CN101153492B - 水平骨架结构和利用该水平骨架结构的地下围护工法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种包含直线部件和“#”型连接部件的水平骨架结构。利用该水平骨架结构的地下围护工法包含步骤：在建造地下结构的地盘周围设置连续墙和中间支撑桩；按照预定深度挖掘地盘并排出砂土；在连续墙内侧设置边缘梁；在边缘梁上设置水平骨架结构，并使水平骨架结构置于中间支撑桩上；按照一个层的深度进一步挖掘地盘并搬出砂土；依次重复上述步骤而按照所需的深度挖掘地盘，并以多级方式设置水平骨架结构；在通过上述步骤挖掘的地盘底面设置垫板层；在设置成多级方式的水平骨架结构的连接部件之间设置垂直增强部件；拆除中间支撑桩；在垂直增强部件上构筑支柱并将水平骨架结构作为永久结构物而形成地下结构。

Description

水平骨架结构和利用该水平骨架结构的地下围护工法

技术领域

本发明涉及建筑物等的水平骨架结构的形态和采用所述水平骨架结构的水平支撑物，该水平支撑物用于在开挖地基而建造地下层的工程中防止所挖掘的地面砂土塌落的围护工程，尤其涉及兼作水平支撑物的水平骨架结构及其工法，通过采用弯曲性能良好的水平骨架结构来抵挡土压力，从而最大限度地减少临时垂直部件的数量，而且可以在完成围护工程之后再与永久垂直部件(支柱)进行连接，并将所述水平骨架结构用作抵挡土压力的水平支撑物，从而使地下地基挖掘工程及地下结构的施工变得更加简单、快速及经济。

背景技术

通常，构筑地下结构的方法中最具代表性的方法有三种：顺作法，在准备建造地下结构的地基中形成连续墙，并设置抵挡该连续墙的土压力的临时水平支撑物，然后依次进行开挖及设置临时水平支撑物的作业而完成地下围护临时工程之后，从地下的最深处到地面边解除临时结构物边设置主体结构物；SPS(Strut as a Permanent System)工法，在准备建造地下结构的地基中形成连续墙并设置永久垂直部件之后，依次进行开挖及设置水平骨架结构的作业，一直挖到地下的最深处后，完成除了作为骨架的垂直部件和水平骨架结构之外的板层(slab)、支柱的混凝土部分以及墙体等的作业直到地上部分；逆作法(Top-down工法)，在准备建造地下结构的地基中设置作为连续墙兼永久结构墙体的槽壁(Slurry Wall)并设置永久垂直部件之后，每完成地面上一层的水平骨架结构及板层的施工，在依次开挖及设置主体结构的同时在地面上形成其上一层。

顺作法在建造建筑物的地基周围设置竖桩，然后在进行挖掘的同时在板桩之间设置挡板之后设置横条，并在水平面的横向和纵向搭设临时水平支撑物以支持土压力。采用这种水平支撑物工法时，临时水平支撑物通常使用H-桁梁(H-BEAM)，而且在挖地基之前设置称为中间支撑桩的临时垂直部件并使其与H-桁梁相连接，以防止H-桁梁因土压力而弯曲。随着挖掘作业的进行，设置二、三段水平支撑物，并在每一层与中间支撑桩进行连接。

又称为永久支撑工法的SPS工法，先构筑连续墙之后在挖地基之前设置连接基础桩的钢骨架部件(PRD基础)，该基础桩为永久垂直部件，而且在进行地下工程作业期间用于支撑载荷。然后，在每一层利用H-桁梁设置水平骨架结构，该水平骨架结构起到抵抗土压力的水平支撑作用并成为永久水平骨架结构。此时，永久水平骨架结构的部件大小应能抵住所阻挡的土压力，并且永久水平骨架结构应被连接在已设置的永久垂直部件上，而且当开挖到地下最深处后，完成除了作为骨架的垂直部件和水平骨架结构以外的板层(slab)、支柱的混凝土部分以及墙体等的作业，直到地上部分。此时，当完成地下垫板层(mat slab)的工作时，可以在地上建造钢骨架结构。

