CN109854266B - 一种非开挖式顶管预应力梁施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非开挖式顶管预应力梁施工方法，包括依次进行的混凝土顶管施工、钢顶管施工、预应力系统施工、锚垫板安装和预应力筋张拉、混凝土顶管内注浆形成预应力梁、预应力梁与土遗址基础承台连接几个步骤；本发明能够在保证预应力梁施工符合施工要求的基础上，减少开挖式施工方式对遗址土体的破坏，有效保证了遗址土体完整，为遗址的保护和研究工作创造良好条件，且减少了大量开挖土方对土方运输、扬尘污染等多方面的影响，降低对环境影响。
Description
技术领域
本发明涉及古建筑、仿古建筑及非开挖基础中的顶管预应力梁施工技术领域，尤其涉及一种非开挖式顶管预应力梁施工方法。
背景技术
目前，随着我国经济的不断发展与社会文明的不断进步，人们对于文化遗产的保护意识愈益明显，文物保护工作逐渐受到社会各界的高度重视，其中尤其是大遗址保护，一直将其放在文物保护重中之中的地位。其中，如图1所示，遗址保护的基础施工中，作为整个施工地基的预应力梁施工尤为重要。预应力梁主要由混凝土梁和混凝土梁内的预应力系统组成，但目前大遗址保护预应力梁的施工中往往存在以下问题：1）大遗址面积大，保护难度非常大，主要原因在于常规结构文物保护建筑基础施工无法满足遗址保护要求；2）基础施工往往伴随着大量的土方开挖，若现场存在如文物古迹、交通道路等不允许开挖情况时，更会极大程度影响工程施工进度，且如今扬尘治理管控严厉，土方外运较为困难，导致场地内临时堆放影响现场周转施工情况时有发生。因此，如何既能采用符合大遗址保护要求的基础施工方式，又能及保证不对上部结构造成影响的情况下进行基础施工，成为目前遗址保护的技术难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种非开挖式顶管预应力梁施工方法，能够在保证预应力梁施工符合施工要求的基础上，减少开挖式施工方式对遗址土体的破坏，有效保证了遗址土体完整，为遗址的保护和研究工作创造良好条件，且减少了大量开挖土方对土方运输、扬尘污染等多方面的影响，降低对环境影响。
本发明采用的技术方案为：
一种非开挖式顶管预应力梁施工方法，包括以下步骤：
A、混凝土顶管施工：具体过程如下：
a1：在土遗址基坑前侧壁确定混凝土顶管施工点；在基坑后侧壁对应混凝土顶管施工点的位置安装后背墙；基坑前侧壁为基坑内朝向土遗址的一侧侧壁，基坑后侧壁为基坑内背向土遗址的一侧侧壁；
a2：在后背墙放置千斤顶；
a3：在混凝土顶管施工点和后背墙之间的基坑底面上安装导轨，导轨首端对准混凝土顶管施工点，导轨末端对准千斤顶；
a4：将顶管放置在导轨上，顶管末端依次放置顶铁和缓冲方木；
a5：千斤顶启动并推动缓冲方木，进而将顶管首端顶入与基坑前侧壁连接的遗址土内并贯穿土遗址底部；
B、钢顶管施工：具体过程如下：
b1：将一节钢顶管放入基坑中；
b2：通过卷扬机将钢顶管首端拉入混凝土顶管内，钢顶管与混凝土顶管同轴；
b3：当第i节钢顶管的末端距离混凝土顶管入口剩余450mm～550mm时，将第i+1节钢顶管放入基坑内；
b4：将第i+1节钢顶管首端与第i节钢顶管轴线末端焊接；
b5：重复步骤b2至b4，直至所有钢顶管均在混凝土顶管内安装完毕；
C、预应力系统施工：在钢顶管内安装预应力筋安装支架并进行预应力筋穿束；
D、锚垫板安装和预应力筋张拉；
E、混凝土顶管内注浆形成预应力梁；
F、预应力梁与土遗址基础承台连接。
