立柱結構及包括該立柱結構的基坑支護系統的製作方法
2023-12-09 05:15:11 1
專利名稱：立柱結構及包括該立柱結構的基坑支護系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於建築基坑支護系統的立柱結構，以及一種包括該立柱結構的建築基坑支護系統。
背景技術：
隨著中國經濟的騰飛和城鎮一體化進程的加快，可利用的土地空間越來越小，為充分利用不可再生的土地資源，建築物必然向高空和地下發展。地下鐵路、地下車庫、地下商場、高層建築地下室日益增多。在向地下空間開發利用過程中不可避免的出現深基坑工程，而基坑支護又是基坑施工中的重點環節，在基坑較深或在軟土地區基坑支護常採用內支撐結構體系，在此結構體系中立柱幾乎全部採用型鋼格構柱，待地下工程完成後，全部鋼格構柱用氣割割成小段拆除然後運至廢鐵回收站。現有技術中，由於立柱結構形式單一，加工製作中的關鍵技術不能突破，只能一次性使用，具體存在如下不足之處:I)、施工周期長:由於採用單一型鋼格構柱，製作時全部由四個肢柱或兩個肢柱及很多的綴板焊接完成，所需工序較繁瑣、費工費時、不能滿足工期的要求。2)鋼材浪費大:受購買原材及立柱長度的影響，型鋼格構柱不可避免需要接長，目前傳統方法是搭接，即每個肢柱需要取同原材一樣的一段材料進行幫接後再焊接，這樣既浪費了鋼材又增加焊接工作量。3)焊接後質量得不到 保證:型鋼格構柱在接長時若採用肢柱對接焊方法，先加工成若干段長度不同的型鋼格構柱，然後再根據工程需要進行肢柱對接，由於每一段型鋼格構柱在製作時存在偏差再加上焊接變形，在兩段型鋼格構柱對接中存在錯邊情況，焊接接頭達不到工程中的等強要求存在嚴重的安全隱患。4)立柱結構在現場須與樓板澆築在一起，目前沒有即與混凝土樓板連接又與立柱連接的轉換工具裝置，立柱不能取出僅限於一次使用。5)建築主體結構完成後，須拆除支護體系，在拆除立柱時，柱內的混凝土，碎石及泥漿等填充物不易取出，這樣既增加了拆除運輸難度和成本更不利於重複利用。隨著地下工程越來越多，建築業界亟待開發一種施工方便、確保質量、生產高效、實用性強、可回收利用的立柱結構。
發明內容
由此，本發明的目的是提供一種立柱結構，其至少能夠解決部分上述缺點，促進立柱結構的回收利用。在第一方面，本發明提供了一種立柱結構，用於建築基坑支護系統，該立柱結構包括多個區段，其中所述多個區段中的至少一些為格構柱區段，且至少兩個區段通過端頭構件固定連接到一起，所述端頭構件包括中央帶有開孔的端頭板、多個第一肋板和多個第二肋板，其中所述格構柱端部通過焊接連接到所述端頭板，所述第一和第二肋板分別在端頭板的第一側和相對的第二側通過焊接將端頭板連接到相應格構柱區段。該端頭構件的提供使得立柱區段之間，例如格構柱區段之間的連接變得更加輕鬆、可靠。具體地，格構柱區段之間的連接不再需要傳統連接方法中繁瑣、耗時還不可靠的對接。通過本發明的端頭構件，格構柱區段可以方便可靠地連接到一起。肋板的提供增加了連接的強度和可靠性。此外，本發明的端頭構件還提供了格構柱區段與其它可能區段(例如鋼管區段)之間的可靠連接。肋板可以包括焊接到端頭板的第一邊緣以及焊接到格構柱區段側面的第二邊緣。肋板可以為方形或三角形鋼板。端頭板可以為方形或圓形鋼板。第一和第二肋板可以分別繞相應格構柱區段周向間隔開，更優選等角度地間隔開。優選地，格構柱區段包括多條縱向型鋼，所述肋板對應於型鋼設置，使得肋板的第二邊緣被焊接到相應型鋼的側面。對應地，本發明還提供了一種建築基坑支護系統，包括如上所述的立柱結構。