CN104179200A - 一种地下结构减震体系及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下结构减震体系及其施工方法，尤其适用于地铁地下车站等建筑。本发明的地下结构减震体系包括用于结构外部的减震层、结构中柱的减震垫、结构分段处的纵向减震带。所述的结构外部减震层由泡沫树脂材料制成，由于泡沫树脂材料的刚度介于土体和钢筋混凝土地下结构之间，可减小地下结构和土体的刚度差异，使地下结构和土体有更好的连接效果，在地震时，减震层可以吸收和分散地震的冲击力；减震垫作为地下结构中柱与板的连接构件，可以吸收结构内部的地震能量；纵向减震带设置在地下结构的分段之间，用于减弱纵向地震对地下结构的损伤，通过三方面减震设计形成的地下结构减震体系可使地下结构具有较好的抗震性能和安全性。

Description

一种地下结构减震体系及其施工方法

技术领域

本发明涉及土木工程施工的技术领域，尤其涉及土木工程方面的减震与隔震体系，具体的说，是一种适用于地铁、地下商场等地下建筑的地下结构减震体系及其施工方法。

背景技术

现有技术中，地铁、地下商场等地下建筑均属于地下结构，这种地下结构包括分别支撑两侧土体的侧墙，侧墙的顶部设有用于支撑顶部土体的顶板，侧墙的底部设有设置在底部土体上的底板，在顶板和底板之间还设有对顶板进行支撑的中柱。对于多层的地下结构，在侧墙的中部还设有一个或多个与底板平行设置的中板，这种地下结构在顶板和最上层的中板之间、相邻的中板之间以及底板和最下层的中板之间均设有中柱。这种地下结构在地震作用下是通过自身的刚度来抵抗周围土体的变形，但是地下结构本身和土体之间的刚度差异较大，在地震时由于刚度不连续很容易导致地下结构损坏。而且全球范围内多次地震灾害现象显示，在强地震作用下，这种地下结构会发生严重的破坏，如1923年日本关东大地震，致使邻近约25座隧道遭到破坏；1985年墨西哥8.1级地震中，地铁车站侧墙与地表结构相交部位发生分离破坏现象；1995年7.2级日本阪神地震，由地震引起的土体液化，造成地铁地下结构侧墙、中柱和顶板都出现大量的破坏现象。由于我国大城市的地铁地下结构和大型地下商场等地下建筑都是在近三十年内大规模建设的，至今还没有经过地震的严峻考验，但这并不意味着这些地下结构具有良好的抗震性能。因此，为提高地下结构的安全性，有必要提出具有减震功能的地下结构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述技术现状，而提供一种通过三方面减震设计形成的地下结构减震体系及其施工方法，可使地下结构具有较好的抗震性能和安全性。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种地下结构减震体系，包括地下结构主体，地下结构主体由若干个结构单元组成，每个结构单元均包括有分别用于支撑侧部土体的侧墙，顶部土体的顶板、以及底部土体的底板，结构单元中设有数根中柱以及中板，中柱竖向设置且分别与顶板、中板及底板连接，中板横向设置且两侧与侧墙连接，其中：中柱与顶板连接处、中柱与中板连接处、中柱与底板连接处均设置有减震垫，相邻的结构单元之间设置有纵向减震带，地下结构主体外表面包覆有减震层。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的减震垫包括至少三层钢板，相邻的两个钢板之间夹设有橡胶板，钢板和橡胶板通过粘结剂粘结在一起。

上述的减震垫上设有沿减震垫厚度方向延伸的钢筋穿孔，中柱上设有穿设在钢筋穿孔内的钢筋。

上述的相邻的结构单元连接处交叉设置有凸接头和凹接头，相配合的凸接头和凹接头之间组成锁位组合将相邻的结构单元固定，锁位组合间隔分布，纵向减震带封闭设置于相邻的锁位组合之间的间隙中形成柔性分隔带。

