CN110863520A - 利用顶推钢套筒加固桩基的施工结构及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及利用顶推钢套筒加固桩基的施工结构及其方法，于桥梁原桩基外设置钢套筒，钢套筒顶面设置环形的顶推支撑下垫板，顶推支撑下垫板顶面环周设置多处顶推连接柱，顶推连接柱顶部与桥梁承台底面之间设置有千斤顶。本发明将群桩承台作为钢套筒顶推的反力架，通过承台将竖向压力转换为顶推力，无需桥面封闭交通、修建水中围堰和搭设反力架，施工难度较小、安全性高、速度快，工程造价低，且冲刷防护深度大，可有效提高受侵蚀桩基的承载力和耐久性，是桥梁水下或陆上高桩承台桩基极为有效的一种加固方案。

Description

利用顶推钢套筒加固桩基的施工结构及其方法
技术领域
本发明涉及桥梁加固技术领域，具体涉及一种利用顶推钢套筒加固桩基的施工结构及其方法。
背景技术
大江、大河的水流往往夹泥沙量高，汛期流速大，水流冲刷已成为跨江河桥梁失效的主要原因之一。冲刷使桥梁桩周土层不断减少，桩基外露桩长增加，桩身混凝土、甚至钢筋受到侵蚀，桥梁承载力降低，结构安全性受到威胁。对损伤桥梁桩基及时进行修复并采取相应的预防性措施，是消除结构安全隐患的重要保障。
目前针对桥梁冲刷病害的加固措施主要有围堰套箍法、普通钢套筒和水下玻纤套筒加固三种。围堰套箍法加固是使用钢板桩围堰进行临时围护，采用常规的增加截面法加固桥墩的方式进行桩基加固。普通钢套筒加固是指对桩身进行清理后，在桩身外安装钢套筒，钢套筒不进行顶入土层或嵌入深度仅0.5~1m，并将钢套筒中的水抽干后浇筑填充混凝土的一种桩基加固方法。水下玻纤套筒加固又称“夹克法”，是指利用玻纤套筒加固系统与桩基粘结成一个整体，阻止钢筋进一步锈蚀，修复并永久保护混凝土表面的一种桩基加固技术。但此三种措施的共同缺点是均嵌入土层深度小，在后期水流的不断冲刷下，桩基会进一步外露，无法起到长期防冲刷的作用，也无法实现对土中桩基进行补强加固。同时围堰套箍法加固施工措施费高，水下玻纤套筒加固对高含沙量的水流的磨损适应性差。部分河道变迁频繁，桩基冲刷深度大，普通钢套筒加固仅外包冲刷地面线以上部分桩基无法达到长期防护的作用。根据冲刷深度监测，分阶段实施桩基加固必然造成成本增加，且结构安全风险高。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用顶推钢套筒加固桩基的施工结构及其方法，解决现有技术中无法实现对土中桩基进行防冲刷的问题，同时实现对土中桩基进行加固补强的目的。
本发明所采用的技术方案为：
利用顶推钢套筒加固桩基的施工结构，包括桥梁原桩基及其上方的桥梁承台，其特征在于：
于桥梁原桩基外设置钢套筒，钢套筒顶面设置环形的顶推支撑下垫板，顶推支撑下垫板顶面环周设置多处顶推连接柱，顶推连接柱顶部与桥梁承台底面之间设置有千斤顶。
千斤顶对应的桥梁承台底面通过粘贴方式设置有顶推支撑上垫板。
钢套筒由多节管节竖向焊接组成。
钢套筒的每节管节均由两个钢套筒半圆管节对称焊接组成，对接处为全焊透V型坡口焊缝，全焊透V型坡口焊缝内侧设置有钢套筒半圆管节搭接钢板；
多节管节上下组装焊接时，各自的全焊透V型坡口焊缝十字错开。
钢套筒内壁均匀设置有多处钢套筒纵向加劲肋，钢套筒纵向加劲肋的位置与千斤顶的轴线对应。
顶推支撑下垫板包括四个四分之一圆环板，每一片四分之一圆环板的两个端面下方均垂直焊接有两片支撑下垫板加劲肋，两片支撑下垫板加劲肋位于钢套筒顶缘内外两侧，位于钢套筒顶缘外侧的支撑下垫板加劲肋上设置有加劲板连接螺栓对。