在第二方面，本發明提供了一種立柱結構，用於建築基坑支護系統，該立柱結構包括至少一個格構柱區段和至少一個鋼管區段，其中所述各格構柱區段和鋼管區段中的至少兩個通過端頭構件固定連接到一起，所述端頭構件包括中央帶有開孔的端頭板、多個第一肋板和多個第二肋板，其中所述至少兩個區段的端部通過焊接連接到端頭板，其中所述第一和第二肋板分別在端頭板的第一側和相對的第二側通過焊接將端頭板連接到相應區段，且所述第一和第二肋板分別繞相應區段周向間隔開。該端頭構件的提供使得格構柱區段之間的連接變得更加輕鬆、可靠，此外還使得能夠實現原本不可行的鋼管和格構柱之間的可靠連接。肋板可以包括焊接到端頭板的第一邊緣以及焊接到相應區段側面的第二邊緣。第一和第二肋板可以分別繞相應區段周向間隔開，更優選等角度地間隔開。鋼管區段可以包括套在鋼管內部的內襯管，以便在拆除立柱結構時內襯管可連同內部填充物一起從鋼管拆除。內襯管的提供使得在施工過程中填充到鋼管內部的填充物，如混凝土等可以被方便地移 除，大大降低了重複利用鋼管的成本。內襯管可以由塑料材料、複合材料、纖維材料、泡沫材料及其組合中的一種製成。內襯管和鋼管之間可以具有隔離層。隔離層包括脫模劑層。該脫模劑層可以為塗覆到內襯管外表面和/或鋼管內表面的塗層，也可以是脫模劑材料形成的獨立層。在第三方面，本發明提供了一種立柱結構，用於建築基坑支護系統，該立柱結構在與至少一個樓層板相交處包括鋼管區段，所述立柱結構還包括卡接裝置，所述卡接裝置可拆卸地固定連接到鋼管區段並且包括多個伸出臂部，所述伸出臂部能被澆注到樓層板中使得卡接裝置，以及由此鋼管區段固定連接到樓層板。在未提供本發明的卡接裝置的情況下，由於立柱區段澆注到樓層板中，在拆除時立柱區段必須在樓層板處切斷。加上立柱區段還需要在與水平支撐構件相交處被切斷，使得傳統支護系統中，立柱被拆除時需切割為非常零碎的小段，其給重複利用增加了複雜性和成本，立柱被拆除之後只能作為廢鐵送到回收站。使用本發明的卡接裝置，在拆除時僅需要切斷伸出臂部，然後將卡接裝置從立柱拆除，使得可回收的立柱區段的單件長度大大增力口，降低了回收成本，提供了回收效率，使得立柱結構的重複使用變得可行。優選地，卡接裝置包括安裝部，所述安裝部包括通過機械緊固件連接到一起的多個安裝區段，所述多個區段通過所述機械緊固件施加的拉力而卡緊固定在鋼管區段的周邊上。優選地，所述鋼管區段包括圓形鋼管，所述多個安裝區段為多個弧形區段，所述機械緊固件為螺栓緊固件。優選地，鋼管區段包括方形鋼管，所述多個安裝區段為線性區段，所述機械緊固件為螺栓緊固件。優選地，該立柱結構可以包括至少一個格構柱區段和至少一個鋼管區段，其中所述各格構柱區段和鋼管區段中的至少兩個通過端頭構件固定連接到一起，所述端頭構件包括中央帶有開孔的端頭板、多個第一肋板和多個第二肋板，其中所述至少兩個區段的端部通過焊接連接到端頭板，其中所述第一和第二肋板分別在端頭板的第一側和相對的第二側通過焊接將端頭板連接到相應區段。優選地，肋板包括焊接到端頭板的第一邊緣以及焊接到格構柱區段側面的第二邊緣。優選地，第一和第二肋板分別繞相應格構柱區段周向間隔開。優選地，鋼管區段包括套在鋼管內部的內襯管，以便在拆除立柱結構時內襯管可連同內部填充物一起從鋼管拆除。優選地，內襯管由塑料材料、複合材料、纖維材料、泡沫材料及其組合中的一種製成。優選地，內襯管和鋼管之間具有隔離層。優選地，隔離層包括脫模劑層。