專利名稱：高速鐵路連續(xù)剛構(gòu)橋梁樁基托換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵路橋梁，特別涉及一種高速鐵路連續(xù)剛構(gòu)橋梁樁基托換方法。
背景技術(shù)：
由于連續(xù)剛構(gòu)橋梁屬于多次超靜定結(jié)構(gòu)，對基礎變形較敏感，基礎沉降對結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響較大，因此對連續(xù)剛構(gòu)橋梁進行樁基托換的關(guān)鍵問題就是控制橋梁基礎的變位。對高速鐵路橋梁進行樁基托換，特別是樁基托換施工期間要求不能中斷運營，既要保證施工期間鐵路橋梁和橋上鐵路運營的安全，還要保證托換完成后橋梁的整體水平、豎向剛度和變形、變位、自振頻率等滿足高速鐵路運行要求，確?？蛙嚦俗氖孢m度、列車運營安全性及軌道平順性。目前所見的一些樁基托換相關(guān)技術(shù)總結(jié)都是針對一般橋梁的樁基托換方法，基本是對橋梁進行加固或者扣軌后進行托換施工，而未針對托換工程系統(tǒng)的進行分解制定相應措施，導致托換效果不夠理想，托換施工過程中橋梁沉降變形超限，托換后橋梁的變形和剛度不滿足運營要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種高速鐵路連續(xù)剛構(gòu)橋梁樁基托換方法，該方法提供一種系統(tǒng)的分析和處理方案，能較好的處理對高速鐵路連續(xù)剛構(gòu)橋梁樁基托換期間的變形控制和托換施工干擾的矛盾，滿足托換施工期間的橋梁安全和托換完成后運營條件下列車的安全性和乘坐旅客的舒適性要求。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下本發(fā)明的高速鐵路連續(xù)剛構(gòu)橋梁樁基托換方法，包括如下步驟①橋梁卸載，通過橋面卸載和扣軌設施，對橋上鐵路進行扣軌卸載，使鐵路軌道荷載和列車動載完全與橋梁脫離；②根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)、孔跨布置和托換墩位情況，在橋梁梁部的跨中和根部以及墩身根部布置應力、應變點布設，同步建立起監(jiān)測-分析-線形調(diào)整系統(tǒng)；③加固基坑，托換工作基坑周圍施工布置止水帷幕，完成后對工作基坑內(nèi)土層進行注漿加固改良基坑內(nèi)土體物理特性，減少施工期間地下水位變化對橋梁結(jié)構(gòu)的影響；④托換結(jié)構(gòu)施工，在已加固的工作基坑內(nèi)對各托換樁周施作旋噴樁進行加固，同時采用鋼護筒防護后進行挖孔樁和托換梁施工，減少工作基坑內(nèi)施工和降水對橋梁變位的影響；⑤對托換樁和托換梁之間采用千斤頂對托換新樁進行主動頂升，利用橋梁結(jié)構(gòu)自重及周圍土體摩阻對托換樁施加預壓作用，減少托換結(jié)構(gòu)連接之后由于托換新樁及樁底土層變形引起的結(jié)構(gòu)變位次內(nèi)力對結(jié)構(gòu)的影響。本發(fā)明的有益效果是，在橋下操作空間限值的情況下，通過系統(tǒng)分析橋梁結(jié)構(gòu)特性，有效利用橋下空間進行全面系統(tǒng)的加固和控制措施，有效的提高了樁基托換施工的可靠性；通過對托換過程進行有效的監(jiān)測、控制和調(diào)整，可提高樁基托換可靠度30%以上，能有效保證鐵路橋梁和橋上鐵路運營的安全和托換后鐵路橋梁的運營安全性和舒適性。


本說明書包括如下五幅附圖圖1橋梁基礎加固結(jié)構(gòu)平面關(guān)系布置示意圖；圖2橋梁基礎加固結(jié)構(gòu)立面關(guān)系布置示意圖；圖3橋面卸載和扣軌設施橫橋向布置示意圖；。圖4橋面卸載和扣軌設施順橋向布置示意圖；圖5監(jiān)測-分析-線形調(diào)整系統(tǒng)工作原理示意圖。圖中示出構(gòu)件、部位名稱及所對應的標記止水帷幕11、基坑注漿12、旋噴樁13、 測點21、計算機動態(tài)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)22、線形調(diào)整設備23、臨時鋼支架基礎31、臨時鋼支架 32、D便梁扣軌33、托換樁41、托換梁42、鋼護筒防護51、人工挖孔樁52、千斤頂53。