CN209779666U - 一种岩锥体斜坡上的桥梁基础空间防护结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种岩锥体斜坡上的桥梁基础空间防护结构，它包括设置在桥梁桩基周围的防护桩，防护桩桩顶布置的连系梁，桩顶连系梁间的中间连系梁，挡墙以及桩间混凝土板，防护桩布置在桥梁桩基的远离边坡的桥梁桩基和靠近边坡的桥梁桩基的外侧，且两处防护桩均呈类三角形方式布置，靠近边坡的桥梁桩基外侧的防护桩呈锐角类三角形分布，该防护桩顶部上方布置挡墙，远离边坡的桥梁桩基外侧的防护桩呈钝角类三角形分布，该防护桩顶部下方布置桩间混凝土板，两部分类三角形分布的防护桩间均由桩顶连系梁相连接。本实用新型消除了因岩锥体滑动引起的桥梁基础的剪切力，保证桥梁基础的受力稳定性及上部桥梁结构的稳定性。

Description

一种岩锥体斜坡上的桥梁基础空间防护结构

技术领域

本发明涉及土木工程建筑领域中，山区岩锥体斜坡上的桥梁门型桩基础防护技术。

背景技术

岩锥体是陡山陡崖长期小规模掉落、坍塌与局部垮塌的岩碴，堆积在山崖下部，表面坡度接近其自然休止角，表部一定深度范围内的碎块石岩碴在降雨和自重作用下，会持续缓慢地向坡下变形移动，其表面呈似圆锥形的不完整堆积体。岩锥体内部结构往往因周期性的塌落-堆积而具有二元性，即锥体坡面法向上“下(层)粗上(层)细”的韵律分布特点和锥体坡面切向上的“(坡)上细(坡)下粗”的空间分布特征。岩锥体分为活动型、休眠型和稳定型(又称“死亡”型岩锥)岩锥体。活动性岩锥体是指其上部山崖岩块及碎石正在持续性不断地塌落，堆积在原有岩锥体表面，使岩锥变大的岩锥。休眠型岩锥是指上部山崖岩体数年或数十年处于暂时稳定状态，没有岩块或碎石塌落，下部原有岩锥体表面暂时没有接受堆积，锥体坡表杂草或低矮灌木纵发育，但若遇地震或山崖岩体的卸荷持续变形，下一次崩塌随时可能发生而接受堆积的岩锥。“死亡”型岩锥是指上部山崖岩体数十年或更长时间处于稳定状态，下部原有岩锥体表面没有接受堆积，锥体坡表杂草或低矮灌木纵和乔木发育的岩锥。不管是活动型岩锥还是“死亡”型岩锥，其坡表岩土都处于极限稳定状态，在降雨饱水或中小地震扰动下都会产生不同程度的变形，甚至局部滑塌。

随着我国经济发展和基础建设水平的增加，西部大开发的推进，在高原地区逐渐增多的铁路、公路及桥梁修筑过程中，不可避免会遇到很多岩锥体斜坡。工程建设中活动型岩锥体必须回避，而休眠型岩锥稳定性稍好，可加以使用，但还是达不到工程要求。在休眠型岩锥体上修桥、路基，特别是修桥时，开挖会使岩锥体发生扰动变形，而在此类区域采用传统的拉锚结构因锚固体不可靠而支护效果很差。目前工程上采取的方法是，在桥梁桩基的上侧和下侧设置抗滑桩，呈一字型排列，形成一个安全走廊。这种在其上下侧分别设置一字型分布的抗滑结构，纯粹采用抗滑桩本身的强度和刚度来抵挡岩锥表层向下变形产生的作用，这样设计的抗滑桩，无论对桩长、桩径、桩距和施工的可操作性，都有很高的要求，造价昂贵且不能完全保证安全。

因此，迫切需要一种新的结构或措施来解决岩锥体斜坡上桥梁基础的防护加固问题，且需要具有造价经济、施工简单易行等特点。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提出一种在高原地区的休眠岩锥区域，岩锥体斜坡上修建桥梁基础的空间防护结构。在靠近边坡的桥梁桩基外侧设置类三角形分布的防护结构，防护结构由间隔的防护桩与连系梁组成；远离边坡的桥梁桩基外侧方向也设置类三角形分布的防护结构。靠近边坡的桥梁桩基外侧的类三角形防护结构呈锐角类三角形分布，形成类似于“导流”的形式，“上部超压、下部负压”，可以降低休眠岩锥下滑过程中对桥梁基础的作用力。而远离边坡的桥梁桩基外侧的类三角形防护结构呈钝角类三角形分布，可以增加桥梁基础及其周围岩土体的抗力，从而减少桥梁桩基因偏压作用造成弯矩及对桩基产生的拉力。

