大跨度双向预应力箱型托换梁的组合顶升托换结构的制作方法

本实用新型涉及轨道交通桥梁的技术领域，尤其涉及一种适用于大跨度托换梁及对变形要求严格结构的轨道交通桥梁桩基托换的大跨度双向预应力箱型托换梁的组合顶升托换结构。

背景技术：

桩基托换技术作为托换技术的重要分支，主要分为主动托换与被动托换两种形式。其中被动托换一般用于变形控制要求不严格的托换结构，被动托换在施工过程中被托换结构的变形不能进行调节，被托换结构的沉降取决于托换梁的变形能力和托换桩的沉降控制，属于被动适应。而对于变形控制严格的托换结构，一般采用主动托换，主动托换是指通过主动方式的变形调节来满足被托换结构的变形要求，一般采用在托换新桩和托换梁之间布置千斤顶加载设备，通过其逐级加载完成预顶升过程，避免既有结构发生过大的沉降。主动托换的变形控制具有一定程度的主动性，但当桩梁固结后，其主动性则消失。

对于城市轨道交通运营线桥梁的桩基托换工程，单纯的主动托换仍难以满足要求，主要表现在：

4.2.1.变形控制要求严格。由于轨道交通桥梁其上作用的轨道对变形要求高于一般结构，因此轨道交通运营线桥梁的变形控制高于一般桥梁。

4.2.2.施工时间控制严格。由于其运营时间长，空窗期短的特性，轨道交通运营线桥梁对于桩基托换的施工时间控制严格，通常需要限速或停运等运营措施来完成托换工程。

4.2.3.托换结构跨度较大。由于轨道交通桥梁服务于城市的特性，一般沿线为城市重要交通要道或城市密集区，其对于桩基托换的托换布置及施工空间通常受市政交通或管线限制，一般托换结构跨度较大。

鉴于城市轨道交通桥梁的以上特点，通常难以对其实施桩基托换，以北京为例，截止至2019年，各条运营线桥梁均未实施过桩基托换，当新建地下构筑物与其基础位置冲突时，通常采取更改路由、缩小断面尺寸等避让措施，降低了新建项目的功能性和经济性。

为此，本实用新型的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种大跨度双向预应力箱型托换梁的组合顶升托换结构，以克服上述缺陷。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种大跨度双向预应力箱型托换梁的组合顶升托换结构，能有效提高托换结构的跨度、宽度限制，还可提高穿越工程的适应范围、变形控制能力和穿越施工的安全性，扩大托换结构的应用范围，提高穿越工程对被穿越结构的变形控制能力。

为实现上述目的，本实用新型公开了一种大跨度双向预应力箱型托换梁的组合顶升托换结构，包括上层顶升系统、被托换结构承台、被托换结构桩基、双向预应力混凝土箱型托换梁结构、下层顶升系统和被托换梁结构，其特征在于：

所述上层顶升系统设于被托换梁的下方，其包含上层顶升千斤顶组、上层顶升系统支撑面结构、上层顶升系统支撑柱结构、上层顶升系统连接锚栓和上层顶升基础结构，所述上层顶升千斤顶组设于被托换梁和上层顶升系统支撑面结构之间，所述上层顶升系统支撑面结构采用钢结构梁的形式，其下布置上层顶升系统支撑柱结构，所述上层顶升系统支撑柱结构的柱顶与上层顶升系统支撑面结构连接，其柱底通过上层顶升系统连接锚栓、上层顶升基础结构与被托换承台连接。

其中：所述双向预应力混凝土箱型托换梁结构采用双向预应力结构体系，其设有纵向预应力系统和横向预应力系统，其截面采用箱型截面。

其中：所述纵向预应力系统和横向预应力系统采用预应力钢绞线或预应力粗钢筋，所述纵向预应力系统均匀布置于双向预应力混凝土箱型托换梁结构的腹板中，横向预应力系统沿横向布置在被托换结构承台的两侧及底部。

其中：双向预应力混凝土箱型托换梁结构通过企口、界面胶、后植筋共同作用的方式与被托换结构相连接。

其中：所述上层顶升系统连接锚栓通过后植筋的方式植入被托换承台。

其中：所述上层顶升系统由若干个千斤顶同步作用。

其中：所述被托换结构承台通过企口、界面胶或与双向预应力混凝土箱型托换梁结构相连接。

其中：所述下层顶升系统包括托换桩结构、下层双向液压千斤顶组、机械式安全自锁千斤顶组和水平限位装置，所述下层双向液压千斤顶、机械式安全自锁千斤顶位于托换桩基和双向预应力混凝土箱型托换梁结构之间，双向液压千斤顶组用于调整双向预应力混凝土箱型托换梁结构的竖向位移，机械式安全自锁千斤顶组对双向液压千斤顶组工作过程起安全保护作用。

