CN110397091A - 古建筑隔震屏障 - Google Patents

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曹玉红
王帅
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E02HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
    • E02DFOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
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    • E02D5/22Piles
    • E02D5/24Prefabricated piles
    • E02D5/30Prefabricated piles made of concrete or reinforced concrete or made of steel and concrete

Abstract

本发明属于建筑防震技术领域,具体涉及一种古建筑隔震屏障,包括分布在古建筑周围的隔震沟体,所述的隔震沟体的外侧垂直向下打入两排隔震排桩,所述的隔震排桩为空心管桩,所述的隔震排桩采取钢筋粉煤灰混凝土预制管桩。隔震排桩的布置形式采取密集型布置,隔震排桩孔径小于相邻隔震排桩的间距;所述的隔震沟体内填充泡沫混凝土砌块。本发明为排桩‑隔震沟复合隔震体系,减弱不同频率、不同形式的振动对被保护建筑物造成的不良影响,施工建造成本低,同时提升了该复合隔震体系的环境适应性,具备广阔的应用范围。

Description

古建筑隔震屏障
技术领域
本发明属于建筑防震技术领域,具体涉及一种古建筑隔震屏障,尤其是能同时对人工振动以及地震动具有良好的隔震效果。
背景技术
伴随着人类社会的不断发展与进步,由振动引起的问题越来越广泛且数量与日俱增,由于我们生产生活产生的振动无时无刻不在影响着我们的生活,更是威胁到了我国具有极高文化历史价值与重大人文意义的诸多古建筑物。特别是地震动,地震波是由地震震源向四处传播的振动,指从震源产生向四周辐射的弹性波。按传播方式可分为纵波(P波)、横波(S波)(纵波和横波均属于体波)和面波(L波)三种类型。
研究发现地震动对古建筑的破坏主要表现在以下两点:1.横波造成古建筑物水平摇摆,导致古建筑物损坏,破坏力很大。它相当于给房屋建筑物施加水平方向来回反复的作用力,大小和引起的变形超出古建筑梁结构抵抗地震的极限时,就会使整个古建筑物倾斜或倾倒从而导致破坏;2.纵波使古建筑产生上下颠簸,由于部分古建筑物年代久远,其竖向稳定性较差,而地震力较大时,会使底层作为承重结构的柱子瞬间增加很大的动荷载,叠加上部的自重,当超出底层柱子承载能力,底层柱会垮掉从而导致破坏。
屏障隔震措施,即在振动波传播的路径上设置隔震屏障,破坏振动波的传播路径,造成振动波能量的损失,达到减小甚至是消除振动波对被保护建筑物影响的目的。
当前的屏障隔震主要分为两大类,即连续性隔震屏障以及非连续性屏障。连续性隔震屏障以隔震沟为典型代表,当对于振动频率较高的人工振源以及地震动,设计得当的隔震沟能起到良好的隔震效果,但是一部分振动频率较低的振源,其波长一般较长,如果选择空沟作为隔震屏障,则需要空沟具有很大的深度,这种要求在实际施工中具有较大的操作难度,假如选择连续墙作为隔震屏障,将会产生非常庞大的工程量,大大的提高了施工成本,特别是施工现场地质条件非常差时,连续性隔震屏障更加不适合作为保护措施。
发明内容
在有效抵抗地震波以及其他高频率波动的基础之上,为了克服连续性屏障不能有效的减弱频率较低的振动所带来的能量,以及受场地条件限制而不能进行较大深度开挖的连续性隔震屏障,本发明提供一种古建筑隔震屏障,具有排桩-隔震沟复合结构的隔震屏障,该复合隔震屏障既能有效的降低高频率振动对建筑物的影响,同时又能减弱低频振动对建筑物的不良影响。
本发明为了解决单一连续性隔震屏障存在的技术问题所采取的技术措施如下:
