桥桩主动托换方法与流程

本发明涉及桥梁改造技术领域，特别涉及一种桥桩主动托换方法。

背景技术：

目前在我国城市轨道交通的建设中，区间隧道与既有桥梁桩基发生冲突的情况时有发生。此时需要对桥梁进行改造，现有技术中对于桥梁的改造有以下两种方案：一种是拆除重建；另一种是桩基托换。而对于城市中承载繁重交通、又无临时便桥设置条件的桥梁，只有采用桩基托换的改造方案。

传统的桩基托换技术，如图1所示，一般采用骑跨式大承台5’包裹老承台2’的方式进行，在拟建隧道4’范围外新建新桩基6’，在新桩基6’顶设冠梁7’并安装顶升系统8’，通过顶升大承台5’使老桩基3’卸载，切断老桩基3’，然后在大承台5’与新桩基6’之间现浇高强混凝土固结，回填基坑1’，完成托换改造。该传统桩基托换技术只对既有结构的承台和桩基进行改造，仅进行一次体系转换，具有改造量小、造价较省的优点，但存在如下不足：第一、大承台包裹老承台，存在新老混凝土结合的问题。同时，立柱竖向荷载转化为新老承台界面的剪力传递给新承台，传力不直接，安全富余度小；第二、新骑跨式大承台体量较大，浇筑和养护时间较长，导致桥面的封交时间较长；第三、新骑跨式大承台盖住老桩桩基，桩基清障只能人工挖除或盾构机直接切削，仅适用于桩长较短、地质情况较好、地下水位较低的地区，对于类似上海地区软土地基上的桥梁，桥桩桩长一般达到40～50m以上，同时地下水位较高。桩基清障若采用人工挖除法，塌孔风险大；若采用盾构机直接切削法，需配置特殊刀盘增加造价，同时若桩基未正对盾构机，切削时盾构机偏心受力，将影响盾构机走形；因此，仅可在地面采用机械设备拔桩。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的桩基托换技术存在的上述缺陷，提供一种桥桩主动托换方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种桥桩主动托换方法，其特点在于，其包括以下步骤：

s1、施作新桩基并预压，施工第一新承台，在所述第一新承台的顶部安装临时支撑；

s2、顶升上部梁体或盖梁以使原立柱完全卸载，并拆除原立柱、原承台，拔除冲突桩基；

s3、施工第二新承台，新建新立柱；

s4、将所述第一新承台和所述第二新承台连接为一个整体并形成新承台组件；

s5、张拉新承台组件预应力，并拆除临时支撑。

在本方案中，通过新建第一新承台并在第一新承台的顶部设置临时支撑，进行第一次体系转换也就是将荷载从原立柱、原承台等下部结构转移到临时支撑上并将原桥墩整体托换，进而预留出地面拔桩操作空间，待原桩清障完成后重建桥墩；然后进行第二次体系转换也就是将载荷从临时支撑上转移到新建的新承台组件和新立柱上，并拆除临时支撑的过程。采用这种托换方法，除在顶升和连接第一新承台和第二新承台的期间需要限制交通或临时封交外，其余时间桥面均可通车。

较佳地，在步骤s1中，在所述第一新承台的侧面预留连接钢筋，在所述第一新承台的顶部预埋连接法兰。

在本方案中，在第一承台的侧面预留连接钢筋以便于后期施工的湿接缝的强度得到保障；在第一新承台的顶部预埋连接法兰便于临时支撑与第一承台连接。

较佳地，在步骤s1中，在施作新桩基前在原上部结构或者盖梁的下方布设有变形监测系统；

在对第一新承台进行施工前，对桥下基坑进行支护并开挖；

临时支撑的托架梁顶面安装有顶升锁定系统。

较佳地，所述顶升锁定系统包括锁定装置，在步骤s2中，在顶升上部梁体或盖梁后，在拆除原立柱之前，将所述锁定装置锁定。

较佳地，在拔除所述冲突桩基后，及时回填，下部充填单液浆，上部回填水泥土，浅部压密注浆。

较佳地，在步骤s3中，在所述新立柱的柱顶安装支座，或者，在所述新立柱顶部预留湿接头。

较佳地，在步骤s3中，新建的所述新立柱的位置位于所述原立柱的位置。

较佳地，在步骤s4中，通过在所述第一新承台和所述第二新承台之间现浇湿接缝将所述第一新承台与所述第二新承台连接。

在本方案中，现浇湿接缝采用早强型超高性能混凝土，4小时即可达到c40强度，可将封交养护时间控制在1天以内。

较佳地，所述顶升锁定系统还包括顶升装置，在步骤s5中，在拆除所述临时支撑之前，再次顶升上部结构后将所述锁定装置解锁并拆除所述锁定装置，待所述顶升装置回落使所述上部结构回落至所述新立柱上后，拆除所述顶升装置。