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。本發(fā)明的高速鐵路連續(xù)剛構(gòu)橋梁樁基托換方法，包括如下步驟①橋梁卸載，通過橋面卸載和扣軌設施，對橋上鐵路進行扣軌卸載，使鐵路軌道荷載和列車動載完全與橋梁脫離；②根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)、孔跨布置和托換墩位情況，在橋梁梁部的跨中和根部以及墩身根部布置應力、應變點布設，同步建立起監(jiān)測-分析-線形調(diào)整系統(tǒng)；③加固基坑，托換工作基坑周圍施工布置止水帷幕11，完成后對工作基坑內(nèi)土層進行注漿加固改良基坑內(nèi)土體物理特性，減少施工期間地下水位變化對橋梁結(jié)構(gòu)的影響。 施工期間同步啟動監(jiān)測-分析-線形調(diào)整系統(tǒng)，控制被托墩相對本聯(lián)橋其他墩位的豎向不均勻高差不大于3mm，且沉降速率< 0. 2mm/d，保證橋梁線形在規(guī)范容許范圍之內(nèi)；④托換結(jié)構(gòu)施工，在已加固的工作基坑內(nèi)對各托換樁41周施作旋噴樁13進行加固，同時采用鋼護筒防護后進行挖孔樁和托換梁42施工，減少工作基坑內(nèi)施工和降水對橋梁變位的影響。施工期間同步啟動監(jiān)測-分析-線形調(diào)整系統(tǒng)，控制被托墩相對本聯(lián)橋其他墩位的豎向不均勻高差不大于3mm，且沉降速率< 0. 2mm/d，保證橋梁線形在規(guī)范容許范圍之內(nèi)；⑤對托換樁41和托換梁42之間采用千斤頂53對托換新樁進行主動頂升，利用橋梁結(jié)構(gòu)自重及周圍土體摩阻對托換樁41施加預壓作用，減少托換結(jié)構(gòu)連接之后由于托換新樁及樁底土層變形引起的結(jié)構(gòu)變位次內(nèi)力對結(jié)構(gòu)的影響。預頂過程中控制頂升墩位相對本聯(lián)橋其他墩位的豎向不均勻高差不大于2mm，且沉降速率< 0. 2mm/d，且頂升力不得大于橋梁恒載工況下墩位反力1. 1倍。托換施工過程中，根據(jù)橋梁整體分析的控制指標及相應制定的監(jiān)測控制處理聯(lián)動要求及應急處理預案設計，根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測的橋梁變形及應力變化數(shù)據(jù)，通過仿真分析剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)變形和應力關(guān)系，對各墩發(fā)生的沉降、偏角等組合進行計算比較，分析、總結(jié)出成果， 將剛構(gòu)橋變形值設定為不同預警等級，各種控制處理方案與不同的監(jiān)測預警值通過計算機程序形成應急處理預案，相應對橋梁采取不同的調(diào)整措施，保證整個托換過程中剛構(gòu)橋梁及橋上線路運營的安全(其工作原理和過程詳見附圖5)。實施例本發(fā)明專利的高速鐵路連續(xù)剛構(gòu)橋梁樁基托換方法應用在深圳地鐵3號線紅嶺站至老街站區(qū)間隧道下穿廣深鐵路橋梁樁基托換工程。參照圖1圖2和，橋梁基礎加固結(jié)構(gòu)包括工作基坑周圍布置的基坑帷幕11、工作基坑內(nèi)土層基坑注漿12、托換樁41周施作旋噴樁13進行加固?，F(xiàn)場梁體跨中和根部布置的應力、應變和變形測點21、計算機動態(tài)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)22、通過臨時鋼支架設置的橋梁梁體線形調(diào)整設備23組成監(jiān)測-分析-線形調(diào)整系統(tǒng)。參照圖3和圖4，鋼管樁臨時鋼支架基礎31、型鋼臨時鋼支架32、D便梁扣軌33組成橋面卸載和扣軌設施。托換樁41、托換梁42 組成托換結(jié)構(gòu)，鋼護筒防護51、人工挖孔樁52、千斤頂53形成托換方式。