CN112647433B - 一种邻近基坑的桥梁主动纠偏装置及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种邻近基坑的桥梁主动纠偏装置及其施工方法，所述桥梁主动纠偏装置包括用于加固基坑挡土结构的局部加固模块、提供纠偏荷载的伺服模块、传递荷载的传力模块、承台抱箍以及用于桥梁监测的监测模块。本发明针对性地解决了紧邻基坑边缘的桥梁结构纠偏的一系列问题，可适配基坑和承台之间的不同相对位置与距离关系以及承台的尺寸形状等变量，并能将纠偏荷载有效均匀地传递至承台，形成了一套完整的装配式通用化装置，为邻近基坑的桥梁纠偏提供了全新的思路。此外，本装置的模块化设计可实现现场的快速安装与使用，为桥梁结构安全保护及应急抢险等提供了有效解决方案。

Description

一种邻近基坑的桥梁主动纠偏装置及其施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁纠偏技术领域，特别是涉及一种邻近基坑的桥梁主动纠偏装置及其施工方法。

背景技术

随着城市化的进程，越来越多的基坑施工出现在既有桥梁的周边。而对于桥梁结构来说，承台和桥桩是桥梁支撑桥梁上部的结构荷载以及保证桥梁正常安全工作的重要构件，桥梁也易受基坑施工的影响而产生不利于自身安全的偏移。若不及时纠偏，桥梁会持续倾斜，甚至会影响到桥梁结构与运营安全。

目前现有的桥梁纠偏装置虽都能有效解决桥梁结构偏移及安全问题，但一般纠偏装置自身体积和重量较大，对道路交通影响较大，且在城市道路中施工较为繁琐，在安装过程中容易对桥梁自身结构产生不利影响。且桥梁纠偏装置多数需要设置反力架结构，以克服推动桥梁所产生的反作用力，但当桥梁桥墩与基坑距离较近时，现有的纠偏装置及其反力架都无法灵活安装与使用，不适用于对邻近基坑的桥梁进行纠偏。此外，现有纠偏装置对位移的检测不够灵敏和全面，无法及时准确反馈监测数据给现场施工人员。申请号为201510272033.6的《桥梁上部结构的纠偏方法》仅实现了对桥梁上部结构的纠偏，缺乏对桥梁下部结构的保护，并且一套装置需要5台智能千斤顶进行复位，安装方式复杂。申请号为201820866868.3的《一种桥梁纠偏纵横向限位装置》通过钢结构来限制桥梁位移，整个装置需要用螺栓来固定安装，虽然能够对纵横向位移进行纠偏，但是自身刚度得不到保障，易发生较大挠曲，纠偏效果有限，且施工复杂成本较高。申请号为201920900524.4的《一种水利桥梁墩柱纠偏装置》的支撑块需要预埋在桥墩内，不适用于已建成桥梁的纠偏，并且装置的支撑块体积较小，易产生较大应力损伤桥体结构。

综上，目前的桥梁纠偏装置存在施工便利和监测精度上的问题，无法较好适用于邻近基坑的桥梁，缺乏专门针对邻近基坑的桥梁纠偏装置。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足提供一种邻近基坑的桥梁主动纠偏装置。

本发明的另一目的是提供上述邻近基坑的桥梁主动纠偏装置的施工方法。

本发明的技术方案如下：

一种邻近基坑的桥梁主动纠偏装置包括用于加固基坑挡土结构的局部加固模块、提供纠偏荷载的伺服模块、传递荷载的传力模块、承台抱箍以及用于桥梁监测的监测模块；所述局部加固模块设置在基坑挡土结构内侧，所述伺服模块包括分配梁、智能千斤顶以及智能千斤顶底座；所述分配梁固定在基坑挡土结构的外侧，智能千斤顶的一端顶着分配梁，另一端顶着传力模块；智能千斤顶底座固定在分配梁上，用于智能千斤顶限位；所述承台抱箍设有用于连接传力模块的主承力块；所述监测模块包括若干个用于监测桥墩位移的位移传感器，所述监测模块包括处理器，处理器获得位移传感器的位移数据后，发送相应指令给智能千斤顶，智能千斤顶根据处理器的指令对自身的顶推力进行修正。当桥墩向基坑一侧发生位移时，位移传感器将能感知这一位移并将位移数据传递给处理器，处理器根据该位移信号发送增加顶推力的指令给智能千斤顶，智能千斤顶根据该指令对自身的顶推力进行修正，从而使得桥墩的位移趋于零。当智能千斤顶的顶推力过大时，会使得桥墩向另外一侧发生位移，位移传感器将能感知这一位移并将位移数据传递给处理器，处理器根据该位移信号发送减小顶推力的指令给智能千斤顶，智能千斤顶根据该指令对自身的顶推力进行修正，从而使得桥墩的位移趋于零。

