CN115030209A - 一种城市立交桥桩基托换预支顶施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种城市立交桥桩基托换预支顶施工方法,涉及地下工程领域,包括如下步骤:S1,施工准备及施工围护桩、开挖基坑、架设预支顶设备,预支顶设备用于桥墩出现沉降时将梁体顶起至初始位置;S2,施工托换桩基、托换承台,新老承台间设置顶升系统用于完成体系转换;S3,安装千斤顶及顶升,在需预支顶的各墩旁设置临时墩,墩顶安装液压千斤顶,所述千斤顶设置有压力传感器及位移传感器,所述千斤顶由液压泵站驱动;S4,在步骤S3的基础上进行截桩,旧桩截桩前,对新承台施加设计荷载的1.2倍,在沉降基本稳定后,截断新老承台间的旧桩基;S5,在步骤S4基础上顶升处于自由状态的新老承台间距≤1mm的距离,确定支反力,最后在新老承台间浇筑混凝土固封。
Description
技术领域
本发明涉及地下工程领域,尤其涉及一种城市立交桥桩基托换预支顶施工方法。
背景技术
根据托换技术的运用状况及其核心技术机理的不同,主要分为主动托换和被动托换两种,前者指原桩卸载前对新桩和托换结构施加荷载,以部分消除托换体系长期变形的时随效应,并在上部的荷载转换过程中,对托换结构及上部结构的变形运用顶升装置进行动态调控,一般用于托换荷载大或结构变形要求高的托换工程,相对可靠性较高;后者指原桩在卸载过程中,上部结构荷载随托换结构的变形,被动地转换到新桩,一般用于托换荷载较小的托换工程,相对可靠性较低。
现有技术的缺点和不足:⑴难以确定多支点预应力混凝土异形板梁复杂受力体系中各支点的预加支撑力;⑵桩基托换下部结构施工时,不能实现梁体结构受力体系转换过程中多支点异形板梁支撑及沉降的同步控制。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供了一种城市立交桥桩基托换预支顶施工方法,实现了复杂工况下多支点预应力浑南凝土异形板梁的同步顶升和沉降控制,确保了梁体结构安全。
本发明通过以下技术方案得以实现。
本发明提供的一种城市立交桥桩基托换预支顶施工方法,其特征在于包括如下步骤:
S1,施工准备及施工围护桩、开挖基坑、架设预支顶设备,预支顶设备用于桥墩出现沉降时将梁体顶起至初始位置;
S2,施工托换桩基、托换承台,新老承台间设置顶升系统用于完成体系转换;
S3,安装千斤顶及顶升,在需预支顶的各墩旁设置临时墩,墩顶安装液压千斤顶,所述千斤顶设置有压力传感器及位移传感器,所述千斤顶由液压泵站驱动;
S4,在步骤S3的基础上进行截桩,旧桩截桩前,对新承台施加设计荷载的1.2倍,在沉降基本稳定后,截断新老承台间的旧桩基;
S5,在步骤S4基础上顶升处于自由状态的新老承台间距≤1mm的距离,确定支反力,最后在新老承台间浇筑混凝土固封托换结构。
2、如权利要求1所述的城市立交桥桩基托换预支顶施工方法,其特征在于,还包括如下步骤:
S6,施工竖井及人工凿除隧道范围内的残桩;
S7,盾构通过;
S8,拆除预支顶设施。
本发明的进一步优选方案为,所述步骤S3中顶升所使用的顶升装置主要由千斤顶、泵站及控制系统组成,液压系统额定工作压力为63MPa,电气系统动力电为三相380V,控制系统为直流24V。
本发明的进一步优选方案为,所述千斤顶为带机械自锁的单作用千斤顶。
本发明的进一步优选方案为,步骤S3中临时墩采用直径600mm,壁厚14mm的Q235钢管做立柱,厚度为20mm的钢板焊接成箱形梁做主横梁,立柱之间采用直径219mm,壁厚10mm的钢管进行连接,焊缝高度8mm~10mm。
本发明的进一步优选方案为,所述钢管底面焊接有法兰,与老承台顶面采用M30化学螺栓进行进行连接,化学螺栓长度380mm,锚固深度300mm,法兰与老承台顶面之间采用灌桨料进行找平及调节高度,安装后临时支撑横梁顶面与异形板底面之间保持间距为540mm~560mm。
