一种基于废旧轮胎的桥墩抗滚石冲击装置及其施工方法与流程

本发明涉及桥梁桥墩的保护技术，尤其涉及一种基于废旧轮胎的桥墩抗滚石冲击装置及其施工方法。

背景技术：
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桥墩是桥梁工程中的重点部位及薄弱环节，在交通工程运营期间需要重点保护。位于高山峡谷地区的桥梁经常受到各种地质灾害的威胁，包括崩塌滚石、泥石流、雪崩等，这些地质灾害可能导致桥墩产生损伤与破坏。

如在2009年7月25日，岷江右岸山体高位(落差达500m)危岩发生大面积崩塌，崩塌体总体积超过10000立方米，巨石沿陡坡滚落而下直接撞击彻底关大桥8^#桥墩，使8^#桥墩瞬间折断，导致第8、9跨共长60m的梁体落梁，第10、11跨梁体受牵引向映秀方向滑移26cm，第11桥台处伸缩缝损坏，滚石灾害导致3人死亡，12人受伤，7辆车辆损毁。可见，有必要发展桥梁桥墩的抗滚石冲击装置。

中国专利申请号201510366617.X公布了一种分片组合式桥墩防护装置，由若干个自上而下围设在桥墩外壁上的防护单元组成，每个防护单元由若干个防护构件构成，防护构件包括充填有填充物的内层结构和加强筋分隔成密闭空腔的外层结构组成；中国专利授权公告号CN205617236U公布了一种桥墩防冲刷、防落石复合结构，由环周包覆于桥墩外的腹板增强消能体组成，消能体外部设置耐磨层，格构内填充有耗能芯材。上述专利的局限性在于：所提抗滚石冲击装置安装、固定于桥墩的外壁四周，滚石的冲击能量最终还是全部传递给了桥墩，其作用主要是降低了冲击荷载的峰值强度，并未减少冲击能量的总值。

而另一方面，我国每年产生的废旧轮胎居世界前列，2013年我国废旧轮胎产生量已经达到2.99亿条、重量达到1080万吨，并以每年约8%~10%的速度增长。到2020年，我国废旧轮胎年产量将达2000万吨。如何安全、环保的处理与日俱增的废旧轮胎，是亟待解决的问题。

若能够把废旧轮胎用于制作桥墩的抗冲击防护装置，一方面可以降低桥墩抗滚石装置的造价与施工难度，另一方面也为废旧轮胎的再利用提供新途径，显然符合资源再利用的发展需求。

可见，有必要探讨利用废旧轮胎制作桥梁桥墩抗滚石冲击装置及其施工方法，促进现有技术的革新与进步。

技术实现要素：
：为了弥补现有技术问题的不足，本发明的目的是提供一种基于废旧轮胎的桥墩抗滚石冲击装置及其施工方法，其制作成本低廉、施工简便，为桥梁桥墩的抗滚石冲击提供一种可靠的防护装置。

本发明的技术方案如下：

基于废旧轮胎的桥墩抗滚石冲击装置，其特征在于，包括废旧轮胎配重块、钢桩与连接板；在桥墩外周打入多根间隔分布的钢桩，钢桩以桥墩为中心分布成多圈，每根钢桩上套入废旧轮胎配重块，每圈相邻钢桩之间、相邻圈对应位置钢桩之间分别套入连接板，废旧轮胎配重块、钢桩与连接板组装构成一体，并在废旧轮胎的外露面喷射水泥砂浆并抹面。

所述的基于废旧轮胎的桥墩抗滚石冲击装置，其特征在于，所述的废旧轮胎配重块为废旧轮胎内部凹槽空间内绑扎构造钢筋并浇筑混凝土形成，且在中心处设有预留孔，预留孔直径、连接板上套孔直径略大于钢桩直径。

所述的基于废旧轮胎的桥墩抗滚石冲击装置，其特征在于，所述的钢桩内圈上的废旧轮胎配重块内壁与桥墩外壁设有间隙。

一种基于废旧轮胎的桥墩抗滚石冲击装置的施工方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）、设计防护方案：

根据拟防护桥墩周边的地质条件、流水冲刷情况、滚石来袭主要方位、滚石来袭的最大冲击能量、废旧轮胎配重块直径等因素，设计抗滚石冲击装置的布置方式，确定各钢桩的打设位置；

2）、打入钢桩：

根据设计方案，在拟防护桥墩周边打入钢桩，使钢桩插入强度较高的地基土层中，且处于竖直状态；

3）、铺设混凝土垫层：

挖除已打入地基钢桩周边的浮土，铺设混凝土垫层，且使垫层的顶面呈水平状，使最底部的废旧轮胎配重块平铺于混凝土垫层上；垫层中可布设构造钢筋，垫层的最小厚度不宜小于40cm，且其埋深应满足抗冲刷要求；

