一种桥梁大吨位多桩基的整体主动托换结构及托换方法

摘要

本发明提供一种桥梁大吨位多桩基的整体主动托换方法，所述方法需提供一整体主动托换结构，该方法具体为：施作新桩与纵横承台梁，同时在纵向承台梁中预留后浇节点位置；在被托换桩上浇筑抱箍；通过抱箍施加顶升力，将被托换桩卸载至零轴力，然后截断被托换桩；在纵向承台梁与被托换桩之间，施作后浇钢筋砼的托换节点，完成受力转换；对每一根被托换桩，重复以上步骤，完成所有桥梁桩基的整体主动托换。本发明还提供了一种桥梁大吨位多桩基的整体主动托换结构，所需布设的新桩数目较少，避免了受空间条件限制无法布桩的困难；有利于调整各被托换桩之间的差异沉降，其受力性能与耐久性较为可靠。

说明书

技术领域

本发明涉及桩基托换技术，尤其涉及一种桥梁大吨位多桩基的整体主动托换结构及托换方法。

背景技术

目前我国以地铁为代表的轨道交通工程建设正方兴未艾，而地铁建设过程中，其区间隧道与既有市政桥梁发生空间交叉的情况时有发生。此时所采用的方案无非以下两种：1）拆桥重建，使新桥的桩基布置避开拟建盾构区间隧道；2）对发生空间交叉的若干根桥梁桩基进行托换。拆桥重建方案投资较大且严重影响周围环境，目前已较少采用，而桩基托换方案对城市环境影响较小，已越来越得到广泛应用。

目前国内外常用的桥梁桩基托换方案，从结构形式上说一般均采用扁担承台梁的托换结构；如图1a所示：即被托换桩1’所承担的荷载通过一道扁担承台梁3’，传递给两根新桩2’。从节点构造上说可分为被动式（如图1b所示）和主动式（如图1c所示）：前者先完成两根新桩2’的施工,再施作承台梁3’,同时完成新旧结构相接处的节点施工，然后在原桩基1’仍承担荷载的情况下将其截断，完成受力转换；后者先完成两根新桩2’的施工，再施作承台梁3’，同时完成新旧结构相接处的节点施工，然后通过千斤顶4’与抱箍5’将原桩基1’卸载至零轴力后将其截断，最后撤去千斤顶4’完成受力转换。

上述桥梁桩基托换方案目前技术上已较为成熟，但若需要同时对多根桥梁桩基进行结构托换时，上述传统的托换方案仍存在以下不足。

1）传统托换方案采用两根新桩加扁担承台梁的结构形式进行受力转换，所需新桩数量为被托换桩数量的2倍，若需要同时对多根桩基进行托换，受空间条件限制常常无法布置新桩的平面位置。

2）采用传统托换方案对桥梁结构的多根桩基进行托换，若各被托换桩所承担的上部荷载差异较大，则完成受力转换后，各被托换桩之间容易产生差异沉降，进而引起桥梁上部结构开裂等不良后果。

3）桥梁桩基所承担上部荷载的吨位通常是比较大的，而传统托换方案中的托换节点构造（无论被动式或主动式），均采用齿键与植筋的方式传递新旧结构之间的剪力，其安全系数较小，对桥梁结构耐久性是很不利的。

发明内容

本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种桥梁大吨位多桩基的整体主动托换结构，其所需布设的新桩数目较少，避免了受空间条件限制无法布桩的困难；有利于调整各被托换桩之间的差异沉降，其受力性能与耐久性较为可靠。

本发明的技术问题之一是这样实现的：一种桥梁大吨位多桩基的整体主动托换结构，所述整体主动托换结构包括：多个纵向承台梁、多个横向承台梁以及多个后浇钢筋砼托换组件；

多个横向承台梁与多个纵向承台梁为整体现浇，纵向承台梁上预留多个后浇节点预留空间；所述后浇钢筋砼托换组件置于所述后浇节点预留空间内，所述后浇钢筋砼托换组件包括：抱箍、至少四个千斤顶、桩身主筋、螺旋箍筋、梁内抗冲切筋以及梁内受拉底筋；所述抱箍设置于桥梁的被托换桩上，所述四个千斤顶置于纵向承台梁与抱箍之间；所述桩身主筋用于连接被截断的原桩身主筋；所述螺旋箍筋缠绕于接长的桩身主筋上；所述梁内抗冲切筋应与纵向承台梁的上侧主筋搭接，用于节点抗冲切；所述梁内受拉底筋应与纵向承台梁的下侧主筋搭接，用于节点体抗弯。

本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种桥梁大吨位多桩基的整体主动托换方法，其所需布设的新桩数目较少，避免了受空间条件限制无法布桩的困难；有利于调整各被托换桩之间的差异沉降，其受力性能与耐久性较为可靠。

