本發(fā)明的實(shí)施例屬于軌道交通工程技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種適用于地鐵深基坑的空心鋼管混凝土支撐結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

在地鐵深基坑施工中，主要是窄長(zhǎng)型基坑。目前，對(duì)于地鐵基坑采用的主要支撐體系一般為鋼筋混凝土或鋼管支撐，尤其是鋼管支撐應(yīng)用較為廣泛，其優(yōu)勢(shì)是鋼支撐可以重復(fù)利用，但是鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)問題是承載力的重要制約因素。

為了解決鋼管支撐存在的承載力不夠、容易失穩(wěn)等問題，有專利提出了采用鋼管混凝土支撐，可以有效解決鋼支撐的失穩(wěn)問題，但填充混凝土重量大，引起支撐彎矩加大，實(shí)際對(duì)支撐的受壓承載力存在很大影響。

常規(guī)鋼支撐重量輕、便于運(yùn)輸及安裝，但存在在軸壓力較大時(shí)失穩(wěn)的問題；鋼管混凝土支撐，有效解決了失穩(wěn)問題，但因填充混凝土重量大，引起支撐彎矩加大，也制約支撐受壓壓設(shè)計(jì)承載力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供一種適用于地鐵深基坑的空心鋼管混凝土支撐結(jié)構(gòu)，可以避免常規(guī)鋼支撐及鋼管混凝土支撐存在的問題，即可充分發(fā)揮支撐的抗壓承載力，又可避免鋼管混凝土支撐重量大、運(yùn)輸及安裝不便等問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種適用于地鐵深基坑的空心鋼管混凝土支撐結(jié)構(gòu)，包括第一鋼管、第二鋼管和混凝土層；

其中，所述第一鋼管設(shè)于最外層，直徑為600～1200mm，用于直接承載外界載荷作用；

所述第二鋼管設(shè)于所述第一鋼管內(nèi)部，其直徑根據(jù)所述第一鋼管和混凝土層的厚度確定，用于壓緊所述混凝土層；

所述混凝土層，其設(shè)于所述第一鋼管和第二鋼管之間，厚度為50～200mm，用于連接所述第一鋼管和第二鋼管，從而形成整體鋼管混凝土支撐結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述混凝土層為微膨脹混凝土，用于在凝固后體積膨脹實(shí)現(xiàn)對(duì)所述第一鋼管和第二鋼管的約束作用。

進(jìn)一步地，所述混凝土層為輕質(zhì)混凝土，用于減輕所述鋼管混凝土支撐結(jié)構(gòu)的重量。

進(jìn)一步地，所述第一鋼管的壁厚為8～16mm，用于保證足夠的強(qiáng)度和剛度。

進(jìn)一步地，所述第二鋼管的壁厚為8～16mm。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

(1)本發(fā)明的空心管混凝土支撐結(jié)構(gòu)，采用新的空心鋼管混凝土支撐設(shè)計(jì)，可以在減小支撐尺寸的條件下，達(dá)到及超過原鋼支撐的承載力，同時(shí)也能減少支撐的自重，方便支撐的運(yùn)輸及安裝。

(2)本發(fā)明的空心管混凝土支撐結(jié)構(gòu)，可以有效減小支撐直徑，提高支撐的受壓承載力，避免鋼支撐存在的穩(wěn)定性問題，也避免鋼管混凝土支撐存在的自重過大，受壓承載力限制的問題。

(3)本發(fā)明的空心管混凝土支撐結(jié)構(gòu)，方便運(yùn)輸簡(jiǎn)化支撐安裝，可加快施工速度，改善施工條件，經(jīng)濟(jì)合理，技術(shù)成熟，應(yīng)用前景廣闊，具備良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)鋼管支撐斷面示意圖；

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)鋼管混凝土支撐斷面示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的一種空心鋼管混凝土支撐斷面示意圖。

在所有附圖中，同樣的附圖標(biāo)記表示相同的技術(shù)特征，具體為：1-第一鋼管、2-混凝土層、3-第二鋼管。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

在地鐵深基坑施工中，主要是窄長(zhǎng)型基坑。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)鋼管支撐斷面示意圖。如圖1所示，這種支撐結(jié)構(gòu)可以重復(fù)使用，而且吊裝方便，施工效率高，可以大大節(jié)約施工成本。但是這種支撐結(jié)構(gòu)，由于鋼管是中空結(jié)構(gòu)，內(nèi)部無任何支撐物體，在基坑側(cè)壁土體及水壓力較大的載荷作用下，該支撐鋼管容易產(chǎn)生彈性變形，甚至是塑性變形，從而導(dǎo)致支撐結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，承載力急劇下降，極易造成軌道交通基坑重大安全事故。