本发明的进一步优选方案为,所述步骤S4包括,原桥桩基截断前,将千斤顶的油源压力锁死、螺旋自锁装置锁死,利用油压传感器检测千斤顶的压力,同时监测既有桩基的应力应变,调整千斤顶的油源压力,确定旧承台底荷载完全转移至托换桩,在旧承台底0.5m左右处逐根截断原桥基。
本发明的进一步优选方案为,当原桥基截断完成后,旧承台底荷载完全转移至托换承台上,托换承台上的千斤顶承受全部旧承台底荷载。
本发明的有益效果在于:
1、在新老承台间设置顶升系统用于完成体系转换。新承台未加载,沉降未稳定,在旧桩截桩前,通过顶升系统对新承台施加设计荷载的1.2倍,使新承台沉降迅速趋于稳定,确保截桩过程中桥梁运营安全。
2、预支顶系统的应用,在桩基托换或者盾构穿越施工过程中个别或部分桥墩出现沉降时,能够通过预支顶系统将梁体顶起至初始位置,避免梁体开裂,保障梁体的运行安全。
3、可结合当前智能化控制技术,实现了复杂工况下多支点预应力浑南凝土异形板梁的同步顶升和沉降控制,确保了梁体结构安全。
附图说明
图1是本发明的托换千斤顶立面布置结构示意图。
图中:1、桥面,2、老承台,3、新承台,4、千斤顶。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案,但要求保护的范围并不局限于所述。
石家庄地铁2#线长安公园站~蓝天圣木站区间下穿城市立交建和桥,区间采用盾构法施工,盾构隧道与建和桥北块45#、46#的4根桩基发生冲突,与南块40#、42#桥墩的6根桩基发生冲突,因此需对45#~46#、40#~42#桥墩基础进行桩基托换。
建和桥于1996年建成通车,二层环桥上部结构为预应力混凝土多点支承异形板。建和桥主桥范围为一座环形桥,分为东、南、西、北四个异形块桥,四个块并不对称。异形块梁高1.3,悬臂3m,为多箱室异形预应力结构。40#~42#桥墩为南异形块中部一排支点桥墩,为单圆柱墩,直径1.2m,墩高3.6m;每根柱下为6.3×6.3×2.0m四桩承台,桩基直径1.5m,桩长20.6m;45#、46#桥墩为北异形块中部一排支点桥墩,为单圆柱墩,直径1.2m,墩高3.6m;每根柱下为6.3×6.3×2.0m四桩承台,桩基直径1.5m,桩长20.6m。桩基均为摩擦桩。
在桩基托换基坑开挖的过程中,40#~42#、45#、46#桥墩由于下挖至老承台底以下4m深,至使原有桩基承载力削弱,可能会带来承台墩身的下沉,同时相临的22#、28#、34#号墩也可能受到不同程度的影响产生下沉;在盾构穿越桥区时,盾构隧道洞身一定范围内的土体会出现一定程度的隆降变化,至使桥墩出现不同程度的变化,因此需对上述各墩进行预支顶,当个别或部分桥墩出现沉降时,能够通过预支顶系统将梁体顶起至初始位置。避免梁体开裂,保障梁体的运行安全。桩基托换前,新承台未加载的情况下,沉降未稳定。故新老承台间设置顶升系统用于完成体系转换。在旧桩截桩前,对新承台施加设计荷载的1.2倍,使新承台沉降迅速趋于稳定。在沉降基本稳定后,截断新老承台间的旧桩基,使得新老承台间处于自由的状态,再顶升不大于1mm的,确定支反力,最后在新老承台间浇筑混凝土。
步骤一,施工准备及施工围护桩、开挖基坑、架设预支顶设备,预支顶设备用于桥墩出现沉降时将梁体顶起至初始位置;
步骤二,施工托换桩基、托换承台,新老承台间设置顶升系统用于完成体系转换;
步骤三,安装千斤顶及顶升,在需预支顶的各墩旁设置临时墩,墩顶安装液压千斤顶,千斤顶带有压力传感器及位移传感器,千斤顶由液压泵站驱动,22#墩T梁侧按左中右分3组,每组3个顶,每组由1台泵站进行驱动。22#墩异形板侧按左中右分3组,左右各1个顶,中间2个顶,每组由1台泵站进行驱动。其余各墩每个墩柱周围安装4个顶,为1组,每组由1台泵站进行驱动。
顶升所使用的顶升装置主要由千斤顶、泵站及控制系统组成,液压系统额定工作压力为63MPa,电气系统动力电为三相380V,控制系统为直流24V。
所述千斤顶为带机械自锁的单作用千斤顶。
