CN115030219A - 一种基于排水桩及虹吸平衡的管廊抗浮装置及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于排水桩及虹吸平衡的管廊抗浮装置及施工方法，包括埋设于砂土地基中的地下管廊，地下管廊的顶部设有横梁，地下管廊两侧设有排水桩，排水桩上部预设有限位装置，所述的限位装置底部与横梁接触，两侧排水桩靠近地下管廊的一面均设有排水体，所述的排水体通过虹吸管与集水池连接，所述的排水体采用变截面结构，其内部嵌有塞子。本发明通过在变截面的排水体内预埋橡胶塞，排水体内水位上升时橡胶塞上升，可以通过虹吸管将排水体内的水体排至集水池，排水体内水位下降时，橡胶塞固定到恒定位置，使得虹吸管与橡胶塞上部长期保持有水状态；通过在虹吸管靠近排水体位置处布设单向阀，可起到防止虹吸管将集水池内的水体吸至排水体内。
Description
技术领域
本发明涉及一种管廊抗浮装置及施工方法，尤其涉及一种基于排水桩及虹吸平衡的管廊抗浮装置及施工方法。
背景技术
自2016年以来，我国地下管廊建设的总长度已从479.4km增长到4679.6km，呈井喷式发展，尤其是长江中下游地区广泛分布着砂土地基，使得大量综合管廊位于砂土地基中，在强降雨条件下使得砂土地基的地下水位逐年升高，同时我国位于太平洋地震带与欧亚地震带之间，是一个地震灾害严重的国家，而地下管廊外围饱和砂土地基在地震荷载作用下液化导致地下管廊不均匀上浮对管廊产生相当严重的破坏，已引起国内外工程师们的广泛关注。砂土地基液化是指饱和疏松的粉砂受到突然的剧烈震动，土骨架有挤密压缩的趋势，短时间内饱和砂土地基中的孔隙水无法排出土体，使得土颗粒间有效应力逐渐减小为零，最终砂土失去抗剪强度，呈现出类似液态的震害现象。
实际工程中常采用置换法、密实法、围封法和灌浆搅拌法等措施改良土体性质和使用增压法、排水法、加筋法为主要措施的改善土体应力应变条件的抗液化措施。这些方法因有造价高的共性，使得在大面积液化地基的应用上受限。随着排水刚性桩技术的提出，因其具有在不折损桩基承载力的基础上还可有效排除桩周饱和砂土地基中的水体，减小砂土地基震害后液化的可能，使得排水桩得以快速应用。
在本发明之前，中国专利“一种地铁车站抗地震液化上浮的结构及方法”专利号：CN108532647A使用打锚杆的方法将抗浮锚杆打入液化层下部的非液化地层，从而达到有效减小砂土地基液化对地铁车站液化上浮产生的危害。但地基液化后抗浮锚杆与液化土层的摩擦力低，且抗浮锚杆的造价较高，引起亟需对地下管廊此类地下构筑物进行新的研究设计。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种基于排水桩及虹吸平衡的管廊抗浮装置及施工方法，可以长期维持地下水位不高于设计标高，且可以快速消散地震作用下饱和砂土地基产生的超孔隙水压力，从而显著提高砂土地基中地下管廊的稳定，进而提高管廊的服役时间。
技术方案：本发明包括埋设于砂土地基中的地下管廊，所述地下管廊的顶部设有横梁，地下管廊两侧设有排水桩，所述排水桩上部预设有限位装置，所述的限位装置底部与横梁接触，两侧排水桩靠近地下管廊的一面均设有排水体，所述的排水体通过虹吸管与集水池连接，所述的排水体采用变截面结构，其内部嵌有塞子。
所述排水体采用由土工布包裹的塑料板制成，排水体上部由不透水膜包裹。
所述的塞子为橡胶塞，所述橡胶塞距离排水体顶部的距离取值为砂土地基中地下水位或1/2地下管廊高度两者中的较大值。
所述虹吸管靠近排水体的一端设有单向阀，作用为仅允许水从排水体流向集水池，防止虹吸管将集水池中的水体吸至排水体内。
所述的虹吸管采用PVC管。
所述横梁侧面与排水桩侧面通过钢板和螺栓连接。
所述的横梁为预制钢筋混凝土横梁。
