CN102518051B - 一种桥墩偏位纠正与加固系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种桥墩偏位纠正与加固系统，包括距桥墩一定距离的钻孔灌注桩和设置于桥墩桩顶系梁上的第一钢板，其中，所述钻孔灌注桩的桩基顶部设置承台，所述承台远离桥墩一侧预设钢筋，所述预设钢筋与所述第一钢板相对应；所述承台靠近桥墩一侧设置混凝土预制块，所述混凝土预制块的另一侧设置有第二钢板，在所述第二钢板与所述第一钢板之间安装液压千斤顶，所述液压千斤顶的合力中心与钻孔灌注桩的轴线重合。本发明的桥墩偏位纠正与加固系统，有效解决桥墩偏位，并实现永久加固，保证施工安全和工程质量，并且实施步骤明确、易行，具有很高的可操作性。
Description
技术领域
本发明涉及一种桥梁维修施工的系统，尤其是涉及一种桥墩偏位纠正与加固系统。
背景技术
目前，在路桥建设中，公路、铁路桥梁的基础大多采用桩基础。当桥梁桩基础设置在被交路侧，而被交路为软土地基，路桥施工过程中，因施工顺序不合理、软土地基处理不当等原因，造成桥墩偏斜的现象时有发生。已投入使用的桥梁，由于边界条件发生变化、超载等原因，也有不少桥墩出现偏位的现象。桥梁有别于其他建筑，其桥墩结构尺寸大、造价高、施工条件差、难度大，当桥墩出现偏位现象后，在现有技术中，通常采用增加辅助桥墩来分担原有桥墩荷载的方法。该方法可延长桥墩的使用寿命，但不能从根本上解决桥墩偏位问题，仍存在安全隐患。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种从根本上解决桥墩偏位问题，并可同步实现加固目的，且施工安全、可操作性强的桥墩偏位纠正与加固系统。
为达到上述目的，本发明是通过以下的技术方案来实现的：一种桥墩偏位纠正与加固系统，包括距桥墩一定距离的钻孔灌注桩和设置于桥墩桩顶系梁上的第一钢板，其中，所述钻孔灌注桩的桩基顶部设置承台，所述承台远离桥墩一侧预设钢筋，所述预设钢筋与所述第一钢板相对应；所述承台靠近桥墩一侧设置混凝土预制块，所述混凝土预制块的另一侧设置有第二钢板，在所述第二钢板与所述第一钢板之间安装液压千斤顶，所述液压千斤顶的合力中心与钻孔灌注桩的轴线重合。
为进一步减小桩周的土压力对桩基的抵抗作用，在桥墩靠近被交路的一侧设置至少一个消能孔。
为了更有效的实现对桥墩的纠偏，所述钻孔灌注桩为为至少一排，并且每排孔灌注桩的桩基顶部都设置承台。
在完成顶推纠偏后，为了能够顺利地撤离千斤顶，并保证在千斤顶撤离后，液压千斤顶顶推力顺利传递至钻孔灌注桩顶，桥墩偏位不会发生反弹，所述液压千斤顶两侧设置支撑梁。支撑梁应在撤离液压千斤顶的情况下满足相应的受力要求。
为了更有效的控制顶推纠偏的精度，提高自动化的程度，所述液压千斤顶与顶推控制系统连接，所述顶推控制系统包括位移传感器、压力传感器、电磁阀、输入输出控制模块和称重系统。
为了解除纠偏过程中箱梁对桥墩的水平约束，在相对钻孔灌注桩一侧的桥墩另一侧设置牵引装置，所述牵引装置与桥墩顶部相连，通过牵引装置在桥墩墩顶施加牵引力以克服墩顶摩阻力。
为了防止桥墩局部发生破坏和钢丝绳滑移，所述牵引装置与墩柱间设置L型钢板，用以固定钢丝绳位置。所述牵引装置为钢丝绳，美式U型螺旋扣或拉力计。
为了对施工进行全过程、全方位测量监控，实时准确地掌握桥梁姿态，及时发现并消除危险，指导施工，所述系统还包括全过程监测桥梁姿态的位移监测系统。
本发明的有益效果是：本发明的系统使用钻孔灌注桩上的承台作为顶推后背，用以固定千斤顶，可有效保证推力的平衡、稳定，保证施工过程的安全和工程质量；本发明使偏位的桥墩逐步恢复到正确位置，保证桥梁的稳固；本发明设置消能孔，可有效减小被交路对桥墩桩基的水平土压力；在墩顶位置主动施加牵引力，可克服纠偏过程中箱梁在墩顶产生的摩阻力。顶推纠偏完成后将桥墩和作为顶推后背的承台连为一体，可有效提高桥墩的基础的承载能力；同时，本发明使用的监测系统对施工进行全过程、全方位测量监控，实时准确地掌握桥梁姿态，可及时发现并消除危险，以监测数据指导施工，降低施工风险，保证施工质量。本发明实施步骤明确、易行，具有很高的可操作性。
