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一种复杂卸荷环境下拱桥桩基整体性能绿色提升施工方法

  • 国知局
  • 2024-07-09 16:57:52

本发明涉及一种复杂卸荷环境下拱桥桩基整体性能绿色提升施工方法,属于土建施工。

背景技术:

1、随着城市地下空间的开发利用,出现越来越多地下工程近接桥梁的案列,比如在拱桥附近进行的基坑开挖、隧道掘进等施工。在软土地区,地下工程的开挖卸荷往往伴随着较大的土体扰动,会对临近的桥梁桩基造成影响,进而影响到上部桥梁结构的安全。拱桥(尤指上承式拱桥)作为一种变形敏感结构,如果拱脚在卸荷影响下发生较大位移,势必会威胁到桥梁的正常使用。

2、现存的拱桥大多都较为古老,部分还属于历史保护建筑,这就对变形控制提出了更高的要求。由于传统的桩基托换施工本身就会对拱桥基础产生较大的扰动,这对一些年代久远、存在耐久性问题的拱桥来说,扰动影响大于保护效果。其他桥梁基础加固措施,比如钻孔灌注桩等,由于受到拱桥低净空的限制,也无法正常施工。这些传统的加固方法,不能很好地利用既有旧桩,会产生较多的建筑废料和碳排放,存在成本高、不环保等缺点。因此本发明作为一种复杂卸荷环境下拱桥桩基整体性能绿色提升技术与施工方法,解决了上述相关问题。

技术实现思路

1、为了解决现有的施工技术中存在的缺陷和问题,提出一种适用于复杂卸荷环境下拱桥桩基整体性能提升技术与施工方法。该施工方法能够最大限度的减小地下工程施工扰动对拱桥的不利影响,提升拱桥桩基的承载力,同时还能控制拱脚在卸荷影响下的不均匀沉降和水平位移,保证拱桥在周边有施工影响条件下的结构安全,大大提高拱桥的抗震性能和抵抗扰动的能力。实现了零废弃物施工,兼具了绿色低碳、高效节能的特点。

2、为解决上述技术问题,本发明所述的一种复杂卸荷环境下拱桥桩基整体性能提升技术与施工方法其特征在于,包括以下步骤:

3、先对桥墩承台进行加固,使加固拓宽后的承台具有更大的接地面积;在承台下方布设千斤顶,作为临时支撑;在承台下方旧桩基内侧进行开挖,浇筑混凝土层,布设锚杆,预留桩孔,利用既有桩基和新建承台提供的支反力进行静压桩植入;在拱顶正下方,开挖小型基坑,同样施作锚杆静压桩,最后通过水平桩将新建承台进行连接,使新桩与原有基础形成一个整体,实现桩基加固和沉降控制。其中,千斤顶的下部施作混凝土垫层提供支撑;千斤顶上部布设工字梁和垫板,使用千斤顶作为桥墩承台的临时支撑,同时扩宽的桥台有部分依旧与原有土体接触,这可以在承台下开挖工作平台时,提供足够的支撑。

4、进一步的,千斤顶的布设位置为横桥向沿着旧桩基外侧,在扩宽的承台之下,在承台的顺桥向两端,不布置千斤顶,留出部分空间进行承台下土方开挖。其中,承台下方土方开挖是为了浇筑新的承台,可以根据挠曲微分方程计算卸荷影响下桩基的挠度最大值发生位置,将新承台设置在此处,可以极大限度的减小因卸荷导致的桩基挠曲。新承台与旧桩搭接组合,可以为锚杆静压桩提供反力,同时起到连接新旧桩的目的,另外还可以与顺桥向的水平桩相连,进一步提升桩基础的承载力。

5、进一步的,拱顶正下方开挖小基坑,同样浇筑混凝土承台,作为此处新桩的承台,预留锚杆接头和压桩孔,施作静压桩。其中,在静压桩完成时,向两侧桥墩方向施作水平桩,使水平桩与桥墩下的新承台相连接,形成一个整体;水平桩施工完成后,同样可用开挖的表层土混合水泥回填拱顶下的小基坑。可根据桥下通行情况和净空决定水平桩的数量,如有需要,可以在地表浅层施作地基梁与旧承台相连,此时形成了新旧桩、新旧承台的双层连接加固。

6、千斤顶在承台下锚杆静压桩施工完成后可撤掉,布设千斤顶的位置回填混凝土;锚杆静压桩的工作空间也需要在施工完成后进行回填,回填材料可选择现场开挖的杂填土,搅碎后加入水泥等形成高强度混凝土。

