CN110700274A - 一种机械连接的装配式立柱和立柱桩 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械连接的装配式立柱和立柱桩，该立柱是由型钢或型钢组合结构制成；立柱接长采用装配式机械连接；立柱与立柱桩之间采用装配式机械连接；立柱桩的长度按模数化设置；立柱桩接长采用装配式机械连接，每根主筋采用机械连接件对接，混凝土接触面采用高强粘结剂粘结，高强粘结剂施工时为流态，然后硬化为固态。这种装配式立柱和立柱桩具有绿色、环保和安全可靠的社会效益，同时能降低造价和缩短工期，具有重大的经济价值。

Description

一种机械连接的装配式立柱和立柱桩

技术领域

本发明涉及土木工程技术领域，具体来说是一种建筑工程的桩基础和地下室结构柱，以及深基坑支护的立柱和立柱桩结构。

背景技术

在开挖基坑过程中，内支撑是一种常用的支护结构，所有内支撑结构都需要设置立柱和立柱桩来支承内支撑的重量、施工荷载以及支撑的分力。目前的立柱常用型钢焊接而成，分段加工的立柱在安装时是通过接头板焊接而成，费时费力，焊接质量难以保证，焊接过程也造成了环境的污染，接头的焊接施工过程占用了较长的立柱施工工期。

针对环境保护要求很高的区域，多层地下室和高层建筑结构，以及对保护性建筑需要原位保护和开挖地下室时，常采用逆作法，即地下室施工与地面以上建筑同时施工，以缩短总建筑施工工期。在该种条件下，要求设置一柱一桩式工程桩基，地下结构柱，既作施工期间的立柱，又作永久结构柱使用。

目前使用的立柱桩几乎都是钻孔灌注桩，钻孔灌注桩在施工过程中产生的护壁泥浆对环境造成的损害难以避免，此外，水下灌注混凝土和放置钢筋笼及插入立柱过程，其立柱的垂直度及立柱桩的质量均难以保证，超灌混凝土引起开挖时混凝土破除，也产生了大量垃圾。当该项目的工程桩为预制桩时，其立柱桩均无法与工程桩共用，需单独设置钻孔桩作立柱桩，这势必造成工程造价的增加。

目前使用的立柱的连接均是现场焊接法来实现接长的。

可以说，在逆作法中的一柱一桩，或者内支撑支护体系中，立柱和立柱桩施工所占用的工期、成本比例也越来越高。

因此，工程界亟需寻找一种满足于逆作法工程的一柱一桩及内支撑要求的装配式立柱和立柱桩，既能克服传统立柱和立柱桩存在的缺陷，又能降低造价，加快施工速度，保护环境，实现文明施工。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，克服现有立柱和立柱桩焊接法对接的质量不可靠，泥浆护壁引起的支承力下降，水下混凝土施工质量差等缺陷，以及传统立柱和立柱桩施工周期长、造价高、施工困难等不足，提供一种机械连接的装配式立柱和立柱桩。

为达到上述目的，本专利采用的技术方案是：

所述的一种机械连接的装配式立柱和立柱桩，其立柱是由型钢或型钢组合的格构柱制成；立柱的长度按模数化设置；立柱两端为标准接头；立柱接长采用装配式机械连接；立柱桩是混凝土预制桩或型钢桩；混凝土预制立柱桩的顶部区域预埋有与立柱连接的锚固件；立柱与立柱桩之间采用装配式机械连接；立柱桩的长度按模数化设置；立柱桩接长采用装配式机械连接，每根主筋采用机械连接件对接，混凝土接触面采用高强粘结剂粘结，高强粘结剂施工时为流态，然后硬化为固态。

