CN110258362B - 一种城市地下工程穿越既有桥梁的变形控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种城市地下工程穿越既有桥梁的变形控制方法,属于桥梁结构控制技术领域。采用在地下结构上方桥梁两承台之间增设水平撑杆系杆的方法进行预加固，并提供了一种增设水平撑杆系杆的新方法。本申请提高了地下工程开挖过程中，既有桥梁桩基、承台、桥墩的稳定性，有效限制了地下工程施工过程中桩顶的位移，使地下工程近接施工过程中，既有桥梁结构的安全性得到显著提高。

Description

一种城市地下工程穿越既有桥梁的变形控制方法
技术领域
本发明属于桥梁结构控制技术领域，具体涉及城市地下工程下穿既有桥梁近接施工时，对桥梁变形进行控制的一种方法。
背景技术
随着城市交通需求量的不断增多，地下空间的开发与利用成为我国交通发展的新趋势，城市地下工程的建设因此相应增多。在城市中修建地下结构，往往会不可避免的发生地下结构要下穿既有桥梁、道路或建筑物的情况。
当地下工程下穿既有桥梁近接施工时，由于地下结构开挖的卸载作用，会导致桥梁桩基因土体位移发生附加变形。当桩顶因地下结构开挖引起的水平位移较大时，一方面由于承台的嵌固作用导致桩基附加弯矩较大，不利于结构受力，另一方面可能导致墩顶活动支座发生滑动，超出允许活动范围。因此在地下结构下穿既有桥梁近接施工时，限制桩顶水平位移对桥梁结构安全及桥梁的正常使用具有重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，当城市地下工程下穿既有桥梁近接施工时，提出一种限制地下工程开挖引起桥梁变形的一种方法，从而减小地下工程开挖对既有桥梁的安全影响，提高桥梁安全性。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：一种城市地下工程穿越既有桥梁的变形控制方法，步骤如下：
1)采用在地下结构上方桥梁两承台之间增设水平撑杆系杆的方法进行预加固；所述增设水平撑杆系杆的方法为：
[1]不考虑桩身轴力，建立桩基微分控制方程
Figure BDA0002067162300000011
对于圆形桩等效宽度bp为：
Figure BDA0002067162300000021
对于方形桩桩等效宽度bp为：
Figure BDA0002067162300000022
[2]将隧道自由位移场δ利用Loganathan解析解，带入微分控制方程
Figure BDA0002067162300000023
[3]将微分方程[1]改写为差分方程
Figure BDA0002067162300000024
[4]由于承台设置水平撑杆系杆，可以有效减小桩顶水平位移，又由于承台的刚度较大，此时可认为桩头固定；对嵌岩桩或长桩可认为桩底固结，建立边界条件，对桩顶：y-1-y2＝0；y1＝0；对桩底：yn-yn+2＝0；yn+1＝0；
[5]将[2]式带入[3]式，并与[4]式边界条件联立方程组，进行迭代直至两次迭代结果差值在允许误差范围内；
[6]确定桩基位移后，计算单桩桩顶撑杆系杆设计内力：
Figure BDA0002067162300000025
[7]计算群桩撑杆系杆设计内力
Figure BDA0002067162300000026
[8]根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2018)进行撑杆系杆的受压、受拉验算以及承台的局部承压验算。
其中，Ep、Ip分别为桩基弹性模量与惯性矩；z为深度；bp为桩基的计算宽度；d为圆形桩基直径，b为矩形桩基受水平力方向宽度；k为地基土水平基床系数；δ为无桩基时自由场地的土体位移；y为桩身变位；ε0为平均地层损失比；R为隧道半径；h为隧道轴线埋深；x为距隧道中心线的水平距离；z为地表以下深度；λ为节点弹簧等效土体厚度；N0为单桩撑杆系杆设计轴力；Nd为群桩撑杆系杆设计轴力；γd为撑杆系杆设计安全系数；Q0为桩顶水平剪力；n为一个承台下桩基的数量。
2)在既有桥梁承台上新设撑杆系杆按下列步骤实施：
[9]开挖两承台之间土体至撑杆系杆底面；
[10]将根据步骤1设计好的预制混凝土撑杆系杆吊装就位；
[11]在既有承台侧壁植筋，植入的钢筋应避让承台主筋并尽量不破坏承台箍筋，钢筋必须保证足够的锚固长度与外露长度；在既有承台侧壁植入螺栓，将带剪力钉的钢板通过螺栓及环氧树脂与承台侧壁相连；
[12]制作承台植筋与预制混凝土撑杆系杆钢筋间的扣环式接头，将主筋与扣环式接头进行焊接；
[13]利用补偿收缩混凝土后浇湿接缝
[14]待湿接缝混凝土达到设计值强度的100％时，进行土体回填。
本发明的有益效果：通过一种控制城市地下工程穿越既有桥梁变形的方法，提高了地下结构工程开挖过程中，既有桥梁桩基、承台的稳定性，有效限制了地下工程施工过程中桩顶的位移，使地下工程近接施工过程中，既有桥梁结构的安全性得到显著提高。
附图说明
图1是地下工程下穿既有桥梁时设置的预制撑杆系杆示意图。
图2是扣环式接头连接示意图。
图3是带剪力钉的钢板结构示意图。
图中：1撑杆系杆；2桥梁承台；3湿接缝；4承台植筋；5撑杆系杆的纵筋；6植入螺栓；7带剪力钉的钢板；8地下结构；9桥梁桩基；10桥墩。
具体实施方式
以下结合技术方案(和附图)详细叙述本发明的具体实施方式。
实施例
本实施例提供一种城市地下工程穿越既有桥梁的变形控制方法，包括以下施工步骤：
1)根据既有桥梁承台2尺寸与地下工程开挖对承台位移的影响，确定撑杆系杆1的数量与尺寸。根据既有承台配筋图，确定新设置的撑杆系杆在桥梁承台上的位置，应使撑杆系杆的纵筋5及承台植筋4不与承台内的主筋发生冲突，同时尽量避开承台箍筋。
2)开挖两桥梁承台2之间地下结构8上方的土体，直至混凝土撑杆系杆1的设计底面，注意施工中不得超挖，开挖时可采用泥浆护壁进行临时支护；
3)在工厂中对混凝土撑杆系杆1进行预制，运输至现场后吊装就位；
4)在桥梁承台2侧面植入承台植筋4与螺栓6，主要施工步骤为：在承台侧面弹线定位、钻孔、洗孔、注胶、植筋、固化养护、抗拔试验(抽检)；
5)将带剪力钉的钢板7背面涂抹环氧树脂后，通过带剪力钉的钢板7上预留的螺栓孔与植入螺栓6进行定位安装；
6)绑扎湿接缝3节点钢筋，将撑杆系杆的纵筋5与承台植筋4在节点处进行焊接，焊接点距离承台侧面不小于15倍植筋直径且不小于200mm，以保证植筋强度不受损害，靠近承台位置箍筋应适当加密；
6)浇筑湿接缝3处混凝土，混凝土标号不得小于承台混凝土标号，湿接缝3处宜采用微膨胀混凝土；
7)待湿接缝3混凝土达到设计强度的100％时，回填撑杆系杆上方土体。

