CN113818495B - 一种针对低频表面波隔振的周期性桩-墙结构及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种针对低频表面波隔振的周期性桩‑墙结构,包括并排排列的至少三个的桩‑墙结构隔振单元,桩‑墙结构隔振单元包括桩基、连续墙、原始土体、改良土体和基岩,桩基呈两排均匀插入原始土体内,桩基底部嵌入基岩内,原始土体的浅层土体内每排桩基之间嵌入连接有连续墙,原始土体的浅层土体内两排桩基和连续墙间固定设置有改良土体。本发明可以将桩基深度优势与连续墙的连续性优势发挥到极致,二者相辅相成,极易适合表面波隔振。本发明连续墙两侧为截面为半圆形的圆弧面,连续墙的中心截面M‑M面为梯形,预制而成,通过静力按压方式至两桩基中间,构建桩‑墙镶嵌结构,且可形成较大的预应力,确保隔振效果。
Description
技术领域
本发明涉及岩土工程隔振技术领域,尤其涉及一种针对低频表面波隔振的周期性桩-墙结构及施工方法。
背景技术
岩土工程隔振措施主要分为两大类:以“地下连续墙”为代表的连续性隔振屏障和以“桩基”为代表的非连续性隔振屏障。地下连续墙具有较好的隔振效果,但在高水位、软土中施工难度大,成本高,因此,施工深度有限。桩基施工成本较低,适应性强,但桩基整体隔振效果不如连续墙。其次,对于低频波隔振,由于其波长较长,需要较大尺寸的隔振屏障(大厚度地下连续墙和大直径桩基),才能满足隔振效果,这对施工难度和施工成本都提出了较大挑战。因此,在低频隔振中,无论是地下连续墙还是桩基,其单独工作的隔振效率都很难满足现场隔振需求。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明设计了一种针对低频表面波隔振的周期性桩-墙结构及施工方法。
本发明采用如下技术方案:
一种针对低频表面波隔振的周期性桩-墙结构,包括并排排列的至少三个的桩-墙结构隔振单元,桩-墙结构隔振单元包括桩基、连续墙、原始土体、改良土体和基岩,桩基呈两排均匀插入原始土体内,桩基底部嵌入基岩内,原始土体的浅层土体内每排桩基之间嵌入连接有连续墙,原始土体的浅层土体内两排桩基和连续墙间固定设置有改良土体。
作为优选,所述连续墙两侧为截面为半圆形的圆弧面,连续墙两侧的圆弧面分别与桩基配合。
作为优选,所述连续墙为钢筋混凝土预制而成,连续墙的中心截面M-M面为梯形,梯形的顶边s2大于同排两桩基间最小间隔s1,梯形的底边s3小于同排两桩基间最小间隔s1。
作为优选,所述连续墙通过静力按压方式嵌入两桩基中间紧固固定。去s3略小于s1,s2略大于s1。
作为优选,所述桩-墙结构隔振单元厚度尺寸a由被隔振振动源的频率决定,a=v/f/2,v表面波波速,f为隔振频段中心频率;桩基嵌岩深度b取0-5m;桩-墙结构隔振单元内桩基排距m取(0.5-0.8)a;桩基间距n取(0.6-1)a;桩基长度H取(10-20)a;地下连续墙深度h取被隔振振动源的频率对应波长,桩基直径D取0.8-1.2m;地下连续墙厚度d取(0.5-0.8)D,连续墙两端截面的半圆形圆弧半径r=D/2。
一种根据权利要求1-5任一项所述的一种针对低频表面波隔振的周期性桩-墙结构的施工方法,其特征是,其施工步骤为:
S1.根据现场振动频率,及场地土层物理力学参数,确定设计参数:
通过现场测试,测得表面波波速v;确定待隔振表面波主频率f;通过公式a=v/f/2,确定桩-墙结构隔振单元厚度尺寸a;根据地下基岩埋深及基岩完整性确定桩基嵌入基岩深度b;桩-墙结构隔振单元内桩基排距m取(0.5-0.8)a;桩基间距n取(0.6-1)a;桩基长度H取(10-20)a;地下连续墙深度h取被隔振频率对应波长,通常满足h=v/f;桩基直径D取0.8-1.2m;地下连续墙厚度d取(0.5-0.8)D;