所述的立柱为H型钢，标准化接头螺孔分布在端部的腹板和两侧翼缘板上，通过连接钢板用螺栓将两段H型钢柱连接在一起。

所述的立柱为钢管的标准化接头为紧贴在钢管内壁的钢板连接件，钢板连接件上分布有螺孔并固定螺母，通过螺栓连接，将上、下两段钢管立柱装配在一起。所述的立柱为钢管的标准化接头为法兰盘连接件，一种是内法兰盘连接件，法兰盘的外径与钢管的外径一致，焊接在钢管的端面上；另一种为外法兰盘连接件，法兰盘的内径与钢管的内径一致，焊接在钢管的端面上；焊接有内法兰盘的上段钢管，设置有安装操作窗；通过法兰盘的螺栓连接，将上、下两段钢管立柱装配在一起。

所述的立柱为L型钢组合结构，L型钢分布在四角点上，通过钢板缀条焊接在一起，形成矩型截面；标准化接头一种为分布在四角上的外贴L型钢连接件，通过跨接缝的L型钢连接件进行螺栓将两段L型钢组合立柱连接在一；标准化接头的另一种为焊接在立柱端部的法兰盘连接件，通过法兰盘螺栓连接，将上、下两段钢管立柱装配在一起。

所述的钢管立柱分为方钢管立柱和圆钢管立柱两种

所述的立柱桩分为预制钢筋混凝土实心方桩、预制钢筋混凝土管桩、预制钢管混凝土管桩、钢管桩和H型钢桩；

所述的立柱桩与立柱的连接是通过预埋套筒和锚固件，在预埋锚固件的顶端设置连接法兰盘，通过螺栓与上部立柱连接。所述的立柱桩为钢管桩，通过在钢管桩的端部设置连接法兰盘与上部的立柱连接。

所述的立柱桩的沉桩方法分三类，第一类是在桩位施加外力直接插入；第二类是在桩位引孔后孔内灌注固化体，如流态混凝土或水泥土，然后插入；第三类是在桩位上旋喷或搅拌地层，加入固化剂形成流态固化土，然后植入。

本发明具有现场施工可操作性强、构件装配化程度高、作业效率高，能够保证结构的安全性和施工质量，施工工期能大幅度地缩短。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

