CN110512636B - 一种适用于强震条件下双层交错式长短桩复合隔震基础 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于强震条件下双层交错式长短桩复合隔震基础，具体为长桩、固化土垫层、复合式层状加筋垫层、纤维土垫层、短桩式桩筏基础、上部结构的组合结构模式。上下长短桩双层交错布置，短桩式桩筏基础与长桩互不相连，中间自下而上依次铺设固化土垫层、复合式层状加筋垫层、纤维土垫层。本发明提供的适用于强震条件下双层交错式长短桩复合隔震基础，适于强震条件下大型建筑工程，复合式层状加筋垫层可有效吸收和消散地震能量，防止地震力向上传递破坏上部结构，筋材限制散粒材料颗粒离散与错动，整个结构共同承受水平荷载及抵抗水平位移，具有较高的承载力，良好的隔震减震性，即便处于强震条件下依然保证安全运行。

Description

一种适用于强震条件下双层交错式长短桩复合隔震基础

技术领域

本发明属于基础工程技术领域，具体涉及一种适用于强震条件下双层交错式长短桩复合隔震基础。

背景技术

目前，桩基隔震技术已应用于多个国家大型工程项目中。近期，对于碎石、砂等垫层隔震技术的研究陆续开展，但在桥梁工程中应用较少，在国外仅在希腊的Rion-Antirion大桥和土耳其的Izmit海湾大桥中采用了垫层隔震的复合基础形式，在我国也仅在港珠澳大桥的沉管与地基之间采用铺设碎石垫层的隔震技术。

按照隔震对象的不同，隔震结构分为地基隔震、基础隔震、上部结构隔震三大类。隔震系统分为软材料大阻尼支承和硬材料低摩擦支承两大类。软材料大阻尼支承以橡胶为代表，软材料具有低刚度延长结构，主要利用软材料自振周期与地震的卓越周期相差较远的特性来隔震，橡胶隔震技术在理论与应用中研究现已较为成熟；硬材料低摩擦支承是利用地震作用下建筑上部结构和地基之间存在相对滑动来消散地震力，达到减震隔震的效果，体现出摩擦材料本身的摩擦滑移特性，通常摩擦材料隔震垫层铺设于上部结构与地基之间，主要由摩擦系数小的碎散性材料组成，如砂、石等，形成剪切刚度小的垫层，但对于垫层的隔震效果及其机理研究现阶段依然较少，特别是在桩基工程建设中的应用与推广尚缺乏系统的技术与工艺支撑。由于我国处于太平洋与欧美地震带间，占有约全球陆地33%的破坏地震区，地震灾害强度大且频繁，危机人们的生命及财产安全。因此，急需提出一种新型桩基减震隔震基础，提升建筑物的抗震能力、抗水平位移能力，且兼具较高承载力，降低不均匀沉降，由此减轻地震灾害造成的不利影响及损失。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种适用于强震条件下双层交错式长短桩复合隔震基础，施工简单方便，结构形式创新独特，功能性强，可广泛用于桩基抗震工程中，以达到保证建筑物安全运行的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种适用于强震条件下双层交错式长短桩复合隔震基础，包括长桩、固化土垫层、复合式层状加筋垫层、纤维土垫层、短桩式桩筏基础、上部结构，上下长短桩双层交错布置，短桩式桩筏基础与长桩互不相连，中间依次铺设固化土垫层、复合式层状加筋垫层、纤维土垫层，长桩桩顶预留一定高度埋入固化土垫层中胶结为一体，短桩式桩筏基础埋设于纤维土垫层中，铺筑到筏板顶面。

上述方案中，所述的长桩采用钢管桩，桩径为1.5～2.0m，桩间距为3～6倍的桩径，桩群的平面布置型式采用对称多边形，桩顶预留一定高度埋入固化土垫层中胶结为一体。

所述的固化土垫层是将固化剂与土搅拌均匀，加入一定量水与其发生化学反应，形成胶结硬化物，固化剂掺量控制在3%～8%，养护14～21天，待达到预期的强度，方可进行下一道工序的施工。