钢套筒的末节段顶面与桥梁承台底面顶紧并采用密封胶密封，末节段底端设置注浆孔，顶端设置排气孔。
利用顶推钢套筒加固桩基的施工方法，其特征在于：
包括以下步骤：
步骤一：对桥梁承台底面的顶推支撑上垫板设置范围外50cm区域进行清理，并用环氧砂浆进行找平，将顶推支撑上垫板粘贴到桥梁承台底面；对桥梁原桩基的原施工钢护筒进行切割，再凿除桩身劣化及多余混凝土、锈蚀钢筋除锈；
步骤二：钢套筒管节包括厚度为10-20mm的钢板卷制的两个钢套筒半圆管节；在钢套筒半圆管节上采用双面角焊缝焊接钢套筒纵向加劲肋；两个钢套筒半圆管节对接处内侧设置钢套筒半圆管节搭接钢板，通过全焊透V型坡口焊形成整个钢套筒管节；
步骤三：钢套筒各管节间再通过接缝进行竖直拼装；钢套筒的安装由下至上顺序进行；安装时以事先确定好的原桩基轴线为准，钢套筒各管节纵向焊缝十字错开；在钢套筒控制点的高程和轴线均满足设计要求后，固定各管节的位置，然后施焊接缝；
步骤四：将河床线以上部分钢套筒安装到位，并预留桥梁承台与钢套筒间千斤顶的安装空间；在钢套筒定位准确后，安装顶推支撑下垫板及千斤顶同步顶推设备，钢套筒四周均匀布设四个千斤顶，千斤顶的轴线和钢套筒外壁与钢套筒纵向加劲肋交线保持在一条直线上；千斤顶的量程控制在设计最大顶推力的1.25-1.5倍；
步骤五：同步顶推同一桩基上的所有千斤顶，千斤顶采用顶推力与位移双控，在顶推过程中使钢套筒顶面保持水平，顶面最大高差不大于5mm；
步骤六：在钢套筒内壁预先安装射水泵，高压射水边冲刷钢套筒内壁土层，边顶推，同时采用自吸无堵塞排污泵泵送清理泥浆；在千斤顶满量程前使用顶推连接柱接长，顶推连接柱的轴线与千斤顶的轴线一致；当顶推长度大于钢套筒管节时，安装接长下一个钢套筒管节，重复以上流程循环进行，直到钢套筒顶推至设计标高；
步骤七：完成最后一个钢套筒管节顶推后，进一步清理钢套筒内壁泥浆，钢套筒底预留50cm土层不进行清理，作为封底层；将M30水泥砂浆或C40小石子混凝土均匀灌注填充钢套筒与桩基的间隙，同时用振动棒搅动使其均匀密实；钢套筒末节段顶面与桥梁承台底面顶紧，并在末节段底端设置注浆孔，顶端设置排气孔；末节段顶面与桥梁承台底采用密封胶进行密封；从注浆孔注入水泥灌浆料，直到顶端所有排气孔均溢出水泥浆为止；待钢套筒内水泥砂浆初凝后，对注浆孔和排气孔及时填塞，并在表面进行焊接密封。
本发明具有以下优点：
本发明与围堰套箍法、普通钢套筒和水下玻纤套筒加固等桩基加固法相比，其优点是无需修建水中围堰和搭设反力架，施工难度较小、安全性高、速度快，工程造价低，且冲刷防护深度大，可有效提高受侵蚀桩基和土中损伤桩基的承载力和耐久性，是桥梁高桩承台桩基极为有效的一种加固方案。本发明适用位于粉土、粉砂、细砂等侧摩阻力较小的土层桩基加固。工程实践表明本发明可操作性强、加固效果显著，能够有效地解决桩基长期冲刷和土中桩基强度削弱或断桩问题，可为类似桩基加固工程提供有益借鉴。
附图说明
图1是钢套筒顶推立面示意图；
图2是钢套筒顶推平面示意图；
图3是钢套筒横断面构造图。
图中，各部件分别表示：1、桥梁原桩基；2、桥梁承台；3、河床线；4、水位线；5、钢套筒（5-1、钢套筒半圆管节；5-2、钢套筒纵向加劲肋；5-3、钢套筒半圆管节搭接钢板；5-4、全焊透V型坡口焊缝；5-5、双面角焊缝）；6、钢套筒管节接缝；7、顶推支撑下垫板；8、顶推支撑下垫板加劲肋；9、加劲板连接螺栓对；10、顶推支撑上垫板；11、顶推连接柱；12、千斤顶。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
