本發(fā)明涉及建筑施工領域，具體為一種適用于小型地下車庫基坑支護、地下消防水池基坑支護、橋基圍堰、防洪截流和綜合管廊開挖支護等臨時性建筑或部分永久建筑，尤其適用于工期緊、造價低，且變形控制要求高的基坑工程的組合鋼結構支護樁及施工方法。

背景技術：

近年來，隨著我國地下建筑建設蓬勃發(fā)展，地下空間的開發(fā)與利用日益興隆。隨著土地價格的不斷上漲，地下空間的利用越發(fā)的迫切，因此，規(guī)劃的地下建筑緊貼用地紅線；規(guī)劃的市政綜合管廊地處城市主干道下，用于開挖時基坑支護的范圍越來越小，常規(guī)的支護樁加止水樁占地寬度至少需要2.0m，加上施工機械的操作空間，則占地范圍不小于5.0m，這樣勢必降低土地的利用率，經濟性差。對于小型地下室或綜合管廊，采用傳統灌注樁或smw工法，不僅工期長，造價高，且污染環(huán)境。因此，基坑工程中迫切需求一種既能滿足止水，又能滿足擋土，且占地范圍小，造價較低的支護結構和施工方法。

專利申請?zhí)枮閏n201220144855.8的發(fā)明專利申請公開了一種雙排鋼板樁與h型鋼組合基坑支護結構。包括用于基坑止水的前排鋼板樁、用于基坑擋土的h型鋼、用于輔助止水和擋土的后排鋼板樁、扣件。h型鋼由兩塊平行布置的本體和將本體連接在一起的連接件組成，本體上沿長度方向的外側分別布置前排鋼板樁、后排鋼板樁之間設置扣件。本發(fā)明雖實現了結構剛度大、兼有擋土止水功能、可循環(huán)利用、適用于開挖深度較深基坑的目的，但仍存在如下不足：（1）雙排鋼板樁施工后，占地范圍過大，使土地有效利用率低；（2）h型鋼設置在兩排鋼板樁中間通過扣件連接，施工難度較大。鋼板樁打樁過程兩排樁位置必須等間距施工，且不得發(fā)生少許偏位，否則h型鋼無法插入兩側的鋼板樁內。

專利申請?zhí)枮閏n201610481147.6的發(fā)明專利申請公開了一種工字型復合鋼板樁，包括拉森鋼板樁和工字鋼。工字鋼的一側翼緣連接在拉森鋼板樁凹面的腹板上。本發(fā)明雖具有可快速施工和止水效果好的優(yōu)點，又具有抗變形能力好的優(yōu)點，但仍存在如下不足：（1）工字鋼連接在拉森鋼板樁腹部，增加了鋼板樁的腹部剛度，但拉森鋼板樁扣件接口剛度并未增加，則該支護結構薄弱環(huán)節(jié)并未解決；（2）一排鋼板樁，只能形成一道止水作用，基坑開挖后，滲漏水情況較嚴重。

因此，改進現有的剛結構支護樁，使其結構簡單、節(jié)約建筑用地，且止水效果好的支護樁，已經是一個值得研究的問題。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術中的不足，本發(fā)明提供了一種結構簡單、節(jié)約建筑用地，且止水效果好的，特別適用于中小地下停車庫，能在場地狹小的施工環(huán)境中進行操作的組合鋼結構支護樁及其施工方法。

本發(fā)明的目的是這樣實現的：

一種組合鋼結構支護樁，包括帶直角邊異型空腹鋼樁2、h型鋼樁1和u型鋼樁3；所述帶直角邊異型空腹鋼樁2在其2個垂直端各設有2個懸臂，懸臂的末端設置有用于連接的帶直角異型空腹鋼樁懸臂圓球5，其4個直角圍成的空間為上下貫通的帶直角異型空腹鋼樁空腹6；所述h型鋼樁1的兩翼分別設置2個3/4圓弧的h型鋼樁圓弧卡扣4；所述u型鋼樁3的兩端分別設置為u型鋼樁兩端圓球7；所述帶直角邊異型空腹鋼樁2通過樁邊懸臂末端的帶直角異型空腹鋼樁懸臂圓球5與h型鋼樁1連接；所述u型鋼樁3通過兩端u型鋼樁兩端圓球7與h型鋼樁1連接；