上述的纵向减震带为氯丁橡胶材料制造。

上述的相配合的凸接头和凹接头之间固定有钢垫片并用螺栓将凸接头和凹接头相互紧固。

上述的减震层包括位于侧墙与侧部土体之间的侧部减震层、位于顶板与顶部土体之间的顶部减震层以及位于底板与底部土体之间的底部减震层，减震层为泡沫树脂材料制成。

上述的减震垫端面的大小与中柱的横截面的大小相同，减震垫的厚度不大于中柱宽度的四分之一。

上述的纵向减震带宽度为15cm至20cm，通过粘结剂与结构单元粘合配合。

上述的钢垫片厚度为10cm至15cm。

上述的减震层的厚度为30cm至40cm。

本发明地下结构减震体系的施工方法的一种具体实施例包括以下顺序的步骤：

步骤一、在底部土体上喷注底部减震层；

步骤二、在底部减震层上制作底板；

步骤三、制作侧墙，使侧墙与侧部土体之间预留有间隙；

步骤四、在侧墙和侧部土体之间的间隙内喷注侧部减震层，使侧部减震层填充侧墙和侧部土体之间的间隙；

步骤五、制作顶板，在顶板之上喷注顶部减震层，然后回填上覆土层。

喷注减震层时使用台车喷注，喷注步骤如下：

步骤一、拼装喷注减震层所用的台车，铺设台车行走轨道，控制台车使其沿行走轨道移动至减震层的施工位置处；

步骤二、调试台车，将台车模板顶推到位，准备制作泡沫树脂的设备以及胶粘剂、固化剂和发泡剂原材料；

步骤三、根据泡沫树脂的实际使用量，将胶粘剂、固化剂和发泡剂混合，搅拌均匀得到泡沫树脂混合胶液；

步骤四、使用台车喷注泡沫树脂胶液，喷注顺序为先短边后长边、从中间到角边，使泡沫树脂胶液完全覆盖，等待泡沫树脂胶液固化成型。

喷注泡沫树脂胶液采用两次喷注完成：第一次喷注的泡沫树脂胶液固化成型后，再次喷注泡沫树脂胶液。

由于中柱是地下结构中抗震的薄弱部位，在中柱两端设置减震垫可缓冲地震对中柱的破坏，从而进一步提高地下结构的安全性。

在施工时，可将中柱钢筋穿在减震垫上的钢筋穿孔内，使施工更方便。

由于地下结构在纵向长度较长，地震波的空间差异性会导致其发生拉、剪、扭等沿纵向的破坏现象，在地下结构分段与分段之间(即结构单元之间)固定纵向减震带，可使地下结构能适应一定程度的纵向受力与变形，降低地下结构的纵向破坏可能性。

在侧墙与侧部土体之间、顶板和顶部土体之间以及底板和底部土体之间分别填充有泡沫树脂材料制成的减震层，由于泡沫树脂材料的刚度介于土体和钢筋混凝土结构的侧墙、顶板之间，能减小地下结构和土体的刚度差异，使地下结构和土体有更好的连接效果，在地震时，减震层可以吸收和分散地震的冲击力，因此本发明的地下结构具有较好的抗震性和安全性。

附图说明

图1是地下结构减震体系横截面的结构示意图；

图2是图1中减震垫的结构示意图。

图3是结构单元之间的连接关系结构示意图。

图4是图3中锁位组合的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

图1至图4所示为本发明的结构示意图。

其中的附图标记为：地下结构主体1、结构单元1a、侧墙11、顶板12、底板13、凸接头14、凹接头15、钢垫片16、螺栓17、中柱2、中板3、减震垫4、钢板41、橡胶板42、钢筋穿孔43、纵向减震带5、减震层6、侧部减震层61、顶部减震层62、底部减震层63。

本发明的地下结构减震体系横截面的结构如图1所示，本实施例的地下结构包括分别用于支撑侧部、顶部和底部土体的侧墙11、顶板12和底板13，侧墙11、顶板12和底板13均为钢筋混凝土结构，侧墙11的中部设有与底板13平行的中板3，中板3的两边固定连接在侧墙11上，顶板12和中板3之间、中板3和底板13之间分别设有竖直的中柱2，侧墙11与侧部土体之间、顶板12和顶部土体之间以及底板13和底部土体之间分别填充有泡沫树脂材料制成的减震层6，该减震层6厚度在30~40cm之间，中柱2的两端分别固定有减震垫4，减震垫4的结构如图2所示，减震垫4端面的大小与中柱2的横截面的大小相同，减震垫4的厚度小于或者等于中柱2宽度的四分之一，本实施例的减震垫4包括三层钢板41，相邻的两个钢板41之间夹设有橡胶板42，各钢板41和橡胶板42通过粘结剂粘结在一起，减震垫4上设有沿减震垫厚度方向延伸的钢筋穿孔43，中柱2的两端分别设有穿设在所述钢筋穿孔内的钢筋，施工将减震垫4穿过中柱钢筋固定，再浇筑混凝土形成中柱，最终使减震垫固定在中柱的两端。地下结构结构单元1a与结构单元1a之间设置纵向减震带5，并且通过凹凸接头定位，在接头处固定钢垫片16，用螺栓17将其连接。纵向减震带5采用氯丁橡胶材料，宽度为15~20cm，钢垫片16厚度为10~15cm， 氯丁橡胶和钢垫片16均用粘结剂与地下结构的结构单元1a粘合。

