一种桩-锚-梁复合消能减震结构体系及施工方法

摘要

本发明涉及一种桩‑锚‑梁复合消能减震结构体系，包括：锚筋，锚固在待加固岩体中；连系梁，在待加固岩体表面通长设置，连接同一排锚筋的锚固端；承力桩，设置在待加固岩体坡面外侧，每一根承力桩与相应的其中一根或一列锚筋所在位置对应；并且，所述锚筋的锚固端设置一消能减震锚头，锚筋通过该消能减震锚头锚固于连系梁上，消能减震锚头的外侧设置一找平垫板，找平垫板连接一阻尼装置的一端，阻尼装置的另一端连接在承力桩的侧面。本发明能够将地震能消耗，既防止危岩体由于过大的地震冲击力脱离母体基岩而崩塌，又能够减小防护结构的力学及几何参数，在达到提高经济效益的目的下最大程度的避免崩塌灾害的发生。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑结构消能减震技术领域，具体涉及一种桩-锚-梁复合消能减震结构体系及施工方法。

背景技术

我国山区地质灾害频发，地震是使其发生的重要因素，会引起崩塌、滑坡等灾害。锚索、格构梁、抗滑桩等是加固危岩体、滑坡体的常用支护结构，对于体量大的潜在危岩体，采用传统的单种或多种支护结构，以抵御地震动力荷载的冲击，需要较大成本的投入，且由于对地震动力随机性的预测不足，而导致支护结构设计上的困难，或设计不足，或过多而浪费。

在先中国发明专利申请CN104746515A公开了一种反向预应力锚索加固结构，该预应力锚索加固结构施工具有一定安全性，可避免施工中出现的风险，但该专利并未涉及到地震作用下预应力锚索加固的有效性。在地震动力往复荷载的冲击下，危岩体的变形运动较为剧烈，上述装置未必能够发挥出有效的作用。

在先中国实用新型专利CN207405635U公开了一种抗滑桩加多排抗滑锚杆治理顺层滑坡的抗滑结构，其是由抗滑桩、抗滑锚杆、土钉墙或挡土板组合而成的抗滑结构，用于防治滑体下滑，具有施工快捷、安全、方便的特点，但该专利技术主要适用于抢险情况下对于滑坡体的支护，不适用于强震区潜在危岩体的支护，其在地震作用下的有效性并未涉及，该专利涉及到的支护结构形式是由抗滑桩、锚杆、挡土板等结构组合而成的一个整体结构，抗滑力、抗冲击力等完全由此整体结构承担，一旦超出承受范围，单个结构发生破坏，整体结构支护效果大打折扣，且单个结构发生破坏后不宜更换，不利于经济效益。

另一在先中国实用新型专利CN207452895U公开了一种高边坡桩锚支护结构，其适用于高陡边坡，解决随支护高度增加，支护结构承受较大土压力的问题，但并未涉及到有关地震作用的内容，地震作用下，该支护结构对于边坡、岩体的加固是否有效无法验证，并不适用于危岩体的支护。

发明内容

鉴于现有技术的不足，本发明的主要目的是提供一种桩-锚-梁复合消能减震结构体系及施工方法，以解决现有技术中的一个或多个问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明首先提供一种桩-锚-梁复合消能减震结构体系，包括：

锚筋，锚固在待加固岩体中；

连系梁，在待加固岩体表面通长设置，连接同一排锚筋的锚固端；

承力桩，设置在待加固岩体坡面外侧，每一根承力桩与相应的其中一根或一列锚筋所在位置对应；

并且，所述锚筋的锚固端设置一消能减震锚头，锚筋通过该消能减震锚头锚固于连系梁上，消能减震锚头的外侧设置一找平垫板，找平垫板连接一阻尼装置的一端，阻尼装置的另一端连接在承力桩的侧面。