较佳地，在步骤s5之后还有步骤s6，基坑回填，外观检修，沉降观测，桥墩托换施工完毕。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：本发明的桥桩主动托换方法，通过设置临时支撑作为过渡受力结构，通过两次受力体系转换完成托换改造，相比传统的桩基托换，预留出了地面机械拔桩操作空间，拓展了桩基托换改造在软土地区的应用范围；在改造期间基本可维持桥面交通，社会效益明显。

附图说明

图1为现有技术中的桩基托换技术的结构示意图。

图2为本发明较佳实施例的桥桩主动托换方法的流程示意图。

图3为本发明较佳实施例的新承台组件的平面示意图。

图4为本发明较佳实施例的临时钢托架梁的顶面的平面示意图。

图5为本发明较佳实施例的原有桥桩与拟建盾构隧道的结构示意图。

图6为本发明较佳实施例的第一次体系转换的结构示意图。

图7为本发明较佳实施例的适用于无盖梁式桥墩的第二次体系转换的结构示意图。

图8为本发明较佳实施例的适用于有盖梁式桥墩的第二次体系转换的结构示意图。

图9为本发明较佳实施例的顶升锁定系统的结构示意图。

附图标记说明：

基坑1’

老承台2’

老桩基3’

拟建隧道4’

骑跨式大承台5’

新桩基6’

冠梁7’

顶升系统8’

新桩基1

新承台组件2

第一新承台2a

第二新承台2b

湿接缝2c

新立柱3

湿接头3a

原桩基4

原承台5

原立柱6

上部结构7

盾构隧道8

临时支撑9

临时钢支墩10

支墩横梁11

托架梁12

顶升锁定系统13

基坑14

千斤顶15

锁定装置16

钢垫块17

下垫块18

侧向限位挡块19

变形监测系统20

具体实施方式

下面通过实施例的方式并结合附图来更清楚完整地说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1-图9所示，本实施例提供一种桥桩主动托换方法，其包括以下步骤：

s1、施作新桩基1并预压，施工第一新承台2a，在第一新承台2a的顶部安装临时支撑9；

s2、顶升上部梁体或盖梁以使原立柱6完全卸载，并拆除原立柱6、原承台5，拔除冲突桩基；

s3、施工第二新承台2b，新建新立柱3；

s4、将第一新承台2a和第二新承台2b连接为一个整体并形成新承台组件2；

s5、张拉新承台组件2预应力，并拆除临时支撑9。

其中，通过新建第一新承台2a并在第一新承台2a的顶部设置临时支撑9，进行第一次体系转换也就是将荷载从原立柱6、原承台5等下部结构转移到临时支撑9上并将原桥墩整体托换，进而预留出地面拔桩操作空间，待原桩清障完成后重建桥墩；然后进行第二次体系转换也就是将载荷从临时支撑9上转移到新建的新承台组件2和新立柱3上，并拆除临时支撑9的过程。采用这种托换方法，除在顶升和连接第一新承台2a和第二新承台2b的期间需要限制交通或临时封交外，其余时间桥面均可通车。

在施作新桩基1前在原上部结构7或者盖梁的下方布设有变形监测系统20；然后对桥下基坑14进行支护并开挖。在本实施例中，临时支撑9包括临时钢支墩，临时钢支墩10安装在第一新承台2a的顶面上，在临时钢支墩10的顶面安装有支墩横梁11，在支墩横梁11上安装有临时钢托架梁12，在临时钢托架梁12的顶面与原桥的梁底或原桥的盖梁的底面安装顶升锁定系统13。

在步骤s1中，在第一新承台2a的侧面预留连接钢筋以便于后期施工的湿接缝2c的强度得到保障；在第一新承台2a的顶部预埋连接法兰便于临时支撑9与第一承台连接。

顶升锁定系统13包括顶升装置和锁定装置16，其中，顶升装置采用千斤顶15，锁定装置16包括钢垫块17、下垫块18和侧向限位挡块19。在步骤s2中，利用千斤顶15将上部梁体或者盖梁顶升，以使原立柱6完全卸载再顶升上部梁体或盖梁。在顶升后，在拆除原立柱6之前，需将上述的锁定装置16锁定后才能对原立柱6、原承台5等进行拆除。在拔除冲突桩基后，及时回填，下部充填单液浆，上部回填水泥土，浅部压密注浆。

在步骤s3中，新建的新立柱3的位置位于原立柱6的位置。对于无盖梁的桥墩在新立柱3的柱顶安装支座；对于有盖梁的桥墩在新立柱3的柱顶需预留与盖梁的湿接头3a，以便于与盖梁连接。

在步骤s4中，通过在第一新承台2a和第二新承台2b之间现浇湿接缝2c将第一新承台2a与第二新承台2b连接。为防止湿接缝2c养护受到桥面车辆振动的影响，在本实施例中，采用早强uhpc(早强超高强性能混凝土)现浇湿接缝2c，养护时间可压缩至1天。对于有盖梁立柱，同时采用早强uhpc现浇立柱与盖梁的湿接头3a。

