CN112609726A - 一种超低频隔振多层填充桩基 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超低频隔振多层填充桩基，包括桩芯、软体层、管桩、注浆层以及封底块；管桩由多个沿轴线开设通孔的预制圆柱体依次连接而成；桩芯由钢筋混凝土预制多个圆柱体叠加形成；软体层夹设于管桩和桩芯之间；注浆层分布于管桩外围；封底块设置于管桩中，且位于管桩的底部。将该多层填充桩基周期布置，可隔断特定频率的超低频振动波。

Description

一种超低频隔振多层填充桩基

技术领域

本发明属于土木工程领域，具体涉及一种超低频隔振多层填充桩基。

背景技术

在工程隔振方法中，较多采用空沟或充填沟等，少部分采用桩基隔振。对于空沟和填充沟，其振机理是破坏振动波传播途径，使波直接反射回去。其中，空沟隔振效果最好。对于充填沟，根据充填材料不同隔振效果差异较大。一般充填橡胶或煤灰等软体材料时隔振效果较好。

但是，空沟和软体材料充填沟均属于连续隔振屏障。该类方法一方面施工难度较大，另一方面也会影响地基完整性和承载力，不利于地基长期稳定，所以该类方法一般只适应于地质条件较好的区域临时隔振。传统桩基隔振，由于缺乏清晰的隔振理论基础，很难针对特定频率振动波隔振，隔振效果较差，其更多偏向于地基处理。

近来，周期性排桩隔振也有了进一步的发展：对于基于布拉格散射机理的隔振排桩，其特征是隔振频率对应波长约为晶格常数的2倍。因此，在有限空间内，该方法很难隔断长波振动，从而难以满足土木工程中波长较大的低频隔振。

对于基于局域共振机理的隔振排桩，该机理可以实现小尺寸控制大波长，在土木工程隔振具有较好前景。当前研究的局域共振桩包括单层桩(空心管桩)和双层桩(含一种软质填充料的填充管桩)，该类桩基主要依赖管桩内壁的凌空面或软弱面来产生局域共振，可在一定程度降低带隙频率。但由于管桩本身刚度较大，因此该类桩基很难激发超低频共振，不适应超低频隔振。

其次，既有局域共振桩基设计方法，大多通过调整桩基直径或更换填充料类型来调节带隙频率。但是，现实情况，在有限隔振空间中，桩基直径可调节性受限，且反复调节桩基直径不利于批量生产与管理。在填充料类型方面，受材料制作工艺限制，很难产生一系列不同刚度的材料，且精度难以控制，其开发、生产及管理成本亦较高。

因此，本发明设计一种超低频隔振多层填充桩基，可满足当前超低频环境隔振需求，且该多层填充桩基结构简单，操作便利，成本低廉，易实现批量生产与加工。

发明内容

基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种超低频隔振多层填充桩基，通过桩芯、软体层、管桩、注浆层以及封底块模块化的组合形成隔振桩基。其中，管桩和注浆层可有效保证地基及桩基础的稳定性，软体层设于管桩内部，可保证软体层的稳定性，确保桩基的长期隔振效果。软体层根据间隙位置不同，可设置成截面带孔型、截面离散型、轴向离散型等，通过控制软体层间隙尺寸大小，可以灵活并较精确调整带隙范围，并最终实现各频段的超低频隔振。该结构简单，适应性较强，易实现批量生产，可广泛应用于土木工程各领域隔振减振。

本发明提供的一种技术方案：

一种超低频隔振多层填充桩基包括桩芯、软体层、管桩、注浆层以及封底块；管桩由多个沿轴线开设通孔的预制圆柱体依次连接而成；桩芯由多个圆柱体依次叠加形成；软体层夹设于管桩和桩芯之间；封底块设置于管桩中，且位于管桩的底部；注浆层包覆管桩。

进一步地，软体层沿管桩轴线方向延伸，且软体层包覆桩芯。

进一步地，软体层上开设间隙；多个间隙间隔设置。

进一步地，间隙均匀分布于软体层上。

进一步地，间隙为通孔；通孔的轴线与管桩轴线平行；多个通孔间隔设置于软体层中。

进一步地，多个通孔绕管桩的轴线阵列设置；且不同通孔的直径均相同。

进一步地，多个软体层绕管桩的轴线间隔设置。

进一步地，多个软体层绕管桩的轴线阵列设置，且不同软体层之间的间距相同。

进一步地，预制圆柱体的第一端端面凸起形成连接头；预制圆柱体的第二端端面凹陷形成连接口；连接头与连接口相互配合，实现不同预制圆柱体的连接。

进一步地，封底块由混凝土砂浆灌注而成；注浆层由水泥砂浆高压注入而成。

本发明的有益效果在于：

1、本发明提出的多层填充桩基对带隙的调节性更好，更加有助于低频隔振。其次，当通过调节软体层刚度来调节带隙时，管桩和桩芯尺寸规格可保持固定，有利于批量生产和施工。

2、本发明通过机械切割去除的方式来降低软体层填充率，从而进一步降低其整体刚度，并最终获得超低频带隙的目的。从理论上讲，因为软体层填充率可降低至无穷小，因此该多层填充桩基最低可产生接近0Hz的超低频带隙。

