CN114457795A - 抗列车振动的桩基础加固结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种抗列车振动的桩基础加固结构及施工方法，其外支件通过弹性支顶与桩体相抵，并通过弹性吸能环和充满壳体的吸能介质吸收地层振动施加于迫动杆的振动能量。当地铁车辆振动荷载从隧道向周围地层传递，并往输电塔桩基础和输电塔上部结构传递的过程中，位于前方的迫动杆随地层振动而晃动，并在晃动的过程中，一方面压迫弹性吸能环变形，由弹性吸能环吸收一部分振动能量；同时迫动杆的晃动还使得迫动杆后段及其上的挤压体挤压吸能介质，使吸能介质在壳体内运动和摩擦，甚至发生变形和破碎，从而吸收大量的振动能量，既可加固输电塔的桩基础，又可吸收大部分的振动能量，保证输电塔桩基础和输电塔上部结构的稳定性和安全性。

Description

抗列车振动的桩基础加固结构及施工方法

技术领域

本发明涉及输电塔防护工程技术领域，特别涉及一种抗列车振动的桩基础加固结构及施工方法。

背景技术

随着城市轨道交通建设的不断推进，地铁隧道逐渐向城市外沿拓展。地铁车辆在城市外沿的地铁隧道中运行时产生的显著列车振动会对城市外沿原有的输电塔结构及其桩基础的稳定性产生负面影响，甚至可能危害输电塔的安全。

为提高地铁车辆运行区域原有输电塔的稳定性，现有技术主要通过对输电塔周围地层进行大范围的开挖，并施工连杆将输电塔的多根桩体相连的方式来提升输电塔的整体稳定性。或者通过注浆的方式，以提升桩基础周围地层的整体刚度，从而增强其稳定性。

但现有的这些稳定方案从开挖范围、加固范围和加固效果方面大多关注地表附近的加固，很难触及较深的位置，也就无法有效地帮助桩基础提升其稳定性和抗振动能力。若能通过增强桩基础与周围地层的连接性，并通过相关构件吸收由地铁隧道上部传播的车辆振动荷载，将能更有效地保证输电塔基础和上部结构的稳定性。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种抗列车振动的桩基础加固结构及施工方法，旨在提高输电塔桩基础的抗列车振动能力，保证输电塔基础和上部结构的稳定性。

为实现上述目的，本发明提出一种抗列车振动的桩基础加固结构，包括：

弹性支顶装置，所述弹性支顶装置包括弹性顶件以及连于弹性顶件远离桩体一端的外支件，弹性顶件接近桩体的一端用于直接或者通过内支件与桩体相抵，弹性顶件用于对外支件施以径向向外的弹性顶力；以及

多个吸能装置，多个所述吸能装置设于外支件上，均包括迫动杆、中空的壳体、以及弹性吸能环，所述壳体直接或者通过中间件固于外支件，壳体径向远离桩体的区域开设有避让孔，避让孔处装有弹性吸能环，迫动杆的后段位于壳体内且周壁设有杆状或片状的刚性挤压体，前段与弹性吸能环相适并经弹性吸能环伸出壳体，壳体内还充满颗粒状的吸能介质，为迫动杆的晃动提供摩擦阻力。