图1 H型钢立柱装配式接头连接布孔示意图；

图2 H型钢立柱装配式接头布置钢板连接的断面图；

图3钢管立柱装配式内法兰接头结构示意图；

图4方钢管立柱装配式内法兰盘结构示意图；

图5钢管立柱装配式外法兰接头结构示意图；

图6方钢管立柱装配式外法兰盘结构示意图；

图7格构立柱装配式法兰接头结构示意图；

图8圆钢管立柱装配式内法兰接头结构示意图

图9圆钢管立柱装配式内法兰结构示意图

图10圆钢管立柱装配式外法兰接头结构示意图

图11圆钢管立柱装配式外法兰结构示意图

图12预制立柱桩与H型钢立柱的连接示意图；

图13预制方形立柱桩与H型钢立柱连接接头的预埋件布置示意图；

图14预制立柱桩与钢管立柱的连接示意图；

图15预制方形立柱桩与方钢管立柱连接接头的预埋件布置示意图；

图16预制方形立柱桩与圆钢管立柱连接接头的预埋件布置示意图；

图17预制立柱桩与格构柱的连接示意图；

图18预制立柱桩与格构柱连接接头的预埋件布置示意图；

图19预制方形立柱桩装配式接头的预埋连接套筒布置示意图

图20预制管形立柱桩装配式接头的预埋连接套筒布置示意图

图21圆钢管立柱桩装配式接头内法兰连接孔布置示意图

图22钢管混凝土立柱桩装配式接头的连接孔布置示意图

图23钢管混凝土立柱桩装配式接头的法兰连接布孔示意图

图24预制桩主筋机械连接的接头结构示意图

图25预制桩主筋机械连接的接头连接过程示意图

图26预制桩主筋机械连接的接头连接锁紧示意图

图27钢管立柱的钢板连接件的连接示意图

图28格构立柱的L型钢连接件的连接示意图

图中：1—H型钢，11—翼缘连接钢板，12—腹板连接钢板，13—连接螺孔；14—连接螺栓，15—H型钢腹板，16—H型钢翼缘板，2—钢管，21—方形连接内法兰，22—方形连接外法兰，23—操作开窗，24—连接钢板，3—格构柱，31—连接法兰，32—L型钢，33—连接缀板，34—连接L型钢，4—圆钢管，41—圆形连接内法兰，42—圆形连接外法兰，5—预制桩，51—主钢筋，52—箍筋，53—方桩，54—管桩，55—钢管混凝土桩，56—钢管桩，71—立柱与立柱桩连接端板，72—立柱与立柱桩连接螺栓，73—立柱桩内预埋连接端板，74—立柱桩内预埋锚固件，75—预埋套筒，76—立柱桩内预埋连接端板螺孔，8—机械连接件，9—立柱桩连接面粘接，81—小套筒，82—连接螺锁栓，83—大套筒，84—卡齿，85—定位固定螺母，86—组合环，87—弹性压片。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

实例一、H型钢立柱装配式接头以及与预制桩的连接

图1所示为H型钢立柱装配式接头的连接布孔示意图，在H型钢1的接头部位的两侧翼缘板16和腹板15上布置连接孔13，将翼缘连接钢板11和腹板连接钢板12也按同一尺寸规格布置连接螺孔13，将两节H型钢1对接，安装上连接螺栓14，如图2所示，这样就实现了H型钢立柱的装配式连接。

图12所示为预制立柱桩与H型钢立柱的连接示意图，从图中可看出，在H型钢1的端部焊接有一块连接板71并布置连接螺孔。

为实现与预制混凝土立柱桩5的装配式连接，需先在立柱桩5的端部预埋锚固件74，并使他与立柱桩5中的主筋51和箍筋52绑扎在一起。在预埋锚固件74的端部焊接一块连接板73，连接板73的上表面与立柱桩5的顶面保持在同一水平面上，即连接板73是预埋在主柱桩5的混凝土中。在连接板73上布置连接螺孔和套筒，如图13所示。将H型钢立柱1与预制桩5对接，对齐连接孔拧紧螺栓72，即实现装配式连接，如图12所示。

实例二、钢管立柱装配式接头以及与预制桩的连接

图3所示为钢管立柱装配式内法兰接头结构示意图。从图3可看出，在钢管2的端部焊接一个内接法兰盘21，内接法兰盘21的外边与方钢管的外边对齐，沿四周布置有螺孔13如图4所示。当在端部焊接外接法兰盘22时，外接法兰盘22的内边与方钢管的内边对齐，沿四周布置有螺孔13，如图5和6所示。图9、11所示为圆钢管内接法兰盘41和外接法兰盘42的结构形式，内接法兰盘41的外径与钢管2的外径一致，外接法兰42的内径与钢管2的内径一致，图10所示为圆钢管外接法兰的连接图。

对于内接方形法兰盘21和内接圆形法兰盘41，均需在钢管2上开挖操作窗23，以便拧紧螺栓操作。

钢管立柱2对接的另一种方法为钢板连接件24的跨缝连接，如图27所示。在钢管接头部位和钢板连接件24上布孔，先将钢板连接件24插入到下段钢管，并紧贴内壁用螺栓14拧紧。然后，将上节钢管与下节钢管对接，连接钢板连接件24上的连接孔与上节钢管上布置的连接孔对齐，拧紧螺栓14，就完成了装配式连接。

图14为预制立柱桩与钢管立柱的连接示意图，从图14可以看出，钢管立柱2要实现与预制立柱桩5的装配式连接，需在立柱和立柱桩的连接端安装相应的连接装置。通过该连接装置，实现了预制立柱桩5与钢管立柱2的装配式连接，为实现装配的方便，在钢管2上开挖了操作窗口23。

