可拆卸式钢绞线主筋的钢筋笼及其支护结构的制作方法

1.本公开的实施例总体上涉及绿色节能建筑施工领域，并且更具体地，涉及可拆卸式钢绞线主筋的钢筋笼及其支护结构。


背景技术：

2.近年来，随着城市建设的不断发展和地下空间的大规模开发，基坑中的桩锚固技术得以广泛应用，而在围护结构体系中最常用的就是灌注桩技术，灌注桩作为基坑的一种临时挡墙结构，其作用在基础施工完毕后作用旋即结束。此时，埋藏在地下的大量钢筋不可回收，弃之地下，造成环境污染、水土污染、金属流失等，导致资源浪费与经济损失。
3.基于此原因，现在市面上出现了可回收钢筋式钢筋笼，但这种可回收钢筋式钢筋笼技术存在以下缺陷：第一，可回收钢筋式钢筋笼技术通常需要通过套管(例如pvc管)的方式，将钢筋套设在套管之中，从而在需要回收时通过旋转的方式来将钢筋从套管中抽出，从而实现钢筋的回收。但这种回收方式中钢筋笼所使用的钢筋数量较大，成本较高，并不经济，会导致资源浪费的问题。而且由于钢筋笼的变形，会使得钢筋难以从套管中抽出，造成回收失败。第二，可回收钢筋式钢筋笼技术中钢筋混凝土整体结构受力过程中，钢筋主要承受的是来自侧向土压力引起的弯矩所来带的拉力，而混凝土承受的是压力，因此在这种受力模式下，钢筋的受拉性能较差，会影响到整体支护结构的支护能力。此外，钢筋笼中由于要使用大量的钢筋来提供支护，因此一旦回收失败，则总体制作成本较高。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的是提供一种可拆卸式钢绞线主筋的钢筋笼及其支护结构，以解决以上技术问题中的至少一种以及其他潜在技术问题。
5.为了达到上述目的，本发明的第一方面提出了一种可拆卸式钢绞线主筋的钢筋笼，其特征在于，包括：钢绞线主筋(1)，其外部套设有套管(10)或者涂覆有热熔胶(11)，所述钢绞线主筋(1)具有从桩孔顶端(12)延伸至桩孔底端(13)的第一节段(14)、在所述桩孔底端(13)处弯曲的第二节段(15)、以及从所述桩孔底端(13)延伸至所述桩孔顶端(12)的第三节段(16)；支撑结构件(2)，其用于在沿着从所述桩孔顶端(12)至所述桩孔底端(13)的方向上支撑所述钢绞线主筋(1)；以及预制锥头件(3)，其位于靠近所述第二节段(15)的位置，并与所述第二节段(15)相互安装；所述预制锥头件(3)在所述钢筋笼下放到所述桩孔时插入到所述桩孔底端(13)；其中，所述钢绞线主筋(1)在回收前，由所述支撑结构件(2)支撑并与所述预制锥头件(3)一起插入所述桩孔中；所述钢绞线主筋(1)在回收时，从所述套管(10)中抽出或者在加热熔化所述热熔胶(11)之后从所述桩孔中抽出。
6.根据本发明的实施例，所述第二节段(15)呈悬链线并在外侧套设有端部钢导管(4)；所述预制锥头件(3)与所述端部钢导管(4)相互固定，以使得所述第二节段(15)安装到所述预制锥头件(3)上。
7.根据本发明的实施例，所述支撑结构件(2)包括架立筋(5)，其设置在自所述桩孔
顶端(12)至所述桩孔底端的多个位置处，并从内部方向支撑所述钢绞线主筋(1)。
8.根据本发明的实施例，所述支撑结构件(2)还包括卡扣件(6)，其将所述钢绞线主筋(1)卡扣到所述架立筋(5)上。
9.根据本发明的实施例，所述卡扣件(6)包括套设在所述钢绞线主筋(1)外周上的筒状部(60)、以及夹持所述架立筋(5)的夹持部(61)。
10.根据本发明的实施例，所述夹持部(61)包括沿着所述筒状部(60)的外壁延伸的夹持片(62)、以及位于所述夹持片(62)上的夹持孔(63)；所述架立筋(5)能够可拆卸地卡扣到所述夹持孔(63)中。
