CN109505229B - 公路高陡边坡应力平衡及减振防灾高桥墩结构及施工方法 - Google Patents

公路高陡边坡应力平衡及减振防灾高桥墩结构及施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了公路高陡边坡应力平衡及减振防灾高桥墩结构及施工方法,本发明的预应力锚索(6),消除了边坡体对临空布置的桩基高桥墩结构的水平推力作用;内拱系梁(5)实现了预应力以及边坡水平推力对桩基高桥墩结构作用应力的分散;减振橡胶垫(7)增加了桥墩结构的柔度,降低了桩基高桥墩结构本身以及边坡体因振动发生的结构失效和边坡灾害发生。施工方法步骤包括:材料准备及制作、桩基施工、钻孔、内拱系梁(5)施工、预应力锚索(6)浇筑张拉、桥墩施工等,施工方法简单。本发明对于山区沟壑纵横地带交通基础设施的高陡边坡桩基高桥墩结构加固减振防灾等而言具有广泛的应用前景。

Description

公路高陡边坡应力平衡及减振防灾高桥墩结构及施工方法
技术领域
本发明涉及边坡支挡及高桥墩桥梁工程领域,特别是公路高陡边坡应力平衡及减振防灾预应力锚索桩基高桥墩结构及施工方法。
背景技术
公路桥梁桩基桥墩结构在地势地形起伏较大的山区交通基础设施建设中,特别是在山沟丘陵纵横密集地带具有较好的应用性。近年来,伴随基础设施投资力度的加大,以及我国建设行业理论技术水平的提高与完善,位于各类岩层地质边坡的桩基高桥墩结构不断涌现,而与此同时发生的因边坡失稳或边坡与桩基高桥墩结构相互作用所引发的工程事故更是屡见不鲜,其中因路线贯通需要跨越山体边坡而所形成的贴坡横向布置的桩基高桥墩结构破坏失稳是其中一类主要事故情形。上述事故的发生说明了现有边坡桩基高桥墩结构设计理论及技术的不相称,在设计时缺乏以下几点认识:①在边坡面上横向布置的桩基高桥墩受力状态复杂,下端由桩周土提供摩阻力及端承力、上端因路面桥梁结构联结而承受一定的铰接或固定端作用,而最为突出的是在临空面与临坡面的桥墩部位存在边坡土压力所形成的水平推力作用,使边坡桩基高桥墩结构形如两端约束而中部受压的压弯结构,这点同平地面桩基高桥墩结构大不相同;②对于承受边坡水平推力的桩基高桥墩结构而言,在边坡稳定时容易发生沿边坡土压力作用位置而指向临空面的墩柱绕曲,而在边坡失稳、滑坡等事故下极易对高桥墩产生较大水平冲切,导致结构破坏,影响上部公路的安全运行;③在公路运行过程中,汽车荷载所产生的振动通过桥梁-桥墩-桩基传递于边坡桩周土体,长期振动作用下,边坡体岩层的结构性或完整性受到损伤,力学性能发生劣化,边坡体稳定性大幅度降低,容易诱发边坡失稳以及边坡抗滑结构的失效破坏,而边坡及抗滑结构的失稳破坏又会影响桩基高桥墩结构的稳定,直至完全破坏,影响公路使用。因而在公路交通边坡桩基高桥墩的结构设计中应充分考虑汽车振动荷载及其破坏作用;④针对高陡边坡桩基高桥墩结构的受力特点及工程特征,为了有效控制边坡水平推力以及滑坡等次生灾害对高桥墩结构的破坏,因而需要对边坡体采用抗滑桩、挡土墙等型式进行有效抗滑加固。然而由抗滑结构失效进而引发桩基高桥墩失稳的事故频现不断,与此同时,抗滑桩等结构的建造无法避免对山坡体的开挖,生态破坏严重,不符合绿色生态建筑的理念。综上所述,现有的公路边坡桩基高桥墩结构设计及应用问题比较突出,核心问题是未妥善解决边坡土压力对桩基高桥墩的作用影响,以及对汽车振动荷载与边坡及抗滑结构的作用特征认识不到位。
本发明基于对公路高陡边坡桩基高桥墩结构与边坡相互作用关系的认识,考虑振动荷载及复杂环境与边坡体力学作用,寻求新型能够依靠与边坡相互作用实现边坡土压力自平衡以及控制汽车振动荷载对边坡致灾影响的高边坡桩基高桥墩结构为目的,设计公开了公路高陡边坡应力平衡及减振防灾预应力锚索桩基高桥墩结构及施工方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种公路高陡边坡应力平衡及减振防灾预应力锚索桩基高桥墩结构及施工方法。
本发明采用的技术方案为公路高陡边坡应力平衡及减振防灾高桥墩结构,该高桥墩结构由左侧桩基1、左侧桥墩2、右侧桩基3、右侧桥墩4、内拱系梁5、预应力锚索6、减振橡胶垫7组成。左侧桩基1和右侧桩基3全身位于边坡岩土层以下,左侧桩基1和右侧桩基3的桩端均坐落于山体内持力层上,桩顶位于边坡面界面9处。在边坡面界面9处,左侧桩基1和左侧桥墩2、右侧桩基3和右侧桥墩4通过钢筋混凝土一体浇筑而连接为一体,彼此的桩心和桥墩墩心位于同一铅垂线上,接触连接面平行吻合。在左侧桩基1和右侧桩基3之间浇筑有内拱系梁5,其中内拱系梁5拱顶与内拱系梁5梁顶面间距离的1/2水平连线10与左侧桩基1和右侧桩基3的桩顶面联系重合,内拱系梁5的1/2水平连线10以上至内拱系梁5梁顶部分左侧梁面与左侧桥墩2右侧面接触,右侧梁面与右侧桥墩4左侧面接触,并在接触处通过植筋浇筑混凝土而使内拱系梁5与左侧桥墩2和右侧桥墩4连接为一体;内拱系梁5的左拱脚与左侧桩基1贴合接触,右拱脚与右侧桩基3贴合接触,并在接触处通过植筋浇筑混凝土而使内拱系梁5与左侧桩基1和右侧桩基3连接为一体。在内拱系梁5的1/2水平连线10上,有预留孔洞供预应力锚索6自由端穿过,其中预应力锚索6与左侧桥墩2和右侧桥墩4的铅垂线夹角为60°~85°,预应力锚索6锚固段位于边坡岩土体的稳定岩层内,自由端穿过内拱系梁5预留孔洞,并通过锚具与内拱系梁5锚定联结固定。在左侧桥墩2和右侧桥墩4的墩身内,平行于墩身横截面方向铺设有5~10层减振橡胶垫7。
减振橡胶垫7截面直径小于墩身截面直径或截面最小边长尺寸的50cm~100cm,二者截面形心重合。
减振橡胶垫7的具体数量及截面直径根据公路边坡及桩基高桥墩结构减振控制要求计算确定。
减振橡胶垫7与左侧桥墩2和右侧桥墩4截面形心均重合,左侧桥墩2和右侧桥墩4的竖向钢筋穿过减振橡胶垫7,经减振橡胶垫7上下界面的混凝土浇筑而使减振橡胶垫7包裹于左侧桥墩2和右侧桥墩4的墩身内。
内拱系梁5的1/2水平连线10至内拱系梁5梁顶的铅锤高度为桩基直径的0.7~1.0倍,内拱系梁5的拱脚至内拱系梁5的拱顶铅锤高度为桩基直径的0.8~1.1倍,内拱系梁5内拱面为连续曲面。内拱系梁5的预留孔洞洞心连线与1/2水平连线10重合。