所述的排水桩为钢筋混凝土预制桩。
一种基于排水桩及虹吸平衡的管廊抗浮装置的施工方法，包括以下步骤：
步骤一：将饱和砂土地基中的地下水位降至设计标高；
步骤二：将饱和砂土地基开挖至设计标高位置；
步骤三：将地下管廊预埋至设计位置，同时回填管廊两侧砂土，并振密；
步骤四：将横梁固定于在地下管廊顶部；
步骤五：将排水桩打入设计位置，使限位装置底部刚接触横梁处，同时确保排水桩中的排水体具有正常工作能力；
步骤六：将横梁与排水桩连接；
步骤七：将虹吸管与排水桩顶部密封的排水体连接，并将虹吸管的另外一端放置在管廊外的集水池内；
步骤八：进一步回填砂土，直至填至设计标高位置；
步骤九：重复步骤一～步骤八，沿地下管廊长度方向间隔布设上述加固装置。
有益效果：本发明利用刚性排水桩的限位装置以及钢板将排水刚性桩与预制钢筋混凝土横梁组成H型构筑物，有效限制地下管廊在砂土地基液化工况下因不均匀上浮产生的破坏；通过在变截面的排水体内预埋橡胶塞，排水体内水位上升时橡胶塞上升，可以通过虹吸管将排水体内的水体排至集水池，排水体内水位下降时，橡胶塞固定到恒定位置，使得虹吸管与橡胶塞上部长期保持有水状态；通过在虹吸管靠近排水体位置处布设单向阀，可起到防止虹吸管将集水池内的水体吸至排水体内；利用排水桩的排水体将管廊外围砂土地基中的水体通过排水体与虹吸管排至集水池，可达到长期维持地下水位恒定以及快速消散地震作用下管廊周围砂土地基中产生的超孔隙水压力，提高地下管廊的稳定性；采用虹吸管将管廊周围的水排除至集水池内，成本低廉，设备简单。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的刚性排水桩与钢筋混凝土横梁的连接部位示意图；
图3为本发明的排水体及虹吸管部位示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1至图3所示，本发明包括饱和砂土地基1，饱和砂土地基1内设有地下管廊3，将地下管廊3预埋至设计位置后回填管廊两侧的砂土2，地下管廊3为砂土2中的浅埋结构，地下管廊3顶部设有横梁6，横梁6为预制钢筋混凝土横梁，长度根据管廊横截面的宽度确定，一般较管廊横截面长20～50cm，横梁6的宽度为25～35cm。地下管廊3两侧设有排水桩4，排水桩4为一种钢筋混凝土预制桩，桩长约10～20m，排水桩4布设于地下管廊3外侧20～50cm位置，距排水桩4顶部2～3m的位置处预设有限位装置5，限位装置5为一种钢筋混凝土预制构件，其宽度与排水桩4的宽度一致。限位装置5底部与横梁6接触，横梁6侧面与排水桩4侧面通过钢板13和螺栓14连接。
两侧排水桩4靠近管廊的一面均设有排水体10，排水体10顶部与虹吸管7密闭连接，虹吸管7为具有柔性的PVC管，PVC管直径约50～100mm，虹吸管7另一端预埋于距管廊约3～5m外的集水池8水位线以内。虹吸管7靠近排水体10一端设有单向阀12，作用为仅允许水从排水体10流向集水池8，防止虹吸管7将集水池8中的水体吸至排水体10内。
如图2和图3所示，排水体10为底部截面小顶部横截面大的1/2变截面圆柱体，排水体10采用由土工布包裹的塑料板制成，靠近排水桩4顶部的排水体10由不透水膜11包裹，距排水体10顶部h1位置处有橡胶塞9。排水体10内的橡胶塞9的高度h1，取值为砂土地基中常年地下水位或1/2管廊高度两者中较高的值。排水体10内的橡胶塞9根据所受浮力的大小布设于距排水体10顶部h1位置处，当排水体10内的水位上升时，橡胶塞9所受浮力增大向上移动，此时橡胶塞9下的水经橡胶塞9与排水体10间的孔隙向上排除，经单向阀12后沿虹吸管7排至集水池8内。当排水体10内的水位下降时，橡胶塞9保持h1位置不变，橡胶塞9起到防止上方水体向下流失的目的。
