一种抱箍式钢管混凝土加固单柱桥墩施工装置和施工方法

摘要

一种抱箍式钢管混凝土加固单柱桥墩施工装置和施工方法，包括用于分别固定在原钢筋混凝土独立墩柱两侧的加固用钢管混凝土墩柱、用于将加固用钢管混凝土墩柱与原钢筋混凝土独立墩柱之间实现横向联接的抱箍装置以及用于加固用钢管混凝土墩柱与承台实现底部锚固的锚固装置。本发明利用钢管对混凝土套箍效应，有利于提高混凝土抗压能力，在通过抱箍装置将新增钢管混凝土柱与原墩柱实现抱箍横向联接，有利于新增钢管混凝土柱的横向稳定性，具有构造简单、受力明确合理、施工工艺简便易行等优点，应用于公路匝道桥和城市立交单柱桥墩的加固，既能保证桥梁结构的横向稳定型，又能够节约资源。

说明书

技术领域

本发明涉及工程建设领域的桥梁工程，尤其涉及一种桥梁工程单柱桥墩的加固装置和施工方法。

背景技术

由于具有减少占用土地、增加视野和桥型美观的优点，独柱墩桥梁被广泛应用于我国城市立交、高速匝道桥梁。因为中国超载三四倍的车辆太多,但设计人员考虑的超载基本都在桥梁的抗弯抗压上，但没有充分考虑连续超重车辆偶然偏载的问题。随着2012年8月24日发生的三环路群力高架桥洪湖路上行匝道桥倾覆事故的发生，引起了国内多位桥梁设计专家对独柱墩桥梁隐性缺陷的讨论，从现行规范上看，我国公路桥梁规范对独柱墩桥梁横向倾覆稳定性的相关规定，尚属于空白。如何对现有已经建成的独柱墩桥梁进行了快速、经济、合理和安全地实施加固，是一个迫切解决的公共安全问题和技术问题。针对独柱墩存在的问题，常规的加固方案是在原有的承台上植筋，在原墩柱两侧新浇筑两个钢筋混凝土墩柱，然后用千斤顶将箱梁稍微顶起来一点，在增加两个墩柱顶部安装两个支座，但这种加固方案有几点缺点，即增加的墩柱与原墩柱没有联接，稳定性不好；施工周期长；混凝土浇筑振捣操作困难等。

发明内容

本发明就是针对现有高速公路匝道桥和城市立交桥单柱桥墩存在的横向倾覆稳定性不足带来的安全问题，提出的一种简单实用的抱箍式钢管混凝土单柱桥墩加固装置和施工方法。

首先给出一种抱箍式钢管混凝土加固单柱桥墩施工装置，包括用于分别固定在原钢筋混凝土独立墩柱两侧的加固用钢管混凝土墩柱、用于将加固用钢管混凝土墩柱与原钢筋混凝土独立墩柱之间实现横向联接的抱箍装置以及用于将加固用钢管混凝土墩柱与承台实现底部锚固的锚固装置；所述的加固用钢管混凝土墩柱由外部的钢管以及内部的混凝土构成；所述的抱箍装置包括用于夹紧原钢筋混凝土独立墩柱的第一抱箍，用于夹紧加固用钢管混凝土墩柱的第二抱箍，用于加垫、联接在第一抱箍和第二抱箍之间的第一钢垫箱以及用于分别加垫在两个第二抱箍外端的第二钢垫箱，且所述的钢垫箱与相应的抱箍之间通过紧固螺栓紧固。