11.根据本发明的实施例，所述卡扣件(6)均匀地卡扣到所述架立筋(5)上。
12.根据本发明的实施例，所述预制锥头件(3)为锥型导向角钢组合件(7)，其具有多个焊接到所述端部钢导管(4)的导向角钢并形成锥型插入结构。
13.根据本发明的实施例，所述支撑结构件(2)包括上端法兰(81)和位于所述上端法兰(81)下方的支撑骨架(84)。
14.根据本发明的实施例，所述上端法兰(81)沿着圆周设置有第一主筋限位孔(811)，其允许所述钢绞线主筋(1)穿过并使得所述钢绞线主筋(1)支撑在所述支撑骨架(84)的外周。
15.根据本发明的实施例，所述上端法兰(81)的上侧在对称位置设置有用于吊装所述钢筋笼的吊耳(812)。
16.根据本发明的实施例，所述支撑结构件(2)还包括位于所述上端法兰(81)和所述支撑骨架(84)之间的上端固定装置(82)，所述上端固定装置(82)与所述支撑骨架(84)相互固定，而与所述上端法兰(81)可拆卸式连接，以便在回收时将所述支撑骨架(84)吊出所述桩孔。
17.根据本发明的实施例，所述上端固定装置(82)套设在所述上端法兰(81)的中心通孔(810)内，并与所述上端法兰(81)通过牛腿件(83)相互可拆卸式连接；所述牛腿件(83)设置在所述上端法兰(81)下方并位于所述上端固定装置(82)的外侧。
18.根据本发明的实施例，所述支撑结构件(2)还包括下端固定装置(85)；所述下端固定装置(85)设置在所述支撑骨架(84)的底部并与所述预制锥头件(3)相互接触。
19.根据本发明的实施例，所述预制锥头件(3)包括与所述支撑骨架(84)的下端接触的上部圆环件(91)、以及位于所述上部圆环件(91)下方的下部锥形件(92)。
20.根据本发明的实施例，所述上部圆环件(91)包括沿圆周设置的第二主筋限位孔(911)，其用于使得所述钢绞线主筋(1)穿过。
21.根据本发明的实施例，所述上部圆环件(91)包括位于其上方的凸台(912)，所述下端固定装置(85)套设在所述凸台(912)外侧。
22.根据本发明的实施例，所述下部锥形件(92)包括与所述钢绞线主筋(1)数量相对应的爪形部(920)、以及设置在所述爪形部(920)内侧位置上的主筋导向槽(921)。
23.根据本发明的实施例，所述钢绞线主筋(1)在一侧穿过所述第二主筋限位孔(911)之后，卡入所述主筋导向槽(921)中，然后从相对称的另一侧穿出所述第二主筋限位孔(911)。
24.根据本发明的实施例，所述主筋导向槽(921)的顶部和/或底部位置上还设置有卡
住所述钢绞线主筋(1)的主筋箍环(922)。
25.本发明的第二方面还提供了一种支护结构，其包括根据本发明的第一方面所述的可拆卸式钢绞线主筋的钢筋笼。
26.根据本发明的实施例，所述支护结构包括支护桩、或者双排桩、或者连续墙。
附图说明
27.为了更清楚的说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明实施例的可拆卸式钢绞线主筋的钢筋笼的结构示意图。
29.图2为本发明实施例的钢绞线主筋外部套设有套管的结构示意图。
30.图3为本发明实施例的钢绞线主筋外部涂覆有热熔胶的结构示意图。
31.图4为本发明实施例的钢绞线主筋与架立筋卡扣连接的结构示意图。
32.图5为本发明实施例的架立筋的结构示意图。
33.图6为本发明实施例的卡扣件的结构示意图。
34.图7为本发明实施例的锥型导向角钢组合件的结构示意图。
35.图8为本发明实施例的钢绞线主筋的形状设计的结构示意图。
36.图9为本发明实施例的锥型导向角钢组合件的结构示意图。