技术术语解释：

上部超压、下部负压：将滑动的岩锥看做流体，则上部承受相对集中荷载作用，由于类三角形空间结构作用，上部荷载传递至下部时荷载扩散，减小处于类三角形内部桩基所受荷载。

超压：类三角形结构承担主要荷载并传至两腰底部，所受荷载大于未设置类三角形结构时的原处荷载。

负压：由于主要荷载被类三角形结构承受，故类三角形内部荷载小于未设类三角形结构的原处荷载。

术语：潜在变形界面-即变形下限，岩锥体边坡坡表岩土都处于极限稳定状态，在降雨饱水或中小地震等外界环境的扰动下都会产生不同程度的变形，甚至局部滑塌，而变形下限就是这些环境改变时变形体的下界面。

本发明采用如下技术方案：

一种岩锥体斜坡上的桥梁基础空间防护结构，包括防护桩、连系梁，靠近边坡的桥梁桩基6、远离边坡的桥梁桩基5外侧均布置防护桩，靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩2呈符号“Λ”状排列布置，符号“Λ”的夹角为α，α＜90°，远离边坡的桥梁桩基外侧防护桩1 呈字母“V”字状排列布置，且字母“V”字的夹角为β，90°＜β＜ 180°，靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩2之间采用连系梁连接，靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁4的“Λ”状内角正对靠近边坡的桥梁桩基6、远离边坡的桥梁桩基5外侧防护桩之间采用连系梁连接，远离边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁3的“V”状内角正对远离边坡的桥梁桩基5，承台7安装于靠近边坡的桥梁桩基6、远离边坡的桥梁桩基5之间，并露出地面，桥墩8安装于承台7上，桥板9安装于桥墩8上，靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁4 与远离边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁3之间通过中间连系梁 12连接在一起，靠近边坡的桥梁桩基6、远离边坡的桥梁桩基5、承台7、桥墩8、桥板9的投影均置于连系梁空间顺次连线围成的区域内。

本发明进一步的技术方案是，所述远离边坡的桥梁桩基外侧防护桩1、靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩2均采用人工挖孔的钢筋混凝土圆桩，桩径为φ1000mm～φ2000mm，远离边坡的桥梁桩基外侧的防护桩1桩径小于靠近边坡的桥梁桩基外侧的防护桩2，且埋深大于潜在变形界面11。

本发明进一步的技术方案是，所述远离边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁3、靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁4均由钢筋混凝土制成，远离边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁3、靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁4的截面均为固定尺寸的长方形，且远离边坡的桥梁桩基外侧防护桩的连系梁3截面积小于靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩的连系梁4。

本发明进一步的技术方案是，靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩2 冒出地面一端的端头靠近岩锥体斜坡面10距离1m，并在防护桩端头位置设置桩端连系梁4，埋深1m，总高2m，靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁4的末端水平面与远离边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁3在同一水平面，且远离边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁3和中间连系梁12均在一个水平面上。

本发明进一步的技术方案是，靠近边坡的桥梁桩基6外侧的防护桩设置为3根或5根或7根或9根，修改为远离边坡的桥梁桩基5外侧的防护桩设置为3根或5根。

挡墙13安装于靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁4上方；桩间混凝土板14安装于远离边坡的桥梁桩基外侧防护桩的连系梁3下方防护桩之间。

本发明进一步的技术方案是，靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩2 顶面不在同一个水平面上，浇筑混凝土布置靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁4模板时增加顶面模板，分台阶进行浇筑。

本发明中的防护结构中挡墙的设置，相当于“分流面”，可与岩锥体垮塌的块石形成拱形分布，防护桩的分布可以稀疏一些，能够形成一个“导流”的形式即可，相当于“导流墙”，拱形外侧是超压，内侧是负压。远离边坡的桥梁桩基外侧的防护桩与桩间混凝土板组合结构是为了防止桩后侧变形，可增强桩基及周围岩土体的抗力。