在第四方面，本發明提供了一種立柱結構，用於建築基坑支護系統，該立柱結構包括至少一個鋼管區段，所述鋼管區段包括套在鋼管內部的內襯管，以便在拆除立柱結構時內襯管可連同內部填充物一起從鋼管拆除。內襯管的提供使得在施工過程中填充到鋼管內部的填充物，如混凝土等可以被方便地移除，大大降低了重複利用鋼管的成本。優選地，該立柱結構還包括至少一個格構柱區段，其中所述各格構柱區段和鋼管區段中的至少兩個通過端頭構件固定連接到一起，所述端頭構件包括中央帶有開孔的端頭板、多個第一肋板和多個第二肋板，其中所述至少兩個區段的端部通過焊接連接到端頭板，其中所述第一和第二肋板分別在端頭板的第一側和相對的第二側通過焊接將端頭板連接到相應區段。優選地，肋板包括焊接到端頭板的第一邊緣以及焊接到格構柱區段側面的第二邊緣。優選地，第一和第二肋板分別繞相應格構柱區段周向間隔開。優選地，內襯管設置有將其可拆卸地保持到鋼管內部的保持機構。優選地，保持機構包括位於內襯管至少一個端部附近的凸緣或者位於內襯管外表面上向外突出的彈性凸起。優選地，內襯管由塑料材料、複合材料、纖維材料、泡沫材料及其組合中的一種製成。優選地，內襯管和鋼管之間具有隔離層。優選地，隔離層包括脫模劑層。本發明的第一方面的特徵適用於本發明的第二至第四方面，反之亦然。
圖1a示出了一種示例格構柱10的示意性正視圖，圖1b示出了沿圖1a的A-A線截取的橫截面視圖。圖2是大體示出了根據本發明的一個實施例的基坑內支撐系統20的部分示意性正視圖。圖3a是示出了根據本發明的一個實施例的示例性端頭連接構件30的示意性俯視圖，圖3b是示出了已與立柱區段連接的端頭連接構件30的示意性截面圖。圖4是示出了根據本發明的一個實施例的帶內襯管42的鋼管區段40的示例性剖視圖。
圖5a是示出了根據本發明的一個實施例的卡接裝置50的示意性截面圖，圖5b是示出了卡接裝置60的另一實施例的示意性截面圖。
具體實施例方式下面參考附圖對本發明的具體實施方式
進行介紹，在各圖中相同的參考標號表示相同或相似的部件。應理解，術語「上」、「下」、「向上」、「向下」等方向性術語是針對附圖中所示的方位的描述，這些範圍並不是限制性的。此外，如「豎直」、「立柱」這樣的術語僅僅是指其方向相對「水平」而言更加豎直，並不是表示該柱結構一定要完全豎直或直立，而是可以相對水平面或者地平面不那麼豎直或直立，即可以稍微傾斜。一般而言，如果沒有特別說明，本文中的術語「內」、「外」、「內側」、「外側」是指相對於立柱的方位，內和內側指更靠近或指向立柱的中心的位置或取向，外和外側指更遠離立柱的中心的方位或取向。圖1a示出了一種示例格構柱10的示意性正視圖，圖1b示出了沿圖1a的A-A線截取的橫截面視圖。參見圖1a和lb，其中示出了一種示例性格構柱10的具體結構，其中格構柱10為空心構件，包括四根角鋼14及與角鋼相連的綴板12。相鄰的角鋼14通過焊接到綴板12而連接到一起。多塊綴板12沿角鋼14長度方向間隔開，優選地等距間隔開，從而形成由相鄰角鋼14和相鄰綴板12限定的通向格構柱內部的開口。格構柱可替代地不採用四根角鋼加綴板的結構，而可以採用兩根型鋼，譬如兩根槽鋼、工字鋼加相應綴板都可以用於形成適當的格構柱。格構柱也可以採用多於兩根的任意數量的型鋼。格構柱不一定必須採用型鋼，也可以採用鋼管代替型鋼。因此，所示具體實施例介紹的格構柱的結構並不是限制性的。綴板12可以相對於型鋼以任何角度設置以將型鋼連接到彼此。在具體實施例中，綴板12的縱向方向水平地設置，即垂直於角鋼14設置，而且連接四個角鋼的綴板每四塊設置在同一水平高度，使得通向格構柱內部的開口彼此對準，形成貫穿格構柱的開口。