由于泡沫树脂材料的刚度介于土体和钢筋混凝土结构的侧墙11、顶板12之间，泡沫树脂材料制成的减震层6可减小地下结构和土体的刚度差异，因此本发明的地下结构和土体有更好的连接效果，在地震时，减震层6可以吸收和分散地震的冲击力，而且中柱2两端设置的减震垫4可缓冲地震对中柱2的破坏，同时纵向减震带5可降低地震波的空间差异性对地下结构纵向产生的破坏，因此本实施例的地下结构在横向和纵向都具有较好的抗震性和安全性。

在本发明地下结构的其它实施例中，减震垫的钢板也可以采用三层以上的钢板41，相邻的两层钢板之间粘结有橡胶板42。

在本发明地下结构的其它实施例中，减震垫4的厚度、宽度等尺寸可以根据实际需要而设定。

在本发明地下结构的其它实施例中，当泡沫减震层使地下结构具有良好的抗震效果时，可以省去中柱减震垫4。

在本发明地下结构的其它实施例中，纵向减震带5的宽度、钢垫片16的厚度、凹凸接头数量可以根据实际需要而设定。

本发明地下结构减震层的施工方法的一种具体实施例包括以下顺序的步骤：

步骤一、在底部土体上喷注泡沫树脂减震层，确保泡沫树脂减震层的厚度达到30~40cm；

步骤二、在底部土体上的泡沫树脂减震层上制作底板13；

步骤三、制作侧墙11，使侧墙11与侧部土体之间预留有间隙；

步骤四、在侧墙11和侧部土体之间的间隙内喷注泡沫树脂减震层，使泡沫树脂减震层填充侧墙11和侧部土体之间的间隙，确保泡沫树脂减震层的厚度达到30~40cm，侧墙和侧部土体之间的其余空隙用填土填充；

步骤五、制作顶板12，在顶板12之上喷注顶部减震层62，然后回填上覆土层，确保泡沫树脂减震层的厚度达到30~40cm。

上述步骤中，泡沫树脂减震层的喷注过程采用以下顺序的步骤：

步骤一、拼装喷注泡沫树脂所用的台车，铺设台车行走轨道，控制台车使其沿行走轨道移动至泡沫树脂减震层的施工位置处；

步骤二、调试台车，将台车模板顶推到位，准备制作泡沫树脂的设备以及胶粘剂、固化剂和发泡剂原材料；

步骤三、根据泡沫树脂的实际使用量，将胶粘剂、固化剂和发泡剂按一定重量比混合，搅拌均匀得到泡沫树脂混合胶液(混合胶液必须在2小时内使用完毕)；

步骤四、使用台车喷注泡沫树脂胶液，喷注顺序为先短边后长边、从中间到角边，使泡沫树脂胶液完全覆盖顶板12和侧墙11，在喷注时，应控制泡沫树脂胶液的流动性，喷注完成后等待泡沫树脂胶液固化成型。

在喷注泡沫树脂胶液时，应根据地下结构尺寸的不同，设置不同数量的泡沫树脂喷注管，要求喷注管间距应不得小于4~6m，相邻两喷注管施工间隙时间应不小于48h，按照自下而上的工序进行施工，根据土质、土类、地下水等环境调整喷注压力、流量、旋转提升速度等，自下而上喷射。上述步骤中，可根据工程需要进行原位复喷，复喷时喷射流冲击的对象为第一次喷射尚未凝固的泡沫树脂。在一个施工位置处完成喷注后，再将台车移动到下一施工位置。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (14)

1.一种地下结构减震体系，包括地下结构主体(1)，所述的地下结构主体(1)由若干个结构单元(1a)组成，每个所述的结构单元(1a)均包括有分别用于支撑侧部土体的侧墙(11)，顶部土体的顶板(12)、以及底部土体的底板(13)，所述的结构单元(1a)中设有数根中柱(2)以及中板(3)，所述的中柱(2)竖向设置且分别与顶板(12)、中板(3)及底板(13)连接，所述的中板(3)横向设置且两侧与侧墙(11)连接，其特征是：所述的中柱(2)与顶板(12)连接处、中柱(2)与中板(3)连接处、中柱(2)与底板(13)连接处均设置有减震垫(4)，相邻的所述的结构单元(1a)之间设置有纵向减震带(5)，所述的地下结构主体(1)外表面包覆有减震层(6)。

