一种具有减隔震性能的大型沉管隧道回填结构的制作方法

1.本实用新型涉及沉管隧道技术领域，特别涉及一种具有减隔震性能的大型沉管隧道回填结构。


背景技术：

2.沉管隧道作为一种水下构筑物，其埋藏于水下，水下用于放置沉管的基槽施工控制难度大、水流条件复杂，槽底处理后表层的施工精度难以达到隧道结构的刚度支撑要求，并且抵御地震作用的构造措施少于地面建筑。因而有必要寻找能抵抗地震的措施。
3.沉管隧道无论是采用天然地基，还是经过特殊措施改良后的人工地基，均需要在地基与沉管隧道管节之间充填垫层材料。垫层的主要功能是填充管节底部与基槽底部之间的空隙，保证上部荷载均匀传递到下部地基，避免由于地基受力不均导致结构的局部破坏或者产生较大的不均匀沉降。垫层的工程规模不大，但在沉管隧道工程中起的作用却是至关重要的。垫层所选择的材料和设计的合适与否，直接关系到沉管隧道工程的长期运营安全。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种具有减隔震性能的大型沉管隧道回填结构，能够消能减震，使用后期产生的沉降量小、沉降均匀，能够长期安全运营。
5.根据本实用新型实施例的具有减隔震性能的大型沉管隧道回填结构，包括：基槽，所述基槽呈倒梯形，上方宽、下方窄；隔震垫层，所述隔震垫层包括自下而上依次铺设的碎石垫层、橡胶砂层、土工格栅和细砂垫层，所述碎石垫层铺设在所述基槽的底部，将所述基槽的底面覆盖；沉管隧道的管节，所述管节设置在所述细砂垫层上，所述管节的底部与所述细砂垫层接触；锁定回填层，所述锁定回填层设置在所述管节径向的两侧边，并与所述细砂垫层和所述土工格栅接触，将所述管节固定在所述细砂垫层上。
6.根据本实用新型实施例的具有减隔震性能的大型沉管隧道回填结构，至少具有如下技术效果：
7.碎石垫层，作为整个垫层的基础层，用于初步整平浚挖产生的不平整基槽底部；
8.橡胶砂层中，橡胶颗粒摩擦性好，在震动时摩擦耗能更多，具有一定的弹性变形力、阻尼大，橡胶砂层具有高的隔离减震缓冲能力；
9.土工格栅，保证下层的基础不会向上移动，形成较为完整的硬质基础，有利于抵抗不均匀沉降；
10.管节初步放置在混凝土墩台上，使管节受力均匀，便于后续施工操作；锁定回填层，用于保护各垫层基础不流失；
11.细砂垫层，填充于管节与土工格栅之间，用于将各管节的力均匀传递至各垫层间；
12.由于各垫层的抗剪刚度小，地震作用在各垫层的力向上传递受阻，且地震时各垫
层较容易发生剪切或滑移，结构的自振周期增大，更加远离场地的卓越周期，能保护管节不受地震损坏。
13.在本实用新型的一些实施例中，所述土工格栅上还设置有多个混凝土墩台，所述混凝土墩台与所述管节的轴向方向平行，均匀间隔布置，所述混凝土墩台穿过所述细砂垫层与所述管节的底部接触。
14.在本实用新型的一些实施例中，所述混凝土墩台的高度大于所述细砂垫层的层高。
15.在本实用新型的一些实施例中，所述碎石垫层中的碎石，其粒径大小在2cm～6cm之间，含泥量在2％以内。
16.在本实用新型的一些实施例中，用于铺设所述橡胶砂层的橡胶砂，其橡胶颗粒与砂石的配比在30％～40％之间。
17.在本实用新型的一些实施例中，所述锁定回填层上预留有多个喷砂通道，所述喷砂通道与所述管节的轴向方向平行，均匀间隔布置，每个所述喷砂通道上均预埋有喷砂管，所述喷砂管连通至所述管节的底部下方。
18.在本实用新型的一些实施例中，所述管节的截面中间也预埋有所述喷砂管。
19.在本实用新型的一些实施例中，所述锁定回填层中的块石粒径大小为6cm～12cm。
20.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
21.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
22.图1为本实用新型实施例的截面结构示意图；
23.图2为本实用新型实施例的局部结构放大图。