37.图10为本发明优选实施例的支撑骨架与预制锥头件等结构的示意图。
38.图11为本发明优选实施例的支撑骨架等结构的示意图。
39.图12为本发明优选实施例的上端法兰、上端固定装置等结构的示意图。
40.图13为本发明优选实施例的上端法兰的结构示意图。
41.图14为本发明优选实施例的牛腿件的结构示意图。
42.图15为本发明优选实施例的下端固定装置与预制锥头件等结构的示意图。
43.图16为本发明优选实施例的下端固定装置等结构的示意图。
44.图17为本发明优选实施例的预制锥头件的结构示意图。
45.图18为本发明优选实施例的上部圆环件的结构示意图。
46.图19为本发明优选实施例的下部锥形件的结构示意图。
具体实施方式
47.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
48.钢绞线的应力承载能力(特别是受拉性能)比钢筋更强，但成本更低，因此本专利的发明人发现在基坑支护领域，可以用钢绞线来替换钢筋作为钢筋笼的主筋，并作为可回收支护结构的回收对象。具体来说，钢筋笼在制作时如果主筋为全预应力钢绞线，则可以避免使用钢筋作为主筋、或者混合使用钢绞线和钢筋作为主筋时制作成本高(所用钢材量较大)、回收率低(不利于资源的节约)、施工难度大等问题。而且，钢绞线主筋的钢筋笼中，钢
绞线施加的预应力可以减缓混凝土工程中斜缝隙的产生，能进一步提升支护桩的受剪承载能力。同时，由于高强钢绞线可以有效使用，因此预应力混凝土钢绞线可以制成比普通钢筋笼跨度更大、自重更小的细长承重结构，还能有效的防止混凝土的开裂，或者是至少能够将裂缝的宽度，限制在无害的程度上，提高整体支护结构的耐久性和延展性。因此，采用钢绞线作为主筋制成可拆卸式钢筋笼(例如可拆卸式悬链线形钢筋笼)，并将其用作灌注桩等领域的支护结构之中，无论是承载能力、还是经济成本都更有优势。
49.但是，不同于传统钢筋式钢筋笼，采用钢绞线作为主筋制成可拆卸式钢筋笼时存在以下技术难题：钢绞线是一种由多根钢丝绞合构成的类似于线状钢铁制品，因此与钢筋的物理性质有很大差异。钢绞线的刚度很小，但受拉性能很好，而受压性能几乎为零，尤其是在组装成十几米长的钢筋笼以后，可以想象其形状较为柔软。此时，如果采用传统钢筋笼的吊装方式，势必会造成其上主筋、箍筋、架立筋和卡扣等的错位脱落甚至损坏，对钢绞线式钢筋笼的功能造成不必要的影响，所以让其在起吊和下放过程中保证一定程度的刚度是非常必要的，这也是本专利所要解决的技术难题。
50.为了解决以上技术难题，本专利实施例提出了一种可拆卸式钢绞线主筋的钢筋笼(这里的“钢筋笼”是泛称，并不表示其由钢筋制成，本专利中是用钢绞线作为主筋，而非钢筋作为主筋)，通过本专利发明人的创新改进，本专利的技术方案可以避免现有技术的以上弊端和缺陷，不仅能降低施工成本，还能减少资源浪费，节能减排，实现绿色施工。本专利的具体设计结构和技术方案详细介绍如下。
51.如图1-图19所示，本发明提出了一种可拆卸式钢绞线主筋的钢筋笼，其特征在于，包括：钢绞线主筋1、支撑结构件2以及预制锥头件3。
52.其中，钢绞线主筋1的外部套设有套管10(例如pe管或pvc管，如图2所示)或者涂覆有热熔胶11(如图3所示)。所述钢绞线主筋1具有从桩孔顶端12延伸至桩孔底端13的第一节段14、在所述桩孔底端13处弯曲的第二节段15、以及从所述桩孔底端13延伸至所述桩孔顶端12的第三节段16。例如，由第一节段14、第二节段15和第三节段16可以构成一条完整的钢绞线主筋1，从而可以在两端通过张拉设备进行拉紧，从而为支护结构提供更强的应力。