2.根据权利要求1所述的一种地下结构减震体系，其特征是：所述的减震垫(4)包括至少三层钢板(41)，相邻的两个所述的钢板(41)之间夹设有橡胶板(42)，所述的钢板(41)和橡胶板(42)通过粘结剂粘结在一起。

3.根据权利要求2所述的一种地下结构减震体系，其特征是：所述的减震垫(4)上设有沿减震垫(4)厚度方向延伸的钢筋穿孔(43)，所述的中柱(2)上设有穿设在钢筋穿孔(43)内的钢筋。

4.根据权利要求1所述的一种地下结构减震体系，其特征是：相邻的所述的结构单元(1a)连接处交叉设置有凸接头(14)和凹接头(15)，相配合的凸接头(14)和凹接头(15)之间组成锁位组合将相邻的结构单元(1a)固定，所述的锁位组合间隔分布，所述的纵向减震带(5)封闭设置于相邻的锁位组合之间的间隙中形成柔性分隔带。

5.根据权利要求4所述的一种地下结构减震体系，其特征是：所述的纵向减震带(5)为氯丁橡胶材料制造。

6.根据权利要求5所述的一种地下结构减震体系，其特征是：相配合的所述的凸接头(14)和凹接头(15)之间固定有钢垫片(16)并用螺栓(17)将凸接头(14)和凹接头(15)相互紧固。

7.根据权利要求1所述的一种地下结构减震体系，其特征是：所述的减震层(6)包括位于侧墙(11)与侧部土体之间的侧部减震层(61)、位于顶板(12)与顶部土体之间的顶部减震层(62)以及位于底板(13)与底部土体之间的底部减震层(63)，所述的减震层(6)为泡沫树脂材料制成。

8.根据权利要求3所述的一种地下结构减震体系，其特征是：所述的减震垫(4)端面的大小与中柱(2)的横截面的大小相同，所述的减震垫(4)的厚度不大于中柱(2)宽度的四分之一。

9.根据权利要求5所述的一种地下结构减震体系，其特征是：所述的纵向减震带(5)宽度为15cm至20cm，通过粘结剂与结构单元(1a)粘合配合。

10.根据权利要求6所述的一种地下结构减震体系，其特征是：所述的钢垫片(16)厚度为10cm至15cm。

11.根据权利要求7所述的一种地下结构减震体系，其特征是：所述的减震层(6)的厚度为30cm至40cm。

12.一种如权利要求1至11任一权利要求所述的地下结构减震体系的施工方法，其特征是：包括以下步骤：

步骤一、在底部土体上喷注底部减震层(63)；

步骤二、在底部减震层(63)上制作底板(13)；

步骤三、制作侧墙(11)，使侧墙(11)与侧部土体之间预留有间隙；

步骤四、在侧墙(11)和侧部土体之间的间隙内喷注侧部减震层(61)，使侧部减震层(61)填充侧墙(11)和侧部土体之间的间隙；

步骤五、制作顶板(12)，在顶板(12)之上喷注顶部减震层(62)，然后回填上覆土层。

13.根据权利要求12所述的地下结构减震体系的施工方法，其特征是：喷注减震层(6)时使用台车喷注，喷注步骤如下：

步骤一、拼装喷注减震层(6)所用的台车，铺设台车行走轨道，控制台车使其沿行走轨道移动至减震层(6)的施工位置处；

步骤二、调试台车，将台车模板顶推到位，准备制作泡沫树脂的设备以及胶粘剂、固化剂和发泡剂原材料；

步骤三、根据泡沫树脂的实际使用量，将胶粘剂、固化剂和发泡剂混合，搅拌均匀得到泡沫树脂混合胶液；

步骤四、使用台车喷注泡沫树脂胶液，喷注顺序为先短边后长边、从中间到角边，使泡沫树脂胶液完全覆盖，等待泡沫树脂胶液固化成型。

14.根据权利要求13所述的地下结构减震体系的施工方法，其特征是：喷注泡沫树脂胶液采用两次喷注完成：第一次喷注的泡沫树脂胶液固化成型后，再次喷注泡沫树脂胶液。