S2.现场放样,确定桩基及连续墙施工位置;
S3.根据管桩施工技术,完成桩基施工步骤;
S4.根据设计参数及管桩施工偏差,调整并确定地下连续墙尺寸,并进行预制加工;
S5.地下连续墙施工:施工时,通过静力按压或适当锤击的方式,将连续墙镶嵌至桩基之间;
S6.桩基及地下连续墙缝隙注浆加固;
S7.通过现场隔振测试及数值模拟,对两连续墙中间的土体进行改良形成改良土体,增大弹性模量,提升隔振效果,完成整个周期性桩-墙结构的施工。
作为优选,步骤S1中,原始土体的深度桩基长度H小于20a时,H取(10-20)a或者地面至嵌入的基岩中间长度。
作为优选,步骤S4中,待桩基施工完毕后,通过现场测量的方式获得各桩基间最小间距s1,通过数值模拟或理论分析方式确定s2和s3,使得连续墙单元能顺利嵌入安装至两桩基中间紧固固定,并产生一定的预应力。
作为优选,步骤S7中,在两连续墙中间的土体改良时,采用高压注浆的改良方式进行改良。当然也可以通过其他可行的改良方式进行土体改良,以提高中间土体弹性模量,数值计算显示:中间土体弹性模量提高10倍以上就有明显改善效果。改良强度可以通过数值模拟或现场测试反馈的方式决定,通常改良强度越高,隔振效果越好。
本发明的有益效果是:(1)、本发明可以将桩基深度优势与连续墙的连续性优势发挥到极致,二者相辅相成,极易适合表面波隔振;(2)、发明的桩基和连续墙的组合方式可以多样化,根据周期性理论可知,该结构隔振频率调控性较好,可在一定程度减小使用大厚度地下连续墙和大直径桩基隔振;(3)、连续墙两侧为截面为半圆形的圆弧面,连续墙的中心截面M-M面为梯形,预制而成,通过静力按压方式至两桩基中间,因此,该方法施工便利,且可形成较大的预应力,保证桩-墙镶嵌效果;(4)、本发明“桩-墙结构”在施工顺序上通常是先施工桩基,再施工地下连续墙,因此该方法既可适应于全新场地隔振,又可适应于既有桩基场地的隔振。
附图说明
图1是本发明的一种使用状态图;
图2是本发明中桩-墙结构隔振单元的一种结构示意图;
图3是本发明中桩-墙结构隔振单元去除原始土体的一种结构示意图;
图4是本发明中单组桩基和连续墙连接结构的一种示意图;
图5是本发明中连续墙的一种立体图;
图6是本发明中连续墙的一种俯视图;
图7是图6中M-M的一种截面图;
图中:1、桩-墙结构隔振单元,2、振动源,3、被保护区,4、桩基,5、连续墙,6、原始土体,7、改良土体,8、基岩。
具体实施方式
下面通过具体实施例,并结合附图,对本发明的技术方案作进一步的具体描述:
实施例:如附图1-7所示,一种针对低频表面波隔振的周期性桩-墙结构,包括并排排列的四个桩-墙结构隔振单元1,四个桩-墙结构隔振单元阻隔在振动源2和被保护区6之间,桩-墙结构隔振单元包括桩基4、连续墙5、原始土体6、改良土体7和基岩8,桩基呈两排均匀插入原始土体内,桩基底部嵌入基岩内,原始土体的浅层土体内每排桩基之间嵌入连接有连续墙,原始土体的浅层土体内两排桩基和连续墙间固定设置有改良土体。
连续墙两侧为截面为半圆形的圆弧面,连续墙两侧的圆弧面分别与桩基配合。
连续墙为钢筋混凝土预制而成,连续墙的中心截面M-M面为梯形,梯形的顶边s2大于同排两桩基间最小间隔s1,梯形的底边s3小于同排两桩基间最小间隔s1。
