本發(fā)明涉及橋梁橋墩的保護技術(shù)，尤其涉及一種基于廢舊輪胎的橋墩抗?jié)L石沖擊裝置及其施工方法。

背景技術(shù)：
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橋墩是橋梁工程中的重點部位及薄弱環(huán)節(jié)，在交通工程運營期間需要重點保護。位于高山峽谷地區(qū)的橋梁經(jīng)常受到各種地質(zhì)災(zāi)害的威脅，包括崩塌滾石、泥石流、雪崩等，這些地質(zhì)災(zāi)害可能導(dǎo)致橋墩產(chǎn)生損傷與破壞。

如在2009年7月25日，岷江右岸山體高位(落差達500m)危巖發(fā)生大面積崩塌，崩塌體總體積超過10000立方米，巨石沿陡坡滾落而下直接撞擊徹底關(guān)大橋8^#橋墩，使8^#橋墩瞬間折斷，導(dǎo)致第8、9跨共長60m的梁體落梁，第10、11跨梁體受牽引向映秀方向滑移26cm，第11橋臺處伸縮縫損壞，滾石災(zāi)害導(dǎo)致3人死亡，12人受傷，7輛車輛損毀?？梢?，有必要發(fā)展橋梁橋墩的抗?jié)L石沖擊裝置。

中國專利申請?zhí)?01510366617.X公布了一種分片組合式橋墩防護裝置，由若干個自上而下圍設(shè)在橋墩外壁上的防護單元組成，每個防護單元由若干個防護構(gòu)件構(gòu)成，防護構(gòu)件包括充填有填充物的內(nèi)層結(jié)構(gòu)和加強筋分隔成密閉空腔的外層結(jié)構(gòu)組成；中國專利授權(quán)公告號CN205617236U公布了一種橋墩防沖刷、防落石復(fù)合結(jié)構(gòu)，由環(huán)周包覆于橋墩外的腹板增強消能體組成，消能體外部設(shè)置耐磨層，格構(gòu)內(nèi)填充有耗能芯材。上述專利的局限性在于：所提抗?jié)L石沖擊裝置安裝、固定于橋墩的外壁四周，滾石的沖擊能量最終還是全部傳遞給了橋墩，其作用主要是降低了沖擊荷載的峰值強度，并未減少沖擊能量的總值。

而另一方面，我國每年產(chǎn)生的廢舊輪胎居世界前列，2013年我國廢舊輪胎產(chǎn)生量已經(jīng)達到2.99億條、重量達到1080萬噸，并以每年約8%~10%的速度增長。到2020年，我國廢舊輪胎年產(chǎn)量將達2000萬噸。如何安全、環(huán)保的處理與日俱增的廢舊輪胎，是亟待解決的問題。

若能夠把廢舊輪胎用于制作橋墩的抗沖擊防護裝置，一方面可以降低橋墩抗?jié)L石裝置的造價與施工難度，另一方面也為廢舊輪胎的再利用提供新途徑，顯然符合資源再利用的發(fā)展需求。

可見，有必要探討利用廢舊輪胎制作橋梁橋墩抗?jié)L石沖擊裝置及其施工方法，促進現(xiàn)有技術(shù)的革新與進步。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
：為了彌補現(xiàn)有技術(shù)問題的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于廢舊輪胎的橋墩抗?jié)L石沖擊裝置及其施工方法，其制作成本低廉、施工簡便，為橋梁橋墩的抗?jié)L石沖擊提供一種可靠的防護裝置。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

基于廢舊輪胎的橋墩抗?jié)L石沖擊裝置，其特征在于，包括廢舊輪胎配重塊、鋼樁與連接板；在橋墩外周打入多根間隔分布的鋼樁，鋼樁以橋墩為中心分布成多圈，每根鋼樁上套入廢舊輪胎配重塊，每圈相鄰鋼樁之間、相鄰圈對應(yīng)位置鋼樁之間分別套入連接板，廢舊輪胎配重塊、鋼樁與連接板組裝構(gòu)成一體，并在廢舊輪胎的外露面噴射水泥砂漿并抹面。

所述的基于廢舊輪胎的橋墩抗?jié)L石沖擊裝置，其特征在于，所述的廢舊輪胎配重塊為廢舊輪胎內(nèi)部凹槽空間內(nèi)綁扎構(gòu)造鋼筋并澆筑混凝土形成，且在中心處設(shè)有預(yù)留孔，預(yù)留孔直徑、連接板上套孔直徑略大于鋼樁直徑。

