CN110273438A - 一种阶梯型隔振沟屏障及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阶梯型隔振沟屏障及其制作方法，隔震沟的深度沿隔震沟长度方向呈变化状态，隔震沟中部区域距离震源最近，隔震沟深度最深，随着与震源距离的增大，隔震沟的深度由中部区域向两端呈阶梯状逐渐变浅；该隔震沟包括钢板桩、压顶梁和中部横梁；圈钢板桩外侧设有两圈压密注浆孔并注浆形成注浆加固区域；在压顶梁标高处设有沿隔震沟宽度方向延伸的顶部内支撑；在钢板桩的一半深度的标高处设中部横梁，在中部横梁的标高处设有沿隔震沟宽度方向延伸的中部内支撑。本发明充分将深度变化和压密注浆与隔震沟相结合，能大幅减少隔震沟的开挖工程量、减少建筑材料的浪费，节约工程成本，同时能避免沟内积水,大幅度隔震及减震效果。

Description

一种阶梯型隔振沟屏障及其制作方法

技术领域

本发明涉及铁道工程技术领域，特别是涉及一种阶梯型隔振沟屏障及其制作方法。

背景技术

高速铁路、城际铁路引起的地面振动对临近的建筑物及地下管线、精密仪器和设备、人们的生活环境和工作环境具有不可忽略的影响，已经成为制约轨道交通健康快速发展的关键问题之一。

目前，国内外治理振动污染的传统隔振方法主要通过在工作台与支承结构之间设置隔振器或隔振材料(如：圆柱螺旋弹簧隔振器、碟形弹簧与迭板弹簧隔振器、橡胶隔振器、粘流体阻尼器和组合隔振器等)进行隔振，然而，这些隔振装置较为昂贵，且其耐久性一般较差，存在维修养护困难、维修费用高等问题，限制了大面积推广使用。与传统方法相比，采用屏障隔振是一种有效的隔振方式，具有造价低、不易损坏、耐久性好、施工简单等优点。按照屏障形式可以分为连续屏障隔振(如空沟、填充沟、板桩、和混凝土板等)和非连续屏障隔振(如各种管状或实体的排桩屏障)。

其中，填充沟是当前最为有效的隔振手段之一。但是，传统隔振沟存在以下一些弊端：一、传统隔振沟的宽度一直保持不变，耗费较大的工程材料和工程量；二、隔振沟内难免会积水，而产生的纵波是通过液体传播的，积水会使隔振效果减弱。

发明内容

本发明针对以上不足之处，提供一种阶梯型隔振沟屏障及其制作方法，在达到增加减振效果的目的，同时解决工程安全和积水问题，在这两个的基础上，以期节约工程材料和减少工程量。

一种阶梯型隔振沟屏障，包括阶梯型、带压密注浆、覆有聚苯乙烯填充材料的隔振沟，所述隔振沟的宽度呈渐变的状态，且呈底部窄顶部宽的形式。

上述阶梯型隔振沟屏障，其中，所述隔振沟包括钢板桩以及将所述钢板桩连接成整体的压顶梁和中部横梁，所述钢板桩采用挤塑聚苯板和板式钢筋混凝土板。

上述阶梯型隔振沟屏障，其中，所述钢板桩分为两排沿隔振沟长度方向设置的钢板桩和两排沿着隔振沟宽度方向钢板桩，上述四排钢板桩首尾相连，形成所述隔振沟的外部轮廓。

上述阶梯型隔振沟屏障，其中，所述钢板桩的外侧设有两排矩形压密注浆孔，在所述压密注浆孔中注浆以形成注浆加固区域，所述压密注浆孔的孔底标高比所述隔振沟的沟底标高低1.5米以上，所述压密注浆孔的位置采用矩型布置，且所述钢板桩的深度大于所述压密注浆孔的深度。

上述阶梯型隔振沟屏障，其中，所述压顶梁标高处每间隔3～5米设置一道沿隔振沟宽度方向延伸的顶部内支撑，所述顶部内支撑的两端分别与沿着所述隔振沟长度方向延伸的所述压顶梁连接。

上述阶梯型隔振沟屏障，其中，所述中部横梁标高处每间隔3～5米设置一道沿隔振沟宽度方向延伸的中部内支撑，所述中部内支撑的两端分别与沿着所述隔振沟长度方向延伸的所述中部横梁连接。