本发明的施工方法包括以下步骤：
步骤一：使用井点降水法将饱和砂土地基1中的地下水位降至设计标高；
步骤二：将饱和砂土地基1根据设计需要开挖至设计标高位置；
步骤三：根据设计要求将地下管廊3预埋至设计位置，同时回填管廊两侧砂土2，并使用振动器振密；
步骤四：将钢筋混凝土预制横梁固定于在地下管廊3顶部；
步骤五：根据设计要求将排水桩4打入设计位置，即使限位装置底部刚接触预制钢筋混凝土横梁处，同时确保排水桩4中的排水体具有正常工作能力；
步骤六：使用螺栓14与钢板13钢板将横梁6与排水桩4连接，使得横梁6与排水桩4成为一个整体；
步骤七：将虹吸管7与排水桩4顶部密封的排水体连接，并将虹吸管7的另外一端放置在管廊外的集水池8内；
步骤八：进一步回填砂土2，直至填至设计标高位置；
步骤九：重复步骤一～步骤八，沿地下管廊长度方向每隔100～500m布设一个加固装置，不仅可以有效保持管廊外围土体长期位于恒定水位，还可以快速消散地震荷载作用下产生的超孔隙水，起到防止地震荷载作用下地基液化引起地下管廊不均匀上浮产生的破坏。
Claims (9)
1.一种基于排水桩及虹吸平衡的管廊抗浮装置，其特征在于，包括埋设于砂土地基中的地下管廊(3)，所述地下管廊(3)的顶部设有横梁(6)，地下管廊(3)两侧设有排水桩(4)，所述排水桩(4)上部预设有限位装置(5)，所述的限位装置(5)底部与横梁(6)接触，两侧排水桩(4)靠近地下管廊(3)的一面均设有排水体(10)，所述的排水体(10)通过虹吸管(7)与集水池(8)连接，所述的排水体(10)采用变截面结构，其内部嵌有塞子。
2.根据权利要求1所述的一种基于排水桩及虹吸平衡的管廊抗浮装置，其特征在于，所述排水体(10)采用由土工布包裹的塑料板制成，排水体(10)上部由不透水膜(11)包裹。
3.根据权利要求1所述的一种基于排水桩及虹吸平衡的管廊抗浮装置，其特征在于，所述的塞子为橡胶塞(9)，所述橡胶塞(9)距离排水体(10)顶部的距离取值为砂土地基中地下水位或1/2地下管廊高度两者中的较大值。
4.根据权利要求1所述的一种基于排水桩及虹吸平衡的管廊抗浮装置，其特征在于，所述虹吸管(7)靠近排水体(10)的一端设有单向阀(12)。
5.根据权利要求1或4所述的一种基于排水桩及虹吸平衡的管廊抗浮装置，其特征在于，所述的虹吸管(7)采用PVC管。
6.根据权利要求1所述的一种基于排水桩及虹吸平衡的管廊抗浮装置，其特征在于，所述横梁(6)侧面与排水桩(4)侧面通过钢板(13)和螺栓(14)连接。
7.根据权利要求1或6所述的一种基于排水桩及虹吸平衡的管廊抗浮装置，其特征在于，所述的横梁(6)为预制钢筋混凝土横梁。
8.根据权利要求1或6所述的一种基于排水桩及虹吸平衡的管廊抗浮装置，其特征在于，所述的排水桩(4)为钢筋混凝土预制桩。
9.基于权利要求1～8任一项所述的一种基于排水桩及虹吸平衡的管廊抗浮装置的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将饱和砂土地基中的地下水位降至设计标高；
步骤二：将饱和砂土地基开挖至设计标高位置；
步骤三：将地下管廊预埋至设计位置，同时回填管廊两侧砂土，并振密；
步骤四：将横梁固定于在地下管廊顶部；
步骤五：将排水桩打入设计位置，使限位装置底部刚接触横梁处，同时确保排水桩中的排水体具有正常工作能力；
步骤六：将横梁与排水桩连接；
步骤七：将虹吸管与排水桩顶部密封的排水体连接，并将虹吸管的另外一端放置在管廊外的集水池内；
步骤八：进一步回填砂土，直至填至设计标高位置；
步骤九：重复步骤一～步骤八，沿地下管廊长度方向间隔布设上述加固装置。
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