进一步的，为了实现对纠偏全过程的监控与预警，所述监测模块包括所述监测模块包括报警器，当位移传感器的位移超过设定阈值时，处理器将产生报警信号，报警器根据处理器的报警信号予以报警，报警方式为警报灯报警和/或警报声报警和/或发送报警信息至配给相关管理人员的无线电子设备。

进一步的，为了保证智能千斤顶顶推反力能均匀分配到基坑挡土结构及局部加固模块中，所述分配梁固定在基坑挡土结构一侧的面与基坑挡土结构外侧面紧密贴合，与智能千斤顶顶紧的面与智能千斤顶的作用力方向相垂直。进一步的，智能千斤顶作用力方向的延长线通过分配梁的重心。

进一步的，所述传力模块至少包括一块承接块，还包括零块或若干块传载块；所述承接块一面设有盲孔，智能千斤顶的一端直接顶入盲孔；所述传载块一面设有第一连接结构，另一面设有与第一连接结构相匹配的第二连接结构；所述承接块的另一面设有第二连接结构，用于连接传载块；所述承台抱箍的主承力块与传力模块相连接的面设有第一连接结构。第一连接结构与第二连接结构组合成榫卯接头。进一步的，盲孔开设位置使智能千斤顶作用力方向的延长线通过承接块的重心。进一步的，智能千斤顶的顶推力垂直作用于主承力块。

进一步的，所述承台抱箍还包括标准块、转角块以及连接块，与主承力块一起形成封闭的区域；所述标准块、转角块一端均设有第一限位结构，另一端均设有与第一限位结构相匹配的第二限位结构，而连接块的两端均为第二限位结构；主承力块的两侧边均设有第一限位结构。第一限位结构与第二限位结构组合成榫卯接头。

进一步的，为了保证局部加固模块能有效提供反力且不影响基坑结构安全，所述局部加固模块包括若干固定在基坑挡土结构内侧的横向加固钢梁及固定在横向加固钢梁上的竖向加固钢板；所述横向加固钢梁为翼缘水平贴合于基坑挡土结构的H型钢，横向加固钢梁与基坑挡土结构的钢筋通过焊接进行固定，横向加固钢梁与竖向加固钢板之间也是通过焊接进行固定。

一种邻近基坑的桥梁主动纠偏装置的施工方法，包括以下步骤：

1)开挖承台周围土体至承台底部标高；

2)安装承台抱箍，并与承台外侧面紧密贴合。

3)开挖基坑挡土结构与承台之间土体至承台底部标高；

4)根据基坑挡土结构与承台的水平净距，安装合适数量的传载块；

5)将智能千斤顶的一端顶入承接块上的盲孔，并将承接块和与传载块相连接；

6)将横向加固钢梁放置于合适位置，并与基坑挡土结构的预留钢筋固定在一起，并将竖向加固钢板与横向加固钢梁固定在一起；

7)将分配梁放置于合适位置，与基坑挡土结构的预留钢筋固定在一起；

8)将智能千斤顶底座固定于分配梁；

9)使智能千斤顶与分配梁顶紧，使顶推力达到预设值，并进行保压、限位；

10)启动监测模块和伺服模块。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明专门针对邻近基坑的桥梁而设计，通过模块化的思路灵活安装可有效地解决各类紧邻基坑的桥梁纠偏问题，并形成了一套针对性的完整标准化装置。