本发明的技术问题之二是这样实现的：一种桥梁大吨位多桩基的整体主动托换方法，所述方法需提供整体主动托换结构，该整体主动托换结构包括：多个纵向承台梁、多个横向承台梁以及多个后浇钢筋砼托换组件；后浇钢筋砼托换组件包括：抱箍和至少四个千斤顶；该方法具体步骤为：

步骤1、在桥梁下形成一基坑，在所述基坑上施作新桩、横向承台梁和纵向承台梁，同时在纵向承台梁中预留多个后浇节点空间；

步骤2、在被托换桩上浇筑所述抱箍，将同步千斤顶置于抱箍与纵向承台梁之间，通过抱箍逐级施加顶升力，将被托换桩卸载至零轴力，然后在抱箍下方与纵向承台梁下方两次截断被托换桩；

步骤3、在纵向承台梁与被托换桩之间，施作后浇钢筋砼托换组件，完成被托换桩与纵向承台梁之间的受力转换；

步骤4、对每一根被托换桩，重复执行步骤2和步骤3，最终完成所有桥梁桩基的整体主动托换。

进一步地，所述步骤3具体为：在纵向承台梁的后浇节点空间内，接长被截断的原桩身主筋，并在接长桩身主筋上缠绕一螺旋箍筋，在后浇节点空间内设置一梁内抗冲切筋，并与纵向承台梁的上侧主筋搭接；在后浇节点空间内设置一梁内受拉底筋，并与纵向承台梁的下侧主筋搭接；最后在后浇节点空间内浇筑微膨胀混凝土，待达到预设强度后，撤去千斤顶，完成受力转换。

进一步地，在被托换桩上浇筑抱箍时，所述抱箍与被托换桩之间能通过齿键与植筋的方式传递剪力。

本发明具有如下优点：1）所需布设的新桩数目较少，避免了受空间条件限制无法布桩的困难；2）受力转换路径明确，作用在被托换桩基上的荷载先传递给纵向承台梁，再传递给横向承台梁，最后传递到各新桩上；3）整体浇筑的纵横承台梁的整体刚度较大，有利于调整各被托换桩之间的差异沉降，避免桥梁上部结构开裂等不良后果；4）对承受大吨位荷载的桥梁桩基而言，采用后浇钢筋砼的托换节点传递剪力，相比于齿键与植筋的剪力传递方式，其受力性能与耐久性较为可靠。5）整个桩基托换施工过程中无需中断市政交通，对城市环境影响很小，但为安全起鉴应限制重型车辆的桥面通行。

附图说明

图1a是现有采用扁担承台梁的托换结构的示意图。

图1b是现有采用节点构造的被动式托换结构的示意图。

图1c是现有采用节点构造的被动式托换结构的示意图。

图2是本发明的桥梁大吨位多桩基整体主动托换结构的平面示意图。

图3是本发明的桥梁大吨位多桩基整体主动托换结构的立面示意图。

图4是本发明的桥梁大吨位多桩基整体主动托换结构的节点平面详图。

图5是本发明的桥梁大吨位多桩基整体主动托换结构的节点立面详图。

具体实施方式

请参阅图2至图5所示，本发明的一种桥梁大吨位多桩基的整体主动托换结构，所述整体主动托换结构包括：多个横向承台梁1、多个纵向承台梁2、以及多个后浇钢筋砼托换组件3；

多个横向承台梁1与多个纵向承台梁2为整体现浇，纵向承台梁2上预留多个后浇节点预留空间4；所述后浇钢筋砼托换组件3置于所述后浇节点预留空间4内，所述后浇钢筋砼托换组件3包括：抱箍31、至少四个千斤顶32、桩身主筋33、螺旋箍筋34、梁内抗冲切筋35以及梁内受拉底筋36；所述抱箍31设置于桥梁的被托换桩5上；所述两个千斤32顶置于纵向承台梁2与抱箍31之间；所述桩身主筋33用于连接被截断的原桩身主筋；所述桩身箍筋34缠绕于接长的桩身主筋33上；所述梁内抗冲切筋35应与纵向承台梁的上侧主筋搭接，用于节点抗冲切；所述梁内受拉底筋36应与纵向承台梁的下侧主筋搭接，用于节点体抗弯。

请参阅图2至图5所示，本发明的一种桥梁大吨位多桩基的整体主动托换方法，所述方法需提供整体主动托换结构，该整体主动托换结构包括：多个纵向承台梁2、多个横向承台梁1以及后浇钢筋砼托换组件3；后浇钢筋砼托换组件3包括：抱箍31、至少四个千斤顶32、桩身主筋33、螺旋箍筋34、梁内抗冲切筋35以及梁内受拉底筋36；该方法具体为：