逆作法在进行槽壁工程的同时形成基础，基础在进行大型穿孔工作之后插入作为地下垂直部件(RCD基础)的H-桁梁，并在基础部分浇注基础用混凝土之后形成包含一层的水平骨架结构的构造，在其上部和下部分别按照顺作法和逆作法形成各层。

但是，如上所述的顺作法和SPS工法以及逆作法存在如下所述的问题。

采用顺作法时，连续墙是临时构造物，因此在建筑物的地下结构工程阶段需要拆除，但在拆除过程中会引起突变的连续墙应力的不均衡。并且，在拆除的过程中可能发生危险，而且由于与所述地下结构之间的相互干涉而难以进行施工，因此不仅造成原材料的损失，还存在需要给拆除作业留预定的时间等问题。此外，可能引起周边地面的变形而给周边结构造成瑕疵，而且由于用于防止水平支撑物的弯曲而设置的中间支撑桩的间隔较小，因此妨害通过设备进行的地下开挖作业的进行，并且在进行构架作业的过程中因临时构件的干涉使工期延长。

采用SPS工法时，由于在开挖地面之前先施工作为永久垂直部件的支柱(PRD基础)，因此支柱间隔较小而难以进行挖掘作业；作为永久水平骨架结构将H-桁梁连接到支柱上而起到水平支撑的作用，但此时因支柱的施工误差需要实际测量H-桁梁之后才能制造，因此使工期变长，而且由于只能通过现场焊接来进行与支柱钢骨架之间的连接工作，因此在质量管理上存在困难。并且，作为水平支撑物的H-桁梁需要能抵抗较大的土压力，但所述H-桁梁具有强轴和弱轴，部件的大小由弱轴方向的弯曲性来决定，因此需要专门制造宽度较大的H-桁梁，这将增加体积及提高成本，而且由于作为水平支撑物的H-桁梁的宽度变大，因此难以设置由钢架钢筋混凝土组形成的支柱的钢筋及模板。

采用逆作法时，由于槽壁及RCD基础的作业只能使用大型设备才能进行，因此在场地小或难以进入的地方很难使用，而且由于在进行地下挖掘工作之前首先施工作为永久垂直部件的支柱(RCD基础)，因此支柱间距小而难以进行地下开挖作业；由于采用逆作法，因此难以连接已经浇注的上部混凝土与浇注在其下部的混凝土。并且，由钢筋混凝土构成的水平骨架结构的钢筋与已经设置的垂直结构的H-桁梁相互干涉，因此难以连接或处理，而且难以进行质量管理。此外，由于开挖地基之前设置的垂直部件存在施工误差，因此难以进行补偿。

发明内容

本发明是为了解决如上所述的问题而提出的，其目的在于提供一种水平骨架结构和利用该水平骨架结构的地下围护构造物及其工法，通过先设置水平骨架结构，等水平骨架结构完成之后形成垂直部件，使垂直部件与水平骨架结构之间的干涉最小，因此可以使工程变得容易并提高质量，而且使开挖地下时所架设的垂直部件之间的间距较大而使开挖作业变得容易。

本发明的另一目的在于使所述水平骨架结构同时起到用于进行开挖作业的水平支撑物作用，从而最大限度地减少临时构造物，通过使水平骨架结构采用有效抵抗弯曲的形状，从而可以有效抵抗土压力，并可以自由选择永久垂直部件。

此外，本发明的目的还在于提供一种可以减少工程成本、缩短工期、提高质量的水平骨架结构和利用该水平骨架结构的地下围护构造物及其工法。

为了实现上述目的，依据本发明所提供的水平骨架结构包含：由一对单位部件通过至少一个板进行相互连接而形成为一体的直线部件；结合在所述直线部件的交叉处的“#”型连接部件，该连接部件在中心部分按垂直方向形成以“+”形状形成为一体型的结合部件，以用于与支持所述水平骨架结构的支柱相结合。

