一种桥梁桩基托换施工及变形控制方法与流程

本发明涉及桩基托换施工，尤其涉及一种桥梁桩基托换施工及变形控制方法。

背景技术：

1、地铁线路往往位于城市主干道及立交桥下方，因此地铁在既有桥梁下穿过几乎在每个城市中都不可避免，这就带来了对原桩基保护的问题。对于桩基础托换的处理办法一般为桩基托换和桩基保护：桩基托换为主动托换方法，该类保护适用于桩基与设计隧道线路冲突情况，在区间隧道施工通过前，将原桩的受力体系转换到新建桩基后，对原桩基进行截断的保护方法；桩基保护为被动托换方法，该类保护适用于桩基与隧道水平或竖向净距小，为保障安全，采用“托而不换”的措施，不对原桩进行截断处理，新增桩基及托梁达到加固作用。

2、目前桩基托换结构对新旧桩的不均匀沉降的适应力是相当有限的，旧桩的沉降变形应在没有新的影响因素情况下，认为已基本稳定，而新的托换梁及托换桩在受荷后必然产生沉降变形，所以如何控制托换结构的沉降变形是桩基托换的一个核心问题。托换结构的承载力与变形的问题主要是在桩基托换施工与托换完成后结构的使用期间，必须保证托换结构足够的稳定与安全，必须保证被托换桩及托换结构的变形在安全范围内，同时保证整体上部构筑物的沉降以及变形均在安全范围内。

3、桩基托换除了以上沉降变形的问题，对下穿的隧道等建筑土体的影响也较大，目前存在电力隧道和各种隧道穿越桩基托换群桩区域，被托换桩在截桩前，被托换桩对下穿的隧道外部具有摩擦力以及承台附近土体对下穿隧道的土压力满足原结构的抗浮设计要求，当被托换桩截桩后，新承台较大同时托换桩距离下穿隧道较远，新承台对下穿隧道附近土体的土压力以及托换桩对下穿隧道外部的摩擦力并不能满足新结构的抗浮设计，同时对下穿隧道存在被向上顶裂的风险。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种桥梁桩基托换施工及变形控制方法，设置托换梁及托换桩承受上部荷载，以满足盾构通过要求，地梁式托换体系在施工过程中不再需要对地面以上的桥梁结构进行改造，同时保证托换结构稳定安全，变形控制在安全范围内，解决上述技术问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种桥梁桩基托换施工及变形控制方法，包括以下步骤：

4、s100、确定桩基托换设计方案：采用地梁式托换体系、主动托换形式，设置桩基托换结构承受上部荷载，所述桩基托换结构包括托换梁、托换桩和桩帽，所述托换梁将既有承台包裹在内，所述托换桩的顶部设有桩帽，所述托换梁与所述桩帽之间设置有支顶装置，所述支顶装置包括沿着托换桩形心从内至外依次环绕布置n组支撑调节装置和n组托换顶升千斤顶；

5、s200、托换桩、桩帽及托换梁的施工：钻孔施工托换桩，待托换桩达到设计强度后，进而开挖桩帽基坑和托换梁基坑，完成桩基托换工程基坑开挖施工，依次完成桩帽和托换梁施工，在托换梁达到强度要求后，准备顶升施工前的相应工作；

6、s300、托换桩的顶升设计力：截桩前被托换桩的顶升力与既有承台对电力隧道向下的土压力保持平衡保证原结构抗浮设计，为满足截桩前后抗浮设计不变的原则，需削减托换后托换桩的顶升设计力，托换梁分配至电力隧道的土压力就会增大，托换桩的顶升设计力应满足下列公式：

7、

8、其中，f顶为单个托换桩的顶升设计力，f0为单个被托换桩截桩前的顶升力，f为托换梁下方土体对电力隧道的土压力，β为顶升设计力的削减系数，α为土压力分配系数，k为被托换桩的个数；

9、s400、顶升施工要求：托换桩上支撑调节装置所能提供的最大支撑力nmax大于最大的每桩顶升设计力fmax，其中每组支撑调节装置是由m根钢管混凝土柱均布在两压板之间，应满足下列公式：

10、 nmax=mnnu＞fmax

11、其中，nmax为单根托换桩上n组支撑调节装置所能提供的最大支撑力，nu为钢管混凝土柱的轴心受压承载力设计值，fmax为桥墩下所有新的托换桩中最大的每桩顶升设计力，单个桩帽中心设置的钢管混凝土立柱个数为mn;

12、s500、分级顶升：根据步骤s300顶升施工要求对每一托换桩进行支撑力验算后，确定每一托换桩的顶升力设计值，分级加载顶升施工至顶升力设计值后进行主动托换，主动托换受力转换完成后，既有承台下方桥桩承受的力即通过托换梁转换至托换桩上；

