一种公路高陡边坡预应力锚索桩基高桥墩结构的制作方法

本实用新型涉及边坡支挡及高桥墩桥梁工程领域，特别是一种公路高陡边坡应力平衡及减振防灾预应力锚索桩基高桥墩结构。

背景技术：

公路桥梁桩基桥墩结构在地势地形起伏较大的山区交通基础设施建设中，特别是在山沟丘陵纵横密集地带具有较好的应用性。近年来，伴随基础设施投资力度的加大，以及我国建设行业理论技术水平的提高与完善，位于各类岩层地质边坡的桩基高桥墩结构不断涌现，而与此同时发生的因边坡失稳或边坡与桩基高桥墩结构相互作用所引发的工程事故更是屡见不鲜，其中因路线贯通需要跨越山体边坡而所形成的贴坡横向布置的桩基高桥墩结构破坏失稳是其中一类主要事故情形。上述事故的发生说明了现有边坡桩基高桥墩结构设计理论及技术的不相称，在设计时缺乏以下几点认识：①在边坡面上横向布置的桩基高桥墩受力状态复杂，下端由桩周土提供摩阻力及端承力、上端因路面桥梁结构联结而承受一定的铰接或固定端作用，而最为突出的是在临空面与临坡面的桥墩部位存在边坡土压力所形成的水平推力作用，使边坡桩基高桥墩结构形如两端约束而中部受压的压弯结构，这点同平地面桩基高桥墩结构大不相同；②对于承受边坡水平推力的桩基高桥墩结构而言，在边坡稳定时容易发生沿边坡土压力作用位置而指向临空面的墩柱绕曲，而在边坡失稳、滑坡等事故下极易对高桥墩产生较大水平冲切，导致结构破坏，影响上部公路的安全运行；③在公路运行过程中，汽车荷载所产生的振动通过桥梁-桥墩-桩基传递于边坡桩周土体，长期振动作用下，边坡体岩层的结构性或完整性受到损伤，力学性能发生劣化，边坡体稳定性大幅度降低，容易诱发边坡失稳以及边坡抗滑结构的失效破坏，而边坡及抗滑结构的失稳破坏又会影响桩基高桥墩结构的稳定，直至完全破坏，影响公路使用。因而在公路交通边坡桩基高桥墩的结构设计中应充分考虑汽车振动荷载及其破坏作用；④针对高陡边坡桩基高桥墩结构的受力特点及工程特征，为了有效控制边坡水平推力以及滑坡等次生灾害对高桥墩结构的破坏，因而需要对边坡体采用抗滑桩、挡土墙等型式进行有效抗滑加固。然而由抗滑结构失效进而引发桩基高桥墩失稳的事故频现不断，与此同时，抗滑桩等结构的建造无法避免对山坡体的开挖，生态破坏严重，不符合绿色生态建筑的理念。综上所述，现有的公路边坡桩基高桥墩结构设计及应用问题比较突出，核心问题是未妥善解决边坡土压力对桩基高桥墩的作用影响，以及对汽车振动荷载与边坡及抗滑结构的作用特征认识不到位。

本实用新型基于对公路高陡边坡桩基高桥墩结构与边坡相互作用关系的认识，考虑振动荷载及复杂环境与边坡体力学作用，寻求新型能够依靠与边坡相互作用实现边坡土压力自平衡以及控制汽车振动荷载对边坡致灾影响的高边坡桩基高桥墩结构为目的，设计提出了一种公路高陡边坡应力平衡及减振防灾预应力锚索桩基高桥墩结构。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种公路高陡边坡应力平衡及减振防灾预应力锚索桩基高桥墩结构。