本发明提出的类三角形排列的空间防护桩结构，一方面利用流体力学的原理，可降低岩锥体垮塌对桥梁基础的作用力；另一方面利用其空间结构的自稳性，增强对其作用力的抵抗力，从而可以降低造价并提高结构稳定性。

若地质条件允许，地表设计稳定性好，防护桩的类三角形结构可为垮塌块石形提供“引导线”，作为引导结构，促使其形成拱形自稳结构(拱形分布)，从而降低作用在类三角形结构上的荷载，即荷载由类三角形结构和自稳结构共同承担，防护桩分布可稀疏一些。

附图说明

图1为本发明岩锥体斜坡上的桥梁基础空间防护结构的整体三维图；

图2为本发明岩锥体斜坡上的桥梁基础空间防护结构的局部三维图；

图3为本发明岩锥体斜坡上的桥梁基础空间防护结构的轴测图；

图4为本发明岩锥体斜坡上的桥梁基础空间防护结构的主视图；

图5为本发明岩锥体斜坡上的桥梁基础空间防护结构的俯视图；

图中，1-远离边坡的桥梁桩基外侧防护桩、2-靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩、3-远离边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁、4- 靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁、5-远离边坡的桥梁桩基 (远离坡顶方向的桩基)、6-靠近边坡的桥梁桩基(靠近坡顶方向的桩基)、7-承台、8-桥墩、9-桥板、10-岩锥体斜坡面、11-潜在变形界面、12-中间连系梁、13-挡墙、14-桩间混凝土板。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

如图1-5所示，本发明的岩锥体斜坡上的桥梁基础空间防护结构，包括防护桩、连系梁，靠近边坡的桥梁桩基6、远离边坡的桥梁桩基5外侧均布置防护桩，靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩2呈符号“Λ”状排列布置，符号“Λ”的夹角为α，α＜90°，远离边坡的桥梁桩基外侧防护桩1呈字母“V”字状排列布置，且字母“V”字的夹角为β，90°＜β＜180°，靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩2之间采用连系梁连接，靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁4的“Λ”状内角正对靠近边坡的桥梁桩基6、远离边坡的桥梁桩基外侧防护桩1之间采用连系梁连接，远离边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁3的“V”状内角正对远离边坡的桥梁桩基5，承台7安装于靠近边坡的桥梁桩基6、远离边坡的桥梁桩基5之间，并露出地面，桥墩8安装于承台7上，桥板9安装于桥墩8上，靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁4与远离边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁3之间通过中间连系梁12连接在一起，靠近边坡的桥梁桩基6、远离边坡的桥梁桩基5、承台7、桥墩8、桥板9的投影均置于连系梁空间顺次连线围成的区域内。

施工前，可先对岩锥体边坡表面喷混凝土进行硬化固结，即在安全条件允许的情况下再施工。对岩锥地区打桩通常选用人工挖孔的钢筋混凝土桩，本方案可先进行防护桩施工，再进行工程桩即桥梁桩基的施工，防护桩与连系梁的施工可为后续工程桩的施工提供工作面。

防护桩采用人工挖孔的钢筋混凝土圆桩，桩径取φ1000mm～φ 2000mm，远离边坡的桥梁桩基外侧的防护桩桩径可稍小于靠近边坡的桥梁桩基外侧的防护桩，且防护桩的埋深稍大于潜在变形界面11即可。根据桥梁桩基的类型，靠近边坡的桥梁桩基外侧的防护桩可设置 3或5根或7根或9根，远离边坡的桥梁桩基外侧的防护桩可设置为 3根或5根。

连系梁由钢筋混凝土浇筑而成，分别连接远离边坡的桥梁桩基5、靠近边坡的桥梁桩基6外侧的防护桩。靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁4顶面与岩锥边坡角度一致，施工时，防护桩冒出地面一端的端头靠近岩锥体斜坡面10距离1m，并在防护桩端头位置设置连系梁，靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁4，由于连系梁顶面和底面不在同一个水平面上，浇筑混凝土布置模板时，设置增加顶面模板，且可分台阶进行浇筑。连系梁截面为固定尺寸的长方形，远离边坡的桥梁桩基外侧的防护桩所连接的连系梁截面可稍小于靠近边坡的桥梁桩基外侧的连系梁。

靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁4的末端水平面与远离边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁3在同一水平面，且远离边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁3和中间连系梁12均在一个水平面上。

远离边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁3与中间连系梁12设置于同一平面上，有利于后期工程桩的施工操作。