预应力锚索6与左侧桥墩2或右侧桥墩4的铅垂线夹角为60°~85°,锚固段深入稳定岩层的深度或穿过深层边坡潜在滑移线的深度为桩基直径的1.5~3倍,且不小于4m。
减振橡胶垫7为坚固的织造和弹性平板式橡胶,截面为圆形,厚度为25mm~50cm,截面直径为50cm~80cm,且减振橡胶垫7截面直径小于墩身截面直径或矩形截面最小边长尺寸的50cm~100cm。减振橡胶垫7负载大于13N/mm2,允许温度范围-30℃~90℃。减振橡胶垫7内夹有1~3层加劲钢板8,加劲钢板8厚度为1.5mm~2.5mm。
公路高陡边坡应力平衡及减振防灾高桥墩结构的施工方法,其步骤为,
S1材料准备及制作:按照设计方案和要求,采置各类材料,并进行材料加工制作。①预应力锚索6:其中预应力锚索6材料为钢绞线。随预应力锚索6索长全身绑有注浆管,并在锚固段设计长度内对注浆管进行开孔,作为后续注浆施工的出浆孔;在预应力锚索6的端头焊接有成制品导向帽;沿预应力锚索6轴线方向每隔1.5m在预应力锚索6环形面120°设置3根定位支架。预应力锚索6尾部端防腐采用刷漆,涂漆等防腐措施处理;②钢筋笼、受力筋及箍筋:左侧桩基1、左侧桥墩2、右侧桩基3、右侧桥墩4及内拱系梁5内的钢筋笼、受力筋及箍筋按照下料长度及构造要求预先进行加工制作,主筋接长采用镦粗直螺纹连接,其余钢筋连接采用帮条焊或坡口焊连接。左侧桩基1和右侧桩基3钢筋笼上绑有声测管,当桩径d<1.8m,检测管根数为三根,桩径d≥1.8m,检测管根数为四根,沿钢筋笼内侧等间距布置,声测管应高出设计桩顶标高65cm;③减振橡胶垫7:减振橡胶垫7根据设计尺寸进行工厂预加工,其中减振橡胶垫7为坚固的织造和弹性平板式橡胶,截面为圆形,厚度为25mm~50cm,截面直径为50cm~80cm,且减振橡胶垫7截面直径小于左侧桥墩2或右侧桥墩4墩身截面直径或矩形截面最小边长尺寸的50cm~100cm。减振橡胶垫7负载大于13N/mm2,允许温度范围-30℃~90℃。减振橡胶垫7内夹有1~3层加劲钢板8,加劲钢板8厚度为1.5mm~2.5mm;
S2边坡修整、清场及放桩定位:根据设计桩基位及预应力锚索6布设位置,对边坡体进行一定范围内的树木、杂草移除清理和坡面休整,建造施工平台,平整场地,并对场地周边做硬化处理,必要时对边坡进行临时防护处理。根据左侧桩基1和右侧桩基3的布设位置,采用精密测量仪器设备进行放线,并在坡面上精准定位出预应力锚索6的钻孔位;
S3桩基施工:①成孔:依据左侧桩基1和右侧桩基3平面布置图确定桩位,采用旋挖桩机成孔机械施工。左侧桩基1和右侧桩基3钻孔不能同时进行,应隔桩施工,在灌注砼24小时后方可进行邻桩成孔施工。钻孔前应在孔口埋设与孔口尺寸相匹配并具有一定刚度和强度的钢护筒,以起定位及保护孔口的作用,其中钢护筒内径应比钻头直径大10~15cm,埋入土中深度不小于1.0m。所钻桩位偏差≤50mm,垂直度偏差<1%,桩底沉渣厚度≤200mm;②砼灌注桩:左侧桩基1和右侧桩基3的桩身砼浇灌应采用导管法灌注,砼必须具有良好的和易性和流动性,坍落度一般为180~220mm,砼应连续一次灌注完毕,并保证密实度;③凿除桩头:待左侧桩基1和右侧桩基3砼强度达到15MPa以上后凿除桩头砼或砼浮浆。桩头凿除采用环切法,根据内拱系梁5位置测量放线,定出环形切割线,钢筋扫描,定出切割深度,用切割机进行环形切缝;④桩基检测:左侧桩基1和右侧桩基3采用超声波进行桩基检测;
S4钻孔:①设计参数:预应力锚索6成孔采用洛阳铲或机械成孔,孔径130mm~150mm,预应力锚索6与左侧桥墩2或右侧桥墩4的铅垂线夹角为60°~85°,既与水平面夹角15°~30°,孔底距深层边坡潜在滑移线的深度不小于4m,且满足预应力锚索6锚固段深入稳定岩层的深度或穿过深层边坡潜在滑移线的深度为左侧桩基1和右侧桩基3直径的1.5~3倍;②搭设平台:预应力锚索6孔钻进施工,搭设满足相应承载力和稳固条件的脚手架,根据坡面测放孔位,准确安装固定钻机,并严格认真机位调整,确保预应力锚索6孔开钻就位纵横误差不超过±2cm,预应力锚索6锚孔偏斜度不应超过5%;③开钻:钻孔采用干钻,禁止采用水钻,以确保预应力锚索6施工不致于恶化边坡岩体的工程地质条件和保证孔壁的粘结性能;④钻孔位检测:钻进完成后对钻孔孔深、孔径进行检测,为确保预应力锚索6孔深度,要求实际钻孔深度大于设计深度0.5m以上。钻进达到设计孔深后,不得立即停钻,要求稳钻1~2分钟,防止孔底塌孔等达不到设计孔径;⑤钻孔清理:钻孔孔壁不得有沉渣及水体粘滞,在钻孔完成后,使用压力为0.2-0.4MPa的高压风枪将孔内岩粉及水体全部清除出孔外,以免降低水泥砂浆与孔壁岩土体的粘结强度;
S5内拱系梁5施工:①基坑开挖:基坑开挖前应采用全站仪精确测定内拱系梁5轴线、边线位置及基底标高,检查无误后方可施工,基坑平面尺寸宜按内拱系梁5平面尺寸四周各边增宽50cm;②钢筋联结:在左侧桩基1和右侧桩基3顶面上弹出钢筋的外围轮廓线、左侧桥墩2和右侧桥墩4墩身预埋钢筋的轮廓线,并用油漆标出每根钢筋的平面位置。左侧桩基1和右侧桩基3钢筋嵌入内拱系梁5部分按设计要求做成喇叭型,绑扎前安放好混凝土定型垫块,以保证浇筑混凝土时钢筋保护层厚度。绑扎钢筋时先绑扎底层受力钢筋,底层钢筋安装完后,立即搭设钢管架,绑扎、固定好上层内拱系梁5钢筋。左侧桥墩2和右侧桥墩4墩身预埋钢筋经测量放样,在内拱系梁5钢筋顶面上用一根预加工好的箍筋定位固定,左侧桥墩2和右侧桥墩4墩身预埋钢筋应与内拱系梁5钢筋绑扎或焊接成一个整体骨架以防移位。然后绑扎水平箍筋,绑扎时要错开接头并焊接;③模板安装:内拱系梁5钢模板加工完成运到工地,将分段钢模板拼装成大块模板,模板接缝用离子粉和调合胶刮平清缝抛光,钢模板背面与型钢背方缝用铁楔塞紧并焊牢。从角点开始装两块模板,用缆风绳和顶撑定位或利用左侧桩基1和右侧桩基3桩顶预留筋定位,内拱系梁5模板围成框后调整摸板尺寸和线型,再进行模板加固,上下层对拉螺栓焊接上下层钢筋形成对拉,中段对拉螺栓焊接水平钢筋,模板内利用钻孔桩头加固顶撑,模板外利用地形加固顶撑,外撑采用型钢或方木。按设计要求在预应力锚索6穿孔位置处绑扎一个PVC圆管,形成内拱系梁5的预留孔洞;④浇注内拱系梁5混凝土:采取薄层浇筑,30cm一层,全断面连续浇筑,一次成型,控制混凝土的灌注速度。当使用插入式振捣器时,振捣器应快插慢拔,插进时应避免振捣棒触及模板、钢筋及预埋件;⑤养护:保温养护措施采取在混凝土表面覆盖无纺土工布,洒水养生,利用循环水承台砼内降温外保温;⑥混凝土拆模:拆模宜按立模顺序逆向进行,不得损伤混凝土,并减少模板破损。侧模在混凝土强度达到2.5MPa以上方可拆除;⑦基坑回填:在基坑内结构物完成拆模后进行回填,回填材料材质优先采用基槽内挖出的土和碎石,不得含有机杂质,回填时采用蛙式打夯机配合人工分层进行填筑。基坑回填要高出原地面,以防止基础被雨水侵蚀;