进一步地，所述步骤在a5中混凝土顶管被推入遗址土内时，对顶管方向定期进行偏差修正；偏差修正的过程为：
a5.1：在混凝土顶管工作井中建立顶管坐标系并布设全站仪；
a5.2：将中心部位张贴有反光贴片的500mm长水平尺平行于混凝土顶管轴线放置；
a5.3：采用全站仪定位监测反光片的中心坐标；
a5.4：判断混凝土顶管是否存在轴线偏差及高程偏差，若存在，则修正。
进一步地，所述步骤b2中卷扬机通过反力架进行牵引，具体过程为：
b2.1：在混凝土顶管首端水平设置反力架，反力架底部通过抱箍固定安装在混凝土顶管首端，反力架的顶部的吊耳上设有导向滑轮；
b2.2：卷扬机设置在靠近混凝土顶管首端的位置并连接引线一端，引线另一端穿过导向滑轮后连接钢顶管；
b2.3：启动卷扬机并牵引钢顶管通过混凝土顶管。
进一步地，所述步骤b2中通过在钢顶管底部设置导引装置使钢顶管保持与混凝土顶管同轴；每个钢顶管底部眼钢顶管轴线方向均匀设置至少三个导引装置。
进一步地，所述导引装置采用定位滑靴，定位滑靴底部为匹配钢顶管内壁底部形状的船型。
进一步地，所述步骤C具体过程为：
c1：清理钢顶管，在钢顶管内穿入引线，引线长度大于钢顶管长度的两倍；
c2：在钢顶管内逐节安装用于装载预应力筋的安放支架；
c3：利用引线将预应力筋逐根拉入安放支架内。
进一步地，所述安放支架包括至少两个并排设置的钢筋圆环，钢筋圆环之间通过多个钢管连接，钢管眼钢筋圆环周向均匀设置，钢筋圆环和钢管构成供预应力筋通过圆形通道。
进一步地，相邻两节钢顶管之间的焊缝为采用钢板衬焊而成的一级焊缝。
进一步地，所述钢管的首端均为向内弯曲的弧形。
本发明具有以下有益效果：
（1）通过在遗址内采用非开挖式的顶管施工方式，依次进行外侧混凝土顶管、内侧钢顶管、和包括安放支架及预应力筋在内的预应力系统的施工，在保证预应力梁符合建造标准的同时，有效减少了对遗址土体的破坏，保证了遗址土体完整性，为遗址保护、研究工作创造良好条件，同时减少土方开挖对施工效率和环境的影响；
（2）通过在遗址层下部土体中穿过混凝土顶管，并在混凝土顶管内穿入钢顶管，然后再钢顶管内部设置预应力系统，从而平衡上部结构所产生的水平推力，使结构处于自平衡状态，提高整个预应力梁的稳定性和可靠性；
（3）通过采用全站仪对施工中的顶管方向定期进行偏差修正，判断顶管的轴线及高程偏差，及时进行修整，从测量方法上提高了混凝土顶管施工测量精度的问题；
（4）通过采用定位滑靴作为导引装置，不仅保证钢顶管在混凝土顶管内的定位，还能够预防顶推或牵引过程中导引装置卡在混凝土顶管上，保证了钢顶管的进入混凝土顶管时的流畅作业；
（5）通过设置预应力筋的安放支架，减少因预应力筋钢绞线下挠而引起钢绞线间的相互缠绕，保证预应力筋作用的充分发挥，间接提高整个预应力梁系统的稳固；
（6）通过将安放支架中钢管的首端均为向内弯曲的弧形，避免安放支架与钢顶管焊缝发生干涉，进而造成安放支架无法正常安装、安装效率低或安放支架变形等问题的发生，保证安放支架高效可靠地施工。
附图说明
图1为背景技术中预应力梁的位置示意图；
图2为本发明的流程图。
具体实施方式
本发明包括以下步骤：
A、混凝土顶管施工；
B、钢顶管施工；
C、预应力系统施工；
D、锚垫板安装和预应力筋张拉；
E、混凝土顶管内注浆形成预应力梁；
F、预应力梁与土遗址基础承台连接。
为了更好地理解本发明，下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。
本发明公开了一种非开挖式顶管预应力梁施工方法，预应力梁在施工前，由于其结构布置复杂，因此，先利用BIM建模、方案模拟等模拟手段确定施工参数，然后进行具体施工。如图2所示，本发明具体施工方法包括以下步骤：