古建筑隔震屏障,包括分布在古建筑周围的隔震沟体,所述的隔震沟体的外侧垂直向下打入两排隔震排桩,所述的隔震排桩为空心管桩,所述的隔震排桩采取钢筋粉煤灰混凝土预制管桩。隔震排桩的布置形式采取密集型布置,隔震排桩孔径小于相邻隔震排桩的间距;所述的隔震沟体内填充泡沫混凝土砌块。通过空心管桩与以泡沫混凝土砌块作为填充的隔震沟体的组合隔震体系来降低不同振动频率的振动对被保护建筑的影响。
具体的技术方案如下:考虑不同地形以及场地条件的需求,在综合考虑各方面因素后,本发明所设计的隔震沟体的具体尺寸如下:隔震沟体的深度为5m,宽度1.5m,隔震沟体距离被保护古建筑的距离为2m-15m,隔震沟体体内部设置有一定数目的钢梁支撑,钢梁支撑间距根据周围土体情况可设置为2m-3m,防止隔震沟体因缺少必要的支撑而导致沟体两侧内壁发生坍塌。
隔震沟体内部设置有U型钢板桩,U型钢板桩顶部设置有一圈冠梁,并以冠梁为节点设置有顶部支撑横梁,顶部支撑横梁的水平间距为2m-3m,顶部支撑横梁与顶部冠梁将U型钢板桩结合成一体。
其中,隔震沟体填充物选取泡沫混凝土砌块,泡沫混凝土,其又名发泡混凝土,是将化学发泡剂或物理发泡剂发泡后加入到胶凝材料、掺合料、改性剂、卤水等制成的料浆中,经混合搅拌、浇注成型、自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质材料,其选材便捷、制造成本低,且以粉煤灰、沙子、石粉、尾矿、建筑垃圾、电石粉为主要原料制成的泡沫混凝土砌块,其技术性能满足《泡沫混凝土砌块》国家标准要求;其次,它轻质高强,不怕冲击,同时也减轻了填充材料对隔震沟体底部的压力,其次,该种填充材料稳定性好干燥收缩不易产生裂纹,且具有一定的抗水能力,能有效的在地面渗水的情况下保持隔震沟体内填充材料的性能,最主要的特点是其抗震性好,由于泡沫混凝土砌块属多孔材料,具有较低的弹性模量,从而使其对震动冲击载荷有良好的吸收和分散作用,极大的在振动传播的过程中消耗了振动波的能量,从而更好的加强了隔震屏障的隔震性能。
隔震排桩并没有采取传统的混凝土灌注桩,而是选用粉煤灰混凝土预制管桩。与普通混凝土相比,添加了粉煤灰的混凝土具有很多独特的优点。粉煤灰是一种火山灰质材料,本身并无胶凝性能,在常温下有水存在时,粉煤灰可以与混凝土中的其他成分进行二次反应,生成难溶于水的水化硅酸钙凝胶,这样不仅降低了溶出的可能,也填充了混凝土内部的孔隙,对混凝土强度和抗渗性都有提高作用,粉煤灰改善混凝土性能的原因还有如下两个主要因素:第一,形貌效应。粉煤灰的主要矿物组成是玻璃体,这些球形玻璃体表面光滑、粒度细、质地致密、内部比表面积小、对水的吸附力小,因此,粉煤灰的加入使混凝土制备需水量减小,降低了混凝土早期干燥收缩,使混凝土密实性得到很大提高;第二,填充效应。粉煤灰中的微细颗粒均匀分布在水泥颗粒之中,不仅能填充水泥颗粒间的空隙,而且能改善胶凝材料的颗粒级配,并增加水泥胶体的密实度。因此,添加有粉煤灰的混凝土,其早期产生的水化热明显降低的同时其早期强度也有显著的提升,添加粉煤灰还可以提高混凝土耐久性,包括混凝土的抗冻性、抗渗性、抗蚀性及抗碳化能力等,由于粉煤灰可以代替部分水泥,因而选择添加粉煤灰的混凝土也可以降低施工成本。本发明没有选择传统的混凝土灌注桩,而是选择混凝预制土管桩,其原因在于混凝土预制桩生产成本低,配筋率低,节约钢材,空心桩符合环保要求,直径小比表面积大,单方混凝土的承载力很大,施工简单,技术难度低,特别是空心桩的独特构造,在减弱振动能量的过程中起到了传统混凝土桩不具备的优点,而且排桩本身,也提高了隔震沟体两侧土体的稳定性,加强了排桩-隔震沟复合隔震体系的整体性,使其具备可以在任意场地条件施工并发挥作用的功能。
本发明提供的古建筑隔震屏障,为排桩-隔震沟复合隔震体系,相比于传统隔震措施所采取的仅使用单一的隔震沟或者仅使用排桩作为隔震措施,本发明具备减弱不同频率、不同形式的振动对被保护建筑物造成的不良影响,有效的避免了单一隔震形式不能应对各种频率振动的情况,在提高隔震保护性能的同时,本发明施工建造成本得到了降低,同时提升了该复合隔震体系的环境适应性,避免了单一隔震体系在工程实践过程中与当地土体以及其他自然环境相冲突,具备广阔的应用范围。