附图说明
图1为实施例1中桥墩偏位纠正与加固系统的结构立面示意图；
图2为实施例1中桥墩偏位纠正与加固系统的结构平面示意图；
图3为实施案例1中桥墩偏位纠正与加固方法的施工流程图；
附图中主要标记含义如下：
1、被交路 2、桥墩 3、钻孔灌注桩 4、承台
5、混凝土支撑预制块 6、液压千斤顶 7、牵引装置 8、消能孔
9、第一钢板 10、第二钢板 11、支撑梁 12、注浆孔。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
实施例1
如图1和图2所示，一种桥墩偏位纠正与加固系统，包括在距桥墩2一定距离的钻孔灌注桩3和设置于桥墩桩顶系梁上的第一钢板9，在本实施例中，所述钻孔灌注桩3为两排，布置于与被交路1相垂直的方向、现有桥墩2外侧3.5m处，其桩径1.2m，桩间距3m，桩长30m。其中，所述钻孔灌注桩3的桩基顶部设置承台4，所述承台4远离桥墩2一侧预设钢筋，所述预设钢筋与所述第一钢板9对应；所述承台4靠近桥墩2一侧设置混凝土预制块5，混凝土预制块5的另一侧设置第二钢板10，在所述第二钢板10与第一钢板9之间安装液压千斤顶6，所述液压千斤顶6合力中心与钻孔灌注桩3的轴线重合。所述液压千斤顶6两侧设置有支撑梁11，顶紧桥墩和承台前面。支撑梁应满足在撤离液压千斤顶的情况下的安全受力要求。所述液压千斤顶与顶推控制系统连接，所述顶推控制系统包括位移传感器、压力传感器、电磁阀、输入输出控制模块和称重系统。
同时，在桥墩靠近被交路的一侧设置消能孔，消能孔的数量、间距、深度可根据实际受力要求的情况进行调整，以满足减小路基侧淤泥层等对桥墩桩基的水平力为原则进行控制。消能孔的数量应以桥墩回位量为指导逐步增加，不可一次实施过多的消能孔。
为克服纠偏过程中桥梁上部结构在墩顶支座产生的摩阻力，在桥墩靠近被交路的一侧设置牵引装置7，所述牵引装置7与桥墩顶部相连，通过机械控制牵引力大小，施加到墩顶。连接处宜采用L型钢板保护桥墩墩柱，防止发生局部破坏和钢丝绳滑移。所述牵引装置为钢丝绳，美式U型螺旋扣或拉力计，本实施例中采用所述牵引装置为钢丝绳。牵引力的大小以能克服摩阻力为标准进行控制，可根据现场情况适当调整。牵引力施加的时机和大小应与桩顶顶推和观测结果相结合，应逐级缓慢加载，不可施加过大的牵引力。为防止墩顶克服静摩阻力时发生瞬间位移过大的情况，应注意设置限位装置。另外，为了对施工进行全过程、全方位测量监控，实时准确地掌握桥梁姿态，及时发现并消除危险，指导施工，所述系统还包括全过程监测桥梁姿态的位移监测系统。
本发明公开的桥墩偏位纠正与加固系统工作时，流程图如图3所示：
（1）、桩基纠偏监测：为掌握纠偏过程中桥墩的回位情况，确保纠偏工程施工顺利安全完成，开启位移监测系统，在桩柱纠偏的全过程对桩基回位、被交路1的位移等进行全方位测量监控，根据监测资料的信息反馈结果及时调整设计与施工方案，并进行预警控制。
在被交路1路基开挖前，要选定纠偏回位观测基准点。可以在场地上选定某一不动点作为基准点，在路基开挖前测量支座上钢板中心、墩顶中心、桩顶中心相对于该基准点的位置基础数据资料，以此作为基本数据。在纠偏过程中，以桥墩墩顶和桩顶相对该不动点的位移量来指导纠偏施工。随时用全站仪做好观测记录，一旦发现数据异常，应立即停止顶推，分析查明原因，并采取必要措施。
（2）、墩顶支座涂抹硅脂：在纠偏过程中，桥梁上部结构会通过支座摩阻力作用阻碍桥墩回位。为减小桥梁上部结构在墩顶支座产生的摩阻力，在纠偏前宜先清理墩顶支座，并补充涂抹硅脂，以降低支座橡胶块与滑板之间的摩擦系数。
