CN105821771A - 高填方城市快速路下超长箱桥顶进施工工艺及其施工结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高填方城市快速路下超长箱桥顶进施工工艺，按如下步骤进行施工：第一步：测量、放线，预制箱桥、确定管棚的钻孔位置；第二步：采用管棚钻孔设备进行管棚施工。第三步：管棚施工完成后，在管棚的各棚管内设置钢筋笼并压浆；第四步：采用千斤顶顶进预制好的箱桥，挖掘机配合人工在箱桥的桥洞中进行挖土；顶进中对存在的空隙进行填充。本发明还公开了上述施工方法所使用的顶进施工结构。本发明在管棚内增设钢筋笼并注浆，极大的提高了管棚自身的抗弯刚度；同时在管棚的管壁上方预留注浆孔，设置悬吊管棚的锚杆，布设素土层、后期吹沙填充等措施解决了箱桥顶进施工后出现大面积沉降的问题。

Description

高填方城市快速路下超长箱桥顶进施工工艺及其施工结构

技术领域

本发明涉及一种高填方城市快速路下非开挖施工箱桥的一种施工方法。

背景技术

以单个箱桥截面尺寸为9米*9米的正方形的三孔不连续箱桥为例，通常设计为大开挖施工。当箱桥顶部为城市快速路时不允许封闭交通，因此在这种情况下需要使用箱桥顶进的方法进行施工。箱桥所处位置为高填方的城市快速路，箱桥上方土体厚度通常为300厘米-400厘米，道路宽度将近50米，道路上方车流量极大，且修建年代久远。根据原设计要求的施工工艺，施工第一个箱桥时，由于箱桥截面尺寸大，顶进距离长，土体沉降值达到了20厘米-30厘米，导致道路几乎断行，交警部门和社会公众反应较大，因此为了避免出现较大沉降影响道路通行，必须采取新的技术措施进行处理。

针对此类工程的现场情况，近年来常规的施工工艺有如下几种：1、采用超大直径矩形盾构，该方法优点是可有效的降低箱桥上方的土体沉降量，工艺先进，且可以保证后续的箱桥不出现工后沉降等；缺点是造价太高，施工工艺复杂。2、大开挖施工，该方法施工简单、快捷，且可以很好的对箱桥两侧和顶部的回填土进行质量控制，缺点对上方道路影响较大，施工完成后的前几年可能出现局部沉降，适合于箱桥上方无障碍物情况下施工。3、支护开挖加钢便桥法施工，该方法优点是可以将开挖断面缩小，且对交通影响较小，施工速度快，缺点是造价相对较高，需要短时间内封闭道路制作钢便桥。4、管棚支护加箱桥顶进施工，优点是工艺相对复杂，造价相对较低，对上方道路影响较小，适用于顶进距离短，上方结构物或土体加固方便的情况，缺点是箱桥上方的结构物或土体加固困难，尤其是针对高填方区域，非常容易出现沉降。

综合上述情况可知，针对本工程的特点，没有最合适的施工工艺，只有管棚支护加箱桥顶进最为实用，但常用的管棚支护加箱桥顶进，没有在高填方和城市快速路下施工的经验，因此在试验首节箱桥施工时，即遇到了大面积的土体沉降，严重影响了箱桥上方道路通行。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高填方城市快速路下超长箱桥顶进施工工艺，能够降低箱桥顶进施工引起的路面沉降量。

为实现上述目的，本发明的高填方城市快速路下超长箱桥顶进施工工艺按如下步骤进行施工：

第一步：测量、放线，预制箱桥、确定管棚的钻孔位置；

第二步：采用管棚钻孔设备进行管棚施工，管棚包括多根棚管；

组成管棚的棚管管壁上设置两排以上注浆孔，相邻两排注浆孔交错布置；所述注浆孔的孔径为1±0.1厘米；棚管的两端均设有开口；

管棚与箱桥顶部的距离为20－40厘米；

第三步：管棚施工完成后，在管棚的各棚管内设置钢筋笼，钢筋笼包括环形箍筋和均匀连接在环形箍筋的外圆周面上的纵向主筋；纵向主筋沿管棚的通长设置；纵向主筋与棚管的内壁之间设有垫块；

钢筋笼安装完成后，通过管棚的棚管的一端开口向棚管内压注水泥浆，压力值为0.5-1.0MPa，停止压注水泥浆的条件是：注浆量达到棚管容积的两倍且棚管另一端开口处出浆均匀；