A、混凝土顶管施工。
具体过程如下：
a1：在土遗址基坑前侧壁确定混凝土顶管施工点；在基坑后侧壁对应混凝土顶管施工点的位置安装后背墙；后背墙尺寸为2m*2m，由方木、工字钢和千斤顶作用钢板组成；后背墙下埋基坑坑底800mm，后背墙与基坑侧壁之间缝隙采用砂石料填塞密实；
基坑前侧壁为基坑内朝向土遗址的一侧侧壁，基坑后侧壁为基坑内背向土遗址的一侧侧壁；
a2：在后背墙放置千斤顶；
a3：在混凝土顶管施工点和后背墙之间的基坑底面上安装导轨，导轨首端对准混凝土顶管施工点，导轨末端对准千斤顶；导轨方向和待施工的混凝土顶管轴线方向平行；
a4：将顶管放置在导轨上，为了避免混凝土顶管在顶进的过程中受损，顶管末端放置顶铁，再横向放置一根缓冲方木；
a5：千斤顶启动并推动缓冲方木，进而将顶管首端顶入与基坑前侧壁连接的遗址土内并贯穿土遗址底部。
混凝土顶管作为整个非开挖顶管预应力梁的导向工具管，其顶进方向和高程的偏差是保证整个结构偏差的核心。本发明为了保证混凝土顶管施工的精确，在步骤a5施工过程中采用高精度测量定位方式，增加测量频率，对顶管方向定期进行偏差修正，确保混凝土顶管允许偏差控制在30mm以内。偏差修正的过程为：
a5.1：在混凝土顶管工作井中建立顶管坐标系并布设全站仪；
a5.2：将中心部位张贴有反光贴片的500mm长水平尺平行于混凝土顶管轴线放置；
a5.3：采用全站仪定位监测反光片的中心坐标；
a5.4：判断混凝土顶管是否存在轴线偏差及高程偏差，若存在，则修正。
B、钢顶管施工：具体过程如下：
b1：将一节钢顶管放入基坑中；
钢管直径为600mm，而混凝土顶管为800mm，钢管需要居中布置，因此在顶推或者牵引时，需要设置导引措施，钢顶管进入基坑中时，为了保证钢顶管顶进混凝土顶管时与混凝土顶管保持同轴，在钢顶管底部沿轴线方向均匀设置三个间隔2.5m的导引装置，导引装置采用12mm厚钢板制成，为防止顶推或牵引过程中，导引装置卡在混凝土顶管上，导引装置优选采用焊接在钢顶管底部的定位滑靴，定位滑靴底部与混凝土顶管接触的位置为匹配钢顶管内壁底部形状的船型；
b2：卷扬机通过反力架牵引钢顶管并将钢顶管首端拉入混凝土顶管内，钢顶管与混凝土顶管同轴；
卷扬机通过反力架牵引钢顶管的具体过程为：
b2.1：在混凝土顶管首端（即钢顶管的顶出端）水平设置反力架，反力架采用槽钢做成三角架的形式并水平放置，反力架底部通过抱箍固定安装在混凝土顶管首端，反力架的顶部设有吊耳，吊耳用于悬挂用于牵引的导向滑轮；钢顶管牵引反力架技术，在不增加土体开挖的前提下，充分利用顶管作业工作井，完成超长钢管的安装工作；
b2.2：卷扬机设置在靠近混凝土顶管首端的位置并连接引线一端，引线另一端穿过导向滑轮后连接钢顶管；
b2.3：启动卷扬机并牵引钢顶管通过混凝土顶管；
b3：当第i节钢顶管的末端距离混凝土顶管入口剩余450mm～550mm时，将第i+1节钢顶管放入基坑内；
b4：将第i+1节钢顶管首端与第i节钢顶管轴线末端焊接，焊接完成及其检测合格后在进行下一次顶推或牵引动作；
b5：重复步骤b2至b4，直至所有钢顶管均在混凝土顶管内安装完毕。
C、预应力系统施工：为避免钢绞线的的下挠而引起钢绞线间的相互缠绕，制作预应力筋定位支架，然后再安放支架内进行预应力筋穿束；
具体过程为：
c1：清理钢顶管，在钢顶管内穿入引线，引线长度大于钢顶管长度的两倍以满足双向对拉要求；
c2：在钢顶管内逐节安装用于装载预应力筋的安放支架；
