結合實施例，對本實用新型的箱型式平衡梁基坑支撐系統的施工方法進行進一步地說明。本實用新型的箱型式平衡梁基坑支撐系統施工時，按照先先布置角撐、對撐、再布置箱型梁的原則進行施工。

所述施工方法包括如下步驟：

S1、確定基坑邊界線；

在確定基坑邊界線時，應使基坑邊界線儘量接近長方形，確定基坑的短邊、長邊；在非規則部分可以應用混凝土支撐。

S2、布置角撐；

布置角撐時，採取基坑短邊中點原則以及對稱原則(左側區域角撐右側與區域角撐對稱)。具體地，在短邊中點位置設置第一角撐支撐點，第一角撐與圍檁成45度角；與此同時，第一角撐在基坑長邊的支撐點也得到確定；而且控制第一角撐與第二角撐的水平間距為一跨圍檁梁的距離。

S3、布置對撐和八字撐；

如圖20、21所示，完成布置角撐之後，在剩下的基坑長邊位置布置對撐+八字撐，其中，對撐間距應該控制在能布置預製箱型圍檁梁。可替代地，布置對撐和八字撐時，也可採用在剩下的基坑長邊位置布置長方形組件+箱型圍檁梁的結構。

如圖22所示，對撐也可被設置為交叉式，此時，在布置角撐時，應當在基坑的長邊和短邊均預留對稱布置位置。優選地，布置對撐時，採用對撐+八字撐的結構形式，交叉的對稱形成一「井」字形結構。

如圖23所示，此外，根據需要，布置對撐時也可採用混凝土支撐+型鋼支撐的結構形式。

S4、在角撐或者對撐之間設置預製箱型圍檁梁。

本實用新型的箱型式平衡梁基坑支撐系統還應當進行驗算。具體地，所述箱型圍檁梁應當滿足強度驗算、位移控制(撓度)驗算。

(1)、強度驗算。所述強度驗算的公式為：

其中，軸心壓力N是圍檁軸力，是經過角撐圍檁傳遞過來的側土壓力；A是圍檁梁的截面積；My是弱軸的最大彎矩；My是圍檁梁的截面模量；[σ]是材料所允許的強度。

圍檁軸力計算為：

其中，q為基坑圍檁上所需要的支撐抗力：LCB是該跨圍檁梁所對應的側土壓力的寬度；

弱軸的最大彎矩為：

其中，q'＝ρg；ρ為型鋼每米的質量；LWLL是圍檁梁的長度。

(2)、位移控制(撓度)驗算。所述位移控制(撓度)驗算的公式為：

其中，f是圍檁梁的最大撓度；NYYL是圍檁梁上鋼絞線所施加的預應力；e是鋼絞線到圍檁梁軸線的間距；E是圍檁梁材料鋼的彈性模量；

I是圍檁梁的截面模量；f0是國家基坑規範所允許的位移範圍。

進一步地，在計算基坑的支撐抗力時一般取剛度為25-35MN/m2；角撐對撐的組合數量應該根據角撐/對撐所需要的剛度、角撐/對撐的強度以及角撐/對撐穩定性計算得到。其中，進行強度驗算與穩定性驗算，分析對象為立柱樁之間的支撐段。

(3)、剛度驗算。剛度計算公式為：

角撐：

對撐：

其中，AJC為角撐截面面積；ADC為對撐截面面積。

(4)、強度驗算。強度驗算應該符合以下公式：

其中，軸心壓力是：N＝qLz；Lz為立柱樁之間的段的長度，在計算角撐時Lz＝L6、在計算對撐時Lz＝L7。

弱軸的最大彎矩是：對撐的截面積是A；弱軸的截面模量分別是Wy；弱軸軸心受壓的杆件穩定係數是γy＝1.05。所以，

(5)、強度驗算。

穩定性驗算應該符合以下公式

的計算過程如下：

迴轉半徑：長細比：計算得到

查詢GB50017-2003鋼結構設計規範附錄C可以得到等效彎矩係數βty是βty＝1；截面影響係數：η＝1；受彎構件整體穩定性係數所以：

綜上所述，本實用新型提供一種組裝式、可回收、智能化的箱型式平衡梁基坑支撐系統，其具有節能環保、顯著提高施工速度、預留施工空間大、降低內支撐成本的優點。

具體地，本實用新型的箱型式平衡梁基坑支撐系統與現有技術相比：(1)使用的標準基本構件不同。(2)大跨度結構原理不同，箱型梁的抗彎截面模量大，內置鋼絞線能夠提供預應力，該力可以提供所需要的支撐抗力，以保證基坑邊界的位移在規範之內(3-5cm)。(3)設計理念不同，以混凝土支撐的剛度設計；以對撐+角撐為骨幹，以箱型梁為輔助。(4)去掉了因為弓形式大跨度結構所需要的立柱以及託梁，大量的減少了工程量，並且提供更多的施工空間。

對於本領域技術人員而言，顯然本實用新型不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本實用新型的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本實用新型。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本實用新型的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本實用新型內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。

此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但並非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。