所述的固化剂包括如下重量份的组分：水泥5～10份，石灰3～8份，改性煤矸石20～25份，环氧树脂1.5～4.5份，苯丙胶粉8～15份，三异丙醇胺2～6份，硅灰2～4份，硅酸钠18～25份，氢氧化锂5～10份，氧化钙1～3，二氧化硅0.1～0.2份，聚乙烯醇15～20份，十二烷基磺酸钠0.3～2份，偶氮二甲酰胺0.1～0.25份，柠檬酸钠0.05～0.10份，减水剂0.3～0.5份，分散剂0.5～1.5份。其中，环氧树脂为脂肪族类环氧树脂、缩水甘油醚类环氧树脂、双酚A型环氧树脂中的一种或几种；减水剂为聚羧酸系减水剂、木质素磺酸盐系减水剂、三聚氰胺系减水剂中一种或几种组成；分散剂为聚乙二醇、羟甲基纤维素、乙基纤维素的一种或几种。

所述的复合式层状加筋垫层从下至上依次为砂垫层、卵石垫层、碎石垫层，所述砂垫层、卵石垫层、碎石垫层每层的中间位置均设置有层状加筋体。

所述的层状加筋体可采用土工格栅、土工布、土工格室、土工网和复合土工材料，砂垫层、卵石垫层、碎石垫层中三层加筋体可选取其中一种或几种不同加筋材料。

所述的纤维土垫层为离散纤维与土混合均匀而成，其中，纤维可选取聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚酯纤维、玄武纤维中一种或几种，纤维掺量为0.5～2.5%，纤维长度为3-48cm。

所述的短桩式桩筏基础由短桩与筏板复合联结而成，短桩与长桩上下双层交错布置，整个短桩式桩筏基础埋入纤维垫层中，铺筑到筏板的顶面。

本发明的有益效果是：

本发明所述的一种适用于强震条件下双层交错式长短桩复合隔震基础，其中长桩主要用于地基加固，提升地基承载力；固化土垫层中固化剂与土在水的作用下发生化学反应，与长桩桩顶预留部分胶结硬化为一体，扩大桩顶阻力，有效防止桩顶刺入砂垫层中；复合式层状加筋垫层从下至上依次由砂垫层、卵石垫层、碎石垫层，层状加筋体分三层分别铺设于砂垫层、卵石垫层、碎石垫层的中间位置；其中，砂垫层中砂颗粒相对较小，可作为固化土垫层与大粒径垫层的过渡层，有效防止大颗粒材料在力作用下压入固化土垫层中引起固化土垫层破坏，起到承上启下过渡作用；卵石垫层是三种垫层中隔震效果最佳的垫层，主要发挥其隔震减震的功效；碎石垫层不仅有隔震减震作用，还具有良好的力学性能；由砂垫层、卵石垫层、碎石垫层三层与层状加筋体组合构成复合式层状加筋垫层，每层中的加筋体可有效限制强震作用下散粒材料颗粒间的离散、错位与滑移，防止水平位移，提升复合式层状加筋垫层的整体性，具有较强的隔震减震性能，较高的力学性能；纤维土垫层三维网状空间结构除承担部分隔震减震作用外，可用于承担上部结构的荷载，具有一定的强度，良好的抗拉性能提升土体的抗裂性；将短桩式桩筏基础埋设于纤维土垫层中，与纤维土结合在一起，可有效限制强震作用下上部结构的水平位移，共同承担水平力，降低不均匀沉降。

附图说明

图1本发明一种适用于强震条件下双层交错式长短桩复合隔震基础示意图；

图2本发明一种适用于强震条件下双层交错式长短桩复合隔震基础桩基布置示意图。

附图标记列表：

1、长桩；2、固化土垫层；3、砂垫层；4、卵石垫层；5、碎石垫层；6、纤维土垫层；7、短桩；8、筏板；9、上部结构；10、层状加筋体。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

如图所示，本发明所述的一种适用于强震条件下双层交错式长短桩复合隔震基础，从下而上包括长桩1、固化土垫层2、复合式层状加筋垫层、纤维土垫层6、短桩式桩筏基础、上部结构9；所述长桩1与短桩式桩筏基础里的短桩7上下交错布置，短桩式桩筏基础与长桩互不相连，中间依次铺设固化土垫层、复合式层状加筋垫层、纤维土垫层，长桩1桩顶预留一定高度埋入固化土垫层2中胶结为一体，短桩式桩筏基础埋设于纤维土垫层6中，铺筑到筏板8顶面，所述复合式层状加筋垫层包括砂垫层3、卵石垫层4、碎石垫层5以及各层中间的层状加筋体10。