图15为预制方形立柱桩与方钢管立柱连接接头预埋件布置示意图，从图15可看出，预制方形立柱桩53的每根主筋在端头连接一个套筒75埋置于混凝土中，同时预埋一个锚固件74，在锚固件74的端面连接一个连接钢板73，在连接钢板73上分布多个连接螺孔76。

图16所示为预制方形立柱桩与圆钢管立柱连接接头预埋件布置示意图，从图中可以看出预埋锚固件74和连接套筒75，在锚固件74的端面连接一个圆形法兰盘73，并在其上分布有连接螺孔76。

实例三、格构式立柱的装配式接头以及与预制桩的连接

图7所示为格构立柱装配式法兰接头结构示意图，从图7可看出，由分布在四个角部的L型钢32，通过缀板33，焊接成断面成矩形的格构柱3，在格构柱3的端面焊接连接法兰盘31，通过法兰盘31上布置的螺孔13，用螺栓14实现装配式连接。

图28所示为格构立柱的L型钢连接件的连接示意图，这是一种在四个角点处外贴L型钢连接件34，通过螺栓14将上、下二段的格构立柱3装配在一起，实现装配式连接。

图17所示为预制立柱桩与格构柱的连接示意图，从图17可看出，格构柱3在连接端焊接法兰盘71，与预制立柱桩5，通过螺栓72实现装配式连接。

图18预制立柱桩与格构柱连接接头预埋件布置示意图，从图中可以看出在预制方桩5中预埋有与主筋相连的套筒75和锚固件74，在锚固件74上焊接有矩形法兰盘73并布置有连接孔76。

实例四、预制桩的装配式连接以及机械连接件

要实现预制桩的装配式连接，关键在预制桩的端部设置一个可靠、便捷安装的接头连接件，通过该连接件实现连接接头强度大于桩身的强度的目标。本发明的机械连接件8是以预制桩内主受力钢筋51的一一对接，混凝土接触面粘接9来实现的。

图19所示为预制方形立柱桩53装配式接头预埋套筒75布置示意图，图20所示为预制管形立柱桩54装配式接头预埋套筒75布置示意图，从这二个图可以看出，在预制桩的端面分布着与主筋相连的连接套筒75，其数量与预制桩内配置的主受力钢筋的数量一致。对于钢管混凝土立柱桩55，图22是其装配式接头连接孔75的布置示意图，这个连接孔75的数量和大小与该桩设计的承载力有关，与配置的钢管直径和厚度成正相关。

图23所示为预制混凝土立柱桩机械连接装配式接头的对接展示图，从图23可以看出，机械连接件8将上、下两节预制桩内的主受力钢筋51连接在一起，在预制桩的混凝土接触面上以粘接9来达到连接效果。

图24所示为预制桩主筋机械连接接头的结构示意图，从图24可以看出，该连接件主要有：小套筒81、连接螺锁栓82、大套筒83、卡齿84、定位固定螺母85、组合环86、弹性压片87等元件组成。小套筒81和大套筒83分别连接着上、下二节预制桩的主受力钢筋51；组合环86将四个卡齿84组合在一起；连接螺锁栓82的上端有螺纹，通过螺纹固定在小套筒81上；在大套筒83中安装有卡齿84、定位固定螺母85、组合环86和弹性压片87等元件；当连接螺锁栓82对准定位固定螺母85的中心插入时，连接螺锁栓82先挤开卡齿84，向下继续推入，当挤压到弹性压片87时，弹性压片87弹性变形推动四周的卡齿84向连接螺锁栓82方向移动，如图25所示。

当连接螺锁栓82继续插入并挤压弹性压片87时，弹性压片87通过弹性变形推动四周的卡齿84向连接螺锁栓82方向移动，并抱紧在连接螺锁栓82上的锁紧槽内，且越抱越紧，如图26所示，从而实现了二根钢筋混凝土预制桩受力主筋51的机械式连接。