并且，利用所述水平骨架结构的围护工法包含：第一步骤，在建造地下结构的地盘周围设置连续墙和中间支撑桩；第二步骤，按照预定深度挖掘地盘并排出砂土；第三步骤，在连续墙内侧设置边缘梁；第四步骤，在所述边缘梁上设置所述水平骨架结构，并使所述水平骨架结构置于所述中间支撑桩上；第五步骤，按照一个层的深度进一步挖掘地盘并搬出砂土；第六步骤，依次重复所述第三、第四、第五步骤而按照所需的深度挖掘地盘并以多级方式设置所述水平骨架结构；第七步骤，在通过上述步骤挖掘的地盘底面设置垫板层；第八步骤，在设置成多级方式的所述水平骨架结构的连接部件之间设置垂直增强部件；第九步骤，拆除所述中间支撑桩；第十步骤，在所述垂直增强部件上构筑支柱并将所述水平骨架结构作为永久结构物而形成地下结构。

附图说明

图1为依据本发明所提供的水平骨架结构的第一实施例的示意图；

图2为所述第一实施例中的直线部件的示意图；

图3为所述第一实施例中的连接部件的示意图；

图4为所述第一实施例中的直线部件的另一实施例的示意图；

图5为依据本发明所提供的水平骨架结构的第二实施例的示意图；

图6为所述第二实施例中的直线部件的示意图；

图7为所述第二实施例中的连接部件的示意图；

图8至图14为利用本发明所提供的水平骨架结构的地下围护工程的工程示意图。

主要符号说明：10为水平骨架结构，100为直线部件，200为连接部件，110、120、210～240为导管，130、250为板，140、280为法兰，142、282为联结孔，260为贯通孔，270为结合部件。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的实施例。

图1为依据本发明所提供的水平骨架结构的第一实施例的示意图，图2为所述第一实施例中的直线部件的示意图，图3为所述第一实施例中的连接部件的示意图。

如图1所示，本发明所提供的水平骨架结构10的第一实施例由多个直线部件100和结合在所述直线部件100相交叉的位置的多个连接部件200构成，从而支持连续墙并防止土压力引起的挖掘面或斜面发生崩塌的现象。

如图2所示，所述直线部件100由按水平方向间隔预定距离的一对导管110、120和连接所述一对导管110、120而形成为一体的板130构成。并且，所述一对导管110、120的两端部形成法兰140，以用于可以与所述连接部件(图1中的200)或者另外的直线部件进行结合。

如图3所示，所述连接部件200由四个导管210～240在平面上以“#”形状形成，并保持水平状态而进行交叉。所述四个导管210～240中相互平行的一对导管210、220或230、240之间设置板250，而中心部分形成贯通孔260。并且，所述贯通孔260中具有在平面上呈“+”字形状的结合部件270，该结合部件270与用于支持水平骨架结构10的支柱进行结合。并且，所述连接部件200的各端部形成法兰280，以用于与直线部件(图1中的100)或者另外的连接部件进行结合。此时，相互平行而设置的一对导管210、220或230、240的间距与直线部件100的导管110、120的间距相等，从而可以与所述直线部件100相结合。

在此，所述直线部件100和连接部件200在与相邻的其他直线部件或连接部件相结合时，通过形成在端部的法兰140、280相互接触而进行结合，并且为了易于装卸而采用螺钉联结，为此所述法兰140、280上形成多个联结孔142、282。

