[发明专利]一种用于地铁隧道的桩基础减振降阻结构及其设计方法

说明书

本发明涉及一种用于地铁隧道的桩基础减振降阻结构，该结构应用于地铁正上方的超高层住宅楼群，该超高层住宅楼群底部为基础转换梁，基础转换梁下部设置多个大直径桩基，大直径桩基之间为地铁隧道，所述多个大直径桩基距离隧道边净距不小于3m；桩底比隧道底更深；所述减振降阻结构设置在大直径桩基的外表面；通过上述减振降阻结构的设计，不仅可确保地铁的安全，同时可实现地铁运营引起的上部建筑物振动频率满足规范要求，提高了建筑物的舒适性和品质。

技术领域

本发明涉及桩基础减振领域，具体涉及的是一种用于地铁隧道的桩基础减振降阻结构及其设计方法。

背景技术

随着城市更新和地铁建设的飞速发展，以后类似于本项目的地铁上盖建筑情况不可避免并会越来越多。地铁采用公交化运营，每列列车通过建筑物的间隔时间2-6分钟，地铁车轮与钢轨之间的摩擦碰撞、地铁车厢与空气摩擦等作用共同产生的振动和噪音会给周边环境带来不利影响。地铁振动能量沿轨道、道床传递到隧道结构衬砌上，再经由隧道衬砌和周围地层、地基、基础、地下室结构等中间介质传至地面和上部结构，引发二次振动和噪音，直接干扰上盖建筑居民的日常生活和休息环境，降低生活舒适度，为避免建筑结构荷载、桩基对地铁隧道产生的不利影响，地下室结构底板转换大梁底与地铁隧道顶的净距离不得小于1.5D即9.0m。为此在两条地铁隧道的中间和外侧需各设置一排桩基础共3排桩基础，同时要求工程桩与隧道的水平净距离不得小于3.0m，因此两条隧道中间桩的直径最大为2.0m，这样地下室底板结构转换大梁的跨度至少为14.0m，为此对于超大的结构荷载拟采用多次转换梁的结构转换型式。

为解决地铁运营时产生的振动和噪音对周围环境或上盖建筑的不利影响，国内外学者对类似课题开展了不少的减振降噪的研究。其中主要以地铁或建筑结构减振研究为主的成果包括：避免小半径轨道曲线、润滑车轮或钢轨踏面、采用阻尼车轮或弹性车轮、轨道减振器扣件及设置弹性短轨轨道，建筑结构设置弹性支座等。

但地铁下穿建筑物的振动和噪音传递过程复杂，按照传递路径会受到地铁轨道结构、地铁隧道结构和埋深、地铁隧道周边围岩、建筑地基、建筑基础和建筑结构的影响，涉及岩土工程、隧道工程、基础工程、结构工程、振动力学、结构动力学等多专业多学科知识；为了解决上述问题，需考虑地铁和本项目建筑之间的相互影响，对地铁隧道的上盖建筑采取有效的减振隔振措施。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于地铁隧道的桩基础减振降阻结构，该结构应用于地铁正上方的超高层住宅楼群，该超高层住宅楼群底部为基础转换梁，基础转换梁下部设置多个大直径桩基，大直径桩基之间为地铁隧道，所述多个大直径桩基距离隧道边净距不小于3m；桩底比隧道底更深；所述减振降阻结构设置在大直径桩基的外表面；

所述大直径桩基的制作包括在混凝土桩的钢筋笼外缘套一圈钢护筒，形成钢管混凝土桩，在钢护筒外通过粘结剂粘有橡胶层，橡胶层外涂刷降阻涂层；降阻涂层为工业润滑脂层，涂层外设置有PVC保护膜，PVC保护膜外设置有混凝土保护层，在保护层和橡胶层的底部设置端头固定件。

工业润滑脂层为黄油。

工业润滑脂层的涂层厚度为0.5mm，PVC保护膜厚度为1mm；保护层紧密包裹橡胶层。橡胶层长度为18m，橡胶卷材的规格为6300mm×1500mm×30mm。

经综合对比多组桩基础减振隔离材料，如砂、陶粒＋砂、橡胶粒＋砂、橡胶层等，发现砂、陶粒＋砂、橡胶粒＋砂，虽有减振降阻的效果，但施工难度大，实际工程难以实施，在工程桩的灌注混凝土过程种，会受到破坏或者由于散体粒状结构比重轻而浮起。

橡胶因为具有滞后、阻尼及能进行可逆大变形的特点，具有较好的减振效果。用橡胶制作的减振器件广泛应用于工业和民用领域，特别是在汽车、轨道交通、航天、建筑工程等领域非常普遍。经研究发现，通过在工程桩基础的外壁增加一层减振耐久性好且不易受天候影响的硫化橡胶层，可以明显降低岩土体振动波通过基桩的传导率，从而实现桩基减振的目的和效果，而且施工难度比其他三组材料大大降低。