附图说明

图1为本发明第一实施例超低频隔振多层填充桩基的一种结构示意图；

图2为本发明第一实施例超低频隔振多层填充桩基另一种结构示意图；

图3为图中I的局部放大图；

图4为本发明第一实施例超低频隔振多层填充桩基的横截面示意图；

图5为本发明第一实施例超低频隔振多层填充桩基的实施方式布置图；

图6为本发明第一实施例超低频隔振多层填充桩基的第一视角尺寸图；

图7为本发明第一实施例超低频隔振多层填充桩基的第二视角尺寸图；

图8为本发明第二实施例超低频隔振多层填充桩基的横截面示意图。

附图标记说明：

01、桩芯，02、软体层，21、间隙，03、管桩，31、连接口，32、连接头，04、注浆层，05、封底块，a、桩基的行距和间距，r、桩芯半径，H、桩芯沿其轴线方向的高度，D、管桩的厚度，R、管桩的外圆直径，l、管桩沿其轴线方向的高度，d、软体层的壁厚。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

如图1、图2所示，一种超低频隔振多层填充桩基，包括桩芯01、软体层02、管桩03、注浆层04以及封地块05。管桩03由多个沿轴线开设通孔的预制圆柱体依次连接而成。桩芯01呈圆柱体，由钢筋混凝土预制而成。并且多个桩芯01叠加设置于管桩03中。软体层02夹设于管桩03和桩芯01之间。封底块05设置于管桩03中，且位于管桩03的底部。注浆层04包覆所述管桩03。

管桩03可使用刚度较大的材料制成，如钢筋混凝土或者不锈钢，管桩03形成超低频隔振多层填充桩基的外部结构，为内部的软体层02、桩芯01以及封地块05提供了稳定的空间设置结构，保证这些内部结构在隔振的过程中不会因为没有稳定结构支撑而发生变形和破坏，从而降低了隔振的效果和服役年限。

对于管桩03结构，为了提高超低频隔振多层填充桩基的适用性，并进一步降低研发成本和加工成本。预制圆柱体通常按一定的尺寸设计，形成模块化的生产，方便设计和安装。如图3所示，为了实现不同预制圆柱体之间的稳定连接。预制圆柱体的第一端端面上凸起形成连接头32。预制圆柱体的第二端端面凹陷形成连接口31。连接头32与连接口31相互配合，实现不同预制圆柱体的连接。

连接头32与连接口31的形式多样，本实施例中，连接口31截面呈矩形，且连接口31绕预制圆柱体的轴心阵列，这样在预制圆柱体的第一端上形成间隔形同尺寸相同的环形阵列矩形连接口31。相应地，在预制圆柱体的第二端上凸起形成连接头32，连接头32的形状与连接口31的形状相适应。这样，可根据需要设置一定数量的预制圆柱体，并沿预制圆柱体的轴线方形依次稳定连接。

桩芯01呈圆柱形，且桩芯01通常使用密度较大的重混凝土和钢铁预制而成。桩芯01的直径和桩芯01沿轴线方向的高度根据现场目标隔振频率及隔振深度确定。单个桩芯的长度H可以根据施工便利性确定。

软体层02夹设在桩芯01和管桩03之间。软体层02沿管桩03的轴线方向延伸，且软体层02包覆桩芯01。软体层02设置的方式和结构不同可实现对不同范围波长较大的低频的隔振。为了获取较低的带隙频率，可在软体层02上设置间隙21，且间隙21间隔设置在软体层02上。如图4所示，本实施例中，间隙21为通孔。通孔的轴线与管桩03轴线平行。多个通孔间隔设置于软体层02中。优选地，多个通孔绕管桩03的轴线阵列设置，且不同通孔的直径均相同。软体层02可以由弹性模量较低的材料制成，如橡胶或者聚合物。封底块05由混凝土砂浆灌注而成。注浆层04由水泥砂浆高压注构而成，并包覆管桩03外围，加固整个结构。