S6预应力锚索6浇筑张拉:①预应力锚索6安装:人工缓缓将预应力锚索6通过内拱系梁5的预留孔洞放入第4步所钻预应力锚索6孔内,用钢尺量出孔外露出的预应力锚索6长度,计算孔内预应力锚索6长度,误差控制在±50mm范围内,确保锚固长度;②注浆:注浆管穿过内拱系梁5的预留孔洞投放至距第4步所钻预应力锚索6孔底0.5m位置处,注浆过程中注浆管根据注浆速度和效果逐渐拔出。注浆前应按设计强度要求做好配合比试验,注浆采用M30水泥砂浆,水灰比0.45。预应力锚索6注浆分二次注浆,一次注浆时,浆液水灰比1:0.45~0.50;二次高压注浆浆液水灰比1:0.50~0.55,其中二次注浆应在一次注浆初凝后、终凝前进行或在形成的水泥结石体强度达到5.0MPa时进行,注浆压力不得低于2MPa;③张拉:在预应力锚索6锚固体强度达到设计的75%以上时进行张拉,先预张拉,再整体张拉。其中预张拉荷载为设计预应力值的10%,整体张拉荷载共分五级施加,前四级分别为设计强度的25%,50%,75%,100%,分别稳定5min后进行下一级张拉,最后一级为设计应力的110%,稳定时间10min。张拉完成48小时内,若预应力损失大于设计预应力的10%,应进行补偿张拉,补偿张拉一次达到设计应力;④锚固封堵:预应力锚索6张拉完成后,其自由端通过锚具固定于内拱系梁5临坡面一侧,并对内拱系梁5的预留孔洞进行注浆封堵;
S7桥墩施工:高桥墩结构的左侧桥墩2和右侧桥墩4竖向高度高,因而其施工分为数个实施段,同时对于在左侧桥墩2和右侧桥墩4全墩身范围内沿墩高均匀分布平铺有平行于墩身横截面方向的4~8层减振橡胶垫7,因而桥墩结构部分施工步骤以夹铺有一层减振橡胶垫7的单位实施段作为说明,其余墩处可采用重复性施工得以具体实施,其中左侧桥墩2和右侧桥墩4每个单位实施段内的基本施工步骤为:吊升安装模板及支架→安装钢筋及预埋件→浇筑下层混凝土→安装减振橡胶垫7→浇筑上层混凝土→养护,其具体内容为:
S7.1吊升安装模板:左侧桥墩2和右侧桥墩4墩身模板采用塔吊提升安装到位,模板的下部利用三脚架上的后移装置将模板调整到与已浇好的混凝土紧密接触,防止再次浇筑混凝土时漏浆及错台。模板中的所有接缝基本位于同一水平或垂直平面上,确保接缝紧密,符合结构尺寸、线型及外形的要求;
S7.2安装下层钢筋及预埋件:左侧桥墩2和右侧桥墩4主筋接长采用直螺纹套筒连接,主筋直径大于20mm的采用直螺纹套筒连接。为了保证保护层的厚度,应在钢筋与模板间设置垫块及定位钢筋套PVC管帽同时控制,按照1m间距梅花型布置,垫块采用混凝土垫块。对于左侧桥墩2和右侧桥墩4墩身环向钢筋,采用焊接方式接长,焊缝厚度不小于0.3d,焊缝宽度不小于0.8d,当采用单面焊接时焊缝长度不小于10d,双面焊接时不小于5d(d为钢筋直径)。穿过减振橡胶垫7定位孔的竖向筋在减振橡胶垫7下表面设计安装高度位置处焊有三根夹角为120°,长度为5~10cm的限位筋,以控制后续施工安装减振橡胶垫7时,减振橡胶垫7的正确定位;
S7.3浇筑下层混凝土:根据设计要求混凝土采用分层浇筑,并控制分层浇筑厚度在30cm左右,混凝土的振捣采用插入式振动器,振动器的移动距离在40~60cm范围内,与侧模保持5-10cm的距离。下层混凝土浇筑高度为各限位筋所在的下平面,浇筑完毕后派专人将模板四周附近的混凝土抹平,保证混凝土面与各限位筋所在的下平面平齐,待混凝土强度达到2.5Mpa后进行人工凿毛;
S7.4安装减振橡胶垫7:待下层混凝土浇筑养护完成并凿毛,清理竖向筋上的浮浆,将减振橡胶垫7定位孔对准待穿竖向筋,并穿过,将减振橡胶垫7平稳下放直至被限位筋限制下降为止,检查减振橡胶垫7的平整度及与限位筋的接触状态。检查确认减振橡胶垫7安装无误后,在减振橡胶垫7的上表面与竖向筋接触界面处,通过卡位螺栓固定减振橡胶垫7,防止上层混凝土注浆过程中因为扰动减振橡胶垫7在竖直方向上发生活动;
S7.5安装上层钢筋及预埋件:重复步骤②过程;
S7.6浇筑上层混凝土:重复步骤③过程,注意在浇筑过程中对减振橡胶垫7定位孔进行封堵,并对减振橡胶垫7的外包左侧桥墩2和右侧桥墩4混凝土部分进行加强振捣处理,从而使减振橡胶垫7严密包裹于左侧桥墩2和右侧桥墩4的墩身内;
S7.7养护:混凝土浇完后,立即对左侧桥墩2和右侧桥墩4墩身覆盖进行养护;拆模后立即喷洒混凝土养护剂,并用塑料薄膜包裹,避免上一节段墩身混凝土浇筑时污染已浇筑的下部墩身;
S7.8拆模:待浇筑完混凝土达到设计强度50%后可拆模,拆模宜按立模顺序逆向进行,不得损伤混凝土,并减少模板破损。用塔吊将模板提升到下道工序处,进入下道工序。至此,施工完成一个单位实施段施工循环。
本发明的有益效果是:公路高陡边坡应力平衡及减振防灾预应力锚索桩基高桥墩结构及施工方法,针对山区公路交通高陡边坡桩基高桥墩结构及与边坡相互作用特点,设计了具有实现边坡土压力平衡以及减振控制的新型结构。①通过在传统边坡桩基高桥墩结构体系上增加预应力锚索,使边坡施加于桩基高桥墩结构的侧向水平推力通过预应力锚索传递于深层岩体,依靠预应力锚索的锚固段与岩体摩擦作用实现锚固力与侧向水平推力的平衡,进而消除了边坡体对临空布置的桩基高桥墩结构的水平作用;②预应力锚索的增加,使边坡桩基发挥了阻滑或抗滑桩的作用,对于边坡体的失稳加固而言具有重要作用;③本发明的内拱系梁可以实现预应力以及边坡水平推力对桩基高桥墩结构作用应力的分散,防止局部应力集中引起的结构破坏失效;④在公路交通汽车减振控制方面,本发明主要通过在高桥墩桩身体内夹铺数层减振橡胶垫实现,即通过增加桥墩结构的一定柔度,降低一定刚度,实现振动在减振橡胶垫与混凝土界面传递时的耗能衰减,从而逐步消除传递于桩基以及边坡体的振动,降低了桩基高桥墩结构本身以及边坡体因振动发生的结构失效和边坡灾害发生,对公路的长期健康安全运营具有重要意义;⑤本发明的结构施工过程中所涉及的施工机械、设备等为市场上通用型,无特殊工作技术要求。综上所述,本发明对于山区沟壑纵横地带交通基础设施的高陡边坡桩基高桥墩结构加固减振防灾等而言具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为公路高陡边坡应力平衡及减振防灾预应力锚索桩基高桥墩结构及施工方法的立面图。
