CN111980074A - 空沟排桩联合隔振体系及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种空沟排桩联合隔振体系及施工方法，涉及岩土工程领域，包括空沟、钢筋混凝土板、两个系梁、多个排桩、多个减振支座、多个支承杆件和多个减振支垫，空沟内部周边设置有多个排桩，排桩下部埋设于空沟底部之下，空沟两侧的排桩上沿高度方向依次设置有多个减振支座，空沟两侧位置相对应的两个排桩之间设置有多个支承杆件，支承杆件的两端分别安装于空沟两侧的两个减振支座上，空沟两侧的排桩顶部均设置有一个系梁，钢筋混凝土板铺设于空沟和系梁顶部，钢筋混凝土板与系梁之间设置有多个减振支垫，空沟两端的排桩顶部与钢筋混凝土板相接触，能够克服空沟和排桩单独使用的不利因素，进而获得更好的隔振效果，降低成本，便于施工。

Description

空沟排桩联合隔振体系及施工方法

技术领域

本发明涉及岩土工程领域，特别是涉及一种空沟排桩联合隔振体系及施工方法。

背景技术

随着我国综合国力的提升，现代工业和城镇化建设快速发展，我国在基础设施方面投入了大量的金钱与精力。近年来，我国铁路线纵横贯通，高层建筑拔地而起，各省、市的城镇化规模日益扩大。然而，伴随着社会的发展，各种问题也随之而来。交通、爆破以及施工等人工振动问题使得整个社会长期处在频率高、荷载循环次数大的环境中。其中，强烈振动会超出仪器、建筑物及其基础的容许范围，对临近建筑物和人们的起居生活造成很大影响，从而必须采取减小振动的措施加以缓解。甚至，环境振动问题已经被列为当前世界的七大环境公害之一，有关其治理措施已经成为岩土工程领域被关注的热点问题。

振动是自然界和工程领域普遍存在的一种现象，它所带来的危害不可忽视，能够影响仪器的精确测量和设备加工的精度，振动的传播也会对周围居民的生活和工作环境产生不良的影响，造成人们无法正常生活或工作；严重时，振动还会在结构中产生较大的动应力而影响结构的安全。一方面，随着生产力的迅速发展，各类机器设备，交通工具向高速度，大功率方向发展，它们诱发的振动和噪声日益严重。另一方面，随着科学技术的发展，精密仪器的精度不断提高，对工作环境也有了更高的防振要求，同时，随着人们对生活质量的提高，人们更加重视社会的安全与安宁，因此采取更加有效的隔振措施与方法具有重要的意义。

人工振动的传播介质就是地基，地面屏障(在波传播介质中设置一定尺度的物体)是目前一种振动控制的有效措施，空沟(连续性屏障)和排桩(非连续性屏障)由于施工方法简单，造价低等原因，常被人们作为地面屏障进行隔振。空沟作为常见的地面屏障形式，可以阻断任何形式弹性波的传播，对透射隔振效率最高，但是其合理的深度由于周边土体的稳定性受到限制(即空沟越深其护壁耗资越高)，因而其衍射效率低使其总的隔振效果并非最理想。排桩常用于支承建筑物的预制或现场灌注的混凝土桩，在一定距离的排列下可作为隔振屏障，排桩隔振虽然能够突破空沟深度的限制，但是弹性波遇到排桩能够发生绕射和衍射，因而其隔振效果也并非最理想。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提供一种空沟排桩联合隔振体系及施工方法，能够克服空沟和排桩单独使用的不利因素，进而获得更好的隔振效果，降低成本，便于施工。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种空沟排桩联合隔振体系，包括空沟、钢筋混凝土板、两个系梁、多个排桩、多个减振支座、多个支承杆件和多个减振支垫，所述空沟内部周边设置有多个所述排桩，所述排桩下部埋设于所述空沟底部之下，所述空沟两侧的所述排桩上沿高度方向依次设置有多个所述减振支座，所述空沟两侧位置相对应的两个所述排桩之间设置有多个所述支承杆件，所述支承杆件的两端分别安装于所述空沟两侧的两个所述减振支座上，所述空沟两侧的所述排桩顶部均设置有一个所述系梁，所述钢筋混凝土板铺设于所述空沟和所述系梁顶部，所述钢筋混凝土板与所述系梁之间设置有多个所述减振支垫，所述空沟两端的所述排桩顶部与所述钢筋混凝土板相接触。