所述的h型鋼樁1的截面寬高比為0.45～0.6，根據工程設計確認采用的h型鋼樁的截面大?。?/p>

所述的h型鋼樁的兩翼設置的3/4圓弧的h型鋼樁圓弧卡扣4中圓弧直徑為30～50mm，具體尺寸根據h型鋼樁截面大小確定，h型鋼樁截面越大，圓弧直徑越大；

所述的帶直角邊異型空腹鋼樁2的有效邊長與h型鋼樁寬度相同，方便連接；

所述的帶直角邊異型空腹鋼樁2的垂直端懸臂末端設置的帶直角異型空腹鋼樁懸臂圓球5的直徑小于h型鋼樁圓弧卡扣直徑10mm；

所述u型鋼樁3的高度小于h型鋼樁1寬度的0.4倍；

所述u型鋼樁3兩端設置的u型鋼樁兩端圓球7的直徑小于h型鋼樁圓弧卡扣4直徑10mm；

一種組合鋼結構支護樁的施工方法，包括以下步驟：（一）、是h型鋼樁1、帶直角邊異型空腹鋼樁2和u型鋼樁3，三者均由設計根據工程規(guī)模和地質條件計算確定具體的截面尺寸和截面材料厚度和等級，然后由工廠制作好再運輸至現場或現場制作；（二）、是根據地質情況采用整體、局部或單根壓沉；當地質等其他因素限制無法整體壓沉時，可單根或局部壓沉至預定標高；（三）是基坑土方開挖，以及后續(xù)的鋼圍檁10、圍檁支架和鋼支撐8施工。

一種組合鋼結構支護樁的施工方法，包括以下步驟：

步驟一：將帶直角邊異型空腹鋼樁2設置于基坑四邊直角角落；

步驟二：沿著平行于地下結構外墻的基坑邊線，放線h型鋼樁1和u型鋼樁3，采用機械方法將h型鋼樁1和u型鋼樁3逐根壓沉；

步驟三：開挖基坑土方，并根據設計要求，架設鋼圍檁10和鋼支撐8；

步驟四：地下室或地下結構施工方法以及基坑土方回填與傳統基坑一致。

施工方法采取如下步驟：

所述的一種組合鋼結構支護樁的施工方法，其具體施工步驟如下：1）、選擇要支護的基坑的其中一個直角角落，將1根帶直角邊異型空腹鋼樁2經測量放線，設置于基坑直角角落，并采用機械壓入至設計標高，接著利用施工機械的外力將第一根h型鋼樁1垂直壓入地坪到設計標高，并確保h型鋼樁1的h型鋼樁圓弧卡扣4與帶直角邊異型空腹鋼樁2的帶直角異型空腹鋼樁懸臂圓球5緊密相扣，形成有效的止水鎖扣；然后利用外力將第一根u型鋼樁3垂直壓入地坪，并確保該u型鋼樁3一側的u型鋼樁兩端圓球7扣件與第一根h型鋼樁1另一側的3/4h型鋼樁圓弧卡扣4插接，緊密相扣，且配合形成導向；

2）、接下來按照上述方法施工第二根u型鋼樁3，待將第二根u型鋼樁3壓入至地坪到設計標高后，開始施工第二根h型鋼樁1；以該方式循序施工第三根u型鋼樁3、第四根u型鋼樁3、第三根h型鋼樁1……，完成該組合鋼結構支護樁的施工；

3）、開挖基坑土方至第一道內支撐底標高，根據設計要求架設鋼支撐8和鋼圍檁10；所述鋼支撐8采用雙拼h350×350型鋼；所述鋼支撐8兩側分別焊接兩塊尺寸為-200×200×16的水平鋼加勁板9；所述的鋼圍檁10采用雙拼h400×400型鋼；所述鋼支撐8與鋼圍檁10通過焊接封頭鋼板11連接在一起；為了加強鋼圍檁的整體抗剪性能，在所述鋼圍檁10采用的型鋼翼緣之間設置豎向鋼加勁板12；為了基坑整體的穩(wěn)定性，在所述鋼圍檁10下設置尺寸為-500×300×16水平向鋼墊板14和尺寸為-500×250×16豎向鋼牛腿13；為了進一步加強鋼圍檁和組合鋼結構支護樁的連接和穩(wěn)定，在所述的鋼圍檁10和組合鋼結構樁之間焊接尺寸為-400×400×20的豎向鋼墊板15，并采用直徑為25mm，間距為1500mm的2根鋼吊筋17，焊接在鋼圍檁和組合鋼結構樁上，如圖7所示；最后在所述的鋼圍檁10和組合鋼結構樁之間的空隙內密實填充c25混凝土16；

4）、待鋼支撐8和鋼圍檁10設置完后，且填充混凝土16達到設計強度的50%后，繼續(xù)向下開挖土方；根據設計需要，可按上述方法，設置第二道鋼支撐或第三道鋼支撐……，直至土方開挖至基坑底標高；