第四步：采用千斤顶顶进预制好的箱桥，挖掘机配合人工在箱桥的桥洞中进行挖土；顶进中观察箱桥的顶面和侧面与管棚之间是否存在空隙，并对存在的空隙进行填充。

所述纵向主筋直径大于等于20毫米，相邻纵向主筋之间的间距为10±1厘米；所述环形箍筋沿棚管的长度方向均匀设有多个，相邻两环形箍筋的间距为100－150厘米。

所述管棚的相邻两根棚管之间的间距为5－10厘米。

沿组成管棚的棚管的长度方向，棚管管壁上相邻的两注浆孔的间距为100±1厘米；沿棚管的周向方向，棚管管壁上相邻的两注浆孔的间距为20－30厘米。

第一步中预制箱桥时，在箱桥的顶部设置宽150厘米、厚3－5厘米的板状钢刃角，钢刃角的长度与箱桥宽度相同，钢刃角内沿前后方向设有多个贯通钢刃角的观察孔，相邻观察孔在前后方向上的间距为1－1.5米，观察孔的孔径为15±1厘米；

以箱桥的顶进方向为前向，钢刃角向前伸出箱桥70－100厘米；箱桥顶进时观测钢刃角的入土情况，避免变形，单次顶进距离不超过50厘米。

施工处土质松软时，钢刃角向前伸出箱桥80－100厘米；施工处土质较硬时，钢刃角向前伸出箱桥70－80厘米；第四步中挖土作业时，钢刃角不得全部露出土体外部，箱桥顶部与管棚之间以及管棚以上的土体不得通过开挖面脱落。

每隔400－500厘米在管棚顶部的棚管之间向上搭设锚杆，锚杆的下端与相邻管棚进行连接，锚杆顶部与高填方城市快速路路表处的土体内部的横梁相连接；采用水泥浆进行锚杆孔填充，将水泥浆注入锚杆孔的周边土体；管棚的端部连接门架梁。

　　在箱桥顶进前，在箱桥顶部铺设同箱桥顶部与管棚之间的距离等高度的素土层，并在素土层内沿前后方向埋设吹沙管，吹沙管的前后两端伸出素土层；箱桥顶进过程中，由工作人员通过设置在钢刃角处的观察孔、箱桥侧壁的空隙处，对顶部及侧壁的空隙部位进行吹沙，填充管棚与箱桥之间的空隙，防止管棚下垂、侧弯；第三步中压注水泥浆的操作中，水泥浆的粘度为18－22秒。

所述第四步中顶进箱桥时，每顶进100厘米，通过钢刃角上的观察孔观察管棚与箱桥顶部之间是否有空隙，如有空隙，则通过吹沙管向空隙内吹沙，填充空隙。

本发明的目的还在于提供一种所述高填方城市快速路下超长箱桥顶进施工工艺所使用的高填方城市快速路下超长箱桥顶进施工结构。

为实现上述目的，本发明的高填方城市快速路下超长箱桥顶进施工结构包括箱桥和在高填方城市快速路下的土体内设置的管棚，管棚包括多根间隔设置的棚管，棚管的两端均设有开口；管棚顶部的棚管之间竖向设置有锚杆，棚管下方的土体内设有承托板，各锚杆的下端向下伸出棚管并与承托板相连接；各锚杆的上端连接有横梁，横梁设置在高填方城市快速路路表处的土体内；

箱桥的前端设有由钢板制成的板状钢刃角，钢刃角宽150厘米、厚3－5厘米，钢刃角的长度与箱桥宽度相同，钢刃角内沿前后方向设有多个贯通钢刃角的观察孔，相邻观察孔在前后方向上的间距为1－1.5米，观察孔的孔径为15±1厘米；以箱桥的顶进方向为前向，钢刃角向前伸出箱桥70－100厘米。

本发明具有如下的优点：

1、本申请人在面对管棚支护加箱桥顶进出现大面积沉降的问题时，对常规的管棚进行了改进，通过引入钻孔灌注桩的原理，在管棚内增设钢筋笼并注浆，极大的提高了管棚自身的抗弯刚度；同时在管棚的管壁上方预留注浆孔，通过向管棚内压注水泥浆加固管棚周边的土体强度，增强管棚周边的土体整体强度和刚度，防止箱桥顶进过程中土体下落。管棚抗弯刚度提高且增强管棚周边的土体整体强度和刚度，这些措施都有助于解决箱桥顶进施工后出现大面积沉降的问题。

2、通过借鉴连续箱梁受力概念，沿管棚的长度方向，在管棚的中间位置、两端设置横向悬吊梁，悬吊的拉结装置采用锚杆，在管棚的负弯矩区施加反向的拉应力，提高管棚的抗弯能力。