为实现上述目的，本发明还提出一种抗列车振动的桩基础加固结构施工方法，包括如下步骤：

S1、径向扩挖桩体周围地层，形成预定径向尺寸和深度的基坑；

S2、将桩基础加固结构装于基坑的预定位置，并使迫动杆向前插入基坑周围的地层、内支件与桩体相抵；

S3、对基坑进行回填，以使桩基础加固结构埋于地层中。

本发明抗列车振动的桩基础加固结构埋设于输电塔桩体周围的地层中，与桩体和地层连成整体。其中，外支件通过弹性支顶与桩体直接或者间接相抵，可为外支件提供弹性支撑。同时设于外支件的多个吸能装置利用惯容器原理，通过设于避让孔的弹性吸能环以及充满壳体内部的吸能介质吸收地层振动施加于迫动杆的振动能量。当地铁车辆振动荷载从隧道（未图示）向周围地层传递，并往输电塔桩基础和输电塔上部结构传递的过程中，位于前方的迫动杆率先随地层振动而上下晃动，并在晃动的过程中，一方面压迫弹性吸能环变形，由弹性吸能环变形吸收一部分振动能量；同时，迫动杆的晃动还使得迫动杆后段及其上的杆状或片状的刚性挤压体挤压吸能介质，使吸能介质在壳体内运动和摩擦，甚至发生变形和破碎，从而吸收大量的振动能量，由此一来，既可以加固输电塔的桩基础，也可以吸收大部分的振动能量，保证输电塔桩基础和输电塔上部结构的稳定性和安全性。

附图说明

图1为本发明一实施例的剖视图；

图2为本发明一实施例的使用状态示意图；

图3为本发明一实施例与桩体的连接示意图；

图4为吸能装置的剖视图；

图5为迫动杆一实施例的剖视图。

具体实施方式

下面将结合附图，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的一部分实施例，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作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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后、顶、底、内、外、垂向、横向、纵向，逆时针、顺时针、周向、径向、轴向……），则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”或者“第二”等的描述，则该“第一”或者“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种抗列车振动的桩基础加固结构。

在本发明实施例中，如图1至5所示，该抗列车振动的桩基础加固结构可埋设于输电塔100的桩体101周围的地层中，并与桩体101和地层连成整体。包括弹性支顶装置1和多个吸能装置2。具体地，所述弹性支顶装置1包括弹性顶件11以及连于弹性顶件11远离桩体101一端的外支件12，弹性顶件11接近桩体101的一端用于直接或者通过内支件13与桩体101相抵。弹性顶件11可径向伸缩，用于对外支件12施以径向向外的弹性顶力。多个所述吸能装置2设于外支件12上，均包括迫动杆21、中空的壳体22、以及弹性吸能环23，所述壳体22由刚性材料（如钢或碳纤维等）制成，壳体22直接或者通过中间件（未图示）固定于外支件12上，优选通过螺钉固接或者焊接等方式固定于外支件12背对桩体101的一侧，壳体22径向远离桩体101的区域开设有避让孔221，避让孔221处装有弹性吸能环23，迫动杆21的后段位于壳体22内且周壁设有杆状或片状的刚性挤压体211，迫动杆21的前段与弹性吸能环23相适并经弹性吸能环23伸出壳体22，壳体22内还充满颗粒状的吸能介质24，为迫动杆21的晃动提供摩擦阻力。当地铁车辆（未图示）振动荷载从隧道（未图示）向周围地层传递，并往输电塔100桩基础和输电塔100上部结构传递的过程中，位于前方的迫动杆21率先随地层振动而上下晃动，并在晃动的过程中，一方面压迫弹性吸能环23变形，由弹性吸能环23变形吸收一部分振动能量；同时，迫动杆21的晃动还使得迫动杆21后段及其上的杆状或片状的刚性挤压体211挤压吸能介质24，使吸能介质24在壳体22内运动和摩擦，甚至发生变形和破碎，从而吸收大量的振动能量，由此一来，既可以加固输电塔100的桩基础，也可以吸收大部分的振动能量，保证输电塔100桩基础和输电塔100上部结构的稳定性和安全性。且整个施工过程仅需以对输电塔100桩体周围进行扩挖形成基坑并安装加固结构后回填即可达到深层有效的桩基础加固效果，可避免注浆对周围地下环境的影响。