步骤1、在桥梁下形成一基坑，在所述基坑上施作新桩6、横向承台梁1和纵向承台梁2，同时在纵向承台梁2中预留多个后浇节点空间4。

步骤2、在被托换桩5上浇筑所述抱箍31，所述抱箍31与被托换桩5之间通过齿键与植筋的方式7传递剪力，然后将同步千斤顶32置于抱箍31与纵向承台梁1之间，通过抱箍31逐级施加顶升力，将被托换桩5卸载至零轴力，然后在抱箍31下方与纵向承台梁2下方，两次截断被托换桩5。

步骤3、在纵向承台梁2与被托换桩5之间，施作后浇钢筋砼的托换节点，完成被托换桩5与纵向承台梁2之间的受力转换；该步骤具体为：在纵向承台梁2的后浇节点空间4内，绑扎桩身主筋33并与原桩身主筋搭接，并在被接长的桩身主筋33上缠绕螺旋箍筋34，在后浇节点空间4内设置梁内抗冲切筋35并与纵向承台梁的上侧主筋搭接，在后浇节点空间4内设置梁内受拉底筋36并与纵向承台梁的下侧主筋搭接，最后在后浇节点空间4上后浇筑微膨胀混凝土（未图示），待达到预设强度后，撤去千斤顶，完成受力转换。

步骤4、对每一根被托换桩，重复执行步骤2和步骤3，最终完成所有桥梁桩基的整体主动托换。

下面结合一具体实施例对本发明作进一步说明：

某地铁区间隧道沿城市主干道（南北走向）穿越某小河（东西流向），与既有桥梁的6根桩基发生空间交叉，采用本发明所述的托换方法，对此6根桥梁桩基进行整体主动托换，现详细说明如下。

1）在桥位上下游若干米位置处施作围堰，以截断河流形成基坑，为桥下施工提供足够的工作面。同时应布置过水管沟通上下游水流，避免河道拥塞。

2）在基坑中施作9根新桩、3道横向承台梁和3道纵向承台梁。新桩直径可与被托换桩相同，但新桩桩长应通过计算确定，通常应大于原桩桩长。纵横承台梁的高度与宽度应通过计算确定，宜取大值，使其具有足够的刚度，有利于控制各被托换桩之间的差异沉降。纵向承台梁与被托换桩相接处，应预留出后浇节点空间，同时应加强预留孔洞周边的梁内配筋。

3）在被托换桩上部浇筑抱箍，二者之间通过齿键与植筋的方式传递剪力，抱箍高度及植筋数量应通过计算确定，确保其抗剪承载力大于施工期间作用在该桩上的顶升力。

4）将4个液压千斤顶置于抱箍和纵向承台梁之间，同步地逐级施加顶升力，使得被托换桩轴力接近零。其顶升力应通过计算确定，既要考虑上部超静定结构的影响，也需要考虑桩土之间摩擦力，因此所需施加顶升力一般大于该桩原先所承担的荷载。

5）顶升到位后锁定千斤顶油缸，利用绳锯分别在抱箍下方和纵向承台梁下方，截断原桩基。

6）处理后浇节点内的各类钢筋，包括原桩基内的主筋接长和箍筋加密，包括承台梁内的抗冲切筋搭接和受拉筋搭接。（即在纵向承台梁的预留空间内，绑扎桩身主筋并与原桩身主筋搭接，在桩身主筋上缠绕螺旋箍筋，在后浇节点空间内设置梁内抗冲切筋并与纵向承台梁的上侧主筋搭接，在后浇节点空间4内设置梁内受拉底筋36并与纵向承台梁的下侧主筋搭接。）

7）受空间限制混凝土振捣较为困难，故后浇节点内宜浇筑微膨胀混凝土，以保证其密实性。待混凝土达到规定强度后，逐级卸除顶升力，完成被托换桩的受力转换。

8）对每一根被托换桩，重复以上托换工序，最终完成所有桥梁桩基的整体主动托换。若人员设备充足且有足够的工作面，多根桥梁桩基的托换施工可同时进行，能有效缩短工期。

总之，本发明与传统桩基托换方案相比，其所需布设的新桩数目较少，避免了受空间条件限制无法布桩的困难；受力转换路径明确，被托换桩的上部荷载依此通过纵向承台梁、横向承台梁，最后传递到各新桩上；纵横承台梁的整体刚度较大，有利于调整各被托换桩之间的差异沉降；对承受大吨位荷载的桥梁桩基而言，采用后浇钢筋砼的托换节点传递剪力，其受力性能与耐久性较为可靠。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。