异形板底下的临时支撑采用直径600mm,壁厚14mm的Q235钢管做立柱,厚度为20mm的钢板焊接成箱形梁做主横梁,立柱之间采用直径219mm,壁厚10mm的钢管进行连接,焊缝高度8mm~10mm,钢管底面焊接有法兰,与老承台顶面采用M30化学螺栓进行进行连接,化学螺栓长度380mm,锚固深度300mm,法兰与老承台顶面之间采用灌桨料进行找平及调节高度,安装后临时支撑横梁顶面与异形板底面之间保持间距为540mm~560mm,以保证300吨带自锁千斤顶能够顺利安装。
T梁底下的临时支撑采用直径400mm,壁厚10mm的Q235钢管做立柱,立柱之间采用直径219mm,壁厚10mm的钢管进行连接,焊缝高度8mm~10mm,钢管顶底面焊接有法兰,与老承台顶面采用M30化学螺栓进行进行连接,化学螺栓长度380mm,锚固深度300mm,法兰与老承台顶面之间采用灌桨料进行找平及调节高度,安装后临时支撑横梁顶面与异形板底面之间保持间距为320mm~340mm,以保证100吨带自锁千斤顶能够顺利安装。
40#~42#、45#46#墩每个新老承台间安装4个顶,为1组,每组由与其对应的预支顶泵站驱动,预支顶与托换顶升不同时工作,需转换时只需要操作相应控制阀即可。
步骤四,在步骤三的基础上进行截桩,旧桩截桩前,对新承台施加设计荷载的1.2倍,在沉降基本稳定后,截断新老承台间的旧桩基;
考虑到各墩支反力差异大,为保证各自处于理想的工作状态,故每个泵站均由1台变频器驱动,以调整各自的顶升速度,从而使同步工作时速度一致并能够负反馈闭环控制。每个变频器由1台PLC进行控制,以实现不同墩之间的逻辑控制,每个泵站构成一个分站。
南块11个分站,由一个主站控制,北块10个分站,由一个主站控制。主分站之间采用无线网络连接。操作手饼为一台安装有控制程序的平板电脑。主站安装有4G通讯模块,可以通过4G网络与项目部和监控室进行通讯。在监控室可以查看、记录、控制顶升系统。
在原桥桩基截断前,将千斤顶的油源压力锁死、螺旋自锁装置锁死,利用油压传感器检测千斤顶的压力,同时监测既有桩基的应力应变,调整千斤顶的油源压力,确定旧承台底荷载完全转移至托换桩,在旧承台底0.5m左右处逐根截断原桥基。
在原桥桩基的截断过程中,时刻监测托换承台的内力和位移,若产生较大位移活监控值发生突变,立刻停止截桩,并及时通知业主、设计和监理单位进行协商处理。当原桥基截断完成后,旧承台底荷载完全转移至托换承台上,托换承台上的千斤顶承受全部旧承台底荷载。
步骤五,在步骤四基础上顶升处于自由状态的新老承台间距≤1mm的距离,确定支反力,最后在新老承台间浇筑混凝土固封托换结构。
步骤六,施工竖井及人工凿除隧道范围内的残桩;
步骤七,盾构通过;
步骤八,拆除预支顶设施。
本发明通过对不同墩柱安装自动控制的预支顶系统进行分时段、分批量的称重,准确确定桩基的实际承载力;结合当前智能化控制技术,实现了复杂工况下多支点预应力浑南凝土异形板梁的同步顶升和沉降控制,确保了梁体结构安全;预支顶系统的应用,在桩基托换或者盾构穿越施工过程中个别或部分桥墩出现沉降时,能够通过预支顶系统将梁体顶起至初始位置,避免梁体开裂,保障梁体的运行安全;在新老承台间设置顶升系统用于完成体系转换。新承台未加载,沉降未稳定,在旧桩截桩前,通过顶升系统对新承台施加设计荷载的1.2倍,使新承台沉降迅速趋于稳定,确保截桩过程中桥梁运营安全。针对建和桥建设年代久远且为大型异型板结构,创造性的设计一套自动监测、自动控制的自动沉降弥补设备,保证梁体不受桩基轻微沉降影响;采用自动控制顶升系统通过预压和超压后分十二级顶升,既要保证同步顶升又要保证分批量顶升才能保证顶升效果,确保了复杂工况下多支点预应力混凝土异形板梁结构安全,为建和桥运营安全提供了保障。通过深入研究桩基沉降机理和大型异型板梁桥对沉降的敏感性采用自动化监测与人工监测相互配合的监测手段,保证建和桥异形板梁梁体稳定和安全。
顶升装置主要由千斤顶、泵站及控制系统组成,液压系统额定工作压力为63MPa,电气系统动力电为三相380V,控制系统为直流24V,作业过程中控制好动力电的使用,可更好的保障安全。各装置在系统管理下以设定的逻辑按操作人员的指令进行工作。