5）、進行地下室或地下結構施工，其方法以及基坑土方回填與傳統基坑一致。

積極有益效果：本發(fā)明相對于現有技術來說，具有如下優(yōu)點：1.通過帶直角邊異型空腹鋼樁、h型鋼樁和u型鋼樁組合成的鋼結構支護體系，整體結構簡單、可靠性高；2.節(jié)省建筑用地、無泥漿污染和無地下永久性固廢物，屬于綠色環(huán)保建筑；3.因后期各類鋼樁均可拔出回收，故工程綜合造價低；4.施工便捷，可大大地縮短工期；5.采用雙層防護結構，進一步提高抗?jié)B能力，滿足抗?jié)B要求；6.各類鋼樁可工廠定制加工，節(jié)約勞動力，改善勞動條件，提高施工安全性，并具有廣泛的適用性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的平面示意圖；

圖2為本發(fā)明所述帶直角邊異型空腹鋼樁與h型鋼樁連接平面示意圖；

圖3為本發(fā)明所述h型鋼樁與u型鋼樁連接平面示意圖；

圖4為本發(fā)明所述h型鋼樁立體示意圖；

圖5為本發(fā)明所述帶直角邊異型空腹鋼樁立體示意圖；

圖6為本發(fā)明所述u型鋼樁立體示意圖；

圖7為本發(fā)明與鋼圍檁連接結構示意圖；

圖中為：h型鋼樁1、帶直角異型空腹鋼樁2、u型鋼樁3、h型鋼樁圓弧卡扣4、帶直角異型空腹鋼樁懸臂圓球5、帶直角異型空腹鋼樁空腹6、u型鋼樁兩端圓球7、鋼支撐8、水平鋼加勁板9、鋼圍檁10、封頭鋼板11、豎向鋼加勁板12、鋼牛腿13、水平鋼墊板14、豎向鋼墊板15、c25素混凝土16、鋼吊筋17。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例，對本發(fā)明做進一步的說明：

如如圖1～7所示，一種組合鋼結構支護樁，包括帶直角邊異型空腹鋼樁2、h型鋼樁1和u型鋼樁3；所述帶直角邊異型空腹鋼樁2在其2個垂直端各設有2個懸臂，懸臂的末端設置有用于連接的帶直角異型空腹鋼樁懸臂圓球5，其4個直角圍成的空間為上下貫通的帶直角異型空腹鋼樁空腹6；所述h型鋼樁1的兩翼分別設置2個3/4圓弧的h型鋼樁圓弧卡扣4；所述u型鋼樁3的兩端分別設置為u型鋼樁兩端圓球7；所述帶直角邊異型空腹鋼樁2通過樁邊懸臂末端的帶直角異型空腹鋼樁懸臂圓球5與h型鋼樁1連接；所述u型鋼樁3通過兩端u型鋼樁兩端圓球7與h型鋼樁1連接；

所述的h型鋼樁1的截面寬高比為0.45～0.6，根據工程設計確認采用的h型鋼樁的截面大??；

所述的h型鋼樁的兩翼設置的3/4圓弧的h型鋼樁圓弧卡扣4中圓弧直徑為30～50mm，具體尺寸根據h型鋼樁截面大小確定，h型鋼樁截面越大，圓弧直徑越大；

所述的帶直角邊異型空腹鋼樁2的有效邊長與h型鋼樁寬度相同，方便連接；

所述的帶直角邊異型空腹鋼樁2的垂直端懸臂末端設置的帶直角異型空腹鋼樁懸臂圓球5的直徑小于h型鋼樁圓弧卡扣直徑10mm；

所述u型鋼樁3的高度小于h型鋼樁1寬度的0.4倍；

所述u型鋼樁3兩端設置的u型鋼樁兩端圓球7的直徑小于h型鋼樁圓弧卡扣4直徑10mm；

一種組合鋼結構支護樁的施工方法，包括以下步驟：

步驟一：將帶直角邊異型空腹鋼樁2設置于基坑四邊直角角落；

步驟二：沿著平行于地下結構外墻的基坑邊線，放線h型鋼樁1和u型鋼樁3，采用機械方法將h型鋼樁1和u型鋼樁3逐根壓沉；

步驟三：開挖基坑土方，并根據設計要求，架設鋼圍檁10和鋼支撐8；

步驟四：地下室或地下結構施工方法以及基坑土方回填與傳統基坑一致。

實施例1

一種組合鋼結構支護樁及其施工方法，由以下幾部分組成：（一）、是h型鋼樁、帶直角邊異型空腹鋼樁和u型鋼樁，三者均由設計根據工程規(guī)模和地質條件計算確定具體的截面尺寸和截面材料厚度和等級，然后由工廠制作好再運輸至現場或現場制作；（二）、是根據地質情況采用整體、局部或單根壓沉；當地質等其他因素限制無法整體壓沉時，可單根或局部壓沉至預定標高；（三）、是基坑土方開挖，以及后續(xù)的鋼圍檁、圍檁支架和鋼支撐施工，鋼圍檁、鋼支護樁和鋼支撐連接如圖7所示。