3、锚杆施工时，采用高粘度的水泥浆进行锚杆孔填充，通过一定的压力将水泥浆注入锚杆孔的周边土体，旨在通过该方式改良箱桥上方土体的整体性和稳定性。

4、通过在顶进前在箱桥顶部预先布设素土层、后期吹沙填充两项工艺，将箱桥壁与管棚之间的空隙全部填充密实，避免了施工过程中和施工后沉降。

附图说明

图1是本发明中的高填方城市快速路下超长箱桥顶进施工结构的示意图；

图2是箱桥进入锚杆下方后图1的Ａ－Ａ剖视示意图；

图3是管棚的棚管的结构示意图；

图4是图3的Ｂ－Ｂ向视图；

图5是图1中钢刃角的俯视示意图。

具体实施方式

本发明中，以箱桥的顶进方向（即图1中的左向）为前向。

如图1至图5所示，本发明的高填方城市快速路下超长箱桥顶进施工工艺按如下步骤进行施工：

第一步：测量、放线，预制箱桥1、确定管棚2的钻孔位置；

第二步：采用管棚2的钻孔设备（管棚钻孔设备为本领域常规技术，可以采用管棚钻机等）进行管棚施工；管棚2的施工范围为待顶进箱桥1区域的顶部、两侧以及底部与侧面连接部位的100厘米范围内，管棚2包括多根棚管3；

组成管棚2的棚管3管壁上设置两排以上注浆孔4，相邻两排注浆孔4交错布置形成梅花状；所述注浆孔4的孔径为1±0.1厘米；棚管3的两端均设有开口；

管棚2与箱桥1顶部的距离为20－40厘米；

第三步：管棚2施工完成后，在管棚2的各棚管3内设置钢筋笼，钢筋笼包括环形箍筋5和均匀连接在环形箍筋5的外圆周面上的纵向主筋6；纵向主筋6沿管棚2的通长设置；纵向主筋6与棚管3的内壁之间设有垫块7；

钢筋笼安装完成后，通过管棚2的棚管3的一端开口向棚管3内压注水泥浆，压力值为0.5-1.0MPa，水泥浆的粘度为18－22s（秒）。停止压注水泥浆的条件是：注浆量达到棚管3容积的两倍且棚管3另一端开口处出浆均匀；设置钢筋笼并注浆的方式极大的提高了管棚2自身的抗弯刚度；注浆后，浆液从注浆孔4注入管棚2周边的土体，从而加固管棚2周边的土体，增强管棚2周边的土体整体强度和刚度，防止箱桥1顶进过程中土体下落。

第四步：采用千斤顶顶进预制好的箱桥1，挖掘机配合人工在箱桥1的桥洞中进行挖土；顶进过程中对管棚2进行局部的二次加固；顶进中观察箱桥1的顶面和侧面与管棚2之间是否存在空隙，并对存在的空隙进行填充。

所述纵向主筋6直径大于等于20毫米，相邻纵向主筋6之间的间距为10±1厘米；所述环形箍筋5沿棚管3的长度方向均匀设有多个，相邻两环形箍筋5的间距为100－150厘米（包括100厘米和150厘米）。

所述管棚2的相邻两根棚管3之间的间距为5－10厘米。

沿组成管棚2的棚管3的长度方向，棚管3管壁上相邻的两注浆孔4的间距为100±1厘米；沿棚管3的周向方向，棚管3管壁上相邻的两注浆孔4的间距为20－30厘米，从而使注浆孔4在棚管3的管壁上呈梅花状布置。

第一步中预制箱桥1时，在箱桥1的顶部设置宽150厘米、厚3－5厘米的板状钢刃角8，钢刃角8的长度与箱桥1宽度相同，钢刃角8内沿前后方向设有多个贯通钢刃角8的观察孔9，相邻观察孔9在前后方向上的间距为1－1.5米，观察孔9的孔径为15±1厘米；

以箱桥1的顶进方向为前向，钢刃角8向前伸出箱桥70－100厘米；箱桥1顶进时由专人观测钢刃角8的入土情况，避免变形，单次顶进距离不超过50厘米。

施工处土质松软时，钢刃角8向前伸出箱桥80－100厘米；施工处土质较硬时，钢刃角8向前伸出箱桥70－80厘米；第四步中挖土作业时，钢刃角8不得全部露出土体外部，箱桥1顶部与管棚2之间以及管棚2以上的土体不得通过开挖面脱落。