优选的，所述锚筋为预应力锚杆或锚索。

优选的，所述连系梁为钢梁或钢筋混凝土梁，梁上预留有供锚筋穿设的通孔。

优选的，所述承力桩之间连接有桩间连梁。

优选的，所述承力桩为钢筋混凝土灌注桩。

优选的，所述找平垫板通过一连接件连接阻尼装置的一端，阻尼装置的另一端通过另一连接件连接在承力桩的侧面。

优选的，所述阻尼装置为液压阻尼器。

优选的，所述消能减震锚头为在受力时能够产生弹性变形的锚头。

本发明进一步提供一种施工所述桩-锚-梁复合消能减震结构体系的方法，包括如下步骤：

步骤一，在待加固岩体中施打锚索孔，安装锚索；

步骤二，在待加固岩体表面同一排多个锚索之间施工连系梁；

步骤三，在连系梁上的锚索端头安装消能减震锚头；

步骤四，张拉锚索至设计预应力，并用锚筋固定头固定锚索；

步骤五，在消能减震锚头外侧表面安装找平垫板；

步骤六，在找平垫板外侧表面安装一连接件，在此过程中完成承力桩的浇筑施工，并在承力桩正对该连接件的侧面安装另一连接件；

步骤七，在两连接件之间安装液压阻尼器。

优选的，在相邻承力桩之间浇筑桩间连梁。

本发明相对于现有技术的有益效果是：本发明提供一种具有消能减震作用的桩-锚-梁复合结构体系，其主要功能是在地震动力往复冲击下，加固危岩体的桩-锚-梁复合结构能够通过消能减震锚头的变形及液压阻尼器的压力作用，将地震能消耗，既防止危岩体由于过大的地震冲击力脱离母体基岩而崩塌，又能够减小防护结构的力学及几何参数，在达到提高经济效益的目的下最大程度的避免崩塌灾害的发生。其中，消能减震锚头与液压阻尼器为串联状态，消能减震锚头为第一级装置，液压阻尼器为第二级装置。小震作用下，通过消能减震锚头的弹性变形进行消能减震；中震作用下，消能减震锚头由弹性状态进入塑性状态后失效，此时液压阻尼器发挥部分作用，将地震能消耗；大震作用下，待消能减震锚头失效后，液压阻尼器发挥全部作用，将地震能消耗殆尽，即使不能全部消耗，在桩-锚-梁复合结构体系的共同作用下，仍能保证整体结构不会倒塌。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。

图1为本发明一种实施方式的桩-锚-梁复合结构侧视结构示意图；

图2为本发明的桩-锚-梁复合结构俯视结构示意图。

图中，1-岩体，2-锚筋，3-连系梁，4-消能减震锚头，5-锚筋固定头，6-阻尼装置，7-找平垫板，8-连接件，9-承力桩，10-桩间连梁。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例作进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

需要理解的是，术语“包括/包含”、“由……组成”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的产品、设备、过程或方法不仅包括那些要素，而且需要时还可以包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种产品、设备、过程或方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括/包含……”、“由……组成”限定的要素，并不排除在包括所述要素的产品、设备、过程或方法中还存在另外的相同要素。

还需要理解的是，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置、部件或结构必须具有特定的方位、以特定的方位构造或操作，不能理解为对本发明的限制。

常规支护加固结构可能在小震、中震作用下也能够加固支护危岩体，但在大震下、或者是小震中震频发的叠加作用下，就不能够有效的加固支护危岩。即使能够在大震下、小震中震频发下，能够有效地加固支护危岩，但可能造价比较高，或者结构形式比较复杂。

鉴于现有技术中的支护加固结构对被加固岩体在地震作用下的安全性能考虑不足，不适用于强震区、地震频发区的危岩体支护，尤其是强震区大体量的潜在危岩体，尚不存在简单有效的崩塌防治体系，本发明考虑到地震作用下锚索加固危岩体的可靠度问题，继而在预应力锚索锚固危岩体的基础上，增设两级消能减震装置，有效地对危岩体进行支护，适用于潜在危岩体尤其是强震区大体量的潜在危岩体的崩塌防治，能够有效解决地震作用下危岩体的崩塌防治问题。

在此基础上，请参阅图1-2，本发明首先提供一种桩-锚-梁复合消能减震结构体系，包括：

锚筋2，锚固在待加固岩体1中，岩体1通常为危岩体，可以是民用或工业建筑工程中需要持续存在一较长时间的基坑边坡岩体，也可以是矿山或公路工程中需要加固的岩体边坡；锚筋2根据岩体情况具体选定，可以是锚杆结构，也可以是锚索。

连系梁3，在待加固岩体表面通长设置，连接同一排锚筋的锚固端，通过连系梁的连系作用，将一排锚筋连结成一整体，增强锚固作用的整体性；连系梁可以是现场浇筑钢筋混凝土梁，也可以采用钢梁，例如工字钢。梁上预留有供锚筋穿设的通孔。

承力桩9，设置在待加固岩体坡面外侧，每一根承力桩与相应的其中一根或一列锚筋的位置对应，如图2所示，承力桩9离开待加固岩体坡面一定距离，具体距离由设计确定。

继续参见图1，本发明中，锚筋2的锚固端设置一消能减震锚头4，锚筋2通过该消能减震锚头4锚固于连系梁3上，消能减震锚头4的外侧设置一找平垫板7，找平垫板7连接一阻尼装置6的一端，阻尼装置6的另一端连接在承力桩9的侧面。