7、其中,拱顶下的小基坑可作为工作空间通过油压千斤顶压入钢管桩作为水平桩。通过分节压入的方法,将钢管桩压入预设深度的土层中,压入完成后换填钢管中的土为混凝土。

8、新增静压桩和水平桩的桩型为圆形,在地表施作的连接承台的地基梁为矩形。新增静压桩中两两相邻的桩间距为2~5倍的桩径。

9、相对于现有技术,本发明的优点如下:本发明针对拱桥桩基及承台在复杂卸荷环境下遭受扰动的工程问题,提出了一种适用于现场的简单高效便捷的锚杆静压桩和水平桩组合施工方法。通过竖向锚杆静压桩的布设提升了旧桩基的竖向承载力,控制了承台的沉降变形,新建承台与旧桩基也保持固定连接,限制旧桩基的侧向移动;通过水平桩将竖向的新旧桩组合,形成了一体结构,大大提升了桥桩基础的水平承载力,提升了旧桩基的抗弯能力。在侧向卸荷的条件下,能更好地控制拱桥桩基础及承台的侧向变形,进而减小拱脚承台的水平位移和角変位。同时,竖向静压桩和水平桩结合形成了一个稳定的地下支撑,改变了原来的荷载传递模式和变形机理,提升了旧拱桥的整体性,这对抵抗施工扰动和地震破坏作用有极大的改善。将开挖土改良后回填实现了零废弃物施工。该工法具有微扰动、保护效果好、适应性强、快速便捷、安全稳定、绿色环保等优点,能解决拱桥旧桩承载力不足、受施工影响变形过大、拱桥结构整体性较差等各种问题。本申请不仅限于拱桥,同样适用于任何净空作业受限、基础变形控制严格的桩基桥梁。

技术特征:

1.一种复杂卸荷环境下拱桥桩基整体性能绿色提升施工方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的复杂卸荷环境下拱桥桩基整体性能绿色提升施工方法,其特征在于,步骤2中,千斤顶的下部施作混凝土垫层提供支撑;千斤顶上部依次设置工字钢和垫层,使用千斤顶作为桥墩承台的临时支撑,同时扩宽的桥台有部分依旧与原有土体接触。

3.根据权利要求1所述的复杂卸荷环境下拱桥桩基整体性能绿色提升施工方法,其特征在于,步骤3中,承台下方土方开挖是为了浇筑新的承台,根据挠曲微分方程计算卸荷影响下桩基的挠度最大值发生位置,将新承台设置在此处,极大限度的减小因卸荷导致的桩基挠曲,新承台与旧桩搭接组合,为锚杆静压桩提供反力,同时起到连接新旧桩的目的,基于m法的考虑摩擦效应的桩挠曲微分方程表达式如下:

4.根据权利要求1所述的复杂卸荷环境下拱桥桩基整体性能绿色提升施工方法,其特征在于,步骤4中,拱顶正下方开挖小基坑,同样浇筑混凝土承台,作为此处新桩的承台,预留锚杆接头和压桩孔,施作静压桩。

5.根据权利要求1所述的复杂卸荷环境下拱桥桩基整体性能绿色提升施工方法,其特征在于,步骤5中,在静压桩完成时,向两侧桥墩方向施作水平桩,使水平桩与桥墩下的新承台相连接,形成一个整体;水平桩施工完成后,同样可用开挖的表层土混合水泥回填拱顶下的小基坑。

6.根据权利要求1所述的复杂卸荷环境下拱桥桩基整体性能绿色提升施工方法,其特征在于,

7.根据权利要求1所述的复杂卸荷环境下拱桥桩基整体性能绿色提升施工方法,其特征在于,

8.根据权利要求1所述的复杂卸荷环境下拱桥桩基整体性能绿色提升施工方法,其特征在于,

技术总结本发明涉及一种复杂卸荷环境下拱桥桩基整体性能绿色提升施工方法,通过锚杆静压桩和水平桩组合施工的方式,对变形敏感拱桥进行了桩基加固。锚杆静压桩提升了桩基的竖向承载力,还可以控制拱脚的竖向沉降。水平桩组成的连杆可以大大提高桩基的水平向承载力,同时可以对卸荷环境影响下的拱脚水平位移进行限制,保证拱桥在卸荷环境下的安全性。另外,通过使用改良后的开挖土回填开挖区域,实现零废弃物施工。此方法是一种微扰动的新旧桩组合施工方法,适用于拱桥或其他对变形敏感的桥梁或建筑结构。在低净空、高扰动的复杂卸荷环境下,可以方便、快速、有效地提升桩基性能、控制基础变形,具有绿色环保、便捷、微扰动、低成本等优点。技术研发人员:闫鑫,李洪江,童立元受保护的技术使用者:东南大学技术研发日:技术公布日:2024/6/5

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