根据土体的特性和箱桥1顶部的荷载情况，每隔400－500厘米在管棚2顶部的棚管3之间向上搭设锚杆10，锚杆10的下端与相邻管棚2进行有效连接，锚杆顶部与高填方城市快速路路表11处的土体内部相连接；采用高粘度的水泥浆进行锚杆10孔填充，通过一定的压力将水泥浆注入锚杆10孔的周边土体；管棚2的端部连接门架梁（门架梁为现有技术，图未示）。

在箱桥1顶进前，在箱桥1顶部铺设同箱桥1顶部与管棚2之间的距离等高度的素土层，并在素土层内沿前后方向埋设吹沙管，吹沙管的前后两端伸出素土层；箱桥1顶进过程中，由工作人员及时通过设置在钢刃角8处的观察孔9、箱桥1侧壁的空隙处，对顶部及侧壁的空隙部位进行吹沙，填充管棚2与箱桥1之间的空隙，防止管棚2下垂、侧弯。

所述第四步中顶进箱桥1时，每顶进100厘米，通过钢刃角8上的观察孔9观察管棚2与箱桥1顶部之间是否有空隙，如有空隙，则通过吹沙管向空隙内吹沙，填充空隙。

如图1至图5所示，本发明还公开了上述施工方法使用的高填方城市快速路下超长箱桥顶进施工结构，包括箱桥1和在高填方城市快速路下的土体内设置的管棚2，管棚2包括多根间隔设置的棚管3，棚管3的两端均设有开口；管棚2顶部的棚管3之间竖向设置有锚杆10，棚管3下方的土体内设有承托板13，各锚杆10的下端向下伸出棚管3并与承托板13相连接；承托板13的设置，可以防止管棚2顶部的棚管3向下陷落，保证正常的施工条件，确保施工安全。各锚杆10的上端连接有横梁12，横梁12设置在高填方城市快速路路表11处的土体内。

箱桥1的前端设有由钢板制成的板状钢刃角8，钢刃角8宽150厘米、厚3－5厘米，钢刃角8的长度与箱桥1宽度相同，钢刃角8内沿前后方向设有多个贯通钢刃角8的观察孔9，相邻观察孔9在前后方向上的间距为1－1.5米，观察孔9的孔径为15±1厘米；以箱桥1的顶进方向为前向，钢刃角8向前伸出箱桥70－100厘米。

所述棚管3管壁上设置两排以上注浆孔4，相邻两排注浆孔4交错布置；所述注浆孔4的孔径为1±0.1厘米；沿组成管棚2的棚管3的长度方向，棚管3管壁上相邻的两注浆孔4的间距为100±1厘米；沿棚管3的周向方向，棚管3管壁上相邻的两注浆孔4的间距为20－30厘米，从而使注浆孔4在棚管3的管壁上呈梅花状布置。

管棚2的各棚管3内设置有钢筋笼，钢筋笼包括环形箍筋5和均匀连接在环形箍筋5的外圆周面上的纵向主筋6；纵向主筋6沿管棚2的通长设置；纵向主筋6与棚管3的内壁之间设有垫块7。

所述箱桥1后方地面设有千斤顶14，千斤顶14伸出杆的前端与箱桥1的后端底壁相顶压，千斤顶14后端顶压在一承压块15上，承压块15的底部埋在土层内，从而能够承受较大的顶压力。承压块15后方的土层高于承压块15前方的土层，可以增强承压块15的稳定性。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.高填方城市快速路下超长箱桥顶进施工工艺，其特征在于按如下步骤进行施工：

第一步：测量、放线，预制箱桥、确定管棚的钻孔位置；

第二步：采用管棚钻孔设备进行管棚施工，管棚包括多根棚管；

组成管棚的棚管管壁上设置两排以上注浆孔，相邻两排注浆孔交错布置；所述注浆孔的孔径为1±0.1厘米；棚管的两端均设有开口；

管棚与箱桥顶部的距离为20－40厘米；

第三步：管棚施工完成后，在管棚的各棚管内设置钢筋笼，钢筋笼包括环形箍筋和均匀连接在环形箍筋的外圆周面上的纵向主筋；纵向主筋沿管棚的通长设置；纵向主筋与棚管的内壁之间设有垫块；

钢筋笼安装完成后，通过管棚的棚管的一端开口向棚管内压注水泥浆，压力值为0.5-1.0MPa，停止压注水泥浆的条件是：注浆量达到棚管容积的两倍且棚管另一端开口处出浆均匀；