本实施例提供一种具体实施方式如下：

如图5所示，为了提高超低频隔振多层填充桩基的隔振性能，超低频隔振多层填充桩基呈周期布置，不同排的超低频隔振多层填充桩基间距相同，不同行的超低频隔振多层填充桩基间距相同，超低频隔振多层填充桩基布置的总排数和行数根据实际的隔振需要来确定。本实施例中，超低频隔振多层填充桩基的排布呈正方形形式，桩基的行距和间距均为a。确定桩基的安装位置后，施工安装桩基。首先根据隔振场地具体情况，选择管桩03和桩芯01的材料。如果场地的应力较大，或周边有高楼等敏感建筑物，则优先考虑强度和刚度较大的不锈钢管桩03。如果隔振场地范围有限，则优先考虑密度较大的不锈钢桩芯01。其次，针对目标隔振频段，通过周期性理论确定桩基各部分尺寸、晶格常数及排桩数量。现场标出排桩施工位置。桩基施工时先通过“沉井法”将预制好的管桩03打入地基中，再往管桩内灌注混凝土制成封地块05进行封底，往管桩03外高压注浆形成注浆层04。按照设计要求依次将桩芯01、软体层02放置在管桩03内。

如图6、图7所示，根据所要隔振的频率范围可确定桩基的行距和间距a。由桩基的行距和间距可确定超低频隔振多层填充桩基的各部分关键尺寸。桩芯01半径r为(0.7-0.75)a，桩芯01沿其轴线方向的高度H为(1.5-2)a，管桩03的厚度D为(0.05-0.1)a，管桩03的外圆直径R为(0.85-0.9)a，管桩03沿其轴线方向的高度l为(0.5m-1.5m)，软体层02的壁厚d为(0.05-0.1)a。本实施例针对20Hz以内的低频进行隔振，a的取值范围在1m-2m。

第二实施例

如图8所示，本实施例中所提供的一种超低频隔振多层填充桩基与第一实施例中所提供的超低频隔振多层填充桩基相同，其区别在于：

软体层为多个，且多个软体层绕管桩的轴线间隔设置。不同软体层之间的间距可根据需要调整，可以是均匀分布，也可以是不均匀分布等方式。

综上所述，本发明所提供的实施例，其主要的有效效果有：

1、当前的周期性单层桩(实心桩和空心管桩)和双层桩(含单一填充料的填充桩基)主要依靠调节桩基尺寸来调节带隙，而本发明提出的多层填充桩基既可通过调节桩基尺寸来调节带隙，又可通过调节软体层02刚度来调节带隙，因此，本发明提出的多层填充桩基对带隙的调节性更好，更加有助于低频隔振。其次，当通过调节软体层02刚度来调节带隙时，管桩03和桩芯01尺寸规格可保持固定，有利于批量生产和施工，可节省大量施工和管理成本。

2、本发明通过机械切割去除的方式来降低软体层填充率，从而进一步降低其整体刚度，并最终获得超低频带隙的目的。从理论上讲，因为软体层02填充率可降低至无穷小，因此该多层填充桩基最低可产生接近0Hz的超低频带隙，可满足超低频隔振。其次，通过机械切割的方式来降低软体层02刚度，可以获得一系列几乎连续的刚度值，更加有利于带隙的精确调控。相比开发新材料的方式，该方法不但成本低廉，而且调控范围大。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，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 (10)

1.一种超低频隔振多层填充桩基，其特征在于：

所述超低频隔振多层填充桩基包括桩芯、软体层、管桩、注浆层以及封底块；所述管桩由多个沿轴线开设通孔的预制圆柱体依次连接而成；所述桩芯由多个圆柱体依次叠加形成；所述软体层夹设于所述管桩和所述桩芯之间；所述封底块设置于所述管桩中，且位于所述管桩的底部；所述注浆层包覆所述管桩。

2.如权利要求1所述的一种超低频隔振多层填充桩基，其特征在于：

所述软体层沿所述管桩轴线方向延伸，且所述软体层包覆所述桩芯。

3.如权利要求2所述的超低频隔振多层填充桩基，其特征在于：

所述软体层上开设间隙；多个所述间隙间隔设置。

4.如权利要求3所述的超低频隔振多层填充桩基，其特征在于：

所述间隙均匀分布于所述软体层上。

5.如权利要求3所述的超低频隔振多层填充桩基，其特征在于：

所述间隙为通孔；所述通孔的轴线与所述管桩的轴线平行；多个所述通孔间隔设置于所述软体层中。

6.如权利要求5所述的超低频隔振多层填充桩基，其特征在于：

多个所述通孔绕所述管桩的轴线阵列设置；且不同所述通孔的直径均相同。

7.如权利要求2所述的超低频隔振多层填充桩基，其特征在于：

多个所述软体层绕所述管桩的轴线间隔设置。

8.如权利要求7所述的超低频隔振多层填充桩基，其特征在于：

多个所述软体层绕所述管桩的轴线阵列设置，且不同软体层之间的间距相同。

9.如权利要求1所述的超低频隔振多层填充桩基，其特征在于：

所述预制圆柱体的第一端端面凸起形成连接头；所述预制圆柱体的第二端端面凹陷形成连接口；所述连接头与所述连接口相互配合，实现不同所述预制圆柱体的连接。

10.如权利要求1所述的超低频隔振多层填充桩基，其特征在于：

所述封底块由混凝土砂浆灌注而成；所述注浆层由水泥砂浆高压注入而成。

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