4）、套入废旧轮胎配重块：

基于预留孔把废旧轮胎配重块均匀、对称地套在各钢桩上，并选择合适位置在相邻钢桩之间套入连接板，废旧轮胎配重块、钢桩与连接板组装构成一体结构；

5）、水泥砂浆抹面：

在各废旧轮胎的外露面喷射水泥砂浆进行抹面防护。

本发明的有益效果是：

1、本发明利用废旧轮胎制作配重块，一方面废旧轮胎为外框架可省去模板，另一方面废旧轮胎可有效保护其内槽内的钢筋混凝土，混凝土内仅配少量构造钢筋即可，整体价格低廉，使用方便；

2、本发明通过废旧轮胎配重块及连接板交替套入钢桩形成抗滚石冲击装置，施工简单方便，施工速度快；钢桩打入强度较高的土层中形成抗滚石冲击装置的受力骨架，整体稳定性好，能承受较大的冲击能量；

3、本发明与拟防护桥墩保持一定的距离，即滚石冲击产生的能量作用在废旧轮胎配重块上而不直接作用在桥墩上，只有所提抗滚石冲击装置被冲击毁坏后，剩余的能量才传至桥墩上；与常见的安装、固定于桥墩外壁四周的传统抗冲击装置相比，本发明所提装置能大大提高防护效果；

4、本发明被滚石冲击损毁后，可更换损毁的部件，重新构成性能完好的抗冲击装置，迎接下一次冲击挑战。且更换部件成本低廉，具有经济性与实用性。

附图说明：

图1本发明的废旧轮胎配重块结构示意图。

图2本发明的连接板结构示意图。

图3本发明的桥墩抗滚石冲击单层装置俯视图。

图4本发明的桥墩抗滚石冲击单层装置主视图。

图5本发明的桥墩抗滚石冲击单层装置的三维示意图。

图6本发明的桥墩抗滚石冲击单层装置的连接板与钢桩搭接示意图。

图7本发明的桥墩抗滚石冲击双层装置的三维示意图。

图8本发明的桥墩抗滚石冲击双层装置的连接板与钢桩搭接示意图。

图9本发明的抗滚石冲击局部双层装置的三维示意图。

图10本发明的抗滚石冲击局部双层装置的连接板与钢桩搭接示意图

附图标记说明：1、废旧轮胎；2、钢筋混凝土；3、预留孔；4、连接板；5、套孔；6、桥墩；7、钢桩。

具体实施方式：

参见附图：

基于废旧轮胎的桥墩抗滚石冲击装置，包括废旧轮胎配重块、钢桩7与连接板4；根据拟防护桥墩周边的环境情况设计防护方案后，在相应位置打入钢桩7，然后基于预留孔3把废旧轮胎配重块套入钢桩7上，并选择合适位置在相邻钢桩7之间套入连接板4，由此组装形成废旧轮胎配重块与连接板4交替分布、各相邻钢桩7之间通过连接板4连接的整体结构，并在废旧轮胎的外露面喷射水泥砂浆形成一定厚度的抹面，最终构成桥梁桥墩的抗滚石冲击装置。

废旧轮胎配重块为废旧轮胎1内部凹槽空间内绑扎构造钢筋并浇筑混凝土2形成，且在对称轴处设置预留孔3，预留孔3的直径大于钢桩7的直径。

抗滚石冲击装置呈封闭环状，拟防护桥墩6位于封闭环的内部，如果拟防护桥墩所处位置处的滚石冲击能量不大，可采用一个封闭环的设计方案，如图5所示。如果拟防护桥墩所处位置处的滚石冲击能量较大，可采用两个甚至多个封闭环的设计方案，如图7所示：也可在滚石来袭主要方向的位置局部增加废旧轮胎配重块的层数，如图9所示。

环状抗滚石冲击装置的内壁与拟防护桥墩6的外壁相距一定的距离，即滚石冲击产生的能量作用在废旧轮胎配重块上而不直接作用在桥墩上；只有滚石冲击能量较大，把所提抗滚石冲击装置摧毁变形后，废旧轮胎配重块与拟防护桥墩6发生接触后，剩余的能量才传至桥墩上。但此时的主要冲击能量已被废旧轮胎配重块及钢桩吸收。而常见的安装、固定于桥墩外壁四周的传统抗冲击装置，滚石的冲击能量最终还是全部传递给了桥墩，传统抗冲击装置的作用主要是降低了冲击荷载的峰值强度，并未减少冲击能量的总值；可见，本发明所提装置显然能够大大提高防护效果。

图6、图8与图10给出了不同情况下钢桩7与连接板4的搭接情况；连接板4上套孔5的直径略大于钢桩7的直径，方便钢桩7与连接板4的搭接；、施工中应保证钢桩7的铅垂度及施工精度，若钢桩7的位置偏移较大导致相连钢桩7之间无法用连接板4套入连接时，应重新施工纠正钢桩7的位置，直至满足要求为止。