附图说明
图1为本发明的工程示意图;
图2为本发明的工程平面布置图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的具体工程做法以及特点进行一步说明,以便于相关技术技术人员理解:
如图1和图2所示,本发明实施例为一种排桩-隔震沟复合隔震体系,具体包括隔震沟体5以及沟体外侧各两排粉煤灰混凝土管桩作为隔震排桩3,其中沟体内部包含U型钢板桩1以及顶部冠梁与设在冠梁上的顶部内支撑。
隔震排桩3即粉煤灰混凝土预制管桩的具体信息为:外径400mm,混凝土强度C30,主筋直径可采用12~22mm,根数不少于8根,净保护层不应小于20mm,螺旋钢筋直径可采用6~10mm,间距为50~200mm,为了达到减弱低频率振动对被保护古建筑6的影响,更有效的减少长波振动带来的能量,本实例中拟设置粉煤灰钢筋混凝土预制管桩桩长7-15m,根据不同的情况,可适当调整预制管桩桩长。管桩具体施工采用静力法,施工前需要将地下水位降至规范允许的范围,施工完成后应做好防水措施,沉桩后应在桩顶铺设盖板与防水卷材,防止地下水以及来自地表的水渗流进入桩身以及隔震沟体5内部,对本使用新型的隔振能力造成不良影响。桩体施工时,采取密集型布置,其水平纵向间距相同,均为1m-2.0m,可根据现场情况进行小幅度调整,且内层排桩距离隔震沟体1.5m-2.0m,采用混凝土预制管桩相比于普通灌注桩减少了材料的消耗,加快了施工进度,更好的减弱了振动能量的传播,又能对隔震沟体5起到一定的支护作用,减少了内部支撑的数量。
隔震沟体5内部设置有U型钢板桩1,U型钢板桩1打入土体的深度不得小于隔震沟体5的开挖深度的0.1倍,U型钢板桩1顶部设置有一圈冠梁,并以冠梁为节点设置有顶部支撑横梁2,顶部支撑横梁2的水平间距为2m-3m,顶部支撑横梁2与顶部冠梁将U型钢板桩1结合成一体,有效的提高了支撑围护结构的承载能力。
隔震沟体5内部填充有泡沫混凝土砌块4,其对震动冲击波有良好的吸收和分散作用,可进一步提高隔震体系的隔震效果。
本实施例的具体施工流程:
(1)对进场隔震排桩3等构件与材料进行质量检查,隔震排桩3的混凝土必须达到设计强度及龄期(常压养护为28d,压蒸养护为1d)后方可沉桩;
(2)按密集型布置排桩的原则,定位放线隔震排桩3的具体孔位,确定各个隔震排桩3位置之后,利用静力法对隔震排桩3进行沉桩,采用顶压式桩机时,桩帽或送桩器与桩之间应加设弹性衬垫;抱压式桩机时,夹持机构中夹具应避开桩身两侧合缝位置;沉桩过程中应经查观测桩身的垂直度,若桩身垂直度偏差超过1%时,应找出原因并设法纠正;当桩尖进入较硬土层后,严禁用移动桩架等强行回板的方法纠偏;
(3)待沉桩完毕之后,开始进行隔震沟体5的开挖,开挖时U型钢板桩1入土深度一定要大于隔震沟体5设计开挖深度;开挖至地面下2.0m时,进行顶部支撑横梁2的施工,并用螺丝将顶部支撑横梁2与顶部冠梁连接在一起,防止开挖时沟体侧壁坍塌;
(4)将泡沫混凝土砌块4填充进隔震沟体5内部,并对符合隔震体系做防水以及排水措施,避免符合隔震体系进水导致隔震效果下降。

Claims (4)

1.古建筑隔震屏障,其特征在于,包括分布在古建筑周围的隔震沟体,所述的隔震沟体的外侧垂直向下打入两排隔震排桩,所述的隔震排桩为空心管桩,隔震排桩的布置形式采取密集型布置,隔震排桩孔径小于相邻隔震排桩的间距;所述的隔震沟体内填充泡沫混凝土砌块。
2.根据权利要求1所述的古建筑隔震屏障,其特征在于,所述的隔震排桩采取钢筋粉煤灰混凝土预制管桩。
3.根据权利要求1或2所述的古建筑隔震屏障,其特征在于,所述的隔震沟体距离被保护古建筑的距离为2m-15m,隔震沟体的深度为5m,宽度为1.5m。
4.根据权利要求3所述的古建筑隔震屏障,其特征在于,隔震沟体内部设置有U型钢板桩,U型钢板桩顶部设置有一圈冠梁,并以冠梁为节点设置有顶部支撑横梁,顶部支撑横梁的水平间距为2m-3m,顶部支撑横梁与顶部冠梁将U型钢板桩结合成一体。
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