(2)本发明中局部加固模块可对基坑局部进行有效加固，安装方便快捷，保证基坑安全。

(3)本发明中传力模块包含的所有构件接口统一，可通过设置传载块的数量来适配基坑与承台不同距离的情况，提高了本装置的通用性与安装便利性。

(4)本发明中伺服模块的分配梁可设置成各类形状及尺寸以灵活适应基坑与承台的不同角度等情况，结合装配式的传力模块可实现对基坑与承台各种位置关系的适配。

(5)本发明中伺服模块的智能千斤顶可根据处理器的指令对自身的顶推力进行修正，目标是使位移传感器读数趋于零。

(6)本发明中承台抱箍能够使桥梁承台受力均匀避免局部受力集中导致的损坏，保证了承台结构的整体位移及有效纠偏。此外，承台抱箍也是由多种单元块拼接而成的，可根据承台尺寸及形状灵活搭配拼接，保证抱箍紧密贴合承台联合受力，提高了本装置的灵活与通用性。

(7)本发明中监测模块可以将现场数据实时反馈给相关管理人员，包括桥梁偏移位移和智能千斤顶推力等，当监测值超过阈值时会自动报警提醒，有助于相关管理人员作出快速处理。

(8)本发明中传力模块包含的所有构件可以模块化生产，模块化拼装，标准化的装配式构件使得装置体积较小，方便工厂装车运输、现场堆放及安装施工。

(9)本发明中各模块的拼接均采用上下插入的榫卯接头进行构件之间的拼接，可保证装置的连接质量与整体刚度。

(10)本发明的监测模块可以实现桥梁纠偏现场数据与基坑挡土结构监测数据的联动分析，保证了纠偏装置的正常运行，而且监测模块也可以通过无线传输技术进行监测数据的传递，避免因施工不当导致数据传输装置遭到破坏。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

图1是本发明实例中邻近基坑的桥梁主动纠偏装置的三维图1；

图2是本发明实例中邻近基坑的桥梁主动纠偏装置的三维图2；

图3是本发明实例中局部加固模块的整体三维图；

图4是本发明实例中局部加固模块的拼接示意图；

图5是本发明实例中伺服模块与传力模块的整体三维图；

图6是本发明实例中伺服模块与传力模块的拼接示意图；

图7是本发明实例中承台抱箍的整体三维图；

图8是本发明实例中承台抱箍的拼接示意图；

图9是本发明实例中适用于正方形承台的承台抱箍整体三维图；

图10是本发明实例中承接块、传载块及主承力块的三维图；

图11是本发明实例中转角块、标准块、连接块的三维图；

图12是本发明实例中监测模块的整体三维图；

图13是本发明实例中伺服模块及监测模块的数据传输示意图；

图14是当基坑与桥梁距离较近时本发明实现桥梁主动纠偏的使用场景；

图15是当基坑与桥梁距离较远时本发明实现桥梁主动纠偏的使用场景；

图16是当基坑与承台抱箍的主承力块存在夹角时本发明实现桥梁主动纠偏的使用场景；

图17是本发明实例中适用于异型承台的承台抱箍整体三维图；

图18是本发明适配图17所示的异型承台来实现桥梁主动纠偏的使用场景。

图中：1—局部加固模块；2—伺服模块；3—传力模块；4—监测模块；5—桥墩；6—承台；7—桥桩；8—承台抱箍；11—支撑；12—冠梁；13—腰梁；14—基坑围护结构；15—横向加固钢梁；16—竖向加固钢板；17—基坑挡土结构；21—分配梁；22—智能千斤顶底座；23—智能千斤顶；24—盲孔；25—第一连接结构；26—第二连接结构；31—承接块；32—传载块；33—主承力块；34—标准块；35—转角块；37—连接块；38—第一限位结构；39—第二限位结构；41—位移传感器；42—处理器；43—摄像头；45—报警器。