优选地，所述空沟的深度大于1倍的瑞利波长，所述排桩埋设于所述空沟底部之下的长度为2-3倍的瑞利波长。

优选地，所述空沟与振源之间的距离大于3m。

优选地，所述排桩的桩间距与桩径之比小于或等于2.5。

优选地，所述排桩由C30混凝土预制而成。

优选地，所述空沟两侧的所述排桩对称设置，所述空沟两端的所述排桩对称设置。

优选地，所述减振支座包括橡胶圈、钢片和钢垫板，所述橡胶圈外部沿周向包裹有所述钢片，所述钢片焊接于所述钢垫板一侧，通过多个螺栓将所述钢垫板固定于所述排桩上。

本发明还提供一种空沟排桩联合隔振体系的施工方法，包括以下步骤：

(1)首先根据理论计算、实际工程中经验或通过有限元模拟，确定好所述空沟的位置和尺寸及所述排桩的桩长、桩径、桩间距和桩数；

(2)在所述空沟的位置和尺寸确定之后，计算所述空沟的自稳深度，并开挖沟槽使其深度达到所述空沟的自稳深度，并预制多个所述排桩；

(3)在所述沟槽周边按确定好的桩间距和桩数设置所述排桩，在所述排桩埋设好之后继续开挖所述沟槽到所述步骤一中确定好的所述空沟的深度；

(4)在所述排桩的桩身安装所述减振支座，并在所述空沟两侧位置相对应的两个所述排桩之间安装所述支承杆件；

(5)在所述空沟两侧的所述排桩顶部分别浇筑所述系梁，待混凝土凝固好之后安装所述减振支垫；

(6)铺盖所述钢筋混凝土板形成路面，最终形成整个联合屏障体系。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的空沟排桩联合隔振体系及施工方法，在空沟周边设置排桩，排桩上部主要对空沟起支护作用，使得空沟可以达到合适的深度，排桩下部除了保证排桩上部的稳定性，也具有一定的隔振作用，既综合了空沟(连续性屏障)和排桩(非连续性屏障)各自的特点，又考虑了空沟周边土体的稳定性，使得隔振效果得到最优，减轻人工振动对周边环境影响；在空沟两侧对应的排桩之间设有支承杆件，以提高排桩承弯和承剪能力，并且通过减振支座进行安装，使得排桩不用设计过大桩径，减少混凝土的用量，降低成本，减轻了桩身自重以方便施工和避免地层沉降，同时减振支座可以防止振动波通过支承杆件传播；在空沟两侧排桩的顶部浇筑系梁，使空沟两侧的排桩形成整体受力体系；在系梁顶部按一定间距设置减振支垫，然后在上面铺设钢筋混凝土板，使得地面波障的存在对交通没有影响，减振支垫可以减轻车辆或行人的冲击荷载对空沟周围土体和排桩的破坏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，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。

图1为本发明提供的空沟排桩联合隔振体系的主视图；

图2为本发明提供的空沟排桩联合隔振体系的侧视图；

图3为本发明提供的空沟排桩联合隔振体系的俯视图；

图4为本发明提供的空沟排桩联合隔振体系的工作原理图；

图5为本发明提供的空沟排桩联合隔振体系中减振支座的主视图；

图6为本发明提供的空沟排桩联合隔振体系中减振支座的侧视图。

附图标记说明：1、空沟；2、排桩；3、支承杆件；4、减振支座；41、橡胶圈；42、钢片；43、钢垫板；5、系梁；6、减振支垫；7、钢筋混凝土板。

具体实施方式

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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

