[發(fā)明專利]一種套管樁—基礎(chǔ)墊層聯(lián)合隔震體系及其套管樁施工方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011505984.0
• 申請(qǐng)日: 2020-12-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112482447A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 巴振寧;吳孟桃;魯世斌;梁建文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): E02D31/08
• 分類號(hào): E02D31/08;E02D27/12
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 王蒙蒙

本發(fā)明公開(kāi)了一種套管樁—基礎(chǔ)墊層聯(lián)合隔震體系及其套管樁施工方法，包括基礎(chǔ)墊層和多個(gè)套管樁，基礎(chǔ)墊層布置在樁承臺(tái)下方、并位于周圍土體內(nèi)；每個(gè)套管樁包括樁體、套管和填充材料，樁體的樁頂穿過(guò)基礎(chǔ)墊層嵌入至樁承臺(tái)內(nèi)與樁承臺(tái)固定連接，樁體的樁底穿過(guò)周圍土體深入至堅(jiān)硬土層內(nèi)；套管套設(shè)在樁體的外部，填充材料填充在套管與樁體之間。本發(fā)明利用橡膠砂材料本身的摩擦耗能、形變耗能以及其固有的阻尼特性削弱地震波傳播的能量；同時(shí)利用套管樁和隔震墊層聯(lián)合體系這一結(jié)構(gòu)減小隔震層水平剛度，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)自振周期進(jìn)而有效減弱了地震動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)的影響；與此隔震體系相對(duì)應(yīng)的施工工藝避免了對(duì)套管隔離層的破壞，施工工序也更為合理。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及建筑結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別涉及一種套管樁—基礎(chǔ)墊層聯(lián)合隔震體系及其套管樁施工方法。

背景技術(shù)

地震是目前世界上最具威脅和破壞性的自然災(zāi)害之一。長(zhǎng)期以來(lái)，人們致力于研究如何預(yù)測(cè)或預(yù)防這種極不確定的災(zāi)害，但由于地震發(fā)生過(guò)程復(fù)雜，而現(xiàn)階段人們對(duì)于地球的認(rèn)識(shí)仍具局限性，研究其中機(jī)理是極其困難的。因此，為避免生命財(cái)產(chǎn)安全受到嚴(yán)重的損失，必須從人們進(jìn)行日常活動(dòng)的建筑物本身入手，增強(qiáng)其本身的抗震性能或隔震性能，以達(dá)到在地震來(lái)臨時(shí)減小其破壞作用的目的。傳統(tǒng)減小地震動(dòng)破壞的措施是從抗震角度出發(fā)，通過(guò)增加結(jié)構(gòu)本身的剛度，使結(jié)構(gòu)豎向和水平向剛度趨于均勻，進(jìn)而減小其遭受結(jié)構(gòu)底部水平作用時(shí)形變過(guò)大導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效這一問(wèn)題的可能性，同時(shí)通過(guò)增加這種抗性，消除或減小結(jié)構(gòu)薄弱層的影響。現(xiàn)如今新興的建筑隔震技術(shù)應(yīng)用廣泛，隔震體系主要由上部結(jié)構(gòu)、隔震層、下部結(jié)構(gòu)三部分組成。其隔震機(jī)理主要是通過(guò)隔震層的作用將結(jié)構(gòu)物與固結(jié)于地基中的基礎(chǔ)頂面分開(kāi)，而隔震層本身的水平剛度顯著低于上部結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，使得地震動(dòng)所產(chǎn)生的能量傳來(lái)時(shí)隔震層本身發(fā)生較大形變，進(jìn)而減少向上傳遞的能量。總的來(lái)說(shuō)，抗震技術(shù)是以“抗”為主，增加結(jié)構(gòu)本身的剛度；隔震技術(shù)是以“放”為主，增加隔震層的柔度。

目前工程應(yīng)用中最常見(jiàn)的是以疊層天然橡膠支座加阻尼、鉛芯疊層橡膠支座和高阻尼疊層橡膠支座為基礎(chǔ)的疊層橡膠隔震系統(tǒng)和以聚四氯乙烯摩擦板為基礎(chǔ)的摩擦滑移隔震系統(tǒng)。雖然隔震技術(shù)已趨于多元化，且措施方法也日漸成熟，但仍存在不少短板。當(dāng)隔震技術(shù)應(yīng)用于自振周期較長(zhǎng)的高層建筑時(shí)，對(duì)于支座部分的抗拔、拉強(qiáng)度的要求比較苛刻，需要解決隔震抗傾覆和支座受拉的問(wèn)題；此外，隔震技術(shù)往往通過(guò)降低阻尼比、延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)基本周期來(lái)達(dá)到隔震效果，這勢(shì)必會(huì)降低隔震系統(tǒng)本身的剛度，增大形變量。在長(zhǎng)期往復(fù)的作用下，其本身抗震效果會(huì)顯著降低，尤其對(duì)于具有長(zhǎng)周期成分的近斷層地震，長(zhǎng)周期的隔震結(jié)構(gòu)將遭受更不利的影響。

因此，采用一種既可降低結(jié)構(gòu)阻尼比、延長(zhǎng)自振周期，又可規(guī)避支座受拉問(wèn)題，保證一定使用壽命的，符合當(dāng)今綠色建筑、節(jié)能環(huán)保理念的隔震方式成為了一個(gè)優(yōu)選方案。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)階段隔震技術(shù)中存在的缺陷，提供一種套管樁—基礎(chǔ)墊層聯(lián)合隔震體系及其套管樁施工方法。本發(fā)明對(duì)基礎(chǔ)下部樁體部分進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，通過(guò)增加一個(gè)直徑大于樁體本身的套管，向其中加入制備好的土—橡膠集料混合材料，并在套筒外部進(jìn)行與土壤介質(zhì)的隔離處理來(lái)實(shí)現(xiàn)樁基的隔震效果。此外，基礎(chǔ)墊層也同樣采用含有以這種橡膠集料與砂土混合而成橡膠砂的橡膠混凝土材料。綜合利用樁體、墊層材料和結(jié)構(gòu)的改變，起到耗散地震能量、減弱地震影響進(jìn)而達(dá)到隔離地震的效果。

本發(fā)明采用的套管樁結(jié)構(gòu)及其中的橡膠砂由于本身的高彈性、低模量的特性降低了整體結(jié)構(gòu)的阻尼比，延長(zhǎng)了結(jié)構(gòu)的基本周期，達(dá)到隔震效果。該結(jié)構(gòu)利用振動(dòng)波在遇到隔震材料后發(fā)生反射、折射及衍射形成的相位差，并在套筒外部設(shè)置隔離層，使部分地震動(dòng)能量發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

套管樁內(nèi)新型橡膠砂的比重、剪切模量較小，在受到地震動(dòng)傳遞的能量時(shí)一方面會(huì)產(chǎn)生較大的橫向變形，另一方面會(huì)利用自身顆粒與顆粒之間的摩擦作用消耗部分地震能量。此外河砂本身固有的阻尼特性同樣會(huì)使地震作用減弱。因此從隔震體系下部向上傳遞的波動(dòng)以及波的透射作用而引起的結(jié)構(gòu)反應(yīng)將主要由隔震層吸收能量實(shí)現(xiàn)，從而延長(zhǎng)套管裝使用壽命。