在本发明实施例中，所述迫动杆21可以为一体式杆状结构，自身不可伸缩。而为减少基坑的径向开挖范围，所述迫动杆21可以设计为可伸缩的杆状结构，例如，其可以为千斤顶、气缸或者内部中空的伸缩杆等。安装过程中，使可伸缩的迫动杆21处于收缩状态，待本发明在基坑中安装完成或者即将安装完成时，驱使迫动杆21伸张并向前插入基坑周围地层中。示例性地，所述迫动杆21包括至少两根活动插装的杆体，相邻的两杆体中，一杆体212的端部开设引导孔2121，另一杆体213活动装接于引导孔2121中并可沿引导孔2121滑动，使迫动杆21可在桩体101的径向方向上实现伸缩，同时，伸入引导孔2121的另一杆体213将引导孔2121的出口封闭形成容积可随两杆体212、213的相对滑动而变化的气腔，另外，所述一杆体212的周壁还开设有通连引导孔2121的气孔2122，所述气孔2122的开闭可控（例如安装气阀），用于连接供气装置，经气孔2122往气腔注入高压气体，即可驱使迫动杆21伸张并插入基坑周围的地层中。优选地，迫动杆21的前端尖锐，可降低迫动杆21插入基坑周围地层承受的阻力。

在本发明实施例中，所述弹性吸能环23优选软质橡胶制成，将迫动杆21局部包裹，当迫动杆21晃动时，可压迫弹性吸能环23变形从而引发弹性吸能环23吸收地层的一部分振动能量。可以理解地，弹性吸能环23的厚度以及弹性变形幅度应当满足迫动杆21的晃动幅度需求。

在本发明实施例中，如图1至3所示，内支件13优选弧形钢板，并能与桩体101的周壁贴合，以防止内支件13相对桩体101滑动，从而保证内支件13和桩体101的之间的支撑稳定性，当然，为进一步提高内支件13和桩体101之间的支撑稳定性，还可以通过螺钉或者卡扣等连接结构将内支件13锁定于桩体101。

在本发明实施例中，弹性支顶装置1的数量可以根据振动吸能需求而设定，可以为一组，也可以为多组，为多组时，多组所述弹性支顶装置1可以沿桩体101环向间隔分布、或者沿桩体101轴向间隔分布、又或者同时沿桩体101的轴向和环向间隔分布。其中，沿桩体101的轴向和环向同时间隔分布分布的方式，吸能效果较佳。

在上述实施例中，所述弹性支顶装置1埋设于地层距离桩体101顶端十米以内的深度，以兼顾桩基础的稳定性和施工的可行性。

具体地，外支件12可以为刚性弧形板或者刚性平板，优选刚性弧形板，材质优选钢。设于每个外支件12的吸能装置2的数量以及分布方式有多种实施方式，具体可根据吸能需求而设定。示例性地，设于每个外支件12的吸能装置2的数量为2~5个，优选沿外支件12背向桩体101的一侧均匀分布。

可以理解地，所述迫动杆21的后端以及挤压体211与壳体22的内壁存在一定间隔，以保证迫动杆21能够随地层振动而晃动。

具体地，所述弹性顶件11可以为气缸、千斤顶或者顶簧等，弹性顶件11的数量可以为一个，也可以为多个，为多个时，多个弹性顶件11优选沿外支件12接近桩体101的一侧间隔均匀分布，以提高受力的均匀性。还有，为了方便本发明的安装施工，安装过程中，使弹性顶件11锁定或者处于收缩状态，例如，弹性顶件11为顶簧或者千斤顶时，可通过强度较大的绳索将高度压缩的顶簧或千斤顶绑定，以防止安装过程中顶簧或者千斤顶伸张；当弹性顶件11为气缸时，可通过控制气缸内的压力以使气缸的活塞杆收缩。而当安装完成或者基本完成时，再将弹性顶件11释放或者驱使气缸的活塞杆伸出，对使弹性顶件11对外支件12和桩体101施以弹性顶力。

应当说明的，上述径向是指桩体101的径向方向

在介绍了本发明抗列车振动的桩基础加固结构的实施方式之后，接下来将对本发明抗列车振动的桩基础加固结构的施工方法的实施方式进行介绍。抗列车振动的桩基础加固结构的具体结构见上述实施例，重复之处可不作赘述。