深圳地鐵3號線下穿廣深鐵路橋是連接廣州、深圳的準高速鐵路橋梁，根據(jù)竣工資料顯示，須托換新建廣深四線一座跨度為10. 68+2X12. 58+10. 68m的小跨度連續(xù)剛構(gòu)鐵路橋梁主墩，地鐵在該處區(qū)間隧道為盾構(gòu)施工的上下重疊隧道，上下隧道凈距最小為 1. 60m。根據(jù)廣深鐵路橋的梁部、基礎結(jié)構(gòu)型式及橋下施工操作空間，托換方案采用人工挖孔樁，梁式托換橋墩的托換結(jié)構(gòu)型式，托換梁設于既有橋承臺下方通過植筋與既有橋梁形成有效連接。施工期間采用臨時鋼支架支承需要托換的橋墩對應的梁部，然后用D型便梁對橋上線路實施扣軌防護，目前國內(nèi)對于連續(xù)剛構(gòu)的樁基托換工程并無先例，因此設計和施工都無成熟的經(jīng)驗借鑒，這給設計和施工帶來了很大難度。本工程主要有以下特點1)廣深鐵路為深圳市通往廣州、香港的交通大動脈，運輸十分繁忙，樁換工程施工必須萬無一失，確保鐵路運輸?shù)臅惩?，因此本托換是在動活載作用下的托換。2)需根據(jù)被托換建筑物的結(jié)構(gòu)類型、對變形控制的要求以及托換荷載大小等因素，仔細研究托換方案、施工步驟、采取的措施等，以確保荷載的有效轉(zhuǎn)移和建筑物的安全。3)確定托換荷載的制約因素多。樁基托換受力轉(zhuǎn)換體系復雜，需要根據(jù)不同階段、 不同荷載的作用，分階段確定托換荷載。針對托換樁在托換施工、隧道施工期間的受力變形影響，分析建筑物可能的最大最小受力情況，以選擇樁基托換各階段的控制荷載。4)托換大梁與樁節(jié)點抗滑移的技術(shù)措施是實現(xiàn)荷載轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵，必須根據(jù)原建筑樁的型式、托換荷載大小等因素采取相應的措施，使托換大梁與樁節(jié)點的先后期砼形成整體，以彌補粘結(jié)能力的削弱。5)。樁基托換段地質(zhì)條件相當差，地層軟弱不均，且含有6 Ilm的飽水砂層。因此，必須注意未托換前施工降水對被托換橋梁樁基的影響，避免因降水產(chǎn)生地層的附加沉降對橋墩的破壞。6)區(qū)間隧道施工必然對托換新樁周邊土體引起擾動，增大托換新樁的側(cè)向位移， 造成周邊摩阻力減小。因此，托換結(jié)構(gòu)的設計必須考慮隧道施工的影響，同時對隧道的設計和施工提出要求。7)托換段橋梁為四跨連續(xù)梁和連續(xù)剛構(gòu)，對沉降控制嚴格，墩臺均勻沉降量和相鄰墩臺均勻沉降量之差應滿足規(guī)定，臨時鋼支架的設計必須滿足對梁的支承，特別是連續(xù)剛構(gòu)，對沉降非常敏感，梁體不能用千斤頂在墩頂調(diào)整沉降，對連續(xù)剛構(gòu)的既有線的防護， 是本工程的重點和難點。8)由于本區(qū)間采用盾構(gòu)法施工，為避免托換后的舊樁對盾構(gòu)掘進的影響，托換后的樁的破除也是本工程的難點。
由于連續(xù)剛構(gòu)橋梁對基礎沉降及變位非常敏感，且梁體不能用千斤頂在墩頂進行調(diào)整，必須采取有效措施控制施工基坑內(nèi)水位變化，防止地下水位變化引起連續(xù)剛構(gòu)沉降增大，從而造成剛構(gòu)橋梁結(jié)構(gòu)破壞，本樁基托換工程主要采用以下步驟1)在托換基坑周邊施做鉆孔灌注樁和Φ600旋噴樁做為止水帷幕，隔斷基坑內(nèi)與外界地下水的連通，同時在設計托換樁周設置Φ600旋噴樁加固，防止基坑內(nèi)挖孔樁施工時出現(xiàn)涌水涌砂，保證基坑安全。2)在施工旋噴止水帷幕的同時施工臨時支架的鋼管樁，并搭設臨時支架，在支架上設置D便梁對橋上線路進行扣軌，將線路活載從橋梁卸載到支架上。3)進行基坑的開挖工作，做好基坑護壁的防護。4)施工Φ 2.0m人工挖孔托換樁。5)基坑開挖后，進行托換梁的施工。當托換梁的混凝土達到強度要求后，張拉預應力鋼筋。6)在樁頂和托換梁間逐步施加千斤頂對托換樁實施預壓，鎖定千斤頂，在新樁和托換梁之間設置鋼支墊，并把托換梁和新樁有效連接形成整體，完成基礎轉(zhuǎn)換。7)為保證地鐵區(qū)間盾構(gòu)施工的安全，拔出地鐵區(qū)間隧道范圍的臨時鋼支架鋼管樁基礎。托換施工過程中，控制被托墩相對本聯(lián)橋其他墩位的豎向不均勻高差不大于3mm， 且沉降速率≤ 0. 2mm/d，保證橋梁線形在規(guī)范容許范圍之內(nèi)，預頂過程中控制頂升墩位相對本聯(lián)橋其他墩位的豎向不均勻高差不大于2mm，且沉降速率≤0. 2mm/d，且頂升力不得大于橋梁恒載工況下墩位反力1. 1倍。深圳地鐵3號線紅嶺站 老街站區(qū)間盾構(gòu)施工前、后，經(jīng)第三方監(jiān)測單位現(xiàn)場檢查及監(jiān)測和對比分析，橋梁結(jié)構(gòu)變形滿足規(guī)范要求。