本发明被滚石冲击损毁后，可能钢桩发生了扭曲变形，被冲击一侧的废旧轮胎已与拟防护桥墩发生接触。可与搭接施工相反的次序，拆除、移走废旧轮胎配重块，更换损毁的部件，重新构成性能完好的抗冲击装置，迎接下一次滚石冲击的挑战。所提装置更换部件成本较低，具有经济性与实用性。

基于废旧轮胎的桥墩抗滚石冲击装置的施工方法，详细描述如下：

1）、设计防护方案：

根据拟防护桥墩6周边的地质条件、流水冲刷情况、滚石来袭主要方位、滚石来袭的最大冲击能量、废旧轮胎配重块直径等因素，设计抗滚石冲击装置的布置方式，确定各钢桩7的打设位置。

如果拟护桥墩6周边的场地开阔且滚石来袭的冲击能量较大，可采用多个封闭环的设计方案，如图7所示：如果拟护桥墩6周边的场地狭窄，可在滚石来袭主要方向的位置进行局部加固，如图9所示。

连接板4上两端套孔5中心点之间的距离，实际上等于废旧轮胎的外轮廓直径。故连接板4可根据废旧轮胎的规格，提前制作供选用。

2）、打入钢桩7：

根据设计方案，在拟防护桥墩6周边打入钢桩7，使钢桩7插入强度较高的地基土层中，且处于竖直状态。

实际施工过程中，钢桩7的位置有一定误差也是正常的；由于连接板4两端套孔5的直径略大于钢桩7的直径，其能够适应钢桩7在一定范围内的偏移。但若钢桩7的位置偏移太大，导致连接板4无法套入相邻的两根钢桩7时，需重新打设钢桩7。故施工过程中尽可能的保证施工精度。

钢桩7应打入强度较高的地基土层中，形成嵌固段，使其具有足够的抗弯与抗剪强度，能够抵抗滚石来袭作用在废旧轮胎配重块上进而传递给钢桩7的组合荷载。

3）、铺设混凝土垫层：

挖除已打入地基钢桩7周边的浮土，铺设混凝土垫层，且使垫层的顶面呈水平状，使最底部的废旧轮胎配重块平铺于混凝土垫层上；垫层中可布设构造钢筋，垫层的最小厚度不宜小于40cm，且其埋深应满足抗冲刷要求。

无论是干燥地区还是水中地基，均应考虑流水冲刷的问题。设置混凝土垫层且满足抗冲刷要求，是对所提抗滚石冲击装置的有效保护，使其立于较稳固的基础上。

混凝土垫层表面呈水平状，使后续废旧轮胎的搭接非常整齐、对称，提高整体的强度与刚度；混凝土垫层对钢桩7也有保护作用，使钢桩7位置固定且周边土体稳固。

4）、套入废旧轮胎配重块：

基于预留孔3把废旧轮胎配重块均匀、对称地套在各钢桩7上，并选择合适位置在相邻钢桩7之间套入连接板4，最终组装形成废旧轮胎配重块与连接板4交替分布、各相邻钢桩7之间通过连接板4连接的整体结构。

废旧轮胎配重块为废旧轮胎1内部凹槽空间内绑扎构造钢筋并浇筑混凝土2形成。以常见小轿车轮胎型号195/60R15为例，其内腔体积约为0.055 m³，内槽浇筑钢筋混凝土后整体重量约为130kg。2~4人能把该重量的废旧轮胎配重块抬起套入钢桩7中。施工中应尽可能的较少废旧轮胎配重块对钢桩7的碰撞，以维护整体的稳定性与安全性。

图6、图8与图10给出了不同情况下钢桩7与连接板4的搭接情况；连接板4把钢桩7相互搭接形成整体，能够有效分散滚石冲击能量，提高防护效果。

5）、水泥砂浆抹面：

在各废旧轮胎的外露面喷射水泥砂浆形成一定厚度的抹面，防止废旧轮胎在特殊情况下发生燃烧，阻止钢桩及连接板的生锈，也可有效延缓废旧轮胎中橡胶的老化。

在特殊情况下，如雷击、山火引燃等作用下，废旧轮胎可能发生燃烧，造成抗冲击装置的失效；故废旧轮胎搭接、堆砌施工结束后，应在其外露面喷射水泥砂浆形成抹面，防止废旧轮胎在特殊情况下发生燃烧；施工中，可在废旧轮胎表面附着、固定、包裹辅助土工织物，使水泥砂浆能牢固、有效的包裹住废旧轮胎外表面，形成稳定的保护层。

当然本发明也可以采用一圈钢桩结构，效果相比多圈钢桩要差。

本发明不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本发明的保护范围之内。