具体实施方式

实施例1

如图1、2所示，是本发明邻近基坑的桥梁主动纠偏装置。其中，基坑的支护结构体系由支撑11、腰梁13、基坑挡土结构17和局部加固模块1组成。如图3、4所示，基坑挡土结构17通常由基坑围护结构14和冠梁12组成，有的时候不需要冠梁12。局部加固模块1由横向加固钢梁15和竖向加固钢板16组成。第一道横向加固钢梁15布置在基坑第一道支撑11之间，最后两道横向加固钢梁15分别布置在腰梁13上下表面。横向加固钢梁15的一侧翼缘与竖向加固钢板16通过焊接的方式进行固定，横向加固钢梁15的另一侧翼缘通过焊接的方式分别与腰梁13和基坑挡土结构17的预留钢筋进行固定，从而实现局部加固模块1与基坑挡土结构17整体受力，可有效提高基坑挡土结构17的整体刚度。

如图5、6所示，伺服模块2由分配梁21、智能千斤顶底座22和智能千斤顶23组成。分配梁21通过焊接的方式与基坑挡土结构17的外侧预留钢筋进行固定，智能千斤顶23的油泵使得顶杆伸长，从而使智能千斤顶23与分配梁21顶紧，在智能千斤顶23底部设置有智能千斤顶底座22，且智能千斤顶底座22通过焊接的方式固定在分配梁上，防止智能千斤顶22出现竖向位移，以保证基坑挡土结构17与承台6之间的传力为轴向传力。

如图5、6所示，传力模块3通常由承接块31、传载块32组成。承接块31的纵向前端设置有可顶入智能千斤顶23顶杆的盲孔24，以实现伺服模块2与传力模块3之间的连接。承接块31的纵向后端设置有第二连接结构26，传载块32的前后端分别设置有第一连接结构25和第二连接结构26。第一连接结构25与第二连接结构26通过相互咬合可实现传力模块3的横纵向限位及连接，以保证传力模块3的拼接质量以及传力模块3的整体稳定性。可通过控制传载块32的数量控制传力模块3的长度，有些情况可不需要传载块32。

承台抱箍8的拼接如图7～9、11所示，承台抱箍8由主承力块33、标准块34、转角块35和连接块37等组成。主承力块33的前端设置有第一连接结构25，以实现传力模块3与承台抱箍8之间的连接。主承力块33的两侧边均设置有第一限位结构38，标准块34的两端分别设置有第一限位结构38和第二限位结构39，转角块35两端分别设置有第一限位结构38和第二限位结构39，连接块37的两端均设置有第二限位结构39。第一限位结构38与对应的第二限位结构39相匹配，通过第一限位结构38和第二限位结构39的相互咬合可实现承台抱箍8的横纵向限位及连接，以保证承台抱箍8的拼接质量以及承台抱箍8的整体稳定性。

如图12、13所示，监测模块由位移传感器41、处理器42、摄像头43和报警器45等组成。位移传感器41设置在桥墩5上，用于对桥墩5的横向位移进行监测。外部同步设置的摄像头43能够实现24小时对桥梁结构进行监控摄像，可及时发现桥梁结构可能发生的病害和事故风险。智能千斤顶23的行程数据、位移传感器41的监测数据和摄像头43的监控摄像通过有线或无线方式一并传输到处理器42。处理器42获得位移传感器41的位移数据后，发送相应指令给智能千斤顶23，智能千斤顶23根据相应指令对自身的顶推力进行修正，目标是使位移传感器41读数趋于零。当位移传感器41的位移超过设定的阈值时，报警器45将会根据处理器42的报警信号予以报警，报警方式为警报灯报警和/或警报声报警和/或发送报警信号至配给相关管理人员的无线电子设备。阈值为工程项目的所设定的报警值，根据不同项目情况阈值也不同，一般为5-10mm。

图14和图15分别是当基坑与桥梁距离较近和距离较远时本发明实现桥梁主动纠偏的使用场景，根据实际工程中基坑与桥梁之间的距离按需灵活布置传载块32，提高了装置的适用性与灵活性。图14所示使用场景不需要传载块32，图15所示使用场景使用了六块传载块32。

实施例2

如图16所示，本实施例与实施例1的主要不同在于使用场景不同，本实施例中，基坑与承台抱箍8的主承力块33存在夹角，通过改变分配梁21的外形保证智能千斤顶23能有效施加荷载，即便当基坑与承台抱箍8的主承力块33存在夹角时，仍可利用本装置进行纠偏，实现装置对基坑与桥梁各种不同位置关系的适配。