本发明涉及一种利用顶推钢套筒加固桩基的施工结构，利用群桩承台，使用千斤顶反顶钢套筒嵌入土层至设计高程，同时钢套筒作为施工模板和永久防护构造的方式进行桩基外包加固。预制截面尺寸比原桩略大的钢套筒，分节段安装、顶推钢套筒，并配合高压射水及泵吸清除钢套筒与桩身之间的土层，灌注水泥砂浆或小石子混凝土，使钢套筒和原桩连接为一体，达到桩基冲刷防护和加固补强的效果。
所述施工结构具体包括桥梁原桩基1及其上方的桥梁承台2，于桥梁原桩基1外设置钢套筒5，钢套筒5顶面设置环形的顶推支撑下垫板7，顶推支撑下垫板7顶面环周设置多处顶推连接柱11，顶推连接柱11顶部与桥梁承台2底面之间设置有千斤顶12。
千斤顶12对应的桥梁承台2底面通过粘贴方式设置有顶推支撑上垫板10。
钢套筒5由多节管节竖向焊接组成。钢套筒5的每节管节均由两个钢套筒半圆管节5-1对称焊接组成，对接处为全焊透V型坡口焊缝5-4，全焊透V型坡口焊缝5-4内侧设置有钢套筒半圆管节搭接钢板5-3；多节管节上下组装焊接时，各自的全焊透V型坡口焊缝5-4十字错开。钢套筒5内壁均匀设置有多处钢套筒纵向加劲肋5-2，钢套筒纵向加劲肋5-2的位置与千斤顶12的轴线对应。
钢套筒5顶缘内外两侧与顶推支撑下垫板7之间设置有顶推支撑下垫板加劲肋8；顶推支撑下垫板7包括四个四分之一圆环板，每一片四分之一圆环板的两个端面下方均垂直焊接有两片支撑下垫板加劲肋8，两片支撑下垫板加劲肋8位于钢套筒5顶缘内外两侧，之间的间隙不小于钢套筒5的厚度。位于钢套筒5顶缘外侧的支撑下垫板加劲肋8上设置有加劲板连接螺栓对9。
钢套筒5的末节段顶面与桥梁承台2底面顶紧并采用密封胶密封，末节段底端设置注浆孔，顶端设置排气孔。
基于上述结构的利用顶推钢套筒加固桩基的施工方法，包括以下步骤：
步骤一：对桥梁承台2底面的顶推支撑上垫板10设置范围外50cm区域进行清理，并用环氧砂浆进行找平，将顶推支撑上垫板10粘贴到桥梁承台2底面；对桥梁原桩基1的原施工钢护筒进行切割，再凿除桩身劣化及多余混凝土、锈蚀钢筋除锈；
步骤二：钢套筒管节包括厚度为10-20mm的钢板卷制的两个钢套筒半圆管节5-1；在钢套筒半圆管节5-1上采用双面角焊缝焊接钢套筒纵向加劲肋5-2；两个钢套筒半圆管节5-1对接处内侧设置钢套筒半圆管节搭接钢板5-3，通过全焊透V型坡口焊形成整个钢套筒管节；
步骤三：钢套筒5各管节间再通过接缝进行竖直拼装；钢套筒5的安装由下至上顺序进行；安装时以事先确定好的原桩基轴线为准，钢套筒5各管节纵向焊缝十字错开；在钢套筒5控制点的高程和轴线均满足设计要求后，固定各管节的位置，然后施焊接缝；
步骤四：将河床线3以上部分钢套筒5安装到位，并预留桥梁承台2与钢套筒5间千斤顶12的安装空间；在钢套筒5定位准确后，安装顶推支撑下垫板7及千斤顶12同步顶推设备，钢套筒5四周均匀布设四个千斤顶12，千斤顶12的轴线和钢套筒5外壁与钢套筒纵向加劲肋5-2交线保持在一条直线上；千斤顶12的量程控制在设计最大顶推力的1.25-1.5倍；
步骤五：同步顶推同一桩基上的所有千斤顶12，千斤顶12采用顶推力与位移双控，在顶推过程中使钢套筒5顶面保持水平，顶面最大高差不大于5mm；