Claims (1)

1.一种城市地下工程穿越既有桥梁的变形控制方法，其特征在于，采用在地下结构上方桥梁两承台之间增设水平撑杆系杆的方法进行预加固，具体实施步骤为：
S1：开挖两桥梁承台之间土体至撑杆系杆底面；
S2：将设计好的预制混凝土撑杆系杆吊装就位；
S3：在既有承台侧壁植筋：植入的钢筋避让承台主筋并不破坏承台箍筋，钢筋必须保证足够的锚固长度与外露长度；在既有承台侧壁植入螺栓，将带剪力钉的钢板通过植入螺栓及环氧树脂与承台侧壁相连；
S4：制作承台植筋与预制混凝土撑杆系杆钢筋间的扣环式接头，将主筋与扣环式接头进行焊接；
S5：利用补偿收缩混凝土后浇湿接缝；
S6：待湿接缝混凝土达到设计值强度的100％时，进行土体回填；
所述增设水平撑杆系杆的设计方法为：
[1]建立桩基微分控制方程
Figure FDA0002507330530000011
对于圆形桩等效宽度bp为：
Figure FDA0002507330530000012
对于方形桩桩等效宽度bp为：
Figure FDA0002507330530000013
[2]将隧道自由位移场δ利用Loganathan解析解，带入微分控制方程
Figure FDA0002507330530000014
[3]将微分方程[1]改写为差分方程
Figure FDA0002507330530000015
[4]建立边界条件，对桩顶：y-1-y2＝0；y1＝0；对桩底：yn-yn+2＝0；yn+1＝0；
[5]将[2]式带入[3]式，并与[4]式边界条件联立方程组，进行迭代直至两次迭代结果差值在允许误差范围内；
[6]确定桩基位移后，计算单桩桩顶撑杆系杆设计内力：
Figure FDA0002507330530000021
[7]计算群桩撑杆系杆设计内力：
Figure FDA0002507330530000022
[8]进行撑杆系杆的受压、受拉验算以及承台的局部承压验算；
其中，Ep、Ip分别为桩基弹性模量与惯性矩；z为深度；bp为桩基的计算宽度；d为圆形桩基直径，b为矩形桩基受水平力方向宽度；k为地基土水平基床系数；δ为无桩基时自由场地的土体位移；y为桩身变位；ε0为平均地层损失比；R为隧道半径；h为隧道轴线埋深；x为距隧道中心线的水平距离；z为地表以下深度；λ为节点弹簧等效土体厚度；N0为单桩撑杆系杆设计轴力；Nd为群桩撑杆系杆设计轴力；γd为撑杆系杆设计安全系数；Q0为桩顶水平剪力；n为一个承台下桩基的数量；
上述方法是在变形控制机构中实施的，所述机构包括撑杆系杆、桥梁承台、承台植筋、带剪力钉的钢板、桥梁桩基和桥墩，在桥梁桩基上面设有桥梁承台，所述桥墩位于桥梁承台上，在两个桥梁承台之间设有撑杆系杆，撑杆系杆的纵筋通过扣环式接头与承台植筋相连，所述承台植筋的一端位于相应的桥梁承台中，带剪力钉的钢板通过植入螺栓固定在桥梁承台的连接侧壁上。
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