实施例3

如图17、18所示，本实施例与实施例1的主要不同在于承台6为凸字形或其他尺寸形状，可通过标准块34、转角块35的灵活布置，可适配不同尺寸形状的承台6，大大提高本装置的通用性。

本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想的前提下，本发明局部加固模块的横向加固钢梁与竖向加固钢板之间的焊接也可以采用其他的连接方式；型钢结构的材质、钢板厚度等均具有其他的实施方式；伺服模块所采用的纵向连接还有其他方式；传力模块所采用的纵向、横向第一限位结构和第二限位结构还可以采用其他类似结构形状；用于监测的传感器均有其他类型及型号可以选用，也可以采取其他安装位置及安装方式；监测模块的监测数据均可采用除无线传输方式以外的其他传输方式。因此，本发明还具有多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种邻近基坑的桥梁主动纠偏装置，其特征在于：包括用于加固基坑挡土结构(17)的局部加固模块(1)、提供纠偏荷载的伺服模块(2)、传递荷载的传力模块(3)、承台抱箍(8)以及用于桥梁监测的监测模块(4)；所述局部加固模块(1)设置在基坑挡土结构(17)内侧，所述伺服模块(2)包括分配梁(21)、智能千斤顶(23)以及智能千斤顶底座(22)；所述分配梁(21)固定在基坑挡土结构(17)的外侧，智能千斤顶(23)的一端顶着分配梁(21)，另一端顶着传力模块(3)；智能千斤顶底座(22)固定在分配梁(21)上，用于智能千斤顶(23)限位；所述承台抱箍(8)设有用于连接传力模块(3)的主承力块(33)；所述监测模块(4)包括若干个用于监测桥墩(5)位移的位移传感器(41)，所述监测模块(4)包括处理器(42)，处理器(42)获得位移传感器(41)的位移数据后，发送相应指令给智能千斤顶(23)，智能千斤顶(23)根据处理器(42)的指令对自身的顶推力进行修正。

2.根据权利要求1所述的邻近基坑的桥梁主动纠偏装置，其特征在于：所述监测模块(4)包括报警器(45)，当位移传感器(41)的位移超过设定阈值时，处理器(42)将产生报警信号，报警器(45)根据处理器(42)的报警信号予以报警，报警方式为警报灯报警和/或警报声报警和/或发送报警信息至配给相关管理人员的无线电子设备。

3.根据权利要求1所述的邻近基坑的桥梁主动纠偏装置，其特征在于：所述分配梁(21)固定在基坑挡土结构(17)一侧的面与基坑挡土结构(17)外侧面紧密贴合，与智能千斤顶(23)顶紧的面与智能千斤顶(23)的作用力方向相垂直。

4.根据权利要求3所述的邻近基坑的桥梁主动纠偏装置，其特征在于：智能千斤顶(23)作用力方向的延长线通过分配梁(21)的重心。

5.根据权利要求1所述的邻近基坑的桥梁主动纠偏装置，其特征在于：所述传力模块(3)至少包括一块承接块(31)，还包括零块或若干块传载块(32)；所述承接块(31)一面设有盲孔(24)，智能千斤顶(23)的一端直接顶入盲孔(24)；所述传载块(32)一面设有第一连接结构(25)，另一面设有与第一连接结构(25)相匹配的第二连接结构(26)；所述承接块(31)的另一面设有第二连接结构(26)，用于连接传载块(32)；所述承台抱箍(8)的主承力块(33)与传力模块(3)相连接的面设有第一连接结构(25)。

6.根据权利要求5所述的邻近基坑的桥梁主动纠偏装置，其特征在于：盲孔(24)开设位置使智能千斤顶(23)作用力方向的延长线通过承接块(31)的重心。

7.根据权利要求6所述的邻近基坑的桥梁主动纠偏装置，其特征在于：智能千斤顶(23)的顶推力垂直作用于主承力块(33)。

8.根据权利要求1所述的邻近基坑的桥梁主动纠偏装置，其特征在于：所述承台抱箍(8)还包括标准块(34)、转角块(35)以及连接块(37)，与主承力块(33)一起形成封闭的区域；所述标准块(34)、转角块(35)一端均设有第一限位结构(38)，另一端均设有与第一限位结构(38)相匹配的第二限位结构(39)，而连接块(37)的两端均为第二限位结构(39)；主承力块(33)的两侧边均设有第一限位结构(38)。