53.其中，支撑结构件2用于在沿着从所述桩孔顶端12至所述桩孔底端13的方向上支撑所述钢绞线主筋1。预制锥头件3，其位于靠近所述第二节段15的位置，并与所述第二节段15相互安装。这里，支撑结构件2和预制锥头件3的示例性结构会在下文详述。
54.在工作时，所述预制锥头件3在所述钢筋笼下放到所述桩孔时插入到所述桩孔底端13；其中，所述钢绞线主筋1在回收前，由所述支撑结构件2支撑并与所述预制锥头件3一起插入所述桩孔中。所述钢绞线主筋1在回收时，从所述套管10中抽出或者在加热熔化所述热熔胶11之后从所述桩孔中抽出。这里，通过回收钢绞线主筋1，可以节省制作成本，实现绿色施工。而且由于钢绞线主筋1是完整的一条钢绞线，可以通过在一端抽拉，实现整体结构的回收，非常方便。
55.应当理解，本专利中采用钢绞线主筋1来替代传统钢筋式钢筋笼中将钢筋作为主筋的结构。由于其应力承载能力更强，成本更低，因此可以制成比普通钢筋笼跨度更大、自重更小的细长承重结构，还能有效的防止混凝土的开裂。此时，可以将其用作灌注桩等领域的支护结构之中，无论是承载能力、还是经济成本都更有优势。而且，本专利中还采用支撑结构件2用于在沿着从所述桩孔顶端12至所述桩孔底端13的方向上支撑所述钢绞线主筋1，
并利用预制锥头件3在所述钢筋笼下放到所述桩孔时插入到所述桩孔底端13，此时可以使得整体结构在起吊和下放过程中保证一定程度的刚度。
56.根据本发明的优选实施例，如图8所示，本专利在设计由第一节段14、第二节段15和第三节段16构成的完整的钢绞线主筋1的形状时，考虑到将第二节段15形状设计为悬链线的形状。经过试验，这种悬链线形状的结构形式最为稳定，拱轴线形式最为合理，能够使得整体的支护结构的支护效果更好。具体来说，第二节段15为悬链线形状时，应满足数学函数其中cosh为双曲余弦函数，a为待确定的常数，y为y轴的坐标值，x为x轴的坐标值。为了确定待确定的常数a，进而确定以上数学函数所表达的悬链线具体形状，可以取x的初始值x0为钢筋笼桩径l的一半，并取y的初始值y0为悬链线的高度h。
57.根据本发明的实施例，如图1和图7所示，所述第二节段15呈悬链线并在外侧套设有端部钢导管4。所述预制锥头件3与所述端部钢导管4相互固定(例如焊接)，以使得所述第二节段15安装到所述预制锥头件3上。作为示例，第二节段15和端部钢导管4都呈悬链线，其具体形状优选地都采用以上数学函数所表示的悬链线形状(这样可以制作特定悬链线型的端部钢导管4，用以对钢绞线主筋1的第二节段15进行固定和导向定位)。作为示例，第二节段15在外侧套设有端部钢导管4，从而方便预制锥头件3例如焊接到端部钢导管4上，从而使得第二节段15安装到所述预制锥头件3上，起到固定安装的作用，使得整体锥头结构稳固(例如不同方向的端部钢导管4在交叉处也可以通过焊接方式进行固定)。
58.根据本发明的实施例，如图1、图4和图5所示，所述支撑结构件2包括架立筋5，其设置在自所述桩孔顶端12至所述桩孔底端的多个位置处，并从内部方向支撑所述钢绞线主筋1。例如，架立筋5自所述桩孔顶端12至所述桩孔底端均匀地进行设置，从而对钢绞线主筋1起到支撑作用，降低在下放钢筋笼的过程中的柔性变形。
59.根据本发明的实施例，如图4-图6所示，所述支撑结构件2还包括卡扣件6，其将所述钢绞线主筋1卡扣到所述架立筋5上。根据本发明的实施例，所述卡扣件6包括套设在所述钢绞线主筋1外周上的筒状部60、以及夹持所述架立筋5的夹持部61。例如，通过卡扣的方式，可以方便地将钢绞线主筋1卡扣到所述架立筋5上。