上述阶梯型隔振沟屏障，其中，在所述隔振沟的底部安装排水管，所述排水管的底部比所述隔振沟的底部低1.5米以上，所述排水管的出水口向上延伸到所述隔振沟的外侧。

上述阶梯型隔振沟屏障，其中，所述隔振沟内填充砂石，所述砂石上铺垫一层隔板，所述隔板上面铺上聚苯乙烯泡沫填充材料。

上述阶梯型隔振沟屏障的制作方法，包括：

先按矩型布孔打好压密注浆孔并注浆形成注浆加固区域，以提高土体的强度和防渗性能；

根据隔振沟不同区域的沟深不同，沿着隔振沟的轮廓施工一圈深度变化的钢板桩，再在各个钢板桩的桩顶内侧施工一圈压顶梁，然后在压顶梁标高处经螺丝连接顶部内支撑；

继续下挖到钢板桩的一半深度的标高处，再在各个钢板桩的内侧施工一圈中部横梁，然后在中部横梁标高处经螺丝连接中部内支撑；

将排水管插入隔振沟底部；

将隔振沟内填充砂石；

在砂石的基础上铺设一层隔板；

在隔板的基础上铺设聚苯乙烯泡沫填充材料。

本发明的有益效果为：

(1)该隔振沟的宽度是变化的，呈现下面窄上面宽，上面呈渐变宽度，通过改变倾角，改变波能的传播方向，使其向下传播，减少对上层建筑或地面方向的传播，避免积水减弱隔振效果的问题，且阶梯型的隔振沟能够减少工程材料和工程量；

(2)该隔振沟外侧设有两圈压密注浆孔并注浆形成注浆加固区域，压密注浆可以提高土体的强度和防渗性能，这样既防止外部的水渗入隔振沟，也提高了隔振沟周边土体的强度，避免了隔振沟内积水，切断了振动经隔振沟内的积水向周围环境传播的途径，从而提高了隔振效果；

(3)该隔振沟的各个钢板桩、压顶梁、中部横梁、顶部内支撑和中部内支撑共同构成了隔振沟的支撑体系，该支撑体系能有效支撑隔振沟两侧土体的压力，避免两侧土体坍塌，因此隔振沟的深度可以大幅增加，确保隔振沟的深度达到被保护目标深度的2倍以上，同时隔振沟的深度越深隔振效果就越好；

(4)该隔振沟内填充有砂石，对从施工现场向外传播的振动有吸收、减弱、阻挡的作用，可进一步提高隔振沟的隔振效果，且砂石成本较低；

(5)当施工现场的振动经地下水系统向外传播时，会随着地下水从排水管泄掉，进一步提高了隔振效果；

(6)聚苯乙烯泡沫填充材料可以加强沟的隔振效果；

(7)当工程施工完成后，聚苯板可以回收循环利用，这样就降低了工程成本，提高了经济性。

附图说明

图1是本发明的阶梯型隔振沟屏障的正视示意图；

图2是本发明的阶梯型隔振沟屏障的俯视示意图；

图3是本发明的阶梯型隔振沟屏障的平面布置示意图；

图4是P波反射原理示意图；

图5是SV波反射原理示意图；

图6是本发明的阶梯型隔振沟屏障中波的传播示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图3，本发明提供的阶梯型隔振沟屏障包括阶梯型、带压密注浆、覆有聚苯乙烯填充材料的隔振沟，所述隔振沟的宽度呈渐变的状态，且呈底部窄顶部宽的形式。

所述隔振沟包括钢板桩1以及将所述钢板桩1连接成整体的压顶梁2和中部横梁5，所述钢板桩1为聚苯板和钢筋混凝土板，具体采用挤塑聚苯板和板式钢筋混凝土板。

所述钢板桩1分为两排沿隔振沟长度方向设置的钢板桩和两排沿着隔振沟宽度方向钢板桩，上述四排钢板桩首尾相连，形成所述隔振沟的外部轮廓。

所述钢板桩1的外侧设有两排矩形压密注浆孔3，在所述压密注浆孔3中注浆以形成注浆加固区域7，所述压密注浆孔3的孔底标高比所述隔振沟的沟底标高低1.5米以上，所述压密注浆孔3的位置采用矩型布置，且所述钢板桩1的深度大于所述压密注浆孔3的深度。