另外，作为单位部件而构成所述直线部件100和连接部件200的导管110、120、210～240为没有弱轴的圆形截面的管道，并在X轴、Y轴及Z轴等所有方向具有较大的刚性。并且，在设置所述水平骨架结构10时，作为最后步骤向所述直线部件100和连接部件200的内部注入无收缩灌浆，从而可以进一步增强在所有方向上的弯曲刚度。在此，虽然本实施例中作为单位部件例举了圆形截面的导管110、120、210～240，但本发明并非限定与此，可以根据用户需要而使用包括多角形的多种截面形状。

图4为所述第一实施例中直线部件的另一实施例的示意图。

如图4所示，所述另一实施例300形成为与图2中示出的直线部件100相同的形状及结构，但连接一对导管310、320的板330由两个以上的单位板332～338相互隔离而构成。此时，采用多个单位板332～338来构成所述板330是为了减少直线部件100的重量，但可以根据施加在所述一对导管310、320上的载荷大小来增减。

图5为依据本发明所提供的水平骨架结构的第二实施例的示意图，图6为所述第二实施例中的直线部件的示意图，图7为所述第二实施例中的连接部件的示意图。

如图5至图7所示，本发明所提供的水平骨架结构10的第二实施例由多个直线部件400和结合在所述直线部件400相交叉的位置的多个连接部件500构成。即，第二实施例的构成及结构与第一实施例相同，只有构成所述直线部件400和连接部件500的单位部件410、420、510～540与第一实施例不同。因此，本实施例中只针对与所述第一实施例不同的单位部件进行说明。

构成所述直线部件400和连接部件500的单位部件410、420、510～540为H型钢。所述的H型钢Z轴方向的刚性比X轴及Y轴弱，但如图所示，通过使用板430使Z轴相互连接而弥补如上所述的缺陷。因此，在X轴、Y轴及Z轴等所有方向上具有与圆形截面导管类似的刚度。

在此，虽然本实施例中作为单位部件举例说明了H型钢，但本发明并非限定于此，还可以使用I型钢、T型钢等。只是，H型钢可以利用小的截面积得到大的截面惯性矩值，比较经济，因此最好使用H型钢。

另外，将H型钢作为单位部件410、420、510～540的第二实施例，在结合直线部件400与直线部件400时，或者在结合直线部件400与连接部件500时，或者在结合连接部件500与连接部件500时，使用具有预定厚度的连接板610和多个螺钉620。但是，上述的这种使用连接板610和多个螺钉620来结合型钢的方法是一种公知的技术，因此省略其说明。

图8至图14为利用本发明所提供的水平骨架结构的地下围护工程的工程示意图，下面参照附图进行说明。此时，所述工程示意图中所使用的水平骨架结构为第一实施例的水平骨架结构。

在挖地基的工程中为了防止砂土崩塌，在筑造地下结构的地盘20周围设置连续墙30，如图8所示。并且，为了提高基础地盘的强度并为了支持设在其上的水平骨架结构而设置中间支撑桩40。完成连续墙30和中间支撑桩40的设置作业之后，如图9所示，按照地上一层下部的深度挖掘地面并排出砂土。然后，沿着连续墙30的内壁按照水平方向搭设边缘梁50a，并在相对而设置的所述边缘梁50a之间设置水平骨架结构10a，使所述水平骨架结构10a被搭在所述中间支撑桩40上。

此时，所述边缘梁50a上形成具有垂直面和水平面的卡台52。所述卡台52用于当水平骨架结构10a的长度发生误差时进行补偿。即，形成在一对边缘梁50a的卡台52垂直面的间隔总比所述水平骨架结构10a的长度长，因此可以补偿制造水平骨架结构10a时所产生的长度误差。例如，在所述卡台52之间安置所述水平骨架结构10a，则卡台52的垂直面和水平骨架结构10a的端部表面之间形成预定的间隙。使用无收缩灌浆来填充该间隙之后，利用锚定螺栓56来固定水平骨架结构10a，则在补偿所述水平骨架结构10a的长度误差的同时可以固定水平骨架结构10a。