（3）、对被交路路基卸载、施工消能孔：如图1所示：分级挖除在一定宽度范围内的被交路1的路基，挖除桥墩2内侧的石料，为桥墩2回位提供空间，减少反作用。每根桩侧按间距大于80cm布设消能孔8。消能孔8直径300mm，深度17m。使施工钻孔灌注桩时桥墩2两侧的土压力尽量平衡，起到保护桥墩2桩基的作用。消能孔8可采用泥浆护壁，以防止发生塌孔。
（4）、施工钻孔灌注桩、承台：在与被交路1垂直的方向、现有桥墩2外侧距离3.5m处布置两排钻孔灌注桩3，桩径1.2m，桩间距3m，桩长30m。并在新加的两排辅助桩基顶部设置承台4，作为顶推纠偏施工的受力后背。
桩基施工顺序为：先施工离桥墩远的一排桩，再施工离桥墩近的一排桩。处在同一排位置上的桩间隔施工，先施工中间桩，再施工边桩。后一根桩必须在前一根桩混凝土灌注完成并达到一定强度后方可开钻。采用控制泥浆比重、设置钢护筒等手段，确保桩基完整。桩基施工完成后采用小应变法检测其完整性。
桩基达到一定强度后，施工承台4，即顶推后背。施工承台4前需开挖基坑，开挖基坑前应将基坑及周边5m范围内堆载的碎石移除。为防止开挖基坑时，对桥墩外侧卸载过大，应尽量减小开挖面积，尤其是桥墩侧尽量少开挖。开挖基坑与浇筑顶推后背可交叉进行，即先开挖桩顶处基坑，并浇筑桩顶承台，再开挖承台间系梁基坑，并浇筑系梁将顶推后背连成整体。承台4的施工顺序为：先开挖中间承台的基坑并浇筑混凝土，再开挖边桩承台基坑并浇筑混凝土。开挖基坑时边坡宜做成台阶，按循序下挖，防止发生滑塌。并做好抽水和防护工作。基坑开挖完成后，在底面铺洒碎石并适当夯实，在碎石上浇筑顶推后背。后背浇筑完成后，应及时回填桥墩与承台后背之间的空间和顶推后背远离被交路侧的临空面，并夯实。
（5）、补钻消能孔，桥墩桩顶系梁上植筋：在顶推纠偏实施前，为进一步减小桩周的土压力对桩基的抵抗作用，在靠近被交路侧增设消能孔8。消能孔的数量、间距、深度可根据现场情况进行调整，以减小路基侧淤泥层对桥墩桩基的水平力为原则进行控制。消能孔的数量应以桥墩回位量为指导逐步增加，不可一次实施过多的消能孔。
在需要顶推纠偏的桥墩远离路基侧的桩顶系梁上设置第一钢板9，植筋位置与承台4对应，防止桩头发生局部破坏。
（6）、顶推纠偏：如图2所示：在桥墩与顶推后背之间用混凝土预制块5贴紧承台4侧，混凝土预制块5的另一侧设置第二钢板10，以混凝土预制块5和第二钢板10作为后支撑。在第二钢板10和步骤Ⅴ中设置的第一钢板9之间安装液压千斤顶6。液压千斤顶6的合力中心应与辅助钻孔桩轴线重合。顶推纠偏过程中，使用顶推控制系统，所述顶推控制系统包括位移传感器、压力传感器、电磁阀、输入输出控制模块和称重系统，对顶推纠偏的精度和准度进行控制。
顶推荷载按每根桩总加荷300kN控制。采用分级定量加载，每级加载25kN。加载时应使荷载传递均匀、连续、无冲击、无超载。每级液压千斤顶的顶推力施加到位后，需稳定维持不小于60分钟，然后再逐级间断加载。每级荷载在维持过程中的变化幅度不得超过分级荷载的±10%。顶推前期以液压千斤顶顶推力和桥墩回位量进行双控，顶推后期以桥墩回位量控制。顶推期间观测每一次加载时桥墩的回位量与液压千斤顶活塞的伸长量，并做好记录，严格控制好每个墩柱的回位速度。以桥墩的回位量为指导来控制顶推荷载的大小和荷载的施加过程，但顶推荷载最大总加载量每根桩不可超过400kN。
当出现下列情况之一时应停止加载：①桥墩桩基回位达到设计要求；②液压千斤顶顶推力达到400kN；③桥墩出现裂缝或其它损伤。
因一个桥墩有多个柱子，柱与柱之间有系梁连成整体，故在顶推时必须采用多套设备，将一个桥墩上的所有柱子同步进行顶推，避免错位，相邻墩柱偏位量差值控制在5mm以内。
（7）、桥墩顶辅助牵引：顶推纠偏过程中墩顶位移应与液压千斤顶支顶的桩顶位移基本一致（最大偏差不应超过20mm）。为克服纠偏过程中桥梁上部结构在墩顶支座产生的摩阻力，在墩顶位置主动施加牵引力。牵引力可采用在被交路上安放牵引装置7，通过机械控制牵引力大小，施加到墩顶。连接处宜采用L型钢板保护墩柱，防止发生局部破坏和钢丝绳滑移。