连续墙通过静力按压方式嵌入两桩基中间紧固固定。桩-墙结构隔振单元厚度尺寸a由被隔振振动源的频率决定,a=v/f/2,v表面波波速,f为隔振频段中心频率;桩基嵌岩深度b取0-5m;桩-墙结构隔振单元内桩基排距m取(0.5-0.8)a;桩基间距n取(0.6-1)a;桩基长度H取(10-20)a;地下连续墙深度h取被隔振振动源的频率对应波长,桩基直径D取0.8-1.2m;地下连续墙厚度d取(0.5-0.8)D,连续墙两端截面的半圆形圆弧半径r=D/2。
一种根据权利要求1-5任一项所述的一种针对低频表面波隔振的周期性桩-墙结构的施工方法,其特征是,其施工步骤为:
S1.根据现场振动频率,及场地土层物理力学参数,确定设计参数:
通过现场测试,测得表面波波速v;确定待隔振表面波主频率f;通过公式a=v/f/2,确定桩-墙结构隔振单元厚度尺寸a;根据地下基岩埋深及基岩完整性确定桩基嵌入基岩深度b;桩-墙结构隔振单元内桩基排距m取(0.5-0.8)a;桩基间距n取(0.6-1)a;桩基长度H取(10-20)a;地下连续墙深度h取被隔振频率对应波长,通常满足h=v/f;桩基直径D取0.8-1.2m;地下连续墙厚度d取(0.5-0.8)D;
S2.现场放样,确定桩基及连续墙施工位置;
S3.根据管桩施工技术,完成桩基施工步骤;
S4.根据设计参数及管桩施工偏差,调整并确定地下连续墙尺寸,并进行预制加工;
S5.地下连续墙施工:施工时,通过静力按压或适当锤击的方式,将连续墙镶嵌至桩基之间;
S6.桩基及地下连续墙缝隙注浆加固;
S7.通过现场隔振测试及数值模拟,对两连续墙中间的土体进行改良形成改良土体,增大弹性模量,提升隔振效果,完成整个周期性桩-墙结构的施工。
步骤S1中,原始土体的深度桩基长度H小于20a时,H取(10-20)a或者地面至嵌入的基岩中间长度。
步骤S4中,待桩基施工完毕后,通过现场测量的方式获得各桩基间最小间距s1,通过数值模拟或理论分析方式确定s2和s3,使得连续墙单元能顺利嵌入安装至两桩基中间紧固固定,并产生一定的预应力。
步骤S7中,在两连续墙中间的土体改良时,采用高压注浆的改良方式进行改良。
本发明综合了地下连续墙和桩基的优势,同时充分考虑表面波传播特征,基于周期性理论,提出了一种针对低频表面波隔振的“周期性桩-墙结构”。一方面,本发明充分利用桩基施工的经济性和高适应性,设立大深度桩基,条件允许下,可将桩基直接嵌入岩层,充分利用表面土与深部土(或岩层)之间的振动位移差,提高低频表面波隔振效果;另一方面,考虑到表面波影响深度有限,正好符合地下连续墙浅施工深度特征,因此,在表面波影响深度范围内(1-2个波长范围),将地下连续墙设立于桩基之间,即可在浅部土层形成一道连续性较好的“桩-墙结构”,可进一步提升对低频表面波的阻隔作用。
本发明的“桩-墙结构”可以将桩基深度优势与连续墙的连续性优势发挥到极致,二者相辅相成,极易适合表面波隔振。其次,本发明的桩基和连续墙的组合方式可以多样化,因此隔振频率调控性较好,可在一定程度减小使用大厚度地下连续墙和大直径桩基隔振。再者,本发明连续墙两侧为截面为半圆形的圆弧面,连续墙的中心截面M-M面为梯形,预制而成,通过静力按压方式至两桩基中间,因此,该方法施工便利,且可形成较大的预应力,保证桩-墙镶嵌效果。最后,本发明“桩-墙结构”在施工顺序上通常是先施工桩基,再施工地下连续墙,因此该方法既可适应于全新场地隔振,又可适应于既有桩基场地的隔振。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案,并非对本发明作任何形式上的限制,在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (9)