千斤顶主要有三种规格,一种是顶力400t,行程100mm,数量为20个,备用2个用于桩基托换顶升。第二种是顶力300t,行程100mm,数量为44个,备用4个用于异形块下方的预支顶。第三种是顶力100t,行程100mm,数量为18个,备用2个用于T形梁下方的预支顶。总计需要90个各规格的液压千斤顶。三种规格的千斤顶均为带机械自锁的单作用千斤顶。在使用过程中,千斤顶顶升到设计位置后,需及时将螺母旋紧,每次起升距离一次不要太大,以防密封不严带来不良后果。
每个泵站主电机功能为2kw,21个泵站总功率约为40kw,考虑不太可能同时启动,因此备用50kw的三相电源就可以满足要求。28#、34#、40#-42#、45#-46#号墩每个墩预支顶设有4台300t千斤顶,这4台为一组共用一台泵站。其中40#-42#、45#-46#号墩每个墩还存在托换顶升,每个墩托换顶升设有4台400t千斤顶,这4台为一组共用一台泵站,考虑到预支顶与托换顶升不同时工作,故此处预支顶与托换顶升共用一台泵站。22#墩异形板侧每端设置4台300t千斤顶,分为3组,2侧每个为1组,中间2个为1组,每组1个泵站;22#墩T梁侧每端设置9台100t千斤顶,分为3组,每侧3个为1组,中间3个为1组,每组1个泵站;共计需要21个泵站。
Claims (8)
1.一种城市立交桥桩基托换预支顶施工方法,其特征在于包括如下步骤:
S1,施工准备及施工围护桩、开挖基坑、架设预支顶设备,预支顶设备用于桥墩出现沉降时将梁体顶起至初始位置;
S2,施工托换桩基、托换承台,新老承台间设置顶升系统用于完成体系转换;
S3,安装千斤顶及顶升,在需预支顶的各墩旁设置临时墩,墩顶安装液压千斤顶,所述千斤顶设置有压力传感器及位移传感器,所述千斤顶由液压泵站驱动;
S4,在步骤S3的基础上进行截桩,旧桩截桩前,对新承台施加设计荷载的1.2倍,在沉降基本稳定后,截断新老承台间的旧桩基;
S5,在步骤S4基础上顶升处于自由状态的新老承台间距≤1mm的距离,确定支反力,最后在新老承台间浇筑混凝土固封托换结构。
2.如权利要求1所述的城市立交桥桩基托换预支顶施工方法,其特征在于,还包括如下步骤:
S6,施工竖井及人工凿除隧道范围内的残桩;
S7,盾构通过;
S8,拆除预支顶设施。
3.如权利要求1或2所述的城市立交桥桩基托换预支顶施工方法,其特征在于,所述步骤S3中顶升所使用的顶升装置主要由千斤顶、泵站及控制系统组成,液压系统额定工作压力为63MPa,电气系统动力电为三相380V,控制系统为直流24V。
4.如权利要求3所述的城市立交桥桩基托换预支顶施工方法,其特征在于,所述千斤顶为带机械自锁的单作用千斤顶。
5.如权利要求1所述的城市立交桥桩基托换预支顶施工方法,其特征在于,步骤S3中临时墩采用直径600mm,壁厚14mm的Q235钢管做立柱,厚度为20mm的钢板焊接成箱形梁做主横梁,立柱之间采用直径219mm,壁厚10mm的钢管进行连接,焊缝高度8mm~10mm。
6.如权利要求5所述的城市立交桥桩基托换预支顶施工方法,其特征在于,所述钢管底面焊接有法兰,与老承台顶面采用M30化学螺栓进行进行连接,化学螺栓长度380mm,锚固深度300mm,法兰与老承台顶面之间采用灌桨料进行找平及调节高度,安装后临时支撑横梁顶面与异形板底面之间保持间距为540mm~560mm。
7.如权利要求1所述的城市立交桥桩基托换预支顶施工方法,其特征在于,所述步骤S4包括,原桥桩基截断前,将千斤顶的油源压力锁死、螺旋自锁装置锁死,利用油压传感器检测千斤顶的压力,同时监测既有桩基的应力应变,调整千斤顶的油源压力,确定旧承台底荷载完全转移至托换桩,在旧承台底0.5m左右处逐根截断原桥基。
8.如权利要求7所述的城市立交桥桩基托换预支顶施工方法,其特征在于,当原桥基截断完成后,旧承台底荷载完全转移至托换承台上,托换承台上的千斤顶承受全部旧承台底荷载。
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