所述的基于廢舊輪胎的橋墩抗?jié)L石沖擊裝置，其特征在于，所述的鋼樁內(nèi)圈上的廢舊輪胎配重塊內(nèi)壁與橋墩外壁設(shè)有間隙。

一種基于廢舊輪胎的橋墩抗?jié)L石沖擊裝置的施工方法，其特征在于，包括如下步驟：

1）、設(shè)計防護方案：

根據(jù)擬防護橋墩周邊的地質(zhì)條件、流水沖刷情況、滾石來襲主要方位、滾石來襲的最大沖擊能量、廢舊輪胎配重塊直徑等因素，設(shè)計抗?jié)L石沖擊裝置的布置方式，確定各鋼樁的打設(shè)位置；

2）、打入鋼樁：

根據(jù)設(shè)計方案，在擬防護橋墩周邊打入鋼樁，使鋼樁插入強度較高的地基土層中，且處于豎直狀態(tài)；

3）、鋪設(shè)混凝土墊層：

挖除已打入地基鋼樁周邊的浮土，鋪設(shè)混凝土墊層，且使墊層的頂面呈水平狀，使最底部的廢舊輪胎配重塊平鋪于混凝土墊層上；墊層中可布設(shè)構(gòu)造鋼筋，墊層的最小厚度不宜小于40cm，且其埋深應(yīng)滿足抗沖刷要求；

4）、套入廢舊輪胎配重塊：

基于預(yù)留孔把廢舊輪胎配重塊均勻、對稱地套在各鋼樁上，并選擇合適位置在相鄰鋼樁之間套入連接板，廢舊輪胎配重塊、鋼樁與連接板組裝構(gòu)成一體結(jié)構(gòu)；

5）、水泥砂漿抹面：

在各廢舊輪胎的外露面噴射水泥砂漿進行抹面防護。

本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明利用廢舊輪胎制作配重塊，一方面廢舊輪胎為外框架可省去模板，另一方面廢舊輪胎可有效保護其內(nèi)槽內(nèi)的鋼筋混凝土，混凝土內(nèi)僅配少量構(gòu)造鋼筋即可，整體價格低廉，使用方便；

2、本發(fā)明通過廢舊輪胎配重塊及連接板交替套入鋼樁形成抗?jié)L石沖擊裝置，施工簡單方便，施工速度快；鋼樁打入強度較高的土層中形成抗?jié)L石沖擊裝置的受力骨架，整體穩(wěn)定性好，能承受較大的沖擊能量；

3、本發(fā)明與擬防護橋墩保持一定的距離，即滾石沖擊產(chǎn)生的能量作用在廢舊輪胎配重塊上而不直接作用在橋墩上，只有所提抗?jié)L石沖擊裝置被沖擊毀壞后，剩余的能量才傳至橋墩上；與常見的安裝、固定于橋墩外壁四周的傳統(tǒng)抗沖擊裝置相比，本發(fā)明所提裝置能大大提高防護效果；

4、本發(fā)明被滾石沖擊損毀后，可更換損毀的部件，重新構(gòu)成性能完好的抗沖擊裝置，迎接下一次沖擊挑戰(zhàn)。且更換部件成本低廉，具有經(jīng)濟性與實用性。

附圖說明：

圖1本發(fā)明的廢舊輪胎配重塊結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2本發(fā)明的連接板結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3本發(fā)明的橋墩抗?jié)L石沖擊單層裝置俯視圖。