貫穿格構柱的開口至少在立柱與水平支撐構件相交處可以允許水平支撐構件方便地穿過格構柱，並與格構柱連接，以便為立柱提供水平方向的支撐。圖2是大體示出了根據本發明的一個實施例的基坑內支撐系統的部分示意性正視圖。支撐系統包括立柱2。立柱2沿豎直方向延伸，且從下到上分別包括設置在灌注樁22內的第一立柱區段21、與·底板24相交的第二立柱區段23，以及交替地與樓層板26和水平支撐結構28相交的第三和第四立柱區段25、27。灌注樁22包括圍繞第一立柱區段21設置的鋼筋籠221，並且通過灌注混凝土將鋼筋籠221和第一立柱區段21與地層穩固連結到一起。底板24設置在灌注樁22緊上方，且底板24的上表面241提供地下空間內最終地下建築物的最底層地面表面。樓層板26為地下建築物的各層分隔開，並提供每一層的樓板。水平支撐結構28為基坑提供水平方向的支撐，水平支撐結構28與立柱2在其相交處固定連結。在施工時，首先，向下鑽孔到足夠的深度。第二步，將鋼筋籠和立柱下入孔中到適合位置處。第三步，澆注混凝土到孔中以形成樁基。要求樁頂標高以下的混凝土強度要滿足設計強度要求，一般混凝土具有0.5米至2米的超灌高度(澆注混凝土的高度相對灌注樁頂面的高度之間的距離)。由此，立柱通過混凝土澆注錨固於灌注樁中。此後，可以在孔內填實粗砂、砼、石灰等材料。在立柱設置完成之後，可以從上往下開挖，並且按設計在固定位置交替布置水平支撐構件和樓層板，最後在坑底澆注底板。施工完成之後，按從下往上的次序將立柱和水平支撐構件依次拆除。
還參考附圖2，立柱2由格構柱區段和鋼管區段連接而成。端頭連接構件30被用於將立柱的各區段相互連接。立柱2與樓層板相交處的區段為鋼管區段，且設置有卡接裝置50，鋼管區段通過卡接裝置50與相應樓層板相連。立柱2與水平支撐構件相連的區段為格構柱區段，格構柱區段的貫穿開口允許水平支撐構件更方便地與其相交和連結。水平支撐構件可以是支撐環梁，可以包括鋼結構和/或混凝土結構。儘管在所示實施例中立柱2與各樓層板相交處均為鋼管區段，但這並不是必須的。另一方面，儘管在所示實施例中立柱2與各樓層板均通過卡接裝置50相連接，這也不是必須的。本領域技術人員可以理解，立柱可以不是在所有與樓層板相交處都包括鋼管區段，也可以不是在所有鋼管區段與樓層板之間都通過根據本發明的卡接裝置相連接。圖3a是示出了根據本發明的一個實施例的示例性端頭連接構件30的示意性俯視圖，圖3b是示出了已與立柱區段連接的端頭連接構件30的示意性截面圖。立柱的各區段通過端頭連接構件30固定連接到一起。如圖所示，端頭連接構件30包括端頭板32和肋板34。端頭板32可以為外周大於被連接區段的外周的任何形狀。此處的外周更大是指端頭板32連接到該被連接的區段時，端頭板的外周包圍被連接區段的外周。端頭板32上具有幾何形開孔36。該開孔36小於被連接區段的內表面所限定的區域，也就是說，當端頭板連接到被連接區段時該開孔被容納在被連接區段的內表面的內側。在所選實施例中開孔的形狀為圓孔形，但是開孔可以為任何適當的形狀。效果上，優選立柱的整個端部與端頭板的實心部分(非開孔部分)接觸。在所示實施例中，端頭板為對應於鋼管形狀的方形或圓鋼板。端頭板厚度可以 在6mm-40mm範圍內，在所示實施例中為10mm。肋板34厚度為可以在6mm-20mm範圍內，在所示實施例中為10mm。被連接區段(鋼管或型鋼格構部件的柱肢)的端部通過焊接直接連接到端頭板32。肋板34可通過焊接將端頭板與被連接區段(鋼管或型鋼格構部件的柱肢)附加地連接在一起。