在本发明实施例中，如图1至5所示，该抗列车振动的桩基础加固结构施工方法，包括如下步骤：

S1、径向扩挖桩体101周围地层，形成预定径向尺寸和深度的基坑；

具体地，基坑（未图示）的径向尺寸主要受桩基础加固结构的长度（这里的长度指在桩体101径向方向上的尺寸）和桩径等因素影响，优选为桩径的2~3倍。深度受桩体101的高度以及桩径等因素影响，优选十米以内的深度。

S2、将桩基础加固结构装于基坑的预定位置，并使迫动杆21向前插入基坑周围的地层、内支件13与桩体101相抵；

具体地，桩基础加固结构装设于地层距离桩体101顶端十米以内的深度位置，以兼顾桩基础的稳定性和施工的可行性。

具体地，该抗列车振动的桩基础加固结构包括弹性支顶装置1和多个吸能装置2。所述弹性支顶装置1包括弹性顶件11以及连于弹性顶件11远离桩体101的一端的外支件12，弹性顶件11接近桩体101的一端用于直接或者通过内支件13与桩体101相抵，弹性顶件11可径向伸缩，用于对外支件12施以径向向外的弹性顶力。多个所述吸能装置2设于外支件12上，均包括迫动杆21、中空的壳体22、以及弹性吸能环23，所述壳体22直接或者通过中间件固于外支件12，优选通过螺钉固接或者焊接等方式固定于外支件12背对桩体101的一侧。壳体22径向远离桩体101的区域开设有避让孔221，避让孔221处装有弹性吸能环23，迫动杆21的后段位于壳体22内且周壁设有杆状或片状的刚性挤压体211，迫动杆21的前段与弹性吸能环23相适并经弹性吸能环23伸出壳体22，壳体22内还充满颗粒状的吸能介质24，为迫动杆21的晃动提供摩擦阻力。

在本发明实施例中，所述弹性顶件11可以为气缸、千斤顶或者顶簧等，为了方便本发明的安装施工，所述步骤S2中，包括在安装过程中，使弹性顶件11锁定或者处于收缩状态，当安装完成或者基本完成时，再将弹性顶件11释放或者驱使活动杆伸出，以使弹性顶件11对外支件12和桩体101施以弹性顶力的过程。具体地，弹性顶件11为顶簧或者千斤顶时，可通过高强度的绳索将高度压缩的顶簧或千斤顶绑定，以防止安装过程中顶簧或者千斤顶伸张，释放则可以将绳索松开或者前断；当弹性顶件11为气缸时，可通过控制气缸内的压力以使气缸的活塞杆收缩，而加压则可驱使气缸的活塞杆伸出。

在本发明实施例中，所述迫动杆21可以为一体式杆状结构。而为减少基坑的径向开挖范围，所述迫动杆21可以设计为可伸缩的杆状结构，例如，其可以为千斤顶、气缸或者内部中空的伸缩杆等。所述步骤S2，还包括在安装过程中，使可伸缩的迫动杆21处于收缩状态，待本发明在基坑中安装完成或者即将安装完成时，驱使迫动杆21伸张并向前插入土层中的过程。示例性地，所述迫动杆21包括至少两根活动插装的杆体，相邻的两杆体中，其中，一杆体212的端部开设引导孔2121，另一杆体213活动装接于引导孔2121中并可沿引导孔2121滑动，使迫动杆21可在桩体101的径向方向上实现伸缩，同时，伸入引导孔2121的另一杆体213将引导孔2121的出口封闭形成容积可随两杆体的相对滑动而变化的气腔，另外，所述一杆体212的周壁开开设有通连引导孔2121的气孔2122，所述气孔2122用于连接供气装置，经气孔2122往气腔注入高压气体，可驱使迫动杆21伸张并插入基坑周围的地层中。