所述压顶梁2标高处每间隔3～5米设置一道沿隔振沟宽度方向延伸的顶部内支撑4，所述顶部内支撑4的两端分别与沿着所述隔振沟长度方向延伸的所述压顶梁2连接。

所述中部横梁5标高处每间隔3～5米设置一道沿隔振沟宽度方向延伸的中部内支撑6，所述中部内支撑6的两端分别与沿着所述隔振沟长度方向延伸的所述中部横梁5连接。

在所述隔振沟的底部安装排水管9，所述排水管9的底部比所述隔振沟的底部低1.5米以上，所述排水管9的出水口向上延伸到所述隔振沟的外侧。

所述隔振沟内填充砂石8，铺设一层砂石的主要目的是防止地基沉降和渗水，还起到加固的作用，所述砂石8上铺垫一层40mm的隔板10，隔板10为平板，隔板的目的是为了把砂石和聚苯乙烯泡沫材料区分开。所述隔板10上面铺上聚苯乙烯泡沫填充材料11，聚苯乙烯泡沫填充材料的目的是为了加强隔振效果，原理是通过增加介质之间的波阻抗差异来减小振动波透射的总能量。

上述阶梯型隔振沟屏障的制作方法为：

先按矩型布孔打好压密注浆孔3并注浆形成注浆加固区域7，以提高土体的强度和防渗性能；

根据隔振沟不同区域的沟深不同，沿着隔振沟的轮廓施工一圈深度变化的钢板桩1，再在各个钢板桩1的桩顶内侧施工一圈压顶梁2，然后在压顶梁2标高处经螺丝连接顶部内支撑4；

继续下挖到钢板桩1的一半深度的标高处，再在各个钢板桩1的内侧施工一圈中部横梁5，然后在中部横梁5标高处经螺丝连接中部内支撑6；

将排水管9插入隔振沟底部；

将隔振沟内填充砂石8；

在砂石的基础上铺设一层隔板10；

在隔板10的基础上铺设聚苯乙烯泡沫填充材料11。

请参阅图4至图6，下面对本发明提供的阶梯型隔振沟屏障的原理进行说明：

隔振沟的原理是建立在波能的反射、散射的基础上，其实质是非匀质弹性半空间内波的传播问题，即弹性波与土介质中屏障的相互作用问题，由于屏障存在而引起波反射、折射和透射等传递变化规律。弹性波的反射、折射和透射现象是从光学和声学波动理论发展起来的。当传播中的体波遇到两种不同弹性介质的分界面时，一部分入射波反射回第一种介质，另一部分波传递到第二种介质中，这就是弹性波的反射和透射现象。波分为横波、纵波、瑞利波，其中纵波(P波)的发射与折射如图4所示，横波(SH、SV波)的发射与折射如图5所示，入射角为α1,纵波的反射角、折射角分别α2、α3,横波的反射角、折射角分别为α4、α5,根据斯涅尔定律可得

式中c1和c2为第一种介质中纵波和横波的传播速度，c3和c4是第二种介质中纵波和横波的传播速度。令入射波的振幅为A1，反射和折射波振幅分别为A2和A4，相应横波振幅为A3和A5，ρ为介质的波阻抗。由边界条件可得：

(A₁-A₂)cosa₁+A₃sinβ₂-A₄cosa₃-A₅sinβ₃＝0

(A₁+A₂)sina₁+A₃cosβ₂-A₄sina₃+A₅cosβ₃＝0

由这组方程可求得反射波及折射波的振幅。在垂直入射情况下(a₁＝0)，由上式可得反射及折射波的振幅分别同理可得横波的反射及折射波的振幅其中B为横波的振幅。通过上面分析可知,反射波和透射波的振幅依赖于两种介质的波阻抗比和入射角的大小。在隔振设计中，一方面屏障通常有一定厚度，这样必然存在两个界面，两种界面的波阻抗差异越大，则透射的总能量越小，而隔振的效果恰恰是用透射能量的多少来衡量，透射能量小，则隔振效果好，这也是选择聚苯乙烯泡沫材料的原因；另一方面，可以通过改变屏障型式来达到改变波能入射角的目的，从而改变波的传播方向，使其向下传播,减少对上层建筑或地面方向的传播，最终达到增加减振效果的目的。

综上，本发明提供的阶梯型隔振沟屏障具有以下有益效果：

(1)该隔振沟的宽度是变化的，呈现下面窄上面宽，上面呈渐变宽度，通过改变倾角，改变波能的传播方向，使其向下传播，减少对上层建筑或地面方向的传播，避免积水减弱隔振效果的问题，且阶梯型的隔振沟能够减少工程材料和工程量；