c3：利用引线将预应力筋逐根拉入安放支架内；预应力筋穿束时利用预先安放的引线与 40mm塑料乳胶管绑扎牢固，将引线将乳胶管拉入安放支架内，引线通过卷扬机进行牵引。
安放支架包括至少两个并排设置的钢筋圆环，钢筋圆环之间通过多个钢管焊为一体，钢管眼钢筋圆环周向均匀设置，钢筋圆环和钢管构成供预应力筋通过的圆形通道。钢筋圆环采用HPB300级Φ16钢筋成型，钢筋圆环按间距4000mm设置，钢管采用Φ32钢筋，
相邻两节钢顶管之间的焊缝为采用钢板衬焊而成的一级焊缝，在焊接处均采用钢板衬焊，衬板厚度5mm，为了避免衬板或焊缝在安放支架拉入时对安放支架造成阻碍，在钢管的首端均为向内弯曲的弧形，弧形由钢管自身弯折或加装90°弯头实现。
D、锚垫板安装和预应力筋张拉：
先利用Ansys有限元分析设备对锚垫板外形尺寸进行选型校核，再采用 18mm不锈钢管先由锚垫板孔穿入，利用不锈钢管的可拉动性，将预应力筋逐根穿入对应的不锈钢管内，通过不锈钢管控制引导预应力筋整体穿入锚垫板内，完成锚垫板安装工作。
在施工过程及预应力张拉过程中需防止与顶管梁两端承台相连的桩顶不致发生较大的水平位移，防止桩体发生剪切破坏。
E、混凝土顶管内注浆形成预应力梁：注浆采用专用注浆泵进行，注浆压力经现场注浆工艺试验确定压力；混凝土管及钢顶管采用一端注浆的方式进行，进料端与泵管采用专用法兰连接，输送泵端增加混凝土专用截止阀。
F、预应力梁与土遗址基础承台连接：通过预应力梁与土遗址基础承台连接行程承重整体，再进行荷载计算，若计算结果符合要求，则开始基础承台上层的工程施工。
非开挖顶管预应力梁采用非开挖顶管与无粘结预应力相结合的形式，该种结构形式由顶管和预应力体系组成，采用非开挖顶管的形式，连接顶管两端基础，内穿预应力系统，通过在遗址内采用顶管(非开挖)方式减少了对遗址土体的破坏，有效保证了遗址土体完整性，为遗址保护、研究工作创造良好条件。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种非开挖式顶管预应力梁施工方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、混凝土顶管施工：具体过程如下：
a1：在土遗址基坑前侧壁确定混凝土顶管施工点；在基坑后侧壁对应混凝土顶管施工点的位置安装后背墙；基坑前侧壁为基坑内朝向土遗址的一侧侧壁，基坑后侧壁为基坑内背向土遗址的一侧侧壁；
a2：在后背墙放置千斤顶；
a3：在混凝土顶管施工点和后背墙之间的基坑底面上安装导轨，导轨首端对准混凝土顶管施工点，导轨末端对准千斤顶；
a4：将顶管放置在导轨上，顶管末端依次放置顶铁和缓冲方木；
a5：千斤顶启动并推动缓冲方木，进而将顶管首端顶入与基坑前侧壁连接的遗址土内并贯穿土遗址底部；
B、钢顶管施工：具体过程如下：
b1：将一节钢顶管放入基坑中；
b2：通过卷扬机将钢顶管首端拉入混凝土顶管内，钢顶管与混凝土顶管同轴；
b3：当第i节钢顶管的末端距离混凝土顶管入口剩余450mm～550mm时，将第i+1节钢顶管放入基坑内；
b4：将第i+1节钢顶管首端与第i节钢顶管轴线末端焊接；
b5：重复步骤b2至b4，直至所有钢顶管均在混凝土顶管内安装完毕；
C、预应力系统施工：在钢顶管内安装预应力筋安装支架并进行预应力筋穿束；
D、锚垫板安装和预应力筋张拉；
E、混凝土顶管内注浆形成预应力梁；
F、预应力梁与土遗址基础承台连接。
2.根据权利要求1所述的非开挖式顶管预应力梁施工方法，其特征在于：所述步骤在a5中混凝土顶管被推入遗址土内时，对顶管方向定期进行偏差修正；偏差修正的过程为：