挡墙13安装于靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁4上方；桩间混凝土板14安装于远离边坡的桥梁桩基外侧防护桩的连系梁3下方防护桩之间。

挡墙13底面与靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁4顶面接触,可阻挡岩锥边坡上方碎石等掉落至防护桩处；桩间混凝土板 14顶面与远离边坡的桥梁桩基外侧防护桩的连系梁3底面接触，远离边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁3与桩间混凝土板可填筑形成水平工作面，方便后续工程桩的施工。

本发明提出的类三角形排列的防护桩结构，一方面利用流体力学的原理，降低活动性岩锥体滑动时对桥梁基础的剪切作用力；另一方面利用防护桩呈类三角状布置空间结构的自稳性，增强桥梁基础对岩锥滑动作用力的抵抗力，从而可以克服传统线性分布防护桩造价高且忽略结构自稳作用的缺点。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.岩锥体斜坡上的桥梁基础空间防护结构，包括设置在桥梁桩基周围的防护桩，以及设置在防护桩桩顶处的连系梁，其特征是：靠近边坡的桥梁桩基(6)、远离边坡的桥梁桩基(5)外侧均布置防护桩，靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩(2)呈符号“Λ”状排列布置，符号“Λ”的夹角为α，α＜90°，远离边坡的桥梁桩基外侧防护桩(1)呈字母“V”字状排列布置，且字母“V”字的夹角为β，90°＜β＜180°，靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩(2)之间采用连系梁连接，靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁(4)的“Λ”状内角正对靠近边坡的桥梁桩基(6)，远离边坡的桥梁桩基(5)外侧防护桩间采用连系梁连接，远离边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁(3)的“V”状内角正对远离边坡的桥梁桩基(5)，承台(7)安装于靠近边坡的桥梁桩基(6)、远离边坡的桥梁桩基(5)之间，并露出地面，桥墩(8)安装于承台(7)上，桥板(9)安装于桥墩(8)上，靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁(4)与远离边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁(3)之间通过中间连系梁(12)连接在一起，靠近边坡的桥梁桩基(6)、远离边坡的桥梁桩基(5)、承台(7)、桥墩(8)、桥板(9)的投影均置于连系梁空间顺次连线围成的区域内。

2.如权利要求1所述的岩锥体斜坡上的桥梁基础空间防护结构，其特征是：所述远离边坡的桥梁桩基外侧防护桩(1)、靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩(2)均采用人工挖孔的钢筋混凝土圆桩，桩径为φ1000mm～φ2000mm，远离边坡的桥梁桩基外侧的防护桩(1)桩径小于靠近边坡的桥梁桩基外侧的防护桩(2)，且埋深均大于潜在变形界面(11)。

3.如权利要求1所述的岩锥体斜坡上的桥梁基础空间防护结构，其特征是：所述远离边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁(3)、靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁(4)均由钢筋混凝土制成，远离边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁(3)、靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁(4)的截面均为固定尺寸的长方形，且远离边坡的桥梁桩基外侧防护桩的连系梁(3)截面积小于靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩的连系梁(4)。

4.如权利要求1或2所述的岩锥体斜坡上的桥梁基础空间防护结构，其特征是：靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩(2)冒出地面一端的端头靠近岩锥体斜坡面(10)距离1m，并在防护桩端头位置设置桩端连系梁(4)，埋深1m，总高2m，靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁(4)的末端水平面与远离边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁(3)在同一水平面，且远离边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁(3)和中间连系梁(12)均在一个水平面上。

5.如权利要求1所述的岩锥体斜坡上的桥梁基础空间防护结构，其特征是：靠近边坡的桥梁桩基(6)外侧的防护桩设置为3根或5根或7根或9根，远离边坡的桥梁桩基(5)外侧的防护桩设置为3根或5根。

6.如权利要求1所述的岩锥体斜坡上的桥梁基础空间防护结构，其特征是：挡墙(13)安装于靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁(4)上方；桩间混凝土板(14)安装于远离边坡的桥梁桩基外侧防护桩的连系梁(3)下方防护桩之间。

7.如权利要求4所述的岩锥体斜坡上的桥梁基础空间防护结构，其特征是：在靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩(2)上浇筑混凝土布置靠近边坡的桥梁桩基外侧防护桩端的连系梁(4)时，增加顶面模板，分台阶进行浇筑。