1.一种针对低频表面波隔振的周期性桩-墙结构,其特征是,其包括并排排列的至少三个的桩-墙结构隔振单元,桩-墙结构隔振单元包括桩基、连续墙、原始土体、改良土体和基岩,桩基呈两排均匀插入原始土体内,桩基底部嵌入基岩内,原始土体的浅层土体内每排桩基之间嵌入连接有连续墙,原始土体的浅层土体内两排桩基和连续墙间固定设置有改良土体。
2.根据权利要求1所述的一种针对低频表面波隔振的周期性桩-墙结构,其特征是,所述连续墙两侧为截面为半圆形的圆弧面,连续墙两侧的圆弧面分别与桩基配合。
3.根据权利要求1所述的一种针对低频表面波隔振的周期性桩-墙结构,其特征是,所述连续墙为钢筋混凝土预制而成,连续墙的中心截面M-M面为梯形,梯形的顶边s2大于同排两桩基间最小间隔s1,梯形的底边s3小于同排两桩基间最小间隔s1。
4.根据权利要求1所述的一种针对低频表面波隔振的周期性桩-墙结构,其特征是,所述连续墙通过静力按压方式嵌入两桩基中间紧固固定。
5.根据权利要求1所述的一种针对低频表面波隔振的周期性桩-墙结构,其特征是,所述桩-墙结构隔振单元厚度尺寸a由被隔振振动源的频率决定,a=v/f/2,v表面波波速,f为隔振频段中心频率;桩基嵌岩深度b取0-5m;桩-墙结构隔振单元内桩基排距m取(0.5-0.8)a;桩基间距n取(0.6-1)a;桩基长度H取(10-20)a;地下连续墙深度h取被隔振振动源的频率对应波长,桩基直径D取0.8-1.2m;地下连续墙厚度d取(0.5-0.8)D,连续墙两端截面的半圆形圆弧半径r=D/2。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述的一种针对低频表面波隔振的周期性桩-墙结构的施工方法,其特征是,其施工步骤为:
S1.根据现场振动频率,及场地土层物理力学参数,确定设计参数:
通过现场测试,测得表面波波速v;确定待隔振表面波主频率f;通过公式a=v/f/2,确定桩-墙结构隔振单元厚度尺寸a;根据地下基岩埋深及基岩完整性确定桩基嵌入基岩深度b;桩-墙结构隔振单元内桩基排距m取(0.5-0.8)a;桩基间距n取(0.6-1)a;桩基长度H取(10-20)a;地下连续墙深度h取被隔振频率对应波长,通常满足h=v/f;桩基直径D取0.8-1.2m;地下连续墙厚度d取(0.5-0.8)D;
S2.现场放样,确定桩基及连续墙施工位置;
S3.根据管桩施工技术,完成桩基施工步骤;
S4.根据设计参数及管桩施工偏差,调整并确定地下连续墙尺寸,并进行预制加工;
S5.地下连续墙施工:施工时,通过静力按压或适当锤击的方式,将连续墙镶嵌至桩基之间;
S6.桩基及地下连续墙缝隙注浆加固;
S7.通过现场隔振测试及数值模拟,对两连续墙中间的土体进行改良形成改良土体,增大弹性模量,提升隔振效果,完成整个周期性桩-墙结构的施工。
7.根据权利要求6所述的一种针对低频表面波隔振的周期性桩-墙结构的施工方法,其特征是,步骤S1中,原始土体的深度桩基长度H小于20a时,H取(10-20)a或者地面至嵌入的基岩中间长度。
8.根据权利要求6所述的一种针对低频表面波隔振的周期性桩-墙结构的施工方法,其特征是,步骤S4中,待桩基施工完毕后,通过现场测量的方式获得各桩基间最小间距s1,通过数值模拟或理论分析方式确定s2和s3,使得连续墙单元能顺利嵌入安装至两桩基中间紧固固定,并产生一定的预应力。
9.根据权利要求6所述的一种针对低频表面波隔振的周期性桩-墙结构的施工方法,其特征是,步骤S7中,在两连续墙中间的土体改良时,采用高压注浆的改良方式进行改良,改良土深度等于地下连续墙深度h。
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