上述方案可进一步优选为：

所述的锚固装置包括与所述钢管底部焊接的锚固钢板以及固定在承台内并与锚固钢板上预设的锚栓孔配合的膨胀锚栓。

所述的第二抱箍与钢管之间通过焊接固定。

所述的钢管内的混凝土采用C50细石混凝土。

接着提供一种上述抱箍式钢管混凝土加固单柱桥墩施工装置的施工方法，包括以下步骤：

第一步，清理放样：清理干净承台顶部的覆土或杂物，按照设计将锚固钢板的平面位置放样到承台顶部；

第二步，钻孔清理：将锚固钢板放到设计位置上，然后钻出锚栓孔，钻孔深度应满足锚固膨胀锚栓的安装要求，并将其中粉尘全部清理干净；

第三步，安装锚固装置：从外向内安装膨胀锚栓，从而完成锚固装置的安装，锚固钢板与承台之间的间隙，通过灌注水泥浆封闭；

第四步，安装钢管：在锚固装置的锚固钢板的上面安装固定钢管；

第五步，安装抱箍装置：安装时先将第一抱箍、第二抱箍分别放置到原钢筋混凝土独立墩柱和加固用钢管混凝土墩柱的两侧，再将第二钢垫箱、第一钢垫箱分别放在第二抱箍的外端、第一抱箍和第二抱箍之间，然后通过紧固螺栓将第一钢垫箱的两端分别与第一抱箍、第二抱箍联接，将第二钢垫箱与第二抱箍联接，实现抱箍装置与原钢筋混凝土独立墩柱和加固用钢管混凝土墩柱的抱箍联接；最后将第二抱箍与加固用钢管混凝土墩柱的外部钢管之间焊接固定；

第六步，压注钢管混凝土：先在钢管顶部焊接封头钢板，在钢管顶部安装通气管，在钢管的下部焊接混凝土输送管并连接混凝土地泵，然后将混凝土通过混凝土地泵用顶升法压注钢管中间的混凝土；

第七步，钢管混凝土的强度满足要求后，割除通气管和混凝土输送管，并将开口焊接封闭；

第八步：将千斤顶放到原钢筋混凝土独立墩柱的顶部，将桥梁上部结构箱梁稍微顶起来一点，在加固用钢管混凝土墩柱顶部安装支承钢垫板，卸落千斤顶，完成新增加固用钢管混凝土墩柱的受力转换。

上述施工方法可进一步改进为：

所述的第五步安装抱箍装置时，在安装位置搭设安装支架，然后通过导链滑车、卷扬机或者滑车组配合安装抱箍装置。

所述的施工方法还包括第九步：对加固用钢管混凝土墩柱的外部钢管、抱箍装置以及底部的锚固装置进行防腐修复处理。

本发明的抱箍式钢管混凝土加固单柱桥墩施工装置，与常用的加固方案相比，具有以下显著优点：

（1）构造简单。本发明由底部锚固装置、钢管、抱箍装置和支承钢垫板等几个部件构成，构造比较简单，便于加工制作、运输和安装。

（2）体系受力明确、合理。充分利用钢管对混凝土套箍效应，有利于提高混凝土抗压能力，在通过抱箍装置将新增钢管混凝土柱与原墩柱实现抱箍横向联接，有利于新增钢管混凝土柱的横向稳定性。

（3）制作工艺简单。本发明所用的底部锚固装置、钢管、抱箍装置和支撑钢垫板等几个部件，因为构造简单，一般的钢结构制作厂家都能做，制作质量比较容易控制。

（4）施工工艺简便，容易实施。加固施工时，除了两根钢管吊装需要小型吊机配合安装以外，其余的构件可以用导链滑车或卷扬机等小型机具就可以完成安装，施工工艺简单，能够保证施工质量。

综上所述，本发明的一种加强型钢管桩和钢管柱具有构造简单、受力明确合理、施工工艺简便易行等优点，应用于公路匝道桥和城市立交单柱桥墩的加固，既能保证桥梁结构的横向稳定型，又能够节约资源，具有比较高的推广和利用价值。

附图说明

图1抱箍式钢管混凝土加固单柱桥墩施工装置总体布置图；

图2抱箍式钢管混凝土加固单柱桥墩施工装置立面图 ；

图3图1中1-1断面图；

图4图1中2-2断面图；

图5抱箍A的构造示意图；

图6抱箍B构造示意图；

图7钢垫箱A构造示意图；

图8钢垫箱B构造示意图；

图9抱箍式钢管混凝土加固单柱桥墩施工装置的混凝土顶升施工示意图；

图中：1、现浇桥箱梁（含中横梁）；2 、支承钢垫板，3、原钢筋混凝土独立墩柱，4、加固用钢管混凝土墩柱，4-1、钢管，4-2、混凝土，5、抱箍装置，5-1、抱箍A，5-2、抱箍B，5-3、钢垫箱A，5-4、钢垫箱B，6、锚固装置，6-1、锚固钢板，6-2、膨胀锚栓，7、承台，8、钢管通气管，9、混凝土输送管、10、混凝土地泵，11、混凝土罐车。