（8）、纠偏完成：在纠偏过程中不断观测，当墩顶相对于支座上钢板中心的水平偏位不大于20mm，且墩柱斜度不大于20mm，即可认为达到纠偏目标，此时可停止液压千斤顶进一步加载。但为防止反弹，施顶到位后宜超顶10mm，并维持液压千斤顶顶推力不动。
桩基纠偏满足要求后，在液压千斤顶两侧安装支撑梁，顶紧桥墩和顶推后背。支撑梁应满足在撤离液压千斤顶的情况下的受力要求。
（9）、桩周注浆：将压浆管通过注浆孔12伸入桥墩回位后在桩周形成的空隙底部和消能孔底部，用砂石回填桩周空隙和消能孔，进行压浆，直至水泥浆渗出地面。要求灰浆强度不小于30MPa。
（10）、填实顶推作业空间
复测桥墩偏位量、墩柱垂直度，再次确认是否达到纠偏要求。
将桥墩桩顶系梁上的植入钢筋与支撑梁、顶推后背的预留钢筋焊接连成一体。缓慢撤离液压千斤顶。浇筑混凝土，将桥墩和顶推后背连成整体。为防止混凝土收缩，可在混凝土内掺入适量微膨胀剂。
（11）、回填被交路：桥墩及其桩基纠偏完成后，回填开挖的被交路路基，施工路面。桥墩内侧开挖的矩形沟采用黄砂或小石子回填。路基采用碎石土填筑，要求最大粒径不大于15cm。路床采用级配碎石填筑。回填过程应分层缓慢进行，严格控制填料粒径、压实度等指标。不可使用大型压路机碾压。在被交路回填施工过程中，注意严格监控桥墩位移情况，谨防再次发生偏移
在纠偏过程中，应进行全过程、全方位的监控，实时准确地掌握桥梁姿态，及时发现并消除危险，以监测数据指导施工，降低施工风险，保证施工质量。
在现有技术中，通常采用增加辅助桥墩来分担原有桥墩荷载的方法。该方法没有解决桥墩偏位的问题，原有桥墩在使用过程中仍为倾斜状态，安全可靠性较低。且增加的辅助桥墩极有可能改变桥梁原有的结构受力模式，对桥梁产生一定的负面影响。
本发明将桥墩偏位纠正和加固合为一体。将桥墩扶正，从根本上解决问题。施工期间作为顶推后背的钻孔灌注桩和承台，与原有桥墩连为一体后，在运营期间和桥墩整体受力，可有效提高桥墩的承载能力，起到了加固的作用，保证结构的受力安全。本发明集纠偏和加固于一体，在对桥墩进行纠偏的过程中同步实现了加固的目的，可谓是一举两得。
上述实施案例不以任何形式限制本发明。凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种桥墩偏位纠正与加固系统，其特征在于，包括距桥墩一定距离的钻孔灌注桩和设置于桥墩桩顶系梁上的第一钢板，其中，所述钻孔灌注桩的桩基顶部设置承台，所述承台远离桥墩一侧预设钢筋，所述预设钢筋与所述第一钢板相对应；所述承台靠近桥墩一侧设置混凝土预制块，所述混凝土预制块远离承台的另一侧设置有第二钢板，在所述第二钢板与所述第一钢板之间安装液压千斤顶，所述液压千斤顶的合力中心与钻孔灌注桩的轴线重合。
2.根据权利要求1所述的一种桥墩偏位纠正与加固系统，其特征在于：在桥墩靠近被交路的一侧设置至少一个消能孔。
3.根据权利要求1所述的一种桥墩偏位纠正与加固系统，其特征在于：所述钻孔灌注桩为至少一排，并且每排孔灌注桩的桩基顶部都设置承台。
4.根据权利要求1所述的一种桥墩偏位纠正与加固系统，其特征在于：所述液压千斤顶两侧还设置有支撑梁。
5.根据权利要求1所述的一种桥墩偏位纠正与加固系统，其特征在于：所述液压千斤顶与顶推控制系统连接，所述顶推控制系统包括位移传感器、压力传感器、电磁阀、输入输出控制模块和称重系统。
6.根据权利要求1所述的一种桥墩偏位纠正与加固系统，其特征在于：在桥墩靠近被交路的一侧还设置有牵引装置，所述牵引装置与桥墩顶部相连。
7.根据权利要求6所述的一种桥墩偏位纠正与加固系统，其特征在于：所述牵引装置与墩柱间设置L型钢板。
8.根据权利要求6所述的一种桥墩偏位纠正与加固系统，其特征在于：所述牵引装置为钢丝绳、美式U型螺旋扣或拉力计。
9.根据权利要求1所述的一种桥墩偏位纠正与加固系统，其特征在于：所述系统还包括全过程监测桥梁姿态的位移监测系统。
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