圖4本發(fā)明的橋墩抗?jié)L石沖擊單層裝置主視圖。

圖5本發(fā)明的橋墩抗?jié)L石沖擊單層裝置的三維示意圖。

圖6本發(fā)明的橋墩抗?jié)L石沖擊單層裝置的連接板與鋼樁搭接示意圖。

圖7本發(fā)明的橋墩抗?jié)L石沖擊雙層裝置的三維示意圖。

圖8本發(fā)明的橋墩抗?jié)L石沖擊雙層裝置的連接板與鋼樁搭接示意圖。

圖9本發(fā)明的抗?jié)L石沖擊局部雙層裝置的三維示意圖。

圖10本發(fā)明的抗?jié)L石沖擊局部雙層裝置的連接板與鋼樁搭接示意圖

附圖標(biāo)記說明：1、廢舊輪胎；2、鋼筋混凝土；3、預(yù)留孔；4、連接板；5、套孔；6、橋墩；7、鋼樁。

具體實施方式：

參見附圖：

基于廢舊輪胎的橋墩抗?jié)L石沖擊裝置，包括廢舊輪胎配重塊、鋼樁7與連接板4；根據(jù)擬防護橋墩周邊的環(huán)境情況設(shè)計防護方案后，在相應(yīng)位置打入鋼樁7，然后基于預(yù)留孔3把廢舊輪胎配重塊套入鋼樁7上，并選擇合適位置在相鄰鋼樁7之間套入連接板4，由此組裝形成廢舊輪胎配重塊與連接板4交替分布、各相鄰鋼樁7之間通過連接板4連接的整體結(jié)構(gòu)，并在廢舊輪胎的外露面噴射水泥砂漿形成一定厚度的抹面，最終構(gòu)成橋梁橋墩的抗?jié)L石沖擊裝置。

廢舊輪胎配重塊為廢舊輪胎1內(nèi)部凹槽空間內(nèi)綁扎構(gòu)造鋼筋并澆筑混凝土2形成，且在對稱軸處設(shè)置預(yù)留孔3，預(yù)留孔3的直徑大于鋼樁7的直徑。

抗?jié)L石沖擊裝置呈封閉環(huán)狀，擬防護橋墩6位于封閉環(huán)的內(nèi)部，如果擬防護橋墩所處位置處的滾石沖擊能量不大，可采用一個封閉環(huán)的設(shè)計方案，如圖5所示。如果擬防護橋墩所處位置處的滾石沖擊能量較大，可采用兩個甚至多個封閉環(huán)的設(shè)計方案，如圖7所示：也可在滾石來襲主要方向的位置局部增加廢舊輪胎配重塊的層數(shù)，如圖9所示。

環(huán)狀抗?jié)L石沖擊裝置的內(nèi)壁與擬防護橋墩6的外壁相距一定的距離，即滾石沖擊產(chǎn)生的能量作用在廢舊輪胎配重塊上而不直接作用在橋墩上；只有滾石沖擊能量較大，把所提抗?jié)L石沖擊裝置摧毀變形后，廢舊輪胎配重塊與擬防護橋墩6發(fā)生接觸后，剩余的能量才傳至橋墩上。但此時的主要沖擊能量已被廢舊輪胎配重塊及鋼樁吸收。而常見的安裝、固定于橋墩外壁四周的傳統(tǒng)抗沖擊裝置，滾石的沖擊能量最終還是全部傳遞給了橋墩，傳統(tǒng)抗沖擊裝置的作用主要是降低了沖擊荷載的峰值強度，并未減少沖擊能量的總值；可見，本發(fā)明所提裝置顯然能夠大大提高防護效果。

圖6、圖8與圖10給出了不同情況下鋼樁7與連接板4的搭接情況；連接板4上套孔5的直徑略大于鋼樁7的直徑，方便鋼樁7與連接板4的搭接；、施工中應(yīng)保證鋼樁7的鉛垂度及施工精度，若鋼樁7的位置偏移較大導(dǎo)致相連鋼樁7之間無法用連接板4套入連接時，應(yīng)重新施工糾正鋼樁7的位置，直至滿足要求為止。

本發(fā)明被滾石沖擊損毀后，可能鋼樁發(fā)生了扭曲變形，被沖擊一側(cè)的廢舊輪胎已與擬防護橋墩發(fā)生接觸?？膳c搭接施工相反的次序，拆除、移走廢舊輪胎配重塊，更換損毀的部件，重新構(gòu)成性能完好的抗沖擊裝置，迎接下一次滾石沖擊的挑戰(zhàn)。所提裝置更換部件成本較低，具有經(jīng)濟性與實用性。

基于廢舊輪胎的橋墩抗?jié)L石沖擊裝置的施工方法，詳細(xì)描述如下：

1）、設(shè)計防護方案：

根據(jù)擬防護橋墩6周邊的地質(zhì)條件、流水沖刷情況、滾石來襲主要方位、滾石來襲的最大沖擊能量、廢舊輪胎配重塊直徑等因素，設(shè)計抗?jié)L石沖擊裝置的布置方式，確定各鋼樁7的打設(shè)位置。

如果擬護橋墩6周邊的場地開闊且滾石來襲的沖擊能量較大，可采用多個封閉環(huán)的設(shè)計方案，如圖7所示：如果擬護橋墩6周邊的場地狹窄，可在滾石來襲主要方向的位置進行局部加固，如圖9所示。