本实用新型采用的技术方案为一种公路高陡边坡预应力锚索桩基高桥墩结构，该结构由左侧桩基1、左侧桥墩2、右侧桩基3、右侧桥墩4、内拱系梁5、预应力锚索6、减振橡胶垫7组成。左侧桩基1和右侧桩基3全身位于边坡岩土层以下，左侧桩基1和右侧桩基3的桩端均坐落于山体内持力层上，左侧桩基1和右侧桩基3的桩顶位于边坡面界面9处。在边坡面界面9处，左侧桩基1和左侧桥墩2、右侧桩基3和右侧桥墩4通过钢筋混凝土一体浇筑而连接为一体，桩心和桥墩墩心位于同一铅垂线上，接触连接面平行吻合。在左侧桩基1和右侧桩基3之间浇筑有内拱系梁5，内拱系梁5拱顶与内拱系梁5梁顶面间距离的1/2水平连线10与左侧桩基1和右侧桩基3的桩顶面联系重合，内拱系梁5的1/2水平连线10以上至内拱系梁5梁顶部分左侧梁面与左侧桥墩2右侧面接触，右侧梁面与右侧桥墩4左侧面接触，并在接触处通过植筋浇筑混凝土而使内拱系梁5与左侧桥墩2和右侧桥墩4连接为一体；内拱系梁5的左拱脚与左侧桩基1贴合接触，内拱系梁5的右拱脚与右侧桩基3贴合接触，并在接触处通过植筋浇筑混凝土而使内拱系梁5与左侧桩基1和右侧桩基3连接为一体。在内拱系梁5的1/2水平连线10上，留有预孔洞供预应力锚索6自由端穿过，其中预应力锚索6与左侧桥墩2和右侧桥墩4的铅垂线夹角为60°～85°，预应力锚索6锚固段位于边坡岩土体的稳定岩层内，自由端穿过内拱系梁5预孔洞，并通过锚具与内拱系梁5锚定联结固定。在左侧桥墩2和右侧桥墩4的墩身内，平行于墩身横截面方向铺设有5～10层减振橡胶垫7。

减振橡胶垫7截面直径小于墩身截面直径或截面最小边长尺寸的50cm～100cm，减振橡胶垫7和墩身的截面形心重合，减振橡胶垫7的具体数量及截面直径根据公路边坡及桩基高桥墩结构减振控制要求计算确定，左侧桥墩2和右侧桥墩4的竖向钢筋穿过减振橡胶垫7，经减振橡胶垫7上下界面的混凝土浇筑而使减振橡胶垫7包裹于左侧桥墩2和右侧桥墩4的墩身内。

预应力锚索6与左侧桥墩2，或预应力锚索6与右侧桥墩4的铅垂线夹角为60°～85°，锚固段深入稳定岩层的深度或穿过深层边坡潜在滑移线的深度为桩基直径的1.5～3倍，且不小于2m。

减振橡胶垫7为织造弹性平板式橡胶，截面为圆形，厚度为25mm～50cm，截面直径为50cm～80cm，且减振橡胶垫7截面直径小于墩身截面直径或矩形截面最小边长尺寸的50cm～100cm。

减振橡胶垫7负载大于13N/mm²，允许温度范围-30℃～90℃。

减振橡胶垫7内夹有1～3层加劲钢板8，加劲钢板8厚度为1.5mm～2.5mm。

本实用新型一种公路高陡边坡应力平衡及减振防灾预应力锚索桩基高桥墩结构，针对山区公路交通高陡边坡桩基高桥墩结构及与边坡相互作用特点，设计了具有实现边坡土压力平衡以及减振控制的新型结构。通过在传统边坡桩基高桥墩结构体系上增加预应力锚索，使边坡施加于桩基高桥墩结构的侧向水平推力通过预应力锚索传递于深层岩体，依靠预应力锚索的锚固段与岩体摩擦作用实现锚固力与侧向水平推力的平衡，进而消除了边坡体对临空布置的桩基高桥墩结构的水平作用；同时预应力锚索的增加，使边坡桩基发挥了阻滑或抗滑桩的作用，对于边坡体的失稳加固而言具有重要作用。本结构的内拱系梁可以实现预应力以及边坡水平推力对桩基高桥墩结构作用应力的分散，防止局部应力集中引起的结构破坏失效。在公路交通汽车减振控制方面，本实用新型主要通过在高桥墩桩身体内夹铺数层减振橡胶垫实现，即通过增加桥墩结构的一定柔度，降低一定刚度，实现振动在减振橡胶垫与混凝土界面传递时的耗能衰减，从而逐步消除传递于桩基以及边坡体的振动，降低了桩基高桥墩结构本身以及边坡体因振动发生的结构失效和边坡灾害发生，对公路的长期健康安全运营具有重要意义。综上所述，本实用新型对于山区沟壑纵横地带交通基础设施的高陡边坡桩基高桥墩结构加固减振防灾等而言具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为一种公路高陡边坡应力平衡及减振防灾预应力锚索桩基高桥墩结构的立面图。