本发明的目的是提供一种空沟排桩联合隔振体系及施工方法，能够克服空沟和排桩单独使用的不利因素，进而获得更好的隔振效果，降低成本，便于施工。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图4所示，本实施例提供一种空沟排桩联合隔振体系，包括空沟1、钢筋混凝土板7、两个系梁5、多个排桩2、多个减振支座4、多个支承杆件3和多个减振支垫6，空沟1内部周边设置有多个排桩2，排桩2下部埋设于空沟1底部之下，空沟1是在距离振源一定水平距离的地面开挖具有一定长度、宽度和深度的沟槽，用于阻断振动波的传播，排桩2上部(暴露在空沟1中的部分)对空沟1具有支护作用，保证了空沟1周边土体的稳定性，使得空沟1可以达到合适的深度，排桩2下部除了能够保证排桩2上部的稳定性，也具有一定的隔振作用，即埋在空沟1底部之下的排桩2对振动波的传播具有阻隔作用，隔震体系的屏蔽区域更大，既综合了空沟1(连续性屏障)和排桩2(非连续性屏障)各自的特点，又考虑了空沟1周边土体的稳定性，使得隔振效果得到最优，减轻人工振动对周边环境影响。

空沟1两侧的排桩2上沿高度方向依次设置有多个减振支座4，空沟1两侧位置相对应的两个排桩2之间设置有多个支承杆件3，支承杆件3的两端分别安装于空沟1两侧的两个减振支座4上，支承杆件3能够提高排桩2的承弯和承剪能力，使得排桩2不用设计过大桩径，减少混凝土的用量，降低成本，减轻了桩身自重以方便施工和避免地层沉降，同时减振支座4可以防止振动波通过支承杆件3传播，即防止振源侧振动波通过支承杆件3向空沟1另一侧传播。空沟1两侧的排桩2顶部均设置有一个系梁5，系梁5是浇筑在排桩2上的钢筋混泥土联系梁5，让两侧的各个排桩2形成整体受力体系。钢筋混凝土板7铺设于空沟1和系梁5顶部，钢筋混凝土板7与系梁5之间设置有多个减振支垫6，使得地面波障的存在对交通没有影响，减振支垫6可以减轻车辆或行人的冲击荷载对空沟1周围土体和排桩2的破坏。空沟1两端的排桩2顶部与钢筋混凝土板7相接触，使得空沟1两端的排桩2能够为钢筋混凝土板7提供支撑力，为了避免车辆或行人的冲击荷载对空沟1两端的排桩2造成破坏，可以在空沟1两端的排桩2顶部也设置减振支垫6。

于本具体实施例中，空沟1为长方体空沟。空沟1两侧的排桩2是指沿空沟1长度方向依次设置的排桩2，空沟1两端的排桩2是指沿空沟1宽度方向依次设置的排桩2。本实施例中空沟1两端各设置有两个排桩2。

为了达到更好的隔振效果，空沟1的深度大于1倍的瑞利波长，排桩2埋设于空沟1底部之下的长度为2-3倍的瑞利波长。瑞利波长由地基土和波源的特性决定

于本具体实施例中，空沟1与振源之间的距离大于3m。如果要达到更好的隔振效果，空沟1距振源不小于6m。

为了使排桩2形成整体的隔振作用，排桩2的桩间距与桩径之比小于或等于2.5。

于本具体实施例中，排桩2由C30混凝土预制而成。

于本具体实施例中，空沟1两侧的排桩2对称设置，空沟1两端的排桩2对称设置。支承杆件3可水平设置也可倾斜设置。

如图5和图6所示，减振支座4包括橡胶圈41、钢片42和钢垫板43，橡胶圈41外部沿周向包裹有钢片42，钢片42焊接于钢垫板43一侧，通过多个螺栓将钢垫板43固定于排桩2上。具体地，减振支座4设置于排桩2的内侧面上。减振支座4的减振作用主要依靠橡胶圈41的阻尼。