13、s600、截断被托换桩：顶升达到设计要求后，待上部桥梁结构及下部托换结构全部稳定后，加固支撑调节装置，千斤顶逐级卸载至设计顶升力的60%时锁定千斤顶，截断被托换桩，在切除过程中根据墩顶的位移变化调整千斤顶顶力及支撑装置，直至顶升达到初始状态以上1mm位置，完成截断施工形成新的托换体系；

14、s700、断桩后新的托换体系稳定，沉降可控后将托换梁与桩帽之间的支顶装置浇筑混凝土将托换桩与托换梁进行封固，最终完成桩基托换。

15、作为本发明优选地，步骤s500中所述的分级加载顶升施工步骤具体为：

16、a)布设监测点，根据实测托换梁顶位置变形值、被托换桩沉降值，对托梁进行逐级顶升，并监测各监测点的位移、应变变化情况；顶升时采用位移、顶升力双控，顶升力按设计顶升力的40%、60%、80%、90%、100%、105%、110%进行分级加载;

17、b)分级加载顶升使托换桩预先承受超过托换后的荷载量，在短时间内完成大部分沉降变形，并检验托换梁及梁、柱接头受荷变形情况，确定其安全工作状态；

18、c)每一级加载完成后，观测顶升量，当顶升量与顶升应力不符时，调整个别千斤顶顶升应力，直至桥梁上部结构均匀上升至顶升力设计值。

19、进一步优选地，布设监测点具体是在托换梁完成后对被托换桩的托换受力转换施工时进行，被托换桩的桩顶及四个边、托换梁顶、托换桩顶均安装电子位移计测量各监控点的位移量，在托换桩的桩帽上、托换桩桩周垂直托换梁的方向上对称安装位移计监测托换梁与桩帽之间的位移量；在托换梁最大弯矩截面的两侧预埋钢筋应变计测量托换梁的变形量；在托换桩与托换梁之间安装电子位移计测量顶升量；在被托换桩顶安装纵横向倾角仪监测托换桩的纵横向倾斜度，在托换梁和桩帽上安装倾角仪监测托换梁及承台不均匀变化的倾角仪。

20、作为本发明优选地，所述桩帽与托换梁底面之间预留一定的顶升空间，所述桩帽上布置的n组托换顶升千斤顶组合形心与托换桩的形心重合，所述托换顶升千斤顶与桩帽顶面之间设有钢板垫块；每一托换桩上的托换顶升千斤顶并联顶升，由同一台液压油泵站控制，以确保千斤顶顶升力相同。顶升过程中顶升力加载需缓慢进行，支撑调节装置应随千斤顶顶升而调节高度，对托换梁体的稳定及加载千斤顶的使用起安全保险作用。

21、作为本发明优选地，所述支撑调节装置由三根钢管混凝土柱进行品字型布置，截断后，支撑调节装置永久置于托换梁与托换桩之间的支顶装置内。钢管混凝土柱两两焊接贴紧，确保支撑调节装置的整体性。

22、作为本发明优选地，在步骤s200中，所述桩基托换工程基坑开挖施工按照逆作法具体步骤分三步：

23、a)开挖至托换梁底标高以下10cm；

24、b)在步骤a)的基础上局部开挖桩帽及截水沟至底标高，并依次施作截水沟、桩帽和托换梁；

25、c)待千斤顶预顶后，局部掏槽开挖截断被托换桩的工作基坑，开挖深度为1.2~1.8m，提供截桩工作面。

26、综上所述，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：本发明采用主动托换为主，在被托换桩截断前，对托换桩和桩基托换整体结构施加荷载，从而使桥梁上部荷载全部转移到托换梁上，同时通过预加载消除部分托换桩和桩基托换结构的变形，使托换桩和结构的变形控制在较小的范围，在顶升施工前对支撑调节装置进行支撑力验算，满足顶升施工要求后再进行分级加载施工，确保顶升达到设计要求，有效控制托换产生的变形；对于托换载荷较小时采用被动托换方式，新增承台和钢管混凝土柱对既有承台进行加固，达到托而不换的目的。主动托换为主，被动托换为辅，桩基托换时产生的变形得到更有效的控制，对于主动托换的桩群针对基坑开放方式不同设置群桩区和换乘区，合理安排施工步骤，主次分明，提高施工效率。本发明的桩基托换结构中支撑调节装置与托换顶升千斤顶的布置，结构稳定可靠，在托换梁达到强度要求后，通过预顶消除托换后桥梁荷载作用至新桩产生的变形对桥梁的不利影响，防止新桩桩顶沉降带动桥墩沉降，确保既有桥梁安全和桩基托换施工安全，在整个施工过程中不再需要对地面以上的桥梁结构进行改造即可完成桩基托换工程。