实例五、钢管桩的装配式连接

图21所示为圆钢管立柱桩56装配式接头的内法兰连接孔布置示意图，从该图可以看出，圆钢管立柱桩56通过在端面上焊接一个连接的内法兰盘31，并在其上布置连接孔13，利用开设的操作窗，用螺栓实现了装配式连接。这种连接方法不会增加立柱桩的外截面尺寸，利于立柱桩的沉桩施工。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种机械连接的装配式立柱和立柱桩，其特征是，立柱是由型钢或型钢组合结构制成；立柱的长度按模数化设置；立柱两端为标准接头；立柱接长采用装配式机械连接；立柱桩是混凝土预制桩或型钢桩；混凝土预制立柱桩的顶部区域预埋有与立柱连接的锚固件；立柱与立柱桩之间采用装配式机械连接；立柱桩的长度按模数化设置；立柱桩接长采用装配式机械连接，每根主筋采用机械连接件对接，混凝土接触面采用高强粘结剂粘结，高强粘结剂施工时为流态，然后硬化为固态。

2.根据权利要求1所述的一种机械连接的装配式立柱和立柱桩，其特征是，立柱为H型钢，标准化接头的螺孔分布在端部的腹板和两侧翼缘板上，通过连接钢板用螺栓将两段H型钢立柱对接在一起。

3.根据权利要求1所述的一种机械连接的装配式立柱和立柱桩，其特征是，立柱为钢管，标准化接头为紧贴在钢管内壁的钢板连接件，钢板连接件上分布有螺孔并固定螺母，通过螺栓连接，将上、下两段钢管立柱装配在一起。

4.根据权利要求1所述的一种机械连接的装配式立柱和立柱桩，其特征是，立柱为钢管，标准化接头为法兰盘连接件，一种是内法兰盘连接件，法兰盘的外径与钢管的外径一致，焊接在钢管的端面上；另一种为外法兰盘连接件，法兰盘的内径与钢管的内径一致，焊接在钢管的端面上；焊接有内法兰盘的上段钢管，开设有安装操作窗；通过对法兰盘用螺栓连接，将上、下两段钢管立柱装配在一起。

5.根据权利要求1所述的一种机械连接的装配式立柱和立柱桩，其特征是，立柱为L型钢组合成的格构柱，L型钢分布在四角点上，通过钢板缀条焊接在一起，形成矩型截面；标准化接头一种型式为分布在四角上的外贴L型钢连接件，通过跨接缝的L型钢连接件采用螺栓将两段格构柱连接在一起；标准化接头的另一种型式为焊接在立柱端部的法兰盘连接件，通过法兰盘的螺孔用螺栓连接，将上、下两段格构柱装配在一起。

6.根据权利要求1所述的一种机械连接的装配式立柱和立柱桩，其特征是，钢管立柱分为方钢管立柱和圆钢管立柱两种

7.根据权利要求1所述的一种机械连接的装配式立柱和立柱桩，其特征是，立柱桩分为预制钢筋混凝土实心方桩、预制钢筋混凝土管桩、预制钢管混凝土管桩、钢管桩和H型钢桩；

8.根据权利要求1所述的一种机械连接的装配式立柱和立柱桩，其特征是，立柱桩与立柱的连接是通过预埋套筒螺母和锚固件，通过螺栓与上部立柱端部的法兰盘连接，实现立柱桩与立柱的装配。

9.根据权利要求1所述的一种机械连接的装配式立柱和立柱桩，其特征是，立柱桩为钢管桩，通过在钢管立柱桩端部设置的连接法兰盘与上部的立柱连接。

10.根据权利要求1所述的一种机械连接的装配式立柱和立柱桩，其特征是，立柱桩的沉桩方法分三类，第一类是在桩位施加外力直接插入；第二类是在桩位引孔后孔内灌注固化体，如流态混凝土或水泥土，然后插入；第三类是在桩位上旋喷或搅拌地层，加入固化剂形成流态固化土，然后植入。

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