在步骤s5中，待湿接缝2c混凝土达到设计强度后，张拉新承台组件2的预应力，拆除顶升锁定系统13，拆除临时支撑9。在拆除临时支撑9之前，需再次利用千斤顶15顶升上部结构后将锁定装置16解锁并拆除锁定装置16，待千斤顶15回落使上部结构回落至新立柱3上后，拆除千斤顶15。

在步骤s5之后还有步骤s6，基坑14回填，外观检修，沉降观测，桥墩托换施工完毕。

本实施例提供的桥桩主动托换方法通过设置临时支撑9，使结构在每次体系转换完成后均存在明确完整的传力途径，使桥梁在改造绝大部分时间内具备通车条件。具体为：第一次体系转换前，结构传力途径为：上部结构→原立柱6→原桩基4，此时不需封交；第一次体系转换时，通过千斤顶15顶升与锁定装置16锁定完成，在这个过程中需封交；第一次体系转换后，结构传力途径为：上部结构→临时支撑9→新桩基1，此时不需封交；第二次体系转换时，通过千斤顶15顶升、锁定装置16解锁拆除、千斤顶15回落拆除完成，在这个过程中需封交；第二次体系转换后，结构传力途径为：上部结构→新立柱3→新桩基1，这个过程不需封交。在两次体系转换时，均为千斤顶15限制交通或封交作业，时间较短，可在夜间交通量较小的时段进行。

本实施例提供的桥桩主动托换方法的具体操作过程如下：

某市连接两座机场的市域铁路联络线区间，以双洞盾构的形式穿越一机场南回转立交匝道桥，双洞盾构隧道8与该立交匝道桥的3条匝道共6个桥墩桩基发生冲突。其中一个中墩的上部结构为普通钢筋混凝土连续现浇梁，桥面变宽14.409-19.259m，碗形断面。该桥墩为双柱承台式墩，桩基为10个φ600mmphc管桩，桩长45m。

采用本实施例提供的桥桩主动托换方法，对该桥墩桩基进行托换说明，如下：

在拟改造的老桥的上部结构的梁底布设变形监测系统20。在拟建联络线隧道结构的边线范围以外一定安全距离位置处施作6根新桩基1，并预压新桩基1以减小后期沉降。新桩基1的直径宜取大值以增加桩的抗弯刚度和承载力，桩长根据计算确定。

在桥下施作基坑14支护结构，开挖基坑14基底注浆加固，做好相邻桥墩的保护工作。新桩基1破桩头至指定标高，施工新承台第一部分也就是第一新承台2a，并在第一新承台2a的侧面预留出连接钢筋，在第一新承台2a的顶部预埋连接法兰。

在第一新承台2a的顶面安装临时支撑9，临时钢支墩10通过法兰连接至第一新承台2a上，依次架设支墩横梁11、临时钢托架梁12。临时支撑9必须有足够的强度和稳定性，以满足上部结构通车的需求，其构造尺寸通过计算确定。

根据监控指令，利用千斤顶15顶升上部梁体以使原结构立柱完全卸载，然后将锁定装置16锁定，并采用链锯法由上至下分节分段切割原立柱6、原承台5，分批将切割块体运出施工场地拆除。将原桩基4全部露出基坑14的底面，采用fcec全回转清障机拔除原phc管桩。旧桩拔除后，及时回填，为确保密实度严格控制后期沉降，下部充填单液浆，上部回填水泥土，浅部压密注浆。然后施工新承台第二部分也就是第二新承台2b，并预留连接钢筋，在原立柱6的位置新建新立柱3，在新立柱3的柱顶安装支座。支座的型号与老桥中支座的型号一致，并且在第一新承台2a和第二新承台2b的内部布置冷却管降低水化热，防止结构裂缝的出现。

采用早强uhpc-e80现浇第一新承台2a和第二新承台2b之间的湿接缝2c，养护uhpc待其强度达到c40混凝土设计强度后张拉承台预应力。然后根据监控指令再次顶升上部结构后将锁定装置16解锁，并拆除锁定装置16。千斤顶15回落，使上部结构回落至新立柱3的支座上。待沉降稳定后拆除千斤顶15，拆除临时支撑9。最后基坑14回填，地面修复，外观检修，桥墩托换施工完毕。

托换施工过程中，根据监控数据，适时顶升调整上部结构标高，控制被托桥墩相对本联其他桥墩的差异沉降不大于5mm，保证上部结构线形及受力在容许范围内。在正式顶升前进行预顶升，消除顶升系统可能出现的问题及可能出现的非弹性变形。托换施工完毕后，持续对桥梁进行沉降观测，频率1次/月。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。