(2)该隔振沟外侧设有两圈压密注浆孔并注浆形成注浆加固区域，压密注浆可以提高土体的强度和防渗性能，这样既防止外部的水渗入隔振沟，也提高了隔振沟周边土体的强度，避免了隔振沟内积水，切断了振动经隔振沟内的积水向周围环境传播的途径，从而提高了隔振效果；

(3)该隔振沟的各个钢板桩、压顶梁、中部横梁、顶部内支撑和中部内支撑共同构成了隔振沟的支撑体系，该支撑体系能有效支撑隔振沟两侧土体的压力，避免两侧土体坍塌，因此隔振沟的深度可以大幅增加，确保隔振沟的深度达到被保护目标深度的2倍以上，同时隔振沟的深度越深隔振效果就越好；

(4)该隔振沟内填充有砂石，对从施工现场向外传播的振动有吸收、减弱、阻挡的作用，可进一步提高隔振沟的隔振效果，且砂石成本较低；

(5)当施工现场的振动经地下水系统向外传播时，会随着地下水从排水管泄掉，进一步提高了隔振效果；

(6)聚苯乙烯泡沫填充材料可以加强沟的隔振效果；

(7)当工程施工完成后，聚苯板可以回收循环利用，这样就降低了工程成本，提高了经济性。

以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种阶梯型隔振沟屏障，其特征在于，包括阶梯型、带压密注浆、覆有聚苯乙烯填充材料的隔振沟，所述隔振沟的宽度呈渐变的状态，且呈底部窄顶部宽的形式。

2.根据权利要求1所述的阶梯型隔振沟屏障，其特征在于，所述隔振沟包括钢板桩以及将所述钢板桩连接成整体的压顶梁和中部横梁，所述钢板桩采用挤塑聚苯板和板式钢筋混凝土板。

3.根据权利要求2所述的阶梯型隔振沟屏障，其特征在于，所述钢板桩分为两排沿隔振沟长度方向设置的钢板桩和两排沿着隔振沟宽度方向钢板桩，上述四排钢板桩首尾相连，形成所述隔振沟的外部轮廓。

4.根据权利要求3所述的阶梯型隔振沟屏障，其特征在于，所述钢板桩的外侧设有两排矩形压密注浆孔，在所述压密注浆孔中注浆以形成注浆加固区域，所述压密注浆孔的孔底标高比所述隔振沟的沟底标高低1.5米以上，所述压密注浆孔的位置采用矩型布置，且所述钢板桩的深度大于所述压密注浆孔的深度。

5.根据权利要求4所述的阶梯型隔振沟屏障，其特征在于，所述压顶梁标高处每间隔3～5米设置一道沿隔振沟宽度方向延伸的顶部内支撑，所述顶部内支撑的两端分别与沿着所述隔振沟长度方向延伸的所述压顶梁连接。

6.根据权利要求4所述的阶梯型隔振沟屏障，其特征在于，所述中部横梁标高处每间隔3～5米设置一道沿隔振沟宽度方向延伸的中部内支撑，所述中部内支撑的两端分别与沿着所述隔振沟长度方向延伸的所述中部横梁连接。

7.根据权利要求1所述的阶梯型隔振沟屏障，其特征在于，在所述隔振沟的底部安装排水管，所述排水管的底部比所述隔振沟的底部低1.5米以上，所述排水管的出水口向上延伸到所述隔振沟的外侧。

8.根据权利要求1所述的阶梯型隔振沟屏障，其特征在于，所述隔振沟内填充砂石，所述砂石上铺垫一层隔板，所述隔板上面铺上聚苯乙烯泡沫填充材料。

9.权利要求1所述的阶梯型隔振沟屏障的制作方法，其特征在于，包括：

先按矩型布孔打好压密注浆孔并注浆形成注浆加固区域，以提高土体的强度和防渗性能；

根据隔振沟不同区域的沟深不同，沿着隔振沟的轮廓施工一圈深度变化的钢板桩，再在各个钢板桩的桩顶内侧施工一圈压顶梁，然后在压顶梁标高处经螺丝连接顶部内支撑；

继续下挖到钢板桩的一半深度的标高处，再在各个钢板桩的内侧施工一圈中部横梁，然后在中部横梁标高处经螺丝连接中部内支撑；

将排水管插入隔振沟底部；

将隔振沟内填充砂石；

在砂石的基础上铺设一层隔板；

在隔板的基础上铺设聚苯乙烯泡沫填充材料。