60.根据本发明的实施例，如图4和图6所示，所述夹持部61包括沿着所述筒状部60的外壁延伸的夹持片62、以及位于所述夹持片62上的夹持孔63；所述架立筋5能够可拆卸地卡扣到所述夹持孔63中。根据本发明的实施例，所述卡扣件6均匀地卡扣到所述架立筋5上。例如，通过将多个钢绞线主筋1与多个架立筋5相互扣合安装，可以对钢绞线主筋1整体上起到支撑作用，从而降低在下放钢筋笼的过程中的柔性变形。
61.根据本发明的实施例，如图7和图9所示，所述预制锥头件3为锥型导向角钢组合件7，其具有多个焊接到所述端部钢导管4的导向角钢并形成锥型插入结构(例如端部钢导管4的导向角钢在在锥尖处也可以进行焊接，以增加其整体刚度和稳定性)。作为示例，本发明的预制锥头件3可以起到引导和导向作用，例如可以用于前插笼或者后插笼的施工工艺中。
62.关于支撑结构件2和预制锥头件3的优选实施例
63.如图10-图19所示，其示出了本专利中支撑结构件2和预制锥头件3的优选实施例，详述如下。
64.根据本发明的实施例，所述支撑结构件2包括上端法兰81和位于所述上端法兰81
下方的支撑骨架84(例如为铝合金材质，例如可以采用镂空的铝合金圆柱形框架结构，如图11所示)。作为示例，该支撑结构件2是一种辅助起吊、下放的施工装置，其不仅能够在吊装过程中作为内骨架给予钢绞线钢筋笼较好的刚度和整体性，令其结构保证完整，而且在辅助吊装的作用完毕后能实现回收重复使用。例如，上端法兰81和支撑骨架84都可以在内部混凝土达到一定强度之后实现回收。
65.根据本发明的实施例，如图12和图13所示，所述上端法兰81沿着圆周设置有(例如均匀地设置)第一主筋限位孔811，其允许所述钢绞线主筋1穿过并使得所述钢绞线主筋1支撑在所述支撑骨架84的外周(例如达到限位、防止整体结构变形、并增加刚度的效果)。例如，支撑骨架84的外周还可以设置有架立筋，而且架立筋从内部支撑钢绞线主筋1。
66.根据本发明的实施例，所述上端法兰81的上侧在对称位置设置有用于吊装所述钢筋笼的吊耳812。这里吊耳812的设计是为了方便下放钢筋笼时而设计的吊装结构，其例如可以焊接到上端法兰81上或者一体成型。
67.根据本发明的实施例，所述支撑结构件2还包括位于所述上端法兰81和所述支撑骨架84之间的上端固定装置82，所述上端固定装置82与所述支撑骨架84相互固定，而与所述上端法兰81可拆卸式连接(例如通过牛腿件83来实现)，以便在回收时将所述支撑骨架84吊出所述桩孔。
68.根据本发明的实施例，所述上端固定装置82套设在所述上端法兰81的中心通孔810内，并与所述上端法兰81通过牛腿件83(如图14所示，例如有四个，分别布置在上端固定装置82的四个方向上，呈对称且均匀地分布)相互可拆卸式连接；所述牛腿件83设置在所述上端法兰81下方并位于所述上端固定装置82的外侧。
69.例如，如图14所示，牛腿件83呈l型，其上部片状件830可以焊接到上端法兰81，从而实现固定，而下部片状件831可以通过螺栓(通过螺孔832)等方式可拆卸地连接到上端固定装置82。此时，在回收之前，可以通过牛腿件83使得上端法兰81和上端固定装置82相互固定安装，从而方便下放钢筋笼。而在需要回收支撑骨架84时，可以拧开螺栓，从而使得牛腿件83与上端固定装置82分开、脱离，此时可以将支撑骨架84通过内壁吊耳821吊出，从而实现对支撑骨架84的整体回收。