24.附图标记：
25.基槽100、碎石垫层200、橡胶砂层300、土工格栅400、细砂垫层500、管节600、锁定回填垫层700、混凝土墩台800、喷砂管900。
具体实施方式
26.下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
27.在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
28.在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第
一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
29.本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。
30.参照图1和图2所示，根据本实用新型实施例的具有减隔震性能的大型沉管隧道回填结构，包括：基槽100，基槽100呈倒梯形，上方宽、下方窄；隔震垫层，隔震垫层包括自下而上依次铺设的碎石垫层200、橡胶砂层300、土工格栅400和细砂垫层500，碎石垫层200铺设在基槽100的底部，将基槽100的底面覆盖；沉管隧道的管节600，管节600设置在细砂垫层500上，管节600的底部与细砂垫层500接触；锁定回填层700，锁定回填层700设置在管节600径向的两侧边，并与细砂垫层500和土工格栅400接触，将管节600固定在细砂垫层500上。
31.基槽100用于放置沉管隧道，可以采用绞吸船和/或抓斗船作为开挖设备，完成基槽100的开挖，完工后的基槽100呈倒梯形，上方宽、下方窄。碎石垫层200铺设在基槽100的底部，例如可采用碎石铺设整平船，铺设0.4m～0.5m的碎石基础，并刮平压实，形成碎石垫层200，碎石垫层200的厚度可根据实际回填地形和方案进行调整。碎石垫层200作为隔震垫层的第一层，用于初步整平开挖基槽100所产生的不平整底部。
32.橡胶砂层300铺设在碎石垫层200的上方，橡胶砂层300的铺设可以采用刮铺法或其他方式。橡胶砂层300是由橡胶砂铺设而成，即橡胶颗粒和砂粒的混合物。由于使用的橡胶砂粒径小于碎石块，在刮铺压实过程中，粒径较小的橡胶砂填充入碎石垫层200中，使得碎石垫层200更加密实，结构稳定。在本实施例中，铺设并刮平压实橡胶砂层300，使其厚度达到0.3m～0.4m。
33.土工格栅400铺设在橡胶砂层300的上方，土工格栅400可以采用钢塑土工或玻璃纤维土工等材料，土工格栅400用于包裹碎石垫层200和橡胶砂层300，并将其压密填实形成整体，铺设的土工格栅400大致有0.01m厚。
34.锁定回填层700铺设在管节600的纵向两侧边上，用于保护隔震垫层各基础不流失。在另一些实施例中，若采用喷砂的方式进行铺设细砂垫层500，那么锁定回填层700、管节600的底部和土工格栅400之间能构成一个腔室，该腔室用于喷砂以形成细砂垫层500。
35.细砂垫层500，用于将管节600的力均匀传递至土工格栅400、橡胶砂层300和碎石垫层200上，在长期的沉降过程中，细砂垫层500中的细砂会不断的向橡胶砂层300和碎石垫层200中扩散，以达到逐渐密实的效果。
36.此结构的隔震垫层抗剪刚度小，地震发生时，通过隔震垫层向上部结构传递作用受到阻碍，隔震垫层较容易发生剪切或滑移，结构的自振周期增大，更加地远离场地的卓越周期。同时上部的管节600相对于隔震垫层基础可能做整体水平滑动，在接触面产生相对摩擦，较好的消耗地震能量，起到很好的减隔震效果。土工格栅400的加入，在抵抗碎石垫层200和橡胶砂层300发生的不均匀沉降时，可以起到明显效果。
37.在本实用新型的一些实施例中，土工格栅400上还设置有多个混凝土墩台800，混凝土墩台800与管节600的轴向方向平行，均匀间隔布置，混凝土墩台800穿过细砂垫层500与管节600的底部接触。