步骤六：在钢套筒5内壁预先安装射水泵，高压射水边冲刷钢套筒5内壁土层，边顶推，同时采用自吸无堵塞排污泵泵送清理泥浆；在千斤顶12满量程前使用顶推连接柱11接长，顶推连接柱11的轴线与千斤顶12的轴线一致；当顶推长度大于钢套筒5管节时，安装接长下一个钢套筒5管节，重复以上流程循环进行，直到钢套筒5顶推至设计标高；
步骤七：完成最后一个钢套筒5管节顶推后，进一步清理钢套筒5内壁泥浆，钢套筒5底预留50cm土层不进行清理，作为封底层；将M30水泥砂浆或C40小石子混凝土均匀灌注填充钢套筒5与桩基的间隙，同时用振动棒搅动使其均匀密实；钢套筒5末节段顶面与桥梁承台2底面顶紧，并在末节段底端设置注浆孔，顶端设置排气孔；末节段顶面与桥梁承台2底采用密封胶进行密封，密封胶硬化后，进行压气实验，以检查封闭带是否封严；从注浆孔注入水泥灌浆料，直到顶端所有排气孔均溢出水泥浆为止；待钢套筒5内水泥砂浆初凝后，对注浆孔和排气孔及时填塞，并在表面进行焊接密封。
施工平台可采用设置在桥梁承台2上薄壁墩周围的扁担钢梁，通过手拉葫芦和钢丝绳分别吊起的施工平台及临时吊篮的移动轨道梁。
本发明将群桩承台作为钢套筒顶推的反力架，桩基本身具有很大的竖向压力，通过承台将竖向压力转换为顶推力，钢套筒的顶推力小于桩基的恒载反力即可满足顶推施工要求。理论分析只要桩基露出水面1.5m以上，且桩基位于侧摩擦力较小的粉土、粉砂、细砂、黏土等地质条件，本发明均能有效使用。本发明无需桥面封闭交通、修建水中围堰和搭设反力架，施工难度较小、安全性高、速度快，工程造价低，且冲刷防护深度大，可有效提高受侵蚀桩基的承载力和耐久性，是桥梁水下或陆上高桩承台桩基极为有效的一种加固方案。
本发明应用于某黄河公路大桥桩基加固中，应用本发明加固桩基48根，整个施工周期为60天，其钢护筒最大顶入土中深度达13m，目前尚属国内类似加固工程中的首例。经过计算应本发明加固后桩基的承载能力为原桩基的1.4倍，桩基的冲刷防护深度达到了设计的冲止高程，钢套筒的防护年限按实际腐蚀速率计算可达100年。工程实践表明本发明可操作性强、加固效果显著，能够有效地解决桩基冲刷和强度削弱问题，同时可避免桩基的重复加固，推广应用前景广泛，可为类似桩基加固工程提供有益借鉴。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.利用顶推钢套筒加固桩基的施工结构，包括桥梁原桩基（1）及其上方的桥梁承台（2），其特征在于：
于桥梁原桩基（1）外设置钢套筒（5），钢套筒（5）顶面设置环形的顶推支撑下垫板（7），顶推支撑下垫板（7）顶面环周设置多处顶推连接柱（11），顶推连接柱（11）顶部与桥梁承台（2）底面之间设置有千斤顶（12）。
2.根据权利要求1所述的利用顶推钢套筒加固桩基的施工结构，其特征在于：
千斤顶（12）对应的桥梁承台（2）底面通过粘贴方式设置有顶推支撑上垫板（10）。
3.根据权利要求2所述的利用顶推钢套筒加固桩基的施工结构，其特征在于：
钢套筒（5）由多节管节竖向焊接组成。
4.根据权利要求3所述的利用顶推钢套筒加固桩基的施工结构，其特征在于：
钢套筒（5）的每节管节均由两个钢套筒半圆管节（5-1）对称焊接组成，对接处为全焊透V型坡口焊缝（5-4），全焊透V型坡口焊缝（5-4）内侧设置有钢套筒半圆管节搭接钢板（5-3）；
多节管节上下组装焊接时，各自的全焊透V型坡口焊缝（5-4）十字错开。
5.根据权利要求4所述的利用顶推钢套筒加固桩基的施工结构，其特征在于：