9.根据权利要求1至8任一项所述的邻近基坑的桥梁主动纠偏装置，其特征在于：所述局部加固模块(1)包括若干固定在基坑挡土结构(17)内侧的横向加固钢梁(15)及固定在横向加固钢梁(15)上的竖向加固钢板(16)；所述横向加固钢梁(15)为翼缘水平贴合于基坑挡土结构(17)的H型钢，横向加固钢梁(15)与基坑挡土结构(17)的钢筋通过焊接进行固定，横向加固钢梁(15)与竖向加固钢板(16)之间也是通过焊接进行固定。

10.一种邻近基坑的桥梁主动纠偏装置的施工方法，

所述邻近基坑的桥梁主动纠偏装置，包括用于加固基坑挡土结构(17)的局部加固模块(1)、提供纠偏荷载的伺服模块(2)、传递荷载的传力模块(3)、承台抱箍(8)以及用于桥梁监测的监测模块(4)；所述局部加固模块(1)设置在基坑挡土结构(17)内侧，所述伺服模块(2)包括分配梁(21)、智能千斤顶(23)以及智能千斤顶底座(22)；所述分配梁(21)固定在基坑挡土结构(17)的外侧，智能千斤顶(23)的一端顶着分配梁(21)，另一端顶着传力模块(3)；智能千斤顶底座(22)固定在分配梁(21)上，用于智能千斤顶(23)限位；所述承台抱箍(8)设有用于连接传力模块(3)的主承力块(33)；所述监测模块(4)包括若干个用于监测桥墩(5)位移的位移传感器(41)，所述监测模块(4)包括处理器(42)，处理器(42)获得位移传感器(41)的位移数据后，发送相应指令给智能千斤顶(23)，智能千斤顶(23)根据处理器(42)的指令对自身的顶推力进行修正；所述传力模块(3)至少包括一块承接块(31)，还包括零块或若干块传载块(32)；所述承接块(31)一面设有盲孔(24)，智能千斤顶(23)的一端直接顶入盲孔(24)；所述传载块(32)一面设有第一连接结构(25)，另一面设有与第一连接结构(25)相匹配的第二连接结构(26)；所述承接块(31)的另一面设有第二连接结构(26)，用于连接传载块(32)；所述承台抱箍(8)的主承力块(33)与传力模块(3)相连接的面设有第一连接结构(25)；所述局部加固模块(1)包括若干固定在基坑挡土结构(17)内侧的横向加固钢梁(15)及固定在横向加固钢梁(15)上的竖向加固钢板(16)；所述横向加固钢梁(15)为翼缘水平贴合于基坑挡土结构(17)的H型钢，横向加固钢梁(15)与基坑挡土结构(17)的钢筋通过焊接进行固定，横向加固钢梁(15)与竖向加固钢板(16)之间也是通过焊接进行固定；

包括以下步骤：

1)开挖承台(6)周围土体至承台底部标高；

2)安装权利要求1所述的承台抱箍(8)，并与承台(6)外侧面紧密贴合；

3)开挖基坑挡土结构(17)与承台(6)之间土体至承台底部标高；

4)根据基坑挡土结构(17)与承台(6)的水平净距，安装合适数量的传载块(32)；

5)将智能千斤顶(23)的一端顶入承接块(31)上的盲孔(24)，并将承接块(31) 与传载块(32)相连接；

6)将横向加固钢梁(15)放置于合适位置，并与基坑挡土结构(17)的预留钢筋固定在一起，并将竖向加固钢板(16)与横向加固钢梁(15)固定在一起；

7)将分配梁(21)放置于合适位置，与基坑挡土结构(17)的预留钢筋固定在一起；

8)将智能千斤顶底座(23)固定于分配梁(21)上；

9)使智能千斤顶(23)与分配梁(21)顶紧，使顶推力达到预设值，并进行保压、限位；

10)启动监测模块(4)和伺服模块(2)。

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