通过如上所述的过程完成水平骨架结构10a的设置工作之后，如图11所示，按照地下一层下部的深度进行挖掘工作并排出砂土。并且，在挖掘的地盘的连续墙30内壁表面搭设及设置新的边缘梁50b和水平骨架结构10b。此时，在垂直方向上所述边缘梁50b和水平骨架结构10b离设置在地上一层下部的边缘梁50a及水平骨架结构10a具有预定距离。

如图12所示，当通过重复所述过程挖到地下三层的下部并设置水平骨架结构10c时，利用钢筋混凝土在其地盘20的底面浇注垫板层60。然后，在水平骨架结构10a、10b、10c的连接部件200a、200b、200c之间设置垂直增强部件70，并如图13所示取出中间支撑桩40。此时，设置所述垂直增强部件70是为了防止水平骨架结构10a、10b、10c的下垂现象，以最后用作永久结构物的支柱。

最后，如图14所示，在所述垂直增强部件70上筑造支柱80，并将所述水平骨架结构10a、10b、10c用作永久结构物来形成地下结构，由此完成所有工程。

如上所述，通过描述及附图示出了依据本发明优选实施例所提供的水平骨架结构和利用该结构的地下围护工法的结构及工程，但这只是举例说明，本领域的技术工作者应该知道，在不脱离本发明的技术思想的情况下可以进行各种变化及变更。

综上所述，本发明所提供的水平骨架结构和利用该结构的地下围护工法的结构及工程，通过使用没有弱轴的水平部件，使X轴、Y轴及Z轴方向的弯曲可靠性非常高，因此可以在设置围护结构物时最大限度地减少临时垂直部件的使用数量。

并且，通过最大限度地减少垂直部件的使用数量而可以扩大围护结构物的内部空间，从而易于挖掘地基；通过将所述水平支撑物用作永久结构物，而不是临时结构物，因此无需另外设置永久结构物而可以减少工作量，并可以消除临时结构物与永久结构物的重叠而引起的工程上的不便。

此外，可以适用于作为筑造地下结构的一般方法的所有顺作法和逆作法，由于可以缩短工期而具有经济效果。

Claims (3)

1.一种建筑物的水平骨架结构，其特征在于包含：

由一对单位部件通过至少一个板进行相互连接而形成为一体的直线部件；

结合在所述直线部件的交叉处的“#”型连接部件，该连接部件在中心部分按垂直方向形成以“+”形状形成为一体型的结合部件，以用于与支持所述水平骨架结构的支柱相结合；

其中，所述直线部件和所述连接部件的单位部件为H型钢，

在开挖地基工程中在每一层设置所述水平骨架结构，以用作支撑连续墙的围护构造物。

2.一种地下围护工法，其特征在于包含：

第一步骤，在建造地下结构的地盘周围设置连续墙和中间支撑桩；

第二步骤，按照预定深度挖掘地盘并排出砂土；

第三步骤，在连续墙内侧设置边缘梁；

第四步骤，在所述边缘梁上设置权利要求1所述的水平骨架结构，并使所述水平骨架结构置于所述中间支撑桩上；

第五步骤，按照一个层的深度进一步挖掘地盘并搬出砂土；

第六步骤，依次重复所述第三、第四、第五步骤而按照所需的深度挖掘地盘，并以多级方式设置所述水平骨架结构；

第七步骤，在通过上述步骤挖掘的地盘底面设置垫板层；

第八步骤，在设置成多级方式的所述水平骨架结构的连接部件之间设置垂直增强部件；

第九步骤，拆除所述中间支撑桩；

第十步骤，在所述垂直增强部件上构筑支柱并将所述水平骨架结构作为永久结构物而形成地下结构。

3.根据权利要求2所述的地下围护工法，其特征在于在设置所述第三步骤的边缘梁时在所述边缘梁的一面形成预定的槽，以补偿将在所述第四步骤中设置的所述水平骨架结构的长度误差。

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