具体实施方式

下面结合附图，对发明的实施方式作进一步说明，但不作为对本发明的限定。

一种抱箍式钢管混凝土加固单柱桥墩施工装置，由支承钢垫板2、加固用钢管混凝土墩柱4、抱箍装置5和锚固装置6等几部分组成，其中加固用钢管混凝土墩柱4由钢管4-1和后压注混凝土4-2构成，抱箍装置5由抱箍A 5-1（夹紧加固用钢管混凝土墩柱4）、抱箍B 5-2（夹紧原钢筋混凝土独立墩柱3）、钢垫箱A 5-3（分别加垫在两个抱箍A 5-1的外端）、钢垫箱B 5-4（联接、加垫在抱箍A 5-1和抱箍B 5-2之间）和紧固螺栓等几个构件组成，底部锚固装置6由锚固钢板6-1和膨胀锚栓6-2组成。

一种抱箍式钢管混凝土加固单柱桥墩施工装置的制作步骤为：

第一步：根据原钢筋混凝土独立墩柱3和承台7尺寸，以及理论计算分析，确定加固用钢管混凝土墩柱4、抱箍装置5、锚固装置6的构件尺寸，加固装置的里面布置和平面布置；

第二步：委托具备钢结构加工资质的单位，加工制作锚固钢板、钢管、抱箍装置、支承钢垫板；

第三步：加固构件由厂家制作完成后，应先进行整体试拼装，经过检查验收，应满足设计要求；

第四步：构件的防腐处理。构件出厂前，应按照相关规范要求进行钢结构防腐处理，然后方可装车运输到施工现场。

一种抱箍式钢管混凝土加固单柱桥墩施工装置施工方法：

第一步：清理放样。清除承台7顶部的覆土或杂物并清理干净，按照设计的平面位置进行锚固钢板6的位置放出来。

第二步：钻孔清理。将锚固钢板6-1放到设计位置上，用根据上面的预留的锚栓孔，逐个用冲击钻将锚栓孔钻出来，钻孔深度应满足膨胀锚栓6-2的安装要求，用空压机将其中粉尘全部清理干净；

第三步：安装锚固装置6。从外向内安装膨胀锚栓6-2，从而完成锚固装置6的安装，锚固钢板6-1与承台7之间的间隙，通过灌注高标号水泥浆封闭；

第四步：安装钢管4-1。在锚固装置6的锚固钢板6-1的上面，用小型吊机配合安装钢管4-1。

第五步：安装抱箍装置。人工在安装抱箍装置5的位置搭设安装支架，然后导链滑车或卷扬机、滑车组等小型机具配合安装抱箍装置5，安装时先将抱箍A 5-1、抱箍B 5-2 放置到原钢筋混凝土独立墩柱3和新增的钢管4-1的两侧，再将钢垫箱A 5-3和钢垫箱B 5-4 分别放到抱箍A 5-1外端、抱箍A 5-1与抱箍B 5-2之间，穿锚固螺栓将抱箍装置5与原钢筋混凝土独立墩柱3和新增的钢管4实现抱箍联接。将抱箍A 5-1与新增的钢管4-1之间用电焊焊接固定。

第六步。压注钢管混凝土。先在钢管4-1顶部焊接封头钢板，在钢管4-1顶部安装钢管通气管8，在钢管4-1的下部焊接混凝土输送管9，连接混凝土地泵10，由混凝土厂家生产C50细石混凝土，用混凝土罐车11运输到施工现场，直接放到混凝土地泵10中，用顶升法压注钢管4-1中间的混凝土4-2。

第七步：钢管4-1中的混凝土4-2的强度满足要求后，割除钢管通气管8和混凝土输送管9，并将开口焊接封闭。

第八步：将千斤顶放到原钢筋混凝土独立墩柱3的顶部，将桥梁上部结构箱梁即现浇桥箱梁1（含中横梁）稍微顶起来一点，在钢管4顶部安装支承钢垫板2，卸落千斤顶，完成新增钢管混凝土柱的受力转换。

第九步：对钢管柱、抱箍装置和底部锚固装置等外露钢构件进行防腐修复处理。

除本说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。