肋板幾何形狀可以為方形或三角形，在所示實施例中為三角形。肋板可以為任何適當的形狀，只要其一條邊能夠焊接到端頭板，而另一條邊能夠焊接到被連接區段的側表面上。圖4是示出了根據本發明的一個實施例的帶內襯管42的鋼管區段40的示例性剖視圖。鋼管區段40和內襯管42之間設置有隔離劑44。內襯管42截面形狀優選為與鋼管40相適合的圓形或方形。也就是說，當鋼管為圓形鋼管時，內襯管42相應地為圓形，而當鋼管是方形鋼管時，內襯管42相應地為方形。內襯管的外壁與鋼管部件的內壁之間留有一定間隙。該間隙優選在範圍內。例如，當鋼管為圓形時，內襯管42的外徑略小於鋼管40的內徑，以便內襯管42能夠容易地插入到鋼管中。該間隙內部可以填充有隔離劑層，防止內襯管42外表面粘結到鋼管。該隔離層可以是脫模劑，脫模劑可以是蠟(例如植物石蠟、動物石蠟、合成石蠟、微晶石蠟、聚乙烯蠟)或粉末脫模劑(例如滑石、雲母、陶土、白粘土等)。在這種情況下隔離劑層可以為獨立於內襯板和鋼管並在使用中設置在兩者之間的隔離劑層。然而，申請人在研究中發現最有利的是採用混凝土脫模劑，塗抹在施工用內襯管外表面上或鋼管內表面上，以使混凝土澆注後內襯管不致於由於混凝土粘結到鋼管內表面而不易拆除。因此，該隔離劑層也可以是塗覆到內襯板外表面和/或鋼管內表面上的隔離塗層，譬如如上所述的混凝土脫模劑塗層。內襯管設置有將其可拆卸地保持到鋼管的結構，譬如內襯管在一端或兩端設置有凸緣，在安裝時使凸緣稍微變形而裝入鋼管中，安裝到位之後凸緣恢復原位從而將內襯管保持到鋼管。凸緣的設置還有利於形成容置隔離劑的空間，以將隔離劑保持在由凸緣、內襯管和鋼管所限定的空隙內。端頭構件的端頭板延伸到鋼管內側的部分也可以被用來保持內襯管，該端頭構件用於將鋼管區段連接到立柱的其他區段。替代地，內襯管可以設置有至少一個徑向向外的彈性凸起，該彈性凸起在內襯管插入鋼管時，在鋼管內表面的作用下彈性變形而利用局部摩擦配合將內襯管保持在位。總之，保持結構可以是任何可以設想到的結構，只要它能夠將內襯管保持在鋼管內，並且在使用完畢之後可以允許內襯管被容易地從鋼管拆除，以便鋼管的重複利用。內襯管可以採用任何材料製成。在研究中，申請人發現採用具有高膨脹性的材料可以更好地防止內襯管在灌漿和裝填混泥土過程中由於內部容納的物質膨脹而導致破裂。因此，內襯管的材料優選可以為塑料材料，特別是熱塑性材料、複合材料、纖維材料、泡沫材料等及其組合中的任一種。內襯管42的壁厚可以在lmm-20mm範圍內。圖5a是示出了根據本發明的一個實施例的卡接裝置50的示意性截面圖，圖5b是示出了卡接裝置60的另一實施例的示意性截面圖。卡接裝置50、60可以可拆卸地固定連接到鋼管外周，並具有多個伸 出臂部，用於澆注到樓層板中使得卡接裝置與樓層板固定連接。具體地，參見圖5a，卡接裝置50包括第一細長構件52和第二細長構件54。第一和第二細長構件52，54貼合方形鋼管的相對兩側面，並通過多個螺栓緊固地連接到一起。具體地，第一和第二細長構件52，54分別包括對應的開孔，螺栓穿過這些開孔並施加夾緊力以使得第一和第二細長構件52，54分別夾緊到所述相對兩個側面。第一和第二細長構件52，54的兩端超出鋼管區段的外周向外延伸，形成相應的四個伸出臂部56。由此，當緊固到鋼管上時，第一和第二細長構件52，54的各端部可以被澆注在樓層板中，從而將鋼管區段固接到樓層板。在所示實施例中，卡接裝置50還包括第三和第四細長構件，其與第一和第二細長構件52，54相同，但是夾緊並固定到方形鋼管的另兩個相對的側面。