本发明所述的一种适用于强震条件下双层交错式长短桩复合隔震基础，其施工方法包括以下步骤：

（1）打入长桩1，桩采用钢管桩，依据地基土质情况确定桩长，桩径采用1.5～2.0m，桩间距采用3～6倍的桩径，桩布置为对称多边形，桩顶预留一定高度埋入固化土垫层中胶结为一体，预留高度为0.3～0.5m。

（2）铺设固化土垫层2，将3-8%重量比的固化剂与土搅拌均匀，加入最佳含水率的水然后再多加3%水搅拌均匀，将固化土摊铺1～1.5m，整平，碾压密实，固化剂掺量选取根据需加固土的土质情况而定，控制在3%～8%，养护14～21天，待达到预期的强度，方可进行下一道工序的施工。所述的固化剂包括如下重量份的组分：水泥5～10份，石灰3～8份，改性煤矸石20～25份，环氧树脂1.5～4.5份，苯丙胶粉8～15份，三异丙醇胺2～6份，硅灰2～4份，硅酸钠18～25份，氢氧化锂5～10份，氧化钙1～3，二氧化硅0.1～0.2份，聚乙烯醇15～20份，十二烷基磺酸钠0.3～2份，偶氮二甲酰胺0.1～0.25份，柠檬酸钠0.05～0.10份，减水剂0.3～0.5份，分散剂0.5～1.5份。其中，环氧树脂为脂肪族类环氧树脂、缩水甘油醚类环氧树脂、双酚A型环氧树脂中的一种或几种；减水剂为聚羧酸系减水剂、木质素磺酸盐系减水剂、三聚氰胺系减水剂中一种或几种组成；分散剂为聚乙二醇、羟甲基纤维素、乙基纤维素的一种或几种。

（3）铺设砂垫层3厚0.5～0.7m，整平砂垫层表面碾压密实，砂垫层3中间水平铺设一层土工布，密实度控制在90～95%。

（4）铺设卵石垫层4厚0.6～0.8m，整平卵石垫层表面碾压密实，卵石垫层4中间水平铺设一层土工格室，密实度控制在90～95%，卵石粒径选取30～80mm。

（5）铺设碎石垫层5厚0.6～0.8m，整平碎石垫层表面碾压密实，碎石垫层5中间水平铺设一层土工格栅，密实度控制在90～95%，碎石粒径选取30～80mm。

（6）将纤维与散粒材料混合均匀，铺设纤维土垫层6，表面整平，碾压密实，厚1.5～3m。其中，纤维可选取聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚酯纤维、玄武纤维中一种或几种，纤维掺量为0.5～2.5%，纤维长度为3-48cm。

（7）安装好短桩式桩筏基础于桩基中心位置，短桩7桩长0.9～2.4m，整个短桩式桩筏基础埋入纤维垫层中，铺筑到筏板的顶面。

（8）施工上部结构。

本发明所述的双层交错式长短桩复合隔震基础，复合式层状加筋垫层可有效吸收和消散地震能量，防止地震力向上传递破坏上部结构，筋材限制散粒材料颗粒离散与错动，整个结构共同承受水平荷载及抵抗水平位移，整个结构具有较高的承载力，良好的隔震减震性，即便处于强震条件下依然保证安全运行。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

Claims (8)

1.一种适用于强震条件下双层交错式长短桩复合隔震基础，其特征在于，自下而上包括长桩（1）、固化土垫层（2）、复合式层状加筋垫层、纤维土垫层（6）、短桩式桩筏基础、上部结构（9），所述长桩（1）数量为48-96根，所述短桩式桩筏基础由短桩（7）与筏板（8）复合联结而成，所述短桩（7）与长桩（1）上下双层交错布置， 短桩式桩筏基础与长桩（1）互不相连，中间自下而上依次铺设固化土垫层（2）、复合式层状加筋垫层、纤维土垫层（6），长桩（1）桩顶埋入固化土垫层（2）中，短桩式桩筏基础埋设于纤维土垫层（6）中，铺筑到筏板（8）顶面。

2.根据权利要求1所述的一种适用于强震条件下双层交错式长短桩复合隔震基础，其特征在于，所述的长桩（1）采用钢管桩，桩径为1.5～2.0m，桩间距为3～6倍的桩径，桩群的平面布置型式采用对称多边形，桩顶埋入固化土垫层（2）中胶结为一体。