本发明中，阻尼装置6采用液压阻尼器，当然也可以采用其他阻尼结构。

本发明提供的桩-锚-梁复合结构体系，采用两级消能减震装置，消能减震锚头与液压阻尼器串联，消能减震锚头为第一级装置，液压阻尼器为第二级装置。小震作用下，通过消能减震锚头的弹性变形进行消能减震；中震作用下，消能减震锚头由弹性状态进入塑性状态后失效，此时液压阻尼器发挥部分作用，将地震能消耗；大震作用下，待消能减震锚头失效后，液压阻尼器发挥全部作用，将地震能消耗殆尽，即使不能全部消耗，在桩-锚-梁复合结构体系的共同作用下，仍能保证整体结构不会倒塌。如此，能够有效防止危岩体由于过大的地震冲击力脱离母体基岩而崩塌。

在具体实施时，找平垫板7可通过一连接件8连接阻尼装置6的一端，阻尼装置6的另一端通过另一连接件8连接在承力桩9的侧面。需要说明的是，本发明中连接件8的作用为连接阻尼装置与桩体、垫板，其具体结构不固定，连接方式根据连接件的具体结构而定，例如焊接、螺栓连接或采用预埋件连接等均可。采用螺栓等可拆卸连接结构时，若将来无需支护加固结构继续存在，可将消能减震锚头、液压阻尼器等拆除重复利用，甚至型钢连系梁也可一并拆除回收。

需要说明的是，消能减震锚头4为在受力时能够产生弹性变形的锚头，其具体结构不做限定，只要受力时能够产生弹性变形从而起到消耗地震能量的目的即可。本发明中，消能减震锚头4优选采用类似于发明人在先专利申请CN202011495355.4(锚固装置、预应力锚固结构及其施工方法)中所提及的锚固装置。锚固装置包括两块相对设置的钢板，两钢板上对应开设有供锚筋穿过的过孔，两钢板之间设置有一个或多个弹性件，或者弹性件组，弹性件或者弹性件组的两端分别连接两钢板，或者抵接在两钢板上，使用时其中一钢板紧贴连系梁安装，另一钢板安装找平垫板。地震作用下弹性件产生弹性变形从而消耗地震能。弹性件优选为弯曲结构，由钢板弯曲制作而成，钢板可进一步设计为不等厚结构，例如中间厚两端薄。当然，根据消能减震锚头不同的形式和组成结构，也可采用弹簧形式的消能减震锚头。

如图1所示，消能减震锚头4自身可带有一个外框作为保护罩，以防止长期裸露而腐蚀或锈蚀，消能减震锚头4正面安装找平垫板7后由找平垫板7封闭并同时将锚筋固定头封在里面。

本发明中，承力桩9为钢筋混凝土灌注桩，可进一步在承力桩之间施工桩间连梁以连接同一排多根承力桩，提升桩体支护作用的整体性。

下面以预应力锚索支护为例阐述上述桩-锚-梁复合消能减震结构体系的施工方法，具体为：

在待加固岩体1中施打锚索孔，安装锚索；

在待加固岩体表面同一排多个锚索之间施工连系梁3；

在连系梁3上的锚索端头安装消能减震锚头4；

张拉锚索至设计预应力，并用锚筋固定头固定锚索；

在消能减震锚头4外侧表面安装找平垫板7；

在找平垫板7外侧表面安装一连接件8；

在以上步骤施工的过程中，可同步进行承力桩9的浇筑施工，具体先后顺序取决于液压阻尼器两侧的施工工期，周期长的先施工，也可同时施工，承力桩9浇筑施工完成后，在承力桩9面向锚索的侧面安装一连接件8；

最后在左右两连接件8之间安装液压阻尼器，液压阻尼器最后安装时，确保左右两侧具备安装条件即可。

本发明还可进一步在多个承力桩9的相邻承力桩之间浇筑桩间连梁10。

本发明与锚杆加格构梁、灌浆处理等的防护形式进行比较，防护效果要更好，地震作用下加固危岩的能力也更好。与单独抗滑桩的防护形式相比较，本发明中的承力桩的尺寸、数量、及造价要小得多。单独抗滑桩的防护形式中，作用力完全施加于抗滑桩上，故抗滑桩需要布置很多根，而本发明在布置两级消能措施后，承力桩尺寸无需很大，浇筑用的混凝土、布置的钢筋等也不需要等级很高，本身的力学参数也可以小一些。

由上可知，消能减震结构体系的施工方法简单，在原有锚索支护体系上结合支护桩，桩锚支护相互独立，互不干涉，可同时施工，工期短。桩锚之间并不需要增设过多的复杂结构，消能减震锚头和液压阻尼器尺寸较小，桩锚之间也不需要预留过大的施工空间，场地占用小，相关构件可拆除回收重复利用，经济效益较好。

至此，本领域技术人员应认识到，虽本文已详尽示出和描述了本发明的示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍然可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。