第三和第四細長構件設置為與第一和第二細長構件52，54相鄰。也就是說，第三和第四細長構件取向為與第一和第二細長構件52，54大體正交，並且通過螺栓夾緊到該另兩個相對的側面。所示實施例中，卡接裝置50包括第一、第二、第三和第四細長構件，但這並不是必須的，卡接裝置可以只包括兩個(第一和第二或第三和第四)細長構件，從而其只具有四個伸出臂部，或者可以包括更多個細長構件。參見圖5b，卡接裝置60用於可拆卸地緊固到圓形鋼管，且包括第一弧形區段62和第二弧形區段64。第一和第二弧形區段62，64設置在圓形鋼管的外周上，並且通過螺栓施加的夾緊力而夾緊到圓形鋼管。具體地，第一和第二弧形區段62，64兩端分別包括對準的穿孔，其中螺栓穿過這些孔將第一和第二弧形區段62，64連接並拉向彼此，從而施加夾緊力將第一和第二弧形區段62，64夾緊到圓形鋼管上。卡接裝置60還包括多個伸出臂部66，其連接到第一和第二弧形區段62，64並從其向外伸出。伸出臂部66可以通過焊接、鉚接、機械緊固件(例如螺紋連接等)等方式固定連接到第一和第二弧形區段62，64。同樣地，伸出臂部66可被澆注在樓層板中，從而將鋼管區段固接到樓層板。儘管本文示出了各具體的實施方式，但它們並不是限制性的。本領域技術人員可以在本發明的構思之下想到實施本發明的各種替換方式或修改。例如，卡接裝置並不局限於上述的兩種具體的形式，只要卡接裝置能夠可拆卸地連接到鋼管區段，並且提供向外伸出以澆注到樓層板中的臂部。各特徵描述於不同實施例中並不表示它們不能被結合，各實施例中的各個特 徵可以彼此組合到一起實施，以實現更有利的效果。
權利要求
1.一種立柱結構，用於建築基坑支護系統，該立柱結構包括多個區段，其中所述多個區段中的至少一些為格構柱區段，且至少兩個區段通過端頭構件固定連接到一起，所述端頭構件包括中央帶有開孔的端頭板、多個第一肋板和多個第二肋板，其中所述格構柱端部通過焊接連接到所述端頭板，所述第一和第二肋板分別在端頭板的第一側和相對的第二側通過焊接將端頭板連接到相應格構柱區段。
2.如權利要求1所述的立柱結構，其中所述肋板包括焊接到端頭板的第一邊緣以及焊接到格構柱區段側面的第二邊緣。
3.如權利要求2所述的立柱結構，其中所述肋板為方形或三角形鋼板。
4.如權利要求1所述的立柱結構，其中所述端頭板為方形或圓形鋼板。
5.如權利要求1-4中任一項所述的立柱結構，其中所述第一和第二肋板分別繞相應格構柱區段周向等角度地間隔開。
6.如權利要求2所述的立柱結構，其中所述格構柱區段包括多條縱向型鋼，所述肋板對應於型鋼設置，使得肋 板的第二邊緣被焊接到相應型鋼的側面。
7.一種建築基坑支護系統，包括如上權利要求中任一項所述的立柱結構。
全文摘要
本發明公開了一種立柱結構，用於建築基坑支護系統，該立柱結構包括多個區段，其中所述多個區段中的至少一些為格構柱區段，且至少兩個區段通過端頭構件固定連接到一起，所述端頭構件包括中央帶有開孔的端頭板、多個第一肋板和多個第二肋板，其中所述格構柱端部通過焊接連接到所述端頭板，所述第一和第二肋板分別在端頭板的第一側和相對的第二側通過焊接將端頭板連接到相應格構柱區段。該端頭構件的提供使得立柱區段之間，例如格構柱區段之間的連接變得更加輕鬆、可靠。
文檔編號E02D17/04GK103233478SQ20131016524
公開日2013年8月7日 申請日期2013年5月8日 優先權日2013年5月8日
發明者周正海, 梁書新, 羅峰 申請人:周正海, 梁書新