a5.1：在混凝土顶管工作井中建立顶管坐标系并布设全站仪；
a5.2：将中心部位张贴有反光贴片的500mm长水平尺平行于混凝土顶管轴线放置；
a5.3：采用全站仪定位监测反光片的中心坐标；
a5.4：判断混凝土顶管是否存在轴线偏差及高程偏差，若存在，则修正。
3.根据权利要求1所述的非开挖式顶管预应力梁施工方法，其特征在于：所述步骤b2中卷扬机通过反力架进行牵引，具体过程为：
b2.1：在混凝土顶管首端水平设置反力架，反力架底部通过抱箍固定安装在混凝土顶管首端，反力架的顶部的吊耳上设有导向滑轮；
b2.2：卷扬机设置在靠近混凝土顶管首端的位置并连接引线一端，引线另一端穿过导向滑轮后连接钢顶管；
b2.3：启动卷扬机并牵引钢顶管通过混凝土顶管。
4.根据权利要求1所述的非开挖式顶管预应力梁施工方法，其特征在于：所述步骤b2中通过在钢顶管底部设置导引装置使钢顶管保持与混凝土顶管同轴；每个钢顶管底部沿钢顶管轴线方向均匀设置至少三个导引装置。
5.根据权利要求4所述的非开挖式顶管预应力梁施工方法，其特征在于：所述导引装置采用定位滑靴，定位滑靴底部为匹配钢顶管内壁底部形状的船型。
6.根据权利要求1所述的非开挖式顶管预应力梁施工方法，其特征在于：所述步骤C具体过程为：
c1：清理钢顶管，在钢顶管内穿入引线，引线长度大于钢顶管长度的两倍；
c2：在钢顶管内逐节安装用于装载预应力筋的安放支架；
c3：利用引线将预应力筋逐根拉入安放支架内。
7.根据权利要求6所述的非开挖式顶管预应力梁施工方法，其特征在于：所述安放支架包括至少两个并排设置的钢筋圆环，钢筋圆环之间通过多个钢管连接，钢管沿钢筋圆环周向均匀设置，钢筋圆环和钢管构成供预应力筋通过的圆形通道。
8.根据权利要求7所述的非开挖式顶管预应力梁施工方法，其特征在于：相邻两节钢顶管之间的焊缝为采用钢板衬焊而成的一级焊缝。
9.根据权利要求8所述的非开挖式顶管预应力梁施工方法，其特征在于：所述钢管的首端均为向内弯曲的弧形。
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| CN207211157U (zh) * | 2017-08-17 | 2018-04-10 | 河南六建建筑集团有限公司 | 一种土遗址保护顶管装置 |
-
2019
- 2019-02-27 CN CN201910146541.8A patent/CN109854266B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2752877A1 (fr) * | 1996-09-05 | 1998-03-06 | Toyo Technos Co Ltd | Procede par demi-bouclier et dispositif de mise en oeuvre de celui-ci |
| CN207211157U (zh) * | 2017-08-17 | 2018-04-10 | 河南六建建筑集团有限公司 | 一种土遗址保护顶管装置 |
Non-Patent Citations (1)
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|---|
| 洛阳市隋唐洛阳城应天门遗址保护展示工程;建筑资源大咖（企鹅号）;《腾讯网》;20190113;"项目简介"章节以及"土建专业—基础预应力张拉分析"章节 * |
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