S3、对基坑进行回填，以使桩基础加固结构埋于地层中。从而完成本发明抗列车振动的桩基础加固结构的施工，当地铁车辆振动荷载从隧道（未图示）向周围地层传递，并往输电塔100桩基础和输电塔100上部结构传递的过程中，位于前方的迫动杆21率先随地层振动而上下晃动，并在晃动的过程中，一方面压迫弹性吸能环23变形，由弹性吸能环23变形吸收一部分振动能量；同时，迫动杆21的晃动还使得迫动杆21后段及其上的杆状或片状的刚性挤压体211挤压吸能介质24，使吸能介质24在壳体22内运动和摩擦，甚至发生变形和破碎，从而吸收大量的振动能量，由此一来，既可以加固输电塔100的桩基础，也可以吸收大部分的振动能量，保证输电塔100桩基础和输电塔100上部结构的稳定性和安全性。且整个施工过程仅需以对输电塔100桩基础周围进行扩挖并安装加固结构后回填即可达到深层有效的桩基础加固效果，并避免了注浆对周围地下环境的影响。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.抗列车振动的桩基础加固结构，其特征在于，包括：

弹性支顶装置，所述弹性支顶装置包括弹性顶件以及连于弹性顶件远离桩体一端的外支件，弹性顶件接近桩体的一端用于直接或者通过内支件与桩体相抵，弹性顶件用于对外支件施以径向向外的弹性顶力；以及

多个吸能装置，多个所述吸能装置设于外支件上，均包括迫动杆、中空的壳体、以及弹性吸能环，所述壳体直接或者通过中间件固于外支件，壳体径向远离桩体的区域开设有避让孔，避让孔处装有弹性吸能环，迫动杆的后段位于壳体内且周壁设有杆状或片状的刚性挤压体，前段与弹性吸能环相适并经弹性吸能环伸出壳体，壳体内还充满颗粒状的吸能介质，为迫动杆的晃动提供摩擦阻力。

2.如权利要求1所述的抗列车振动的桩基础加固结构，其特征在于：迫动杆为千斤顶、气缸或者内部中空的伸缩杆。

3.如权利要求2所述的抗列车振动的桩基础加固结构，其特征在于：迫动杆包括至少两根活动插装的杆体，相邻的两杆体中，一杆体的端部开设引导孔，另一杆体活动装接于引导孔中并可沿引导孔滑动，伸入引导孔的另一杆体将引导孔的出口封闭形成容积可随两杆体的相对滑动而变化的气腔，另外，所述一杆体的周壁还开设有通连引导孔的气孔，所述气孔用于连接供气装置。

4.如权利要求1所述的抗列车振动的桩基础加固结构，其特征在于：内支件为弧形钢板，并与桩体的周壁贴合。

5.如权利要求1所述的抗列车振动的桩基础加固结构，其特征在于：弹性支顶装置的数量为一组或者多组，为多组时，多组所述弹性支顶装置沿桩体环向间隔分布、或者沿桩体轴向间隔分布、又或者同时沿桩体的轴向和环向间隔分布。

6.如权利要求1所述的抗列车振动的桩基础加固结构，其特征在于：外支件为刚性弧形板或者刚性平板，设于每个外支件的吸能装置的数量为2~5个。

7.如权利要求1至6中任意一项所述的抗列车振动的桩基础加固结构的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、径向扩挖桩体周围地层，形成预定径向尺寸和深度的基坑；

S2、将桩基础加固结构装于基坑的预定位置，并使迫动杆向前插入基坑周围的地层、内支件与桩体相抵；

S3、对基坑进行回填，以使桩基础加固结构埋于地层中。

8.如权利要求7所述的抗列车振动的桩基础加固结构的施工方法，其特征在于：所述步骤S2中，包括在安装过程中，使弹性顶件锁定或者处于收缩状态，当安装完成或者基本完成时，再将弹性顶件释放或者驱使活动杆伸出，以使弹性顶件对外支件和桩体施以弹性顶力的过程。

9.如权利要求7所述的抗列车振动的桩基础加固结构的施工方法，其特征在于：所述步骤S2中，包括在安装过程中，使可伸缩的迫动杆处于收缩状态，待本发明在基坑中安装完成或者即将安装完成时，驱使迫动杆21伸张并向前插入土层中的过程。

10.如权利要求7至9中任意一项所述的抗列车振动的桩基础加固结构的施工方法，其特征在于：桩基础加固结构装设于地层距离桩体顶端十米以内的深度位置。

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