為了解決上述問題，出現(xiàn)了鋼管混凝土支撐結(jié)構(gòu)。圖2為現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)鋼管混凝土支撐斷面示意圖。如圖2所示，在外層第一鋼管內(nèi)部，填充混凝土結(jié)構(gòu)，從而大大增強(qiáng)了這種支撐結(jié)構(gòu)的承載能力，此外，由于鋼管內(nèi)填充了混凝土形成了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)即使在較大載荷的工況下，也不會(huì)發(fā)生變形，不會(huì)導(dǎo)致支撐結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，具備很高的可靠性，有效解決了失穩(wěn)問題，但因填充混凝土重量大，引起支撐彎矩加大，也制約支撐受壓壓設(shè)計(jì)承載力，此外，這種結(jié)構(gòu)填充的混凝土體量巨大，工程成本非常高。

因此，為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種空心鋼管混凝土支撐結(jié)構(gòu)。圖3為本發(fā)明實(shí)施例的一種空心鋼管混凝土支撐斷面示意圖。如圖3所示，該支撐結(jié)構(gòu)外層采用第一鋼管、內(nèi)層采用第二鋼管，在第一鋼管和第二鋼管之間填充混凝土，第二鋼管內(nèi)部采用中空結(jié)構(gòu)，從而形成空心鋼管混凝土支撐結(jié)構(gòu)。這種空心鋼管混凝土支撐結(jié)構(gòu)，利用內(nèi)外鋼管之間的混凝土，參與支撐受壓。內(nèi)部鋼管主要作用是參與約束混凝土，可以大幅度提高混凝土的受壓承載力，同時(shí)減小了支撐的自重。內(nèi)外鋼管同時(shí)存在對(duì)混凝土的約束，可以提高混凝土延性，提高混凝土的受壓承載力。因?yàn)閮?nèi)外鋼管之間混凝土的存在，內(nèi)外鋼管也受到約束，可以有效避免鋼管的失穩(wěn)。綜合利用鋼管及混凝土材料的性能的方法，可以減小支撐尺寸及重量，方便施工及運(yùn)輸、安裝。

如圖3所示，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，外側(cè)第一鋼管的直徑根據(jù)實(shí)際需求確定，優(yōu)選為600～1200mm。該第一鋼管的壁厚根據(jù)實(shí)際需求確定，一般為8～16mm，保證足夠的強(qiáng)度和剛度。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，中間混凝土的厚度為50～200mm。在滿足支撐結(jié)構(gòu)承載力的情況下，混凝土層的厚度越薄越有助于減輕整個(gè)鋼管混凝土支撐結(jié)構(gòu)的重量，節(jié)省混凝土用量。具體混凝土層的厚度根據(jù)外界載荷確定，保證足夠的承載力。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，中間混凝土層可以采用輕質(zhì)混凝土或微膨脹混凝土，進(jìn)一步減輕鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的重量。此外，微膨脹混凝土在凝固后，體積膨脹，填充混凝土對(duì)第一鋼管和第二鋼管形成很強(qiáng)的約束作用，牢固的將其連接成一個(gè)整體，克服鋼支撐失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)，可以有效減少支撐的總重量及截面尺寸，方便運(yùn)輸及安裝，提高使用效率。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，內(nèi)層第二鋼管的直徑根據(jù)第一鋼管及混凝土層的厚度確定。第二鋼管的厚度根據(jù)實(shí)際需求確定，一般為8～16mm，保證足夠的強(qiáng)度和剛度。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，第一鋼管和第二鋼管的厚度不同，內(nèi)側(cè)第二鋼管的存在，為內(nèi)部填充的混凝土提供有效的約束，提高混凝土的受壓承載力；同時(shí)可以避免混凝土的大量填充，減少支撐構(gòu)件的總重量。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種適用于地鐵深基坑的空心鋼管混凝土支撐結(jié)構(gòu)，包括第一鋼管(1)、第二鋼管(3)和混凝土層(2)；其中，所述第一鋼管(1)設(shè)于最外層，直徑為600～1200mm，用于直接承載外界載荷作用；所述第二鋼管(3)設(shè)于所述第一鋼管(1)內(nèi)部，其直徑根據(jù)所述第一鋼管(1)和混凝土層(2)的厚度確定，用于壓緊所述混凝土層(2)；所述混凝土層(2)，其設(shè)于所述第一鋼管(1)和第二鋼管(3)之間，厚度為50～200mm，用于連接所述第一鋼管(1)和第二鋼管(3)，從而形成整體鋼管混凝土支撐結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的鋼管混凝土支撐結(jié)構(gòu)，在減小尺寸的條件下，達(dá)到及超過鋼管支撐的承載力，同時(shí)也能減少結(jié)構(gòu)的自重，方便支撐的運(yùn)輸及安裝。

技術(shù)研發(fā)人員：林蓼;雷崇;費(fèi)金新;楊宗元
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.07.13
技術(shù)公布日：2017.09.29