图2为公路高陡边坡应力平衡及减振防灾预应力锚索桩基高桥墩结构及施工方法内拱系梁拱顶位置处剖面图。
图3为减振橡胶垫与墩柱结构部分大样图。
附图标记及对应名称为:1、左侧桩基,2、左侧桥墩,3、右侧桩基,4、右侧桥墩,5、内拱系梁,6、预应力锚索,7、减振橡胶垫,8、加劲钢板,9、边坡面界面,10、1/2水平连线。
具体实施方式
如图1所示,本发明公路高陡边坡应力平衡及减振防灾预应力锚索桩基高桥墩结构及施工方法由左侧桩基1、左侧桥墩2、右侧桩基3、右侧桥墩4、内拱系梁5、预应力锚索6、减振橡胶垫7组成。
如图1所示,左侧桩基1和右侧桩基3全身位于边坡岩土层以下,左侧桩基1和右侧桩基3的桩端均坐落于山体内持力层上,桩顶位于边坡面界面9处。在边坡面界面9处,左侧桩基1和左侧桥墩2、右侧桩基3和右侧桥墩4通过钢筋混凝土一体浇筑而连接为一体,彼此的桩心和桥墩墩心位于同一铅垂线上,接触连接面平行吻合。
如图1、图2所示,在左侧桩基1和右侧桩基3之间浇筑有内拱系梁5,其中内拱系梁5拱顶与内拱系梁5梁顶面间距离的1/2水平连线10与左侧桩基1和右侧桩基3的桩顶面连线重合,内拱系梁5的1/2水平连线10以上至内拱系梁5梁顶部分左侧梁面与左侧桥墩2右侧面接触,右侧梁面与右侧桥墩4左侧面接触,并在接触处通过植筋浇筑混凝土而使内拱系梁5与左侧桥墩2和右侧桥墩4连接为一体;内拱系梁5的左拱脚与左侧桩基1贴合接触,右拱脚与右侧桩基3贴合接触,并在接触处通过植筋浇筑混凝土而使内拱系梁5与左侧桩基1和右侧桩基3连接为一体。
如图1、图2所示,在内拱系梁5的1/2水平连线10上,有一排预留孔洞供预应力锚索6自由端穿过,预应力锚索6锚固段位于边坡岩土体的稳定岩层内,自由端穿过内拱系梁5的预留孔洞,并通过锚具与内拱系梁5锚定联结固定。
如图1~图3所示,在左侧桥墩2和右侧桥墩4的墩身内,平行于墩身横截面方向铺设有4~8层减振橡胶垫7,减振橡胶垫7的具体数量及截面直径根据公路边坡及桩基高桥墩结构减振控制要求计算确定。减振橡胶垫7与左侧桥墩2和右侧桥墩4截面形心均重合,左侧桥墩2和右侧桥墩4的竖向钢筋穿过减振橡胶垫7,经减振橡胶垫7上下界面的混凝土浇筑而使减振橡胶垫7包裹于左侧桥墩2和右侧桥墩4的墩身内。
如图1所示,内拱系梁5的1/2水平连线10至内拱系梁5梁顶的铅锤高度为桩基直径的0.7~1.0倍,内拱系梁5的拱脚至内拱系梁5的拱顶铅锤高度为桩基直径的0.8~1.1倍,内拱系梁5内拱面为连续曲面。内拱系梁5的预留孔洞洞心连线与1/2水平连线重合。
如图2所示,预应力锚索6与左侧桥墩2或右侧桥墩4的铅垂线夹角为60°~85°,锚固段深入稳定岩层的深度或穿过深层边坡潜在滑移线的深度为桩基直径的1.5~3倍,且不小于4m。
如图3所示,减振橡胶垫7为坚固的织造和弹性平板式橡胶,截面为圆形,厚度为25mm~50cm,截面直径为50cm~80cm,且减振橡胶垫7截面直径小于墩身截面直径或矩形截面最小边长尺寸的50cm~100cm。减振橡胶垫7负载大于13N/mm2,允许温度范围-30℃~90℃。减振橡胶垫7内夹有1~3层加劲钢板8,加劲钢板8厚度为1.5mm~2.5mm。
如图1所示,本发明以单车道路面下的边坡桩基高桥墩结构作为说明,但是本发明所保护内容不局限于此,对于多车道的边坡桩基高桥墩结构,所采用结构型式与本专利所公布的单车道结构单元、组件及组合方式实质内容相符的应均为本发明所保护范围。
如图1~图3所示,公路高陡边坡应力平衡及减振防灾预应力锚索桩基高桥墩结构的施工方法,其步骤为:
(1)材料准备及制作:按照设计方案和要求,采置各类材料,并进行材料加工制作。①预应力锚索6:其中预应力锚索6材料为钢绞线。随预应力锚索6索长全身绑有注浆管,并在锚固段设计长度内对注浆管进行开孔,作为后续注浆施工的出浆孔;在预应力锚索6的端头焊接有成制品导向帽;沿预应力锚索6轴线方向每隔1.5m在预应力锚索6环形面120°设置3根定位支架。预应力锚索6尾部端防腐采用刷漆,涂漆等防腐措施处理;②钢筋笼、受力筋及箍筋:左侧桩基1、左侧桥墩2、右侧桩基3、右侧桥墩4及内拱系梁5内的钢筋笼、受力筋及箍筋按照下料长度及构造要求预先进行加工制作,主筋接长采用镦粗直螺纹连接,其余钢筋连接采用帮条焊或坡口焊连接。左侧桩基1和右侧桩基3钢筋笼上绑有声测管,当桩径d<1.8m,检测管根数为三根,桩径d≥1.8m,检测管根数为四根,沿钢筋笼内侧等间距布置,声测管应高出设计桩顶标高65cm;③减振橡胶垫7:减振橡胶垫7根据设计尺寸进行工厂预加工,其中减振橡胶垫7为坚固的织造和弹性平板式橡胶,截面为圆形,厚度为25mm~50cm,截面直径为50cm~80cm,且减振橡胶垫7截面直径小于左侧桥墩2或右侧桥墩4墩身截面直径或矩形截面最小边长尺寸的50cm~100cm。减振橡胶垫7负载大于13N/mm2,允许温度范围-30℃~90℃。减振橡胶垫7内夹有1~3层加劲钢板8,加劲钢板8厚度为1.5mm~2.5mm;
(2)边坡修整、清场及放桩定位:根据设计桩基位及预应力锚索6布设位置,对边坡体进行一定范围内的树木、杂草移除清理和坡面休整,建造施工平台,平整场地,并对场地周边做硬化处理,必要时对边坡进行临时防护处理。根据左侧桩基1和右侧桩基3的布设位置,采用精密测量仪器设备进行放线,并在坡面上精准定位出预应力锚索6的钻孔位;