權(quán)利要求
1.高速鐵路連續(xù)剛構(gòu)橋梁樁基托換方法，包括如下步驟①橋梁卸載，通過橋面卸載和扣軌設施，對橋上鐵路進行扣軌卸載，使鐵路軌道荷載和列車動載完全與橋梁脫離；②根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)、孔跨布置和托換墩位情況，在橋梁梁部的跨中和根部以及墩身根部布置應力、應變點布設，同步建立起監(jiān)測-分析-線形調(diào)整系統(tǒng)；③加固基坑，托換工作基坑周圍施工布置止水帷幕(11)，完成后對工作基坑內(nèi)土層進行注漿加固改良基坑內(nèi)土體物理特性，減少施工期間地下水位變化對橋梁結(jié)構(gòu)的影響；④托換結(jié)構(gòu)施工，在已加固的工作基坑內(nèi)對各托換樁Gl)周施作旋噴樁(13)進行加固，同時采用鋼護筒防護后進行挖孔樁和托換梁G2)施工，減少工作基坑內(nèi)施工和降水對橋梁變位的影響；⑤對托換樁Gl)和托換梁0 之間采用千斤頂(5 對托換新樁進行主動頂升，利用橋梁結(jié)構(gòu)自重及周圍土體摩阻對托換樁Gl)施加預壓作用，減少托換結(jié)構(gòu)連接之后由于托換新樁及樁底土層變形引起的結(jié)構(gòu)變位次內(nèi)力對結(jié)構(gòu)的影響。
2.如權(quán)利要求1所述的高速鐵路連續(xù)剛構(gòu)橋梁樁基托換方法，其特征是所述步驟③ 加固基坑和所述步驟④托換結(jié)構(gòu)施工，施工期間同步啟動監(jiān)測-分析-線形調(diào)整系統(tǒng)，控制被托墩相對本聯(lián)橋其他墩位的豎向不均勻高差不大于3mm，且沉降速率< 0. 2mm/d，保證橋梁線形在規(guī)范容許范圍之內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的高速鐵路連續(xù)剛構(gòu)橋梁樁基托換方法，其特征是所述步驟⑤ 預頂過程中控制頂升墩位相對本聯(lián)橋其他墩位的豎向不均勻高差不大于2mm，且沉降速率 ^ 0. 2mm/d，且頂升力不得大于橋梁恒載工況下墩位反力1. 1倍。
全文摘要
高速鐵路連續(xù)剛構(gòu)橋梁樁基托換方法，能較好的處理對高速鐵路連續(xù)剛構(gòu)橋梁樁基托換期間的變形控制和托換施工干擾的矛盾，滿足托換施工期間的橋梁安全和托換完成后運營條件下列車的安全性和乘坐旅客的舒適性要求。該方法包括如下步驟①橋梁卸載；②根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)、孔跨布置和托換墩位情況，在橋梁梁部的跨中和根部以及墩身根部布置應力、應變點布設，同步建立起監(jiān)測-分析-線形調(diào)整系統(tǒng)；③加固基坑；④托換結(jié)構(gòu)施工；⑤對托換樁和托換梁之間采用千斤頂對托換新樁進行主動頂升，利用橋梁結(jié)構(gòu)自重及周圍土體摩阻對托換樁施加預壓作用，減少托換結(jié)構(gòu)連接之后由于托換新樁及樁底土層變形引起的結(jié)構(gòu)變位次內(nèi)力對結(jié)構(gòu)的影響。
文檔編號E01D22/00GK102277885SQ20111012107
公開日2011年12月14日 申請日期2011年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月11日
發(fā)明者任偉, 周運斌, 徐劍旋, 毛學鋒, 胡京濤, 許志艷, 陳建峰, 魯雪冬 申請人:中鐵二院工程集團有限責任公司