图2为一种公路高陡边坡应力平衡及减振防灾预应力锚索桩基高桥墩结构内拱系梁拱顶位置处剖面图。

图3为减振橡胶垫与墩柱结构部分大样图。

附图标记及对应名称为：1、左侧桩基，2、左侧桥墩3、右侧桩基，4、右侧桥墩，5、内拱系梁，6、预应力锚索，7、减振橡胶垫，8、加劲钢板，9、边坡面界面，10、1/2水平连线。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型一种公路高陡边坡应力平衡及减振防灾预应力锚索桩基高桥墩结构由左侧桩基1、左侧桥墩2、右侧桩基3、右侧桥墩4、内拱系梁5、预应力锚索6、减振橡胶垫7组成。

如图1所示，左侧桩基1和右侧桩基3全身位于边坡岩土层以下，左侧桩基1和右侧桩基3的桩端均坐落于山体内持力层上，桩顶位于边坡面界面9处。在边坡面界面9处，左侧桩基1和左侧桥墩2、右侧桩基3和右侧桥墩4通过钢筋混凝土一体浇筑而连接为一体，彼此的桩心和桥墩墩心位于同一铅垂线上，接触连接面平行吻合。

如图1、图2所示，在左侧桩基1和右侧桩基3之间浇筑有内拱系梁5，其中内拱系梁5拱顶与内拱系梁5梁顶面间距离的1/2水平连线10与左侧桩基1和右侧桩基3的桩顶面连线重合，内拱系梁5的1/2水平连线10以上至内拱系梁5梁顶部分左侧梁面与左侧桥墩2右侧面接触，右侧梁面与右侧桥墩4左侧面接触，并在接触处通过植筋浇筑混凝土而使内拱系梁5与左侧桥墩2和右侧桥墩4连接为一体；内拱系梁5的左拱脚与左侧桩基1贴合接触，右拱脚与右侧桩基3贴合接触，并在接触处通过植筋浇筑混凝土而使内拱系梁5与左侧桩基1和右侧桩基3连接为一体。

如图1、图2所示，在内拱系梁5的1/2水平连线10上，留有一排预孔洞供预应力锚索6自由端穿过，预应力锚索6锚固段位于边坡岩土体的稳定岩层内，自由端穿过内拱系梁5的预孔洞，并通过锚具与内拱系梁5锚定联结固定。

如图1～图3所示，在左侧桥墩2和右侧桥墩4的墩身内，平行于墩身横截面方向铺设有4～8层减振橡胶垫7，减振橡胶垫7的具体数量及截面直径根据公路边坡及桩基高桥墩结构减振控制要求计算确定。减振橡胶垫7与左侧桥墩2和右侧桥墩4截面形心均重合，左侧桥墩2和右侧桥墩4的竖向钢筋穿过减振橡胶垫7，经减振橡胶垫7上下界面的混凝土浇筑而使减振橡胶垫7包裹于左侧桥墩2和右侧桥墩4的墩身内。

如图1所示，内拱系梁5的1/2水平连线10至内拱系梁5梁顶的铅锤高度为桩基直径的0.7～1.0倍，内拱系梁5的拱脚至内拱系梁5的拱顶铅锤高度为桩基直径的0.8～1.1倍，内拱系梁5内拱面为连续曲面。内拱系梁5的预孔洞洞心连线与1/2水平连线重合。

如图2所示，预应力锚索6与左侧桥墩2或右侧桥墩4的铅垂线夹角为60°～85°，锚固段深入稳定岩层的深度或穿过深层边坡潜在滑移线的深度为桩基直径的1.5～3倍，且不小于2m。

如图3所示，减振橡胶垫7为织造和弹性平板式橡胶，截面为圆形，厚度为25mm～50cm，截面直径为50cm～80cm，且减振橡胶垫7截面直径小于墩身截面直径或矩形截面最小边长尺寸的50cm～100cm。减振橡胶垫7负载大于13N/mm²，允许温度范围-30℃～90℃。减振橡胶垫7内夹有1～3层加劲钢板8，加劲钢板8厚度为1.5mm～2.5mm。

如图1所示，本实用新型以单车道路面下的边坡桩基高桥墩结构作为说明，但是本实用新型所保护内容不局限于此，对于多车道的边坡桩基高桥墩结构，所采用结构型式与本专利所公布的单车道结构单元、组件及组合方式实质内容相符的应均为本实用新型所保护范围。