(3)桩基施工:①成孔:依据左侧桩基1和右侧桩基3平面布置图确定桩位,采用旋挖桩机成孔机械施工。左侧桩基1和右侧桩基3钻孔不能同时进行,应隔桩施工,在灌注砼24小时后方可进行邻桩成孔施工。钻孔前应在孔口埋设与孔口尺寸相匹配并具有一定刚度和强度的钢护筒,以起定位及保护孔口的作用,其中钢护筒内径应比钻头直径大10~15cm,埋入土中深度不小于1.0m。所钻桩位偏差≤50mm,垂直度偏差<1%,桩底沉渣厚度≤200mm;②砼灌注桩:左侧桩基1和右侧桩基3的桩身砼浇灌应采用导管法灌注,砼必须具有良好的和易性和流动性,坍落度一般为180~220mm,砼应连续一次灌注完毕,并保证密实度;③凿除桩头:待左侧桩基1和右侧桩基3砼强度达到15MPa以上后凿除桩头砼或砼浮浆。桩头凿除采用环切法,根据内拱系梁5位置测量放线,定出环形切割线,钢筋扫描,定出切割深度,用切割机进行环形切缝;④桩基检测:左侧桩基1和右侧桩基3采用超声波进行桩基检测;
(4)钻孔:①设计参数:预应力锚索6成孔采用洛阳铲或机械成孔,孔径130mm~150mm,预应力锚索6与左侧桥墩2或右侧桥墩4的铅垂线夹角为60°~85°,既与水平面夹角15°~30°,孔底距深层边坡潜在滑移线的深度不小于4m,且满足预应力锚索6锚固段深入稳定岩层的深度或穿过深层边坡潜在滑移线的深度为左侧桩基1和右侧桩基3直径的1.5~3倍;②搭设平台:预应力锚索6孔钻进施工,搭设满足相应承载力和稳固条件的脚手架,根据坡面测放孔位,准确安装固定钻机,并严格认真机位调整,确保预应力锚索6孔开钻就位纵横误差不超过±2cm,预应力锚索6锚孔偏斜度不应超过5%;③开钻:钻孔采用干钻,禁止采用水钻,以确保预应力锚索6施工不致于恶化边坡岩体的工程地质条件和保证孔壁的粘结性能;④钻孔位检测:钻进完成后对钻孔孔深、孔径进行检测,为确保预应力锚索6孔深度,要求实际钻孔深度大于设计深度0.5m以上。钻进达到设计孔深后,不得立即停钻,要求稳钻1~2分钟,防止孔底塌孔等达不到设计孔径;⑤钻孔清理:钻孔孔壁不得有沉渣及水体粘滞,在钻孔完成后,使用压力为0.2-0.4MPa的高压风枪将孔内岩粉及水体全部清除出孔外,以免降低水泥砂浆与孔壁岩土体的粘结强度;
(5)内拱系梁5施工:①基坑开挖:基坑开挖前应采用全站仪精确测定内拱系梁5轴线、边线位置及基底标高,检查无误后方可施工,基坑平面尺寸宜按内拱系梁5平面尺寸四周各边增宽50cm;②钢筋联结:在左侧桩基1和右侧桩基3顶面上弹出钢筋的外围轮廓线、左侧桥墩2和右侧桥墩4墩身预埋钢筋的轮廓线,并用油漆标出每根钢筋的平面位置。左侧桩基1和右侧桩基3钢筋嵌入内拱系梁5部分按设计要求做成喇叭型,绑扎前安放好混凝土定型垫块,以保证浇筑混凝土时钢筋保护层厚度。绑扎钢筋时先绑扎底层受力钢筋,底层钢筋安装完后,立即搭设钢管架,绑扎、固定好上层内拱系梁5钢筋。左侧桥墩2和右侧桥墩4墩身预埋钢筋经测量放样,在内拱系梁5钢筋顶面上用一根预加工好的箍筋定位固定,左侧桥墩2和右侧桥墩4墩身预埋钢筋应与内拱系梁5钢筋绑扎或焊接成一个整体骨架以防移位。然后绑扎水平箍筋,绑扎时要错开接头并焊接;③模板安装:内拱系梁5钢模板加工完成运到工地,将分段钢模板拼装成大块模板,模板接缝用离子粉和调合胶刮平清缝抛光,钢模板背面与型钢背方缝用铁楔塞紧并焊牢。从角点开始装两块模板,用缆风绳和顶撑定位或利用左侧桩基1和右侧桩基3桩顶预留筋定位,内拱系梁5模板围成框后调整摸板尺寸和线型,再进行模板加固,上下层对拉螺栓焊接上下层钢筋形成对拉,中段对拉螺栓焊接水平钢筋,模板内利用钻孔桩头加固顶撑,模板外利用地形加固顶撑,外撑采用型钢或方木。按设计要求在预应力锚索6穿孔位置处绑扎一个PVC圆管,形成内拱系梁5的预留孔洞;④浇注内拱系梁5混凝土:采取薄层浇筑,30cm一层,全断面连续浇筑,一次成型,控制混凝土的灌注速度。当使用插入式振捣器时,振捣器应快插慢拔,插进时应避免振捣棒触及模板、钢筋及预埋件;⑤养护:保温养护措施采取在混凝土表面覆盖无纺土工布,洒水养生,利用循环水承台砼内降温外保温;⑥混凝土拆模:拆模宜按立模顺序逆向进行,不得损伤混凝土,并减少模板破损。侧模在混凝土强度达到2.5MPa以上方可拆除;⑦基坑回填:在基坑内结构物完成拆模后进行回填,回填材料材质优先采用基槽内挖出的土和碎石,不得含有机杂质,回填时采用蛙式打夯机配合人工分层进行填筑。基坑回填要高出原地面,以防止基础被雨水侵蚀;
(6)预应力锚索6浇筑张拉:①预应力锚索6安装:人工缓缓将预应力锚索6通过内拱系梁5的预留孔洞放入第(4)步所钻预应力锚索6孔内,用钢尺量出孔外露出的预应力锚索6长度,计算孔内预应力锚索6长度(误差控制在±50mm范围内),确保锚固长度;②注浆:注浆管穿过内拱系梁5的预留孔洞投放至距第(4)步所钻预应力锚索6孔孔底0.5m位置处,注浆过程中注浆管根据注浆速度和效果逐渐拔出。注浆前应按设计强度要求做好配合比试验,注浆采用M30水泥砂浆,水灰比0.45。预应力锚索6注浆分二次注浆,一次注浆时,浆液水灰比1:0.45~0.50;二次高压注浆浆液水灰比1:0.50~0.55,其中二次注浆应在一次注浆初凝后、终凝前进行或在形成的水泥结石体强度达到5.0MPa时进行,注浆压力不得低于2MPa;③张拉:在预应力锚索6锚固体强度达到设计的75%以上时进行张拉,先预张拉,再整体张拉。其中预张拉荷载为设计预应力值的10%,整体张拉荷载共分五级施加,前四级分别为设计强度的25%,50%,75%,100%,分别稳定5min后进行下一级张拉,最后一级为设计应力的110%,稳定时间10min。张拉完成48小时内,若预应力损失大于设计预应力的10%,应进行补偿张拉,补偿张拉一次达到设计应力;④锚固封堵:预应力锚索6张拉完成后,其自由端通过锚具固定于内拱系梁5临坡面一侧,并对内拱系梁5的预留孔洞进行注浆封堵;
(7)桥墩施工:本发明所公开的桩基高桥墩结构,其左侧桥墩2和右侧桥墩4竖向高度较高,因而其施工可分为数个实施段,同时对于本发明结构而言在左侧桥墩2和右侧桥墩4全墩身范围内沿墩高均匀分布平铺有平行于墩身横截面方向的4~8层减振橡胶垫7,因而本发明桥墩结构部分施工步骤以夹铺有一层减振橡胶垫7的单位实施段作为说明,其余墩处可采用重复性施工得以具体实施,其中左侧桥墩2和右侧桥墩4每个单位实施段内的基本施工步骤为:吊升安装模板及支架→安装钢筋及预埋件→浇筑下层混凝土→安装减振橡胶垫7→浇筑上层混凝土→养护,其具体内容为:
①吊升安装模板:左侧桥墩2和右侧桥墩4墩身模板采用塔吊提升安装到位,模板的下部利用三脚架上的后移装置将模板调整到与已浇好的混凝土紧密接触,防止再次浇筑混凝土时漏浆及错台。模板中的所有接缝基本位于同一水平或垂直平面上,确保接缝紧密,符合结构尺寸、线型及外形的要求;
②安装下层钢筋及预埋件:左侧桥墩2和右侧桥墩4主筋接长采用直螺纹套筒连接,主筋直径大于20mm的采用直螺纹套筒连接。为了保证保护层的厚度,应在钢筋与模板间设置垫块及定位钢筋套PVC管帽同时控制,按照1m间距梅花型布置,垫块采用混凝土垫块。对于左侧桥墩2和右侧桥墩4墩身环向钢筋,采用焊接方式接长,焊缝厚度不小于0.3d,焊缝宽度不小于0.8d,当采用单面焊接时焊缝长度不小于10d,双面焊接时不小于5d(d为钢筋直径)。穿过减振橡胶垫7定位孔的竖向筋在减振橡胶垫7下表面设计安装高度位置处焊有三根夹角为120°,长度为5~10cm的限位筋,以控制后续施工安装减振橡胶垫7时,减振橡胶垫7的正确定位;
③浇筑下层混凝土:根据设计要求混凝土采用分层浇筑,并控制分层浇筑厚度在30cm左右,混凝土的振捣采用插入式振动器,振动器的移动距离在40~60cm范围内,与侧模保持5-10cm的距离。下层混凝土浇筑高度为各限位筋所在的下平面,浇筑完毕后派专人将模板四周附近的混凝土抹平,保证混凝土面与各限位筋所在的下平面平齐,待混凝土强度达到2.5Mpa后进行人工凿毛;
④安装减振橡胶垫7:待下层混凝土浇筑养护完成并凿毛,清理竖向筋上的浮浆,将减振橡胶垫7定位孔对准待穿竖向筋,并穿过,将减振橡胶垫7平稳下放直至被限位筋限制下降为止,检查减振橡胶垫7的平整度及与限位筋的接触状态。检查确认减振橡胶垫7安装无误后,在减振橡胶垫7的上表面与竖向筋接触界面处,通过卡位螺栓固定减振橡胶垫7,防止上层混凝土注浆过程中因为扰动减振橡胶垫7在竖直方向上发生活动;
⑤安装上层钢筋及预埋件:重复步骤②过程;
⑥浇筑上层混凝土:重复步骤③过程,注意在浇筑过程中对减振橡胶垫7定位孔进行封堵,并对减振橡胶垫7的外包左侧桥墩2和右侧桥墩4混凝土部分进行加强振捣处理,从而使减振橡胶垫7严密包裹于左侧桥墩2和右侧桥墩4的墩身内;
⑦养护:混凝土浇完后,立即对左侧桥墩2和右侧桥墩4墩身覆盖进行养护;拆模后立即喷洒混凝土养护剂,并用塑料薄膜包裹,可避免上一节段墩身混凝土浇筑时污染已浇筑的下部墩身;
⑧拆模:待浇筑完混凝土达到设计强度50%后可拆模,拆模宜按立模顺序逆向进行,不得损伤混凝土,并减少模板破损。用塔吊将模板提升到下道工序处,进入下道工序。至此,施工完成一个单位实施段施工循环。循环步骤(7)过程完成其余单位实施段施工,至此公路高陡边坡应力平衡及减振防灾预应力锚索桩基高桥墩结构即可实现。

Claims (8)

1.公路高陡边坡应力平衡及减振防灾高桥墩结构的施工方法,该施工方法所对应的高桥墩结构由左侧桩基(1)、左侧桥墩(2)、右侧桩基(3)、右侧桥墩(4)、内拱系梁(5)、预应力锚索(6)、减振橡胶垫(7)组成;左侧桩基(1)和右侧桩基(3)全身位于边坡岩土层以下,左侧桩基(1)和右侧桩基(3)的桩端均坐落于山体内持力层上,桩顶位于边坡面界面(9)处;在边坡面界面(9)处,左侧桩基(1)和左侧桥墩(2)、右侧桩基(3)和右侧桥墩(4)通过钢筋混凝土一体浇筑而连接为一体,彼此的桩心和桥墩墩心位于同一铅垂线上,接触连接面平行吻合;在左侧桩基(1)和右侧桩基(3)之间浇筑有内拱系梁(5),其中内拱系梁(5)拱顶与内拱系梁(5)梁顶面间距离的1/2水平连线(10)与左侧桩基(1)和右侧桩基(3)的桩顶面联系重合,内拱系梁(5)的1/2水平连线(10)以上至内拱系梁(5)梁顶部分左侧梁面与左侧桥墩(2)右侧面接触,右侧梁面与右侧桥墩(4)左侧面接触,并在接触处通过植筋浇筑混凝土而使内拱系梁(5)与左侧桥墩(2)和右侧桥墩(4)连接为一体;内拱系梁(5)的左拱脚与左侧桩基(1)贴合接触,右拱脚与右侧桩基(3)贴合接触,并在接触处通过植筋浇筑混凝土而使内拱系梁(5)与左侧桩基(1)和右侧桩基(3)连接为一体;在内拱系梁(5)的1/2水平连线(10)上,有预留孔洞供预应力锚索(6)自由端穿过,其中预应力锚索(6)与左侧桥墩(2)和右侧桥墩(4)的铅垂线夹角为60°~85°,预应力锚索(6)锚固段位于边坡岩土体的稳定岩层内,自由端穿过内拱系梁(5)预留孔洞,并通过锚具与内拱系梁(5)锚定联结固定;在左侧桥墩(2)和右侧桥墩(4)的墩身内,平行于墩身横截面方向铺设有5~10层减振橡胶垫(7);
其特征在于,该施工方法步骤为:
S1材料准备及制作:按照设计方案和要求,采置各类材料,并进行材料加工制作;①预应力锚索(6):其中预应力锚索(6)材料为钢绞线;随预应力锚索(6)索长全身绑有注浆管,并在锚固段设计长度内对注浆管进行开孔,作为后续注浆施工的出浆孔;在预应力锚索(6)的端头焊接有成制品导向帽;沿预应力锚索(6)轴线方向每隔1.5m在预应力锚索(6)环形面120°设置3根定位支架;预应力锚索(6)尾部端防腐采用刷漆,涂漆防腐措施处理;②钢筋笼、受力筋及箍筋:左侧桩基(1)、左侧桥墩(2)、右侧桩基(3)、右侧桥墩(4)及内拱系梁(5)内的钢筋笼、受力筋及箍筋按照下料长度及构造要求预先进行加工制作,主筋接长采用镦粗直螺纹连接,其余钢筋连接采用帮条焊或坡口焊连接;左侧桩基(1)和右侧桩基(3)钢筋笼上绑有声测管,当桩径d<1.8m,检测管根数为三根,桩径d≥1.8m,检测管根数为四根,沿钢筋笼内侧等间距布置,声测管应高出设计桩顶标高65cm;③减振橡胶垫(7):减振橡胶垫(7)根据设计尺寸进行工厂预加工,其中减振橡胶垫(7)为坚固的织造和弹性平板式橡胶,截面为圆形,厚度为25mm~50cm,截面直径为50cm~80cm,且减振橡胶垫(7)截面直径小于左侧桥墩(2)或右侧桥墩(4)墩身截面直径或矩形截面最小边长尺寸的50cm~100cm;减振橡胶垫(7)负载大于13N/mm2,允许温度范围-30℃~90℃;减振橡胶垫(7)内夹有1~3层加劲钢板(8),加劲钢板(8)厚度为1.5mm~2.5mm;