第四步：采用千斤顶顶进预制好的箱桥，挖掘机配合人工在箱桥的桥洞中进行挖土；顶进中观察箱桥的顶面和侧面与管棚之间是否存在空隙，并对存在的空隙进行填充。

2.根据权利要求1所述的高填方城市快速路下超长箱桥顶进施工工艺，其特征在于：所述纵向主筋直径大于等于20毫米，相邻纵向主筋之间的间距为10±1厘米；所述环形箍筋沿棚管的长度方向均匀设有多个，相邻两环形箍筋的间距为100－150厘米。

3.根据权利要求1所述的高填方城市快速路下超长箱桥顶进施工工艺，其特征在于：所述管棚的相邻两根棚管之间的间距为5－10厘米。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的高填方城市快速路下超长箱桥顶进施工工艺，其特征在于：

沿组成管棚的棚管的长度方向，棚管管壁上相邻的两注浆孔的间距为100±1厘米；沿棚管的周向方向，棚管管壁上相邻的两注浆孔的间距为20－30厘米。

5.根据权利要求4所述的高填方城市快速路下超长箱桥顶进施工工艺，其特征在于：第一步中预制箱桥时，在箱桥的顶部设置宽150厘米、厚3－5厘米的板状钢刃角，钢刃角的长度与箱桥宽度相同，钢刃角内沿前后方向设有多个贯通钢刃角的观察孔，相邻观察孔在前后方向上的间距为1－1.5米，观察孔的孔径为15±1厘米；

以箱桥的顶进方向为前向，钢刃角向前伸出箱桥70－100厘米；箱桥顶进时观测钢刃角的入土情况，避免变形，单次顶进距离不超过50厘米。

6.根据权利要求5所述的高填方城市快速路下超长箱桥顶进施工工艺，其特征在于：施工处土质松软时，钢刃角向前伸出箱桥80－100厘米；施工处土质较硬时，钢刃角向前伸出箱桥70－80厘米；第四步中挖土作业时，钢刃角不得全部露出土体外部，箱桥顶部与管棚之间以及管棚以上的土体不得通过开挖面脱落。

7.根据权利要求5所述的高填方城市快速路下超长箱桥顶进施工工艺，其特征在于：

每隔400－500厘米在管棚顶部的棚管之间向上搭设锚杆，锚杆的下端与相邻管棚进行连接，锚杆顶部与高填方城市快速路路表处的土体内部的横梁相连接；采用水泥浆进行锚杆孔填充，将水泥浆注入锚杆孔的周边土体；管棚的端部连接门架梁。

8.根据权利要求5所述的高填方城市快速路下超长箱桥顶进施工工艺，其特征在于：在箱桥顶进前，在箱桥顶部铺设同箱桥顶部与管棚之间的距离等高度的素土层，并在素土层内沿前后方向埋设吹沙管，吹沙管的前后两端伸出素土层；箱桥顶进过程中，由工作人员通过设置在钢刃角处的观察孔、箱桥侧壁的空隙处，对顶部及侧壁的空隙部位进行吹沙，填充管棚与箱桥之间的空隙，防止管棚下垂、侧弯；第三步中压注水泥浆的操作中，水泥浆的粘度为18－22秒。

9.根据权利要求8所述的高填方城市快速路下超长箱桥顶进施工工艺，其特征在于：所述第四步中顶进箱桥时，每顶进100厘米，通过钢刃角上的观察孔观察管棚与箱桥顶部之间是否有空隙，如有空隙，则通过吹沙管向空隙内吹沙，填充空隙。

10.权利要求5中所述高填方城市快速路下超长箱桥顶进施工工艺所使用的高填方城市快速路下超长箱桥顶进施工结构，其特征在于：包括箱桥和在高填方城市快速路下的土体内设置的管棚，管棚包括多根间隔设置的棚管，棚管的两端均设有开口；管棚顶部的棚管之间竖向设置有锚杆，棚管下方的土体内设有承托板，各锚杆的下端向下伸出棚管并与承托板相连接；各锚杆的上端连接有横梁，横梁设置在高填方城市快速路路表处的土体内；

箱桥的前端设有由钢板制成的板状钢刃角，钢刃角宽150厘米、厚3－5厘米，钢刃角的长度与箱桥宽度相同，钢刃角内沿前后方向设有多个贯通钢刃角的观察孔，相邻观察孔在前后方向上的间距为1－1.5米，观察孔的孔径为15±1厘米；以箱桥的顶进方向为前向，钢刃角向前伸出箱桥70－100厘米。