38.若采用喷射法进行铺设细砂垫层500，则在安放管节600前，需要在土工格栅400上
放置多个混凝土墩台800作为简易支撑，再将管节600安放在混凝土墩台800上，避免管节600受力不均，影响管节600结构性能，此时再向管节600的底部下方喷射细砂，形成细砂垫层500。
39.在本实用新型的一些实施例中，混凝土墩台800的高度大于细砂垫层500的层高。
40.由于混凝土墩台800在受力后，下方的橡胶砂层300会发生沉降，所以混凝土墩台800的高度需要略大于细砂垫层500的层高，从而在放置管节600并产生沉降后，留有足够的空间高度铺设细砂垫层500，使细砂垫层500达到设计层高。
41.在本实用新型的一些实施例中，碎石垫层200中的碎石，其粒径大小在2cm～6cm之间，含泥量在2％以内。
42.用粒径大小在2cm～6cm之间的碎石，铺设碎石垫层200后，结构稳定，承载力强。碎石含泥量需控制在2％以内，超出范围时会影响碎石垫层200的结构性能。
43.在本实用新型的一些实施例中，用于铺设橡胶砂层300的橡胶砂，其橡胶颗粒与砂石的配比在30％～40％之间。
44.选用橡胶颗粒与砂石配比在30％～40％之间的橡胶砂，既能保证橡胶砂层300的动力特性、承载能力，又能保留一定的缓冲性能，达到隔震效果。若配比小于30％，则橡胶砂层300的弹性性能减弱，其减隔震缓冲能力大大降低；若配比大于40％，则橡胶砂层300的整体结构差，承载力不足。
45.优选地，橡胶颗粒可以选择使用设备切割废旧轮胎而获得，将废旧轮胎有效重利用，为存放废旧轮胎节省了大量空间，并减少了对环境的破坏，具有良好的经济、环境及工程效益。
46.在本实用新型的一些实施例中，锁定回填层700上预留有多个喷砂通道，喷砂通道与管节600的轴向方向平行，均匀间隔布置，每个喷砂通道上均预埋有喷砂管900，喷砂管900连通至管节600的底部下方。
47.采用喷砂法铺设细砂垫层500，需要在锁定回填层700上预留有多个喷砂通道，例如，与管节600的轴向方向平行，每间隔8m进行设置一个喷砂通道，并在喷砂通道内预埋有喷砂管900。
48.通过预埋的喷砂管900向管节600的底部喷射细砂，细砂与管节600的底部接触，继续喷砂直至管节600发生上抬，在本实施例中，当管节600发生上抬5mm高度时，完成喷砂操作，形成细砂垫层500，细砂垫层500的厚度在0.2m～0.3m之间。使用喷砂法能够保证细砂具有足够的流动性、扩散性，采用适当的喷射压力还能使细砂将橡胶砂层300间的缝隙填充完全。
49.在本实用新型的一些实施例中，管节600的截面中间也预埋有喷砂管900。
50.若管节600的宽度较大，则仅从管节600的径向两侧边通过喷砂管900进行喷砂，要填充管节600底部的中间区域难度较大。在管节600的截面中间也预埋有喷砂管900，即可直接向管节600底部的中间区域进行喷砂，形成的细砂垫层500结构完整，填充密实可靠。
51.在本实用新型的一些实施例中，锁定回填层700中的块石粒径大小为6cm～12cm。
52.使用粒径大小为6cm～12cm的块石铺设锁定回填层700，创造相对密闭的空间，保护下方的隔震垫层基础不流失，提升结构的稳固性。
53.在本实用新型的一些实施例中，碎石垫层200所采用的碎石粒径大小在2cm～6cm
之间，橡胶砂层300所采用的橡胶颗粒和砂石颗粒的粒径大小在1cm～2cm之间，细砂垫层500所采用的细砂颗粒的粒径大小在0.25cm～0.35cm之间。在回填施工过程中，隔震垫层中的小粒径颗粒不断填充进大粒径颗粒中，使得隔震垫层之间互相补充，整体结构不断密实。
54.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
55.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。