S2边坡修整、清场及放桩定位:根据设计桩基位及预应力锚索(6)布设位置,对边坡体进行一定范围内的树木、杂草移除清理和坡面修整,建造施工平台,平整场地,并对场地周边做硬化处理,以及对边坡进行临时防护处理;根据左侧桩基(1)和右侧桩基(3)的布设位置,采用精密测量仪器设备进行放线,并在坡面上精准定位出预应力锚索(6)的钻孔位;
S3桩基施工:①成孔:依据左侧桩基(1)和右侧桩基(3)平面布置图确定桩位,采用旋挖桩机成孔机械施工;左侧桩基(1)和右侧桩基(3)钻孔不能同时进行,应隔桩施工,在灌注砼24小时后方可进行邻桩成孔施工;钻孔前应在孔口埋设与孔口尺寸相匹配并具有一定刚度和强度的钢护筒,以起定位及保护孔口的作用,其中钢护筒内径应比钻头直径大10~15cm,埋入土中深度不小于1.0m;所钻桩位偏差≤50mm,垂直度偏差<1%,桩底沉渣厚度≤200mm;②砼灌注桩:左侧桩基(1)和右侧桩基(3)的桩身砼浇灌应采用导管法灌注,砼必须具有良好的和易性和流动性,坍落度一般为180~220mm,砼连续一次灌注完毕,并保证密实度;③凿除桩头:待左侧桩基(1)和右侧桩基(3)砼强度达到15MPa以上后凿除桩头砼或砼浮浆;桩头凿除采用环切法,根据内拱系梁(5)位置测量放线,定出环形切割线,钢筋扫描,定出切割深度,用切割机进行环形切缝;④桩基检测:左侧桩基(1)和右侧桩基(3)采用超声波进行桩基检测;
S4钻孔:①设计参数:预应力锚索(6)成孔采用洛阳铲或机械成孔,孔径130mm~150mm,预应力锚索(6)与左侧桥墩(2)或右侧桥墩(4)的铅垂线夹角为60°~85°,既与水平面夹角15°~30°,孔底距深层边坡潜在滑移线的深度不小于4m,且满足预应力锚索(6)锚固段深入稳定岩层的深度或穿过深层边坡潜在滑移线的深度为左侧桩基(1)和右侧桩基(3)直径的1.5~3倍;②搭设平台:预应力锚索(6)孔钻进施工,搭设满足相应承载力和稳固条件的脚手架,根据坡面测放孔位,准确安装固定钻机,并严格认真机位调整,确保预应力锚索(6)孔开钻就位纵横误差不超过±2cm,预应力锚索(6)锚孔偏斜度不应超过5%;③开钻:钻孔采用干钻,禁止采用水钻,以确保预应力锚索(6)施工不致于恶化边坡岩体的工程地质条件和保证孔壁的粘结性能;④钻孔位检测:钻进完成后对钻孔孔深、孔径进行检测,为确保预应力锚索(6)孔深度,要求实际钻孔深度大于设计深度0.5m以上;钻进达到设计孔深后,不得立即停钻,要求稳钻1~2分钟,防止孔底塌孔达不到设计孔径;⑤钻孔清理:钻孔孔壁不得有沉渣及水体粘滞,在钻孔完成后,使用压力为0.2-0.4MPa的高压风枪将孔内岩粉及水体全部清除出孔外,以免降低水泥砂浆与孔壁岩土体的粘结强度;
S5内拱系梁(5)施工:①基坑开挖:基坑开挖前应采用全站仪精确测定内拱系梁(5)轴线、边线位置及基底标高,检查无误后方可施工,基坑平面尺寸宜按内拱系梁(5)平面尺寸四周各边增宽50cm;②钢筋联结:在左侧桩基(1)和右侧桩基(3)顶面上弹出钢筋的外围轮廓线、左侧桥墩(2)和右侧桥墩(4)墩身预埋钢筋的轮廓线,并用油漆标出每根钢筋的平面位置;左侧桩基(1)和右侧桩基(3)钢筋嵌入内拱系梁(5)部分按设计要求做成喇叭型,绑扎前安放好混凝土定型垫块,以保证浇筑混凝土时钢筋保护层厚度;绑扎钢筋时先绑扎底层受力钢筋,底层钢筋安装完后,立即搭设钢管架,绑扎、固定好上层内拱系梁(5)钢筋;左侧桥墩(2)和右侧桥墩(4)墩身预埋钢筋经测量放样,在内拱系梁(5)钢筋顶面上用一根预加工好的箍筋定位固定,左侧桥墩(2)和右侧桥墩(4)墩身预埋钢筋应与内拱系梁(5)钢筋绑扎或焊接成一个整体骨架以防移位;然后绑扎水平箍筋,绑扎时要错开接头并焊接;③模板安装:内拱系梁(5)钢模板加工完成运到工地,将分段钢模板拼装成大块模板,模板接缝用离子粉和调合胶刮平清缝抛光,钢模板背面与型钢背方缝用铁楔塞紧并焊牢;从角点开始装两块模板,用缆风绳和顶撑定位或利用左侧桩基(1)和右侧桩基(3)桩顶预留筋定位,内拱系梁(5)模板围成框后调整摸板尺寸和线型,再进行模板加固,上下层对拉螺栓焊接上下层钢筋形成对拉,中段对拉螺栓焊接水平钢筋,模板内利用钻孔桩头加固顶撑,模板外利用地形加固顶撑,外撑采用型钢或方木;按设计要求在预应力锚索(6)穿孔位置处绑扎一个PVC圆管,形成内拱系梁(5)的预留孔洞;④浇注内拱系梁(5)混凝土:采取薄层浇筑,30cm一层,全断面连续浇筑,一次成型,控制混凝土的灌注速度;当使用插入式振捣器时,振捣器应快插慢拔,插进时应避免振捣棒触及模板、钢筋及预埋件;⑤养护:保温养护措施采取在混凝土表面覆盖无纺土工布,洒水养生,利用循环水承台砼内降温外保温;⑥混凝土拆模:拆模宜按立模顺序逆向进行,不得损伤混凝土,并减少模板破损;侧模在混凝土强度达到2.5MPa以上方可拆除;⑦基坑回填:在基坑内结构物完成拆模后进行回填,回填材料材质优先采用基槽内挖出的土和碎石,不得含有机杂质,回填时采用蛙式打夯机配合人工分层进行填筑;基坑回填要高出原地面,以防止基础被雨水侵蚀;
S6预应力锚索(6)浇筑张拉:①预应力锚索(6)安装:人工缓缓将预应力锚索(6)通过内拱系梁(5)的预留孔洞放入S4所钻预应力锚索(6)孔内,用钢尺量出孔外露出的预应力锚索(6)长度,计算孔内预应力锚索(6)长度,误差控制在±50mm范围内,确保锚固长度;②注浆:注浆管穿过内拱系梁(5)的预留孔洞投放至距S4所钻预应力锚索(6)孔底0.5m位置处,注浆过程中注浆管根据注浆速度和效果逐渐拔出;注浆前应按设计强度要求做好配合比试验,注浆采用M30水泥砂浆,水灰比0.45;预应力锚索(6)注浆分二次注浆,一次注浆时,浆液水灰比1:0.45~0.50;二次高压注浆浆液水灰比1:0.50~0.55,其中二次注浆应在一次注浆初凝后、终凝前进行或在形成的水泥结石体强度达到5.0MPa时进行,注浆压力不得低于2MPa;③张拉:在预应力锚索(6)锚固体强度达到设计的75%以上时进行张拉,先预张拉,再整体张拉;其中预张拉荷载为设计预应力值的10%,整体张拉荷载共分五级施加,前四级分别为设计强度的25%,50%,75%,100%,分别稳定5min后进行下一级张拉,最后一级为设计应力的110%,稳定时间10min;张拉完成48小时内,若预应力损失大于设计预应力的10%,应进行补偿张拉,补偿张拉一次达到设计应力;④锚固封堵:预应力锚索(6)张拉完成后,其自由端通过锚具固定于内拱系梁(5)临坡面一侧,并对内拱系梁(5)的预留孔洞进行注浆封堵;