所述的組合鋼結構深基坑支護體系，由基坑四個直角角落的4根帶直角邊異型空腹鋼樁、若干根h型鋼樁和若干根u型鋼樁間隔組成，壓樁前要應沿基坑支護邊線詳細定位放線，并有序排放。根據地質情況h型鋼樁與u型鋼樁截面應匹配，u型鋼樁的高度小于h型鋼樁寬度的0.4倍，u型鋼樁兩端設置的圓球直徑小于h型鋼樁圓弧卡扣直徑10mm；

所述的一種組合鋼結構支護樁的施工方法，其具體施工步驟如下：1）、選擇要支護的基坑的其中一個直角角落，將1根帶直角邊異型空腹鋼樁2經測量放線，設置于基坑直角角落，并采用機械壓入至設計標高，接著利用施工機械的外力將第一根h型鋼樁1垂直壓入地坪到設計標高，并確保h型鋼樁1的h型鋼樁圓弧卡扣4與帶直角邊異型空腹鋼樁2的帶直角異型空腹鋼樁懸臂圓球5緊密相扣，形成有效的止水鎖扣；然后利用外力將第一根u型鋼樁3垂直壓入地坪，并確保該u型鋼樁3一側的u型鋼樁兩端圓球7扣件與第一根h型鋼樁1另一側的3/4h型鋼樁圓弧卡扣4插接，緊密相扣，且配合形成導向；

2）、接下來按照上述方法施工第二根u型鋼樁3，待將第二根u型鋼樁3壓入至地坪到設計標高后，開始施工第二根h型鋼樁1；以該方式循序施工第三根u型鋼樁3、第四根u型鋼樁3、第三根h型鋼樁1……，完成該組合鋼結構支護樁的施工；

3）、開挖基坑土方至第一道內支撐底標高，根據設計要求架設鋼支撐8和鋼圍檁10；所述鋼支撐8采用雙拼h350×350型鋼；所述鋼支撐8兩側分別焊接兩塊尺寸為-200×200×16的水平鋼加勁板9；所述的鋼圍檁10采用雙拼h400×400型鋼；所述鋼支撐8與鋼圍檁10通過焊接封頭鋼板11連接在一起；為了加強鋼圍檁的整體抗剪性能，在所述鋼圍檁10采用的型鋼翼緣之間設置豎向鋼加勁板12；為了基坑整體的穩(wěn)定性，在所述鋼圍檁10下設置尺寸為-500×300×16水平向鋼墊板14和尺寸為-500×250×16豎向鋼牛腿13；為了進一步加強鋼圍檁和組合鋼結構支護樁的連接和穩(wěn)定，在所述的鋼圍檁10和組合鋼結構樁（1、2或3）之間焊接尺寸為-400×400×20的豎向鋼墊板15，并采用直徑為25mm，間距為1500mm的2根鋼吊筋17，焊接在鋼圍檁和組合鋼結構樁上，如圖7所示；最后在所述的鋼圍檁10和組合鋼結構樁之間的空隙內密實填充c25混凝土16；

4）、待鋼支撐8和鋼圍檁10設置完后，且填充混凝土16達到設計強度的50%后，繼續(xù)向下開挖土方；根據設計需要，可按上述方法，設置第二道鋼支撐或第三道鋼支撐……，直至土方開挖至基坑底標高；

5）、進行地下室或地下結構施工，其方法以及基坑土方回填與傳統基坑一致。

本實施例具有施工速度快，止水性能好，抗側面壓力更強大，支護結構穩(wěn)定安全好，支護結構可重復利用，環(huán)保無污染等特點，具有較高的經濟效益、社會效益、環(huán)境效益。

本發(fā)明相對于現有技術來說，具有如下優(yōu)點：1.通過帶直角邊異型空腹鋼樁、h型鋼樁和u型鋼樁組合成的鋼結構支護體系，整體結構簡單、可靠性高；2.節(jié)省建筑用地、無泥漿污染和無地下永久性固廢物，屬于綠色環(huán)保建筑；3.因后期各類鋼樁均可拔出回收，故工程綜合造價低；4.施工便捷，可大大地縮短工期；5.采用雙層防護結構，進一步提高抗?jié)B能力，滿足抗?jié)B要求；6.各類鋼樁可工廠定制加工，節(jié)約勞動力，改善勞動條件，提高施工安全性，并具有廣泛的適用性。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下還可以作出若干改進，這些改進也應視為本發(fā)明的保護范圍。