連接板4上兩端套孔5中心點之間的距離，實際上等于廢舊輪胎的外輪廓直徑。故連接板4可根據(jù)廢舊輪胎的規(guī)格，提前制作供選用。

2）、打入鋼樁7：

根據(jù)設(shè)計方案，在擬防護橋墩6周邊打入鋼樁7，使鋼樁7插入強度較高的地基土層中，且處于豎直狀態(tài)。

實際施工過程中，鋼樁7的位置有一定誤差也是正常的；由于連接板4兩端套孔5的直徑略大于鋼樁7的直徑，其能夠適應(yīng)鋼樁7在一定范圍內(nèi)的偏移。但若鋼樁7的位置偏移太大，導(dǎo)致連接板4無法套入相鄰的兩根鋼樁7時，需重新打設(shè)鋼樁7。故施工過程中盡可能的保證施工精度。

鋼樁7應(yīng)打入強度較高的地基土層中，形成嵌固段，使其具有足夠的抗彎與抗剪強度，能夠抵抗?jié)L石來襲作用在廢舊輪胎配重塊上進而傳遞給鋼樁7的組合荷載。

3）、鋪設(shè)混凝土墊層：

挖除已打入地基鋼樁7周邊的浮土，鋪設(shè)混凝土墊層，且使墊層的頂面呈水平狀，使最底部的廢舊輪胎配重塊平鋪于混凝土墊層上；墊層中可布設(shè)構(gòu)造鋼筋，墊層的最小厚度不宜小于40cm，且其埋深應(yīng)滿足抗沖刷要求。

無論是干燥地區(qū)還是水中地基，均應(yīng)考慮流水沖刷的問題。設(shè)置混凝土墊層且滿足抗沖刷要求，是對所提抗?jié)L石沖擊裝置的有效保護，使其立于較穩(wěn)固的基礎(chǔ)上。

混凝土墊層表面呈水平狀，使后續(xù)廢舊輪胎的搭接非常整齊、對稱，提高整體的強度與剛度；混凝土墊層對鋼樁7也有保護作用，使鋼樁7位置固定且周邊土體穩(wěn)固。

4）、套入廢舊輪胎配重塊：

基于預(yù)留孔3把廢舊輪胎配重塊均勻、對稱地套在各鋼樁7上，并選擇合適位置在相鄰鋼樁7之間套入連接板4，最終組裝形成廢舊輪胎配重塊與連接板4交替分布、各相鄰鋼樁7之間通過連接板4連接的整體結(jié)構(gòu)。

廢舊輪胎配重塊為廢舊輪胎1內(nèi)部凹槽空間內(nèi)綁扎構(gòu)造鋼筋并澆筑混凝土2形成。以常見小轎車輪胎型號195/60R15為例，其內(nèi)腔體積約為0.055 m³，內(nèi)槽澆筑鋼筋混凝土后整體重量約為130kg。2~4人能把該重量的廢舊輪胎配重塊抬起套入鋼樁7中。施工中應(yīng)盡可能的較少廢舊輪胎配重塊對鋼樁7的碰撞，以維護整體的穩(wěn)定性與安全性。

圖6、圖8與圖10給出了不同情況下鋼樁7與連接板4的搭接情況；連接板4把鋼樁7相互搭接形成整體，能夠有效分散滾石沖擊能量，提高防護效果。

5）、水泥砂漿抹面：

在各廢舊輪胎的外露面噴射水泥砂漿形成一定厚度的抹面，防止廢舊輪胎在特殊情況下發(fā)生燃燒，阻止鋼樁及連接板的生銹，也可有效延緩廢舊輪胎中橡膠的老化。

在特殊情況下，如雷擊、山火引燃等作用下，廢舊輪胎可能發(fā)生燃燒，造成抗沖擊裝置的失效；故廢舊輪胎搭接、堆砌施工結(jié)束后，應(yīng)在其外露面噴射水泥砂漿形成抹面，防止廢舊輪胎在特殊情況下發(fā)生燃燒；施工中，可在廢舊輪胎表面附著、固定、包裹輔助土工織物，使水泥砂漿能牢固、有效的包裹住廢舊輪胎外表面，形成穩(wěn)定的保護層。

當(dāng)然本發(fā)明也可以采用一圈鋼樁結(jié)構(gòu)，效果相比多圈鋼樁要差。

本發(fā)明不局限于上述具體實施方式，根據(jù)上述內(nèi)容，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識和慣用手段，在不脫離本發(fā)明上述基本技術(shù)思想前提下，本發(fā)明還可以做出其它多種形式的等效修改、替換或變更，均落在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。