S7桥墩施工:高桥墩结构的左侧桥墩(2)和右侧桥墩(4)竖向高度高,因而其施工分为数个实施段,同时对于在左侧桥墩(2)和右侧桥墩(4)全墩身范围内沿墩高均匀分布平铺有平行于墩身横截面方向的4~8层减振橡胶垫(7),因而桥墩结构部分施工步骤以夹铺有一层减振橡胶垫(7)的单位实施段作为说明,其余墩处采用重复性施工得以具体实施,其中左侧桥墩(2)和右侧桥墩(4)每个单位实施段内的基本施工步骤为:吊升安装模板及支架→安装钢筋及预埋件→浇筑下层混凝土→安装减振橡胶垫(7)→浇筑上层混凝土→养护。
2.根据权利要求1所述的公路高陡边坡应力平衡及减振防灾高桥墩结构的施工方法,其特征在于,桥墩施工的过程如下:S7.1吊升安装模板:左侧桥墩(2)和右侧桥墩(4)墩身模板采用塔吊提升安装到位,模板的下部利用三脚架上的后移装置将模板调整到与已浇好的混凝土紧密接触,防止再次浇筑混凝土时漏浆及错台;模板中的所有接缝基本位于同一水平或垂直平面上,确保接缝紧密,符合结构尺寸、线型及外形的要求;
S7.2安装下层钢筋及预埋件:左侧桥墩(2)和右侧桥墩(4)主筋接长采用直螺纹套筒连接,主筋直径大于20mm的采用直螺纹套筒连接;为了保证保护层的厚度,应在钢筋与模板间设置垫块及定位钢筋套PVC管帽同时控制,按照1m间距梅花型布置,垫块采用混凝土垫块;对于左侧桥墩(2)和右侧桥墩(4)墩身环向钢筋,采用焊接方式接长,焊缝厚度不小于0.3d,焊缝宽度不小于0.8d,当采用单面焊接时焊缝长度不小于10d,双面焊接时不小于5d(d为钢筋直径);穿过减振橡胶垫(7)定位孔的竖向筋在减振橡胶垫(7)下表面设计安装高度位置处焊有三根夹角为120°,长度为5~10cm的限位筋,以控制后续施工安装减振橡胶垫(7)时,减振橡胶垫(7)的正确定位;
S7.3浇筑下层混凝土:根据设计要求混凝土采用分层浇筑,并控制分层浇筑厚度在30cm左右,混凝土的振捣采用插入式振动器,振动器的移动距离在40~60cm范围内,与侧模保持5-10cm的距离;下层混凝土浇筑高度为各限位筋所在的下平面,浇筑完毕后派专人将模板四周附近的混凝土抹平,保证混凝土面与各限位筋所在的下平面平齐,待混凝土强度达到2.5Mpa后进行人工凿毛;
S7.4安装减振橡胶垫(7):待下层混凝土浇筑养护完成并凿毛,清理竖向筋上的浮浆,将减振橡胶垫(7)定位孔对准待穿竖向筋,并穿过,将减振橡胶垫(7)平稳下放直至被限位筋限制下降为止,检查减振橡胶垫(7)的平整度及与限位筋的接触状态;检查确认减振橡胶垫(7)安装无误后,在减振橡胶垫(7)的上表面与竖向筋接触界面处,通过卡位螺栓固定减振橡胶垫(7),防止上层混凝土注浆过程中因为扰动减振橡胶垫(7)在竖直方向上发生活动;
S7.5安装上层钢筋及预埋件:重复S7.2过程;
S7.6浇筑上层混凝土:重复S7.3过程,注意在浇筑过程中对减振橡胶垫(7)定位孔进行封堵,并对减振橡胶垫(7)的外包左侧桥墩(2)和右侧桥墩(4)混凝土部分进行加强振捣处理,从而使减振橡胶垫(7)严密包裹于左侧桥墩(2)和右侧桥墩(4)的墩身内;
S7.7养护:混凝土浇完后,立即对左侧桥墩(2)和右侧桥墩(4)墩身覆盖进行养护;拆模后立即喷洒混凝土养护剂,并用塑料薄膜包裹,避免上一节段墩身混凝土浇筑时污染已浇筑的下部墩身;
S7.8拆模:待浇筑完混凝土达到设计强度50%后可拆模,拆模宜按立模顺序逆向进行,不得损伤混凝土,并减少模板破损;用塔吊将模板提升到下道工序处,进入下道工序;至此,施工完成一个单位实施段施工循环。
3.根据权利要求1所述的公路高陡边坡应力平衡及减振防灾高桥墩结构的施工方法,其特征在于:减振橡胶垫(7)截面直径小于墩身截面直径或截面最小边长尺寸的50cm~100cm,二者截面形心重合。
4.根据权利要求1所述的公路高陡边坡应力平衡及减振防灾高桥墩结构的施工方法,其特征在于:减振橡胶垫(7)的具体数量及截面直径根据公路边坡及桩基高桥墩结构减振控制要求计算确定。
5.根据权利要求1所述的公路高陡边坡应力平衡及减振防灾高桥墩结构的施工方法,其特征在于:减振橡胶垫(7)与左侧桥墩(2)和右侧桥墩(4)截面形心均重合,左侧桥墩(2)和右侧桥墩(4)的竖向钢筋穿过减振橡胶垫(7),经减振橡胶垫(7)上下界面的混凝土浇筑而使减振橡胶垫(7)包裹于左侧桥墩(2)和右侧桥墩(4)的墩身内。
6.根据权利要求1所述的公路高陡边坡应力平衡及减振防灾高桥墩结构的施工方法,其特征在于:内拱系梁(5)的1/2水平连线(10)至内拱系梁(5)梁顶的铅锤高度为桩基直径的0.7~1.0倍,内拱系梁(5)的拱脚至内拱系梁(5)的拱顶铅锤高度为桩基直径的0.8~1.1倍,内拱系梁(5)内拱面为连续曲面;内拱系梁(5)的预留孔洞洞心连线与1/2水平连线(10)重合。
7.根据权利要求1所述的公路高陡边坡应力平衡及减振防灾高桥墩结构的施工方法,其特征在于:预应力锚索(6)与左侧桥墩(2)或右侧桥墩(4)的铅垂线夹角为60°~85°,锚固段深入稳定岩层的深度或穿过深层边坡潜在滑移线的深度为桩基直径的1.5~3倍,且不小于4m。
8.根据权利要求1所述的公路高陡边坡应力平衡及减振防灾高桥墩结构的施工方法,其特征在于:减振橡胶垫(7)为坚固的织造和弹性平板式橡胶,截面为圆形,厚度为25mm~50cm,截面直径为50cm~80cm,且减振橡胶垫(7)截面直径小于墩身截面直径或矩形截面最小边长尺寸的50cm~100cm;减振橡胶垫(7)负载大于13N/mm2,允许温度范围-30℃~90℃;减振橡胶垫(7)内夹有1~3层加劲钢板(8),加劲钢板(8)厚度为1.5mm~2.5mm。
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