70.根据本发明的实施例，所述支撑结构件2还包括下端固定装置85；所述下端固定装置85设置在所述支撑骨架84的底部并与所述预制锥头件3相互接触(如图15和图16所示)。作为示例，下端固定装置85可以与预制锥头件3紧密接触(例如相互抵接，但不固定。比如通过拉紧钢绞线主筋1使得支撑结构件2的下端固定装置85紧密抵接到预制锥头件3上，在整体下放过程中结构稳定)，从而达到固定钢绞线钢筋笼的目的。可以理解，通过支撑骨架84与预制锥头件3紧密接触，可以对预制锥头件3提供支撑，使得例如在后插笼法(倒插笼法)过程中，减小钢筋笼在混凝土中下叉(下放)产生的阻力，从而相对于图1所示的结构而言，特别适应于后插笼法的施工工艺之中。
71.根据本发明的实施例，如图17-图19所示，所述预制锥头件3包括与所述支撑骨架84的下端接触的上部圆环件91(如图18所示)、以及位于所述上部圆环件91下方的下部锥形件92(如图19所示)。根据本发明的实施例，所述上部圆环件91包括沿圆周设置的第二主筋限位孔911，其用于使得所述钢绞线主筋1穿过。因此，第一主筋限位孔811和第二主筋限位孔911相互配合，可以实现对钢绞线主筋1在上端和下端的固定安装(可以在地面上的两端，
拉紧钢绞线主筋1)。
72.根据本发明的实施例，如图17和图18所示，所述上部圆环件91包括位于其上方的凸台912，所述下端固定装置85套设在所述凸台912外侧。例如，凸台912设置在第二主筋限位孔911的内侧位置。根据本发明的实施例，所述下部锥形件92包括与所述钢绞线主筋1数量相对应的爪形部920、以及设置在所述爪形部920内侧位置上的主筋导向槽921。
73.根据本发明的实施例，如图19所示，所述钢绞线主筋1在一侧穿过所述第二主筋限位孔911之后，卡入所述主筋导向槽921中，然后从相对称的另一侧穿出所述第二主筋限位孔911。根据本发明的实施例，所述主筋导向槽921的顶部和/或底部位置上还设置有卡住所述钢绞线主筋1的主筋箍环922。例如，钢绞线主筋1在靠近主筋导向槽921的位置套设有端部钢导管4，此时可以弯折成悬链线形状卡位到主筋导向槽921中(将钢绞线主筋1稳稳固定住，其不影响钢绞线主筋1和支撑骨架84等结构的回收利用)，并卡上主筋箍环922。
74.在安装过程中，例如可以先将钢绞线主筋1穿过上部圆环件91一侧的第二主筋限位孔911，然后卡入下部锥形件92的所述主筋导向槽921，再后从穿过上部圆环件91另一侧的第二主筋限位孔911穿出，此时在两端固定住钢绞线主筋1(例如利用固定工具进行两端固定)。按照这样的顺序，将全部钢绞线主筋1安装到位(此时多根钢绞线主筋1会整体上形成空芯圆柱状)，然后将支撑骨架84插入空芯圆柱状的钢绞线主筋1，再将架立筋5从一端套设在支撑骨架84周围，从而对钢绞线主筋1起到支撑作用。最后，将上端法兰81对准各个钢绞线主筋1，并用牛腿件83分别在两端进行焊接和螺栓连接，从而形成整体的可拆卸式钢绞线主筋的钢筋笼结构。
75.关于支护结构的示例性实施例
76.本发明的实施例还提供了一种支护结构，其包括根据本发明的以上实施例所述的可拆卸式钢绞线主筋的钢筋笼。根据本发明的实施例，所述支护结构包括支护桩、或者双排桩、或者连续墙。
77.作为示例，支护桩是主要承受横向推力的桩，一般用于基坑支护、边坡支护以及滑坡治理，承受水平土压力或滑坡推力。作为示例，双排桩是沿基坑侧壁排列设置的由前、后两排支护桩和梁连接成的刚架及冠梁组成的支挡结构。作为示例，连续墙又称地下连续墙，是基础工程中在地下筑成一道连续的混凝土墙壁，作为截水、防渗、承重、挡水结构。
78.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明还可以通过其他结构来实现，本发明的特征并不局限于上述较佳的实施例。任何熟悉该项技术的人员在本发明的技术领域内，可轻易想到的变化或修饰，都应涵盖在本发明的专利保护范围之内。