3.根据权利要求1所述的一种适用于强震条件下双层交错式长短桩复合隔震基础，其特征在于，所述的固化土垫层（2）是将固化剂与土搅拌均匀，加入水与其发生化学反应，形成胶结硬化物，固化剂掺量控制在3%～8%，养护14～21天，待达到预期的强度，再进行下一道工序的施工。

4.根据权利要求3所述的一种适用于强震条件下双层交错式长短桩复合隔震基础，其特征在于，所述的固化剂包括如下重量份的组分：水泥5～10份，石灰3～8份，改性煤矸石20～25份，环氧树脂1.5～4.5份，苯丙胶粉8～15份，三异丙醇胺2～6份，硅灰2～4份，硅酸钠18～25份，氢氧化锂5～10份，氧化钙1～3，二氧化硅0.1～0.2份，聚乙烯醇15～20份，十二烷基磺酸钠0.3～2份，偶氮二甲酰胺0.1～0.25份，柠檬酸钠0.05～0.10份，减水剂0.3～0.5份，分散剂0.5～1.5份，其中，环氧树脂为脂肪族类环氧树脂、缩水甘油醚类环氧树脂、双酚A型环氧树脂中的一种或几种；减水剂为聚羧酸系减水剂、木质素磺酸盐系减水剂、三聚氰胺系减水剂中一种或多种组成；分散剂为聚乙二醇、羟甲基纤维素、乙基纤维素的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的一种适用于强震条件下双层交错式长短桩复合隔震基础，其特征在于，所述的复合式层状加筋垫层从下至上依次为砂垫层（3）、卵石垫层（4）、碎石垫层（5），所述砂垫层（3）、卵石垫层（4）、碎石垫层（5）每层的中间位置均设置有层状加筋体（10）。

6.根据权利要求5所述的一种适用于强震条件下双层交错式长短桩复合隔震基础，其特征在于，所述的层状加筋体（10）采用土工格栅、土工布、土工格室、土工网和复合土工材料，砂垫层（3）、卵石垫层（4）、碎石垫层（5）中三层加筋体选取其中一种或几种不同加筋材料。

7.根据权利要求1所述的一种适用于强震条件下双层交错式长短桩复合隔震基础，其特征在于，所述的纤维土垫层（6）为离散纤维与土混合均匀而成，其中，纤维选取聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚酯纤维、玄武纤维中一种或几种，纤维掺量为0.5～2.5%，纤维长度为3-48cm。

8.一种适用于强震条件下双层交错式长短桩复合隔震基础的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

（1）打入长桩（1），长桩采用钢管桩，依据地基土质情况确定桩长，桩径采用1.5～2.0m，桩间距采用3～6倍的桩径，桩布置为对称多边形，桩顶预留一定高度埋入固化土垫层中胶结为一体，预留高度为0.3～0.5m；

（2）在长桩（1）上方铺设固化土垫层（2），将固化剂与土搅拌均匀，加入水搅拌均匀，将固化土摊铺1～1.5m，整平，碾压密实，固化剂掺量选取根据需加固土的土质情况而定，控制在3%～8%，养护14～21天，待达到预期的强度，方可进行下一道工序的施工；

（3）在固化土垫层（2）上方铺设砂垫层（3），厚0.5～0.7m，整平砂垫层表面碾压密实，砂垫层（3）中间水平铺设一层层状加筋体（10），密实度控制在90～95%；

（4）在砂垫层（3）上方铺设卵石垫层（4），厚0.6～0.8m，整平卵石垫层表面碾压密实，卵石垫层（4）中间水平铺设一层层状加筋体（10），密实度控制在90～95%，卵石粒径选取30～80mm；

（5）在卵石垫层（4）上方铺设碎石垫层（5），厚0.6～0.8m，整平碎石垫层表面碾压密实，碎石垫层（5）中间水平铺设一层层状加筋体（10），密实度控制在90～95%，碎石粒径选取30～80mm；

（6）将纤维与散粒材料混合均匀，在碎石垫层（5）上方铺设纤维土垫层（6），表面整平，碾压密实，厚1.5～3m；其中，纤维掺量为0.5～2.5%，纤维长度为3-48cm；

（7）安装好短桩式桩筏基础于桩基中心位置，短桩（7）桩长0.9～2.4m，整个短桩式桩筏基础埋入纤维垫层中，铺筑到筏板（8）的顶面；

（8）施工上部结构（9）。

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