于本具体实施例中，减振支垫6为橡胶垫，通过多个螺栓将减振支垫6固定于系梁5上。

本实施例还提供一种空沟排桩联合隔振体系的施工方法，包括以下步骤：

(1)首先根据理论计算、实际工程中经验或通过有限元模拟，确定好空沟1的位置和尺寸及排桩2的桩长、桩径、桩间距和桩数，具体地，确定好空沟1的长度、宽度和深度；

(2)在空沟1的位置和尺寸确定之后，计算空沟1的自稳深度，并开挖沟槽使其深度达到空沟1的自稳深度，并预制多个排桩2；

(3)在沟槽周边按确定好的桩间距和桩数设置排桩2，在排桩2埋设好之后继续开挖沟槽到步骤一中确定好的空沟1的深度；

(4)在排桩2的桩身安装减振支座4，并在空沟1两侧位置相对应的两个排桩2之间安装支承杆件3；

(5)在空沟1两侧的排桩2顶部分别浇筑系梁5，待混凝土凝固好之后安装减振支垫6；

(6)铺盖钢筋混凝土板7形成路面，最终形成整个联合屏障体系。

步骤二中空沟1的自稳深度是指空沟1周围土体能够达到自稳的深度，与土体的性质(黏聚力，内摩擦角)有关，步骤二中先开挖沟槽使其深度达到空沟1的自稳深度，是为了避免开挖过深，土体失稳坍塌会对开挖人员带来伤亡或给机器造成破坏。空沟1的自稳深度计算见表1：

表1本实施例中空沟的自稳深度与土体的黏聚力、内摩擦角的关系表

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种空沟排桩联合隔振体系，其特征在于，包括空沟、钢筋混凝土板、两个系梁、多个排桩、多个减振支座、多个支承杆件和多个减振支垫，所述空沟内部周边设置有多个所述排桩，所述排桩下部埋设于所述空沟底部之下，所述空沟两侧的所述排桩上沿高度方向依次设置有多个所述减振支座，所述空沟两侧位置相对应的两个所述排桩之间设置有多个所述支承杆件，所述支承杆件的两端分别安装于所述空沟两侧的两个所述减振支座上，所述空沟两侧的所述排桩顶部均设置有一个所述系梁，所述钢筋混凝土板铺设于所述空沟和所述系梁顶部，所述钢筋混凝土板与所述系梁之间设置有多个所述减振支垫，所述空沟两端的所述排桩顶部与所述钢筋混凝土板相接触。

2.根据权利要求1所述的空沟排桩联合隔振体系，其特征在于，所述空沟的深度大于1倍的瑞利波长，所述排桩埋设于所述空沟底部之下的长度为2-3倍的瑞利波长。

3.根据权利要求1所述的空沟排桩联合隔振体系，其特征在于，所述空沟与振源之间的距离大于3m。

4.根据权利要求1所述的空沟排桩联合隔振体系，其特征在于，所述排桩的桩间距与桩径之比小于或等于2.5。

5.根据权利要求1所述的空沟排桩联合隔振体系，其特征在于，所述排桩由C30混凝土预制而成。

6.根据权利要求1所述的空沟排桩联合隔振体系，其特征在于，所述空沟两侧的所述排桩对称设置，所述空沟两端的所述排桩对称设置。

7.根据权利要求1所述的空沟排桩联合隔振体系，其特征在于，所述减振支座包括橡胶圈、钢片和钢垫板，所述橡胶圈外部沿周向包裹有所述钢片，所述钢片焊接于所述钢垫板一侧，通过多个螺栓将所述钢垫板固定于所述排桩上。

8.一种如权利要求1-7中任一项所述的空沟排桩联合隔振体系的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)首先根据理论计算、实际工程中经验或通过有限元模拟，确定好所述空沟的位置和尺寸及所述排桩的桩长、桩径、桩间距和桩数；

(2)在所述空沟的位置和尺寸确定之后，计算所述空沟的自稳深度，并开挖沟槽使其深度达到所述空沟的自稳深度，并预制多个所述排桩；

(3)在所述沟槽周边按确定好的桩间距和桩数设置所述排桩，在所述排桩埋设好之后继续开挖所述沟槽到所述步骤一中确定好的所述空沟的深度；

(4)在所述排桩的桩身安装所述减振支座，并在所述空沟两侧位置相对应的两个所述排桩之间安装所述支承杆件；

(5)在所述空沟两侧的所述排桩顶部分别浇筑所述系梁，待混凝土凝固好之后安装所述减振支垫；

(6)铺盖所述钢筋混凝土板形成路面，最终形成整个联合屏障体系。

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