钢套筒（5）内壁均匀设置有多处钢套筒纵向加劲肋（5-2），钢套筒纵向加劲肋（5-2）的位置与千斤顶（12）的轴线对应。
6.根据权利要求5所述的利用顶推钢套筒加固桩基的施工结构，其特征在于：
顶推支撑下垫板（7）包括四个四分之一圆环板，每一片四分之一圆环板的两个端面下方均垂直焊接有两片支撑下垫板加劲肋（8），两片支撑下垫板加劲肋（8）位于钢套筒（5）顶缘内外两侧，位于钢套筒（5）顶缘外侧的支撑下垫板加劲肋（8）上设置有加劲板连接螺栓对（9）。
7.根据权利要求6所述的利用顶推钢套筒加固桩基的施工结构，其特征在于：
钢套筒（5）的末节段顶面与桥梁承台（2）底面顶紧并采用密封胶密封，末节段底端设置注浆孔，顶端设置排气孔。
8.利用顶推钢套筒加固桩基的施工方法，其特征在于：
包括以下步骤：
步骤一：对桥梁承台（2）底面的顶推支撑上垫板（10）设置范围外50cm区域进行清理，并用环氧砂浆进行找平，将顶推支撑上垫板（10）粘贴到桥梁承台（2）底面；对桥梁原桩基（1）的原施工钢护筒进行切割，再凿除桩身劣化及多余混凝土、锈蚀钢筋除锈；
步骤二：钢套筒管节包括厚度为10-20mm的钢板卷制的两个钢套筒半圆管节（5-1）；在钢套筒半圆管节（5-1）上采用双面角焊缝焊接钢套筒纵向加劲肋（5-2）；两个钢套筒半圆管节（5-1）对接处内侧设置钢套筒半圆管节搭接钢板（5-3），通过全焊透V型坡口焊形成整个钢套筒管节；
步骤三：钢套筒（5）各管节间再通过接缝进行竖直拼装；钢套筒（5）的安装由下至上顺序进行；安装时以事先确定好的原桩基轴线为准，钢套筒（5）各管节纵向焊缝十字错开；在钢套筒（5）控制点的高程和轴线均满足设计要求后，固定各管节的位置，然后施焊接缝；
步骤四：将河床线（3）以上部分钢套筒（5）安装到位，并预留桥梁承台（2）与钢套筒（5）间千斤顶（12）的安装空间；在钢套筒（5）定位准确后，安装顶推支撑下垫板（7）及千斤顶（12）同步顶推设备，钢套筒（5）四周均匀布设四个千斤顶（12），千斤顶（12）的轴线和钢套筒（5）外壁与钢套筒纵向加劲肋（5-2）交线保持在一条直线上；千斤顶（12）的量程控制在设计最大顶推力的1.25-1.5倍；
步骤五：同步顶推同一桩基上的所有千斤顶（12），千斤顶（12）采用顶推力与位移双控，在顶推过程中使钢套筒（5）顶面保持水平，顶面最大高差不大于5mm；
步骤六：在钢套筒（5）内壁预先安装射水泵，高压射水边冲刷钢套筒（5）内壁土层，边顶推，同时采用自吸无堵塞排污泵泵送清理泥浆；在千斤顶（12）满量程前使用顶推连接柱（11）接长，顶推连接柱（11）的轴线与千斤顶（12）的轴线一致；当顶推长度大于钢套筒（5）管节时，安装接长下一个钢套筒（5）管节，重复以上流程循环进行，直到钢套筒（5）顶推至设计标高；
步骤七：完成最后一个钢套筒（5）管节顶推后，进一步清理钢套筒（5）内壁泥浆，钢套筒（5）底预留50cm土层不进行清理，作为封底层；将M30水泥砂浆或C40小石子混凝土均匀灌注填充钢套筒（5）与桩基的间隙，同时用振动棒搅动使其均匀密实；钢套筒（5）末节段顶面与桥梁承台（2）底面顶紧，并在末节段底端设置注浆孔，顶端设置排气孔；末节段顶面与桥梁承台（2）底采用密封胶进行密封；从注浆孔注入水泥灌浆料，直到顶端所有排气孔均溢出水泥浆为止；待钢套筒（5）内水泥砂浆初凝后，对注浆孔和排气孔及时填塞，并在表面进行焊接密封。
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