其中：每根托换桩结构的桩顶中心位置对应设置一套水平限位装置，水平限位装置采用上下套筒的形势，上部套筒预埋于双向预应力混凝土箱型托换梁结构梁底且小于下部套筒，下部套筒预埋于托换桩结构中心位置从而上下套筒上下重叠嵌套但互相留有间隙以释放预应力、收缩徐变效应引起的双向预应力混凝土箱型托换梁结构的水平向变形。

其中：托换桩结构设有托换桩桩帽，所述托换桩桩帽与双向预应力混凝土箱型托换梁结构之间设置后浇带和水平限位装置，所述托换桩桩帽向上预留钢筋并伸至后浇带内，双向预应力混凝土箱型托换梁结构向下预留钢筋并伸至后浇带内。

通过上述内容可知，本实用新型的大跨度双向预应力箱型托换梁的组合顶升托换结构具有如下效果：

1、上层顶升系统可存续与整个施工过程，待整个穿越工程结束并变形稳定后拆除。上层顶升系统即可作为基坑开挖时，下层顶升系统未建立前的变形控制系统，又可作为桩梁固结后，下层顶升系统失效后，结构后期徐变、施工扰动等产生变形的有效调节。

2、上层顶升系统的主动性存在，下层顶升系统可较传统主动托换较早的采取固结措施，即在下部穿越工程开始之前固结，使托换结构较早的形成超静定体系，大幅度降低了施工风险。

3、提高了托换结构的跨度、宽度限制，提高了穿越工程的适应范围、变形控制能力和穿越施工的安全性。通过中间挖空的箱型截面托换梁有效降低了托换梁自重，减少了托换结构变形；通过双向预应力系统，增大了托换结构跨径和宽度，扩大了托换结构的应用范围；通过组合顶升系统相互协调配合，提高了穿越工程对被穿越结构的变形控制能力。

4、通过提前固结下层顶升系统，较传统主动托换降低了下部穿越工程施工过程中的穿越风险。依靠本实用新型的大跨度双向预应力箱型截面组合顶升体系的主动桩基托换，能够满足变形控制严格的城市轨道系统，并可以在整个穿越过程不限速、不停运，因此大幅度降低了穿越施工对既有轨道交通线行车的影响，提高了穿越轨道交通工程的可实施性。

本实用新型的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图进行论述，显然，在结合附图进行描述的技术方案仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。

图1显示了本实用新型的大跨度双向预应力箱型托换梁的组合顶升托换结构的其中一实施例的示意图。

图2显示了本实用新型一个实施例中双向预应力箱型托换梁预应力钢筋布置图。

图3显示了本实用新型一个实施例中下层顶升体系的立面布置图。

图4显示了本实用新型一个实施例中下层顶升体系的平面布置图。

图5显示了本实用新型一个实施例中上层顶升体系的布置图。

图6显示了本实用新型一个实施例中托换结构与穿越结构的关系示意图。

具体实施方式

参见图1至图6，显示了本实用新型的大跨度双向预应力箱型托换梁的组合顶升托换结构。

所述大跨度双向预应力箱型托换梁的组合顶升托换结构可包括上层顶升系统1、被托换结构承台5、被托换结构桩基6、双向预应力混凝土箱型托换梁结构7、下层顶升系统8和被托换梁结构10，其中，所述双向预应力混凝土箱型托换梁结构7采用双向预应力结构体系，其设有纵向预应力系统12和横向预应力系统13，其截面采用箱型截面，适用于较大跨度的托换结构。

其中，所述纵向预应力系统12和横向预应力系统13可采用预应力钢绞线，也可以采用预应力粗钢筋形式，所述纵向预应力系统12的布置可根据受力情况均匀布置于双向预应力混凝土箱型托换梁结构7的腹板中，主要控制双向预应力混凝土箱型托换梁结构7纵向抗裂性，保证其在主力、主+附荷载组合下纵桥向不开裂。横向预应力系统13沿横向布置在被托换结构承台5的两侧及底部，其作用除提高双向预应力混凝土箱型托换梁结构7的横向抗裂性外，主要起提高被托换结构承台5与双向预应力混凝土箱型托换梁结构7连接界面的摩擦力，增强托换结构连接面的安全性。

所述上层顶升系统1和下层顶升系统8组合调整被托换梁结构10的位移，所述上层顶升系统1可以调节被托换梁结构10的竖向位移。

所述上层顶升系统1设于被托换梁10的下方，其包含上层顶升千斤顶组、上层顶升系统支撑面结构2、上层顶升系统支撑柱结构3、上层顶升系统连接锚栓4和上层顶升基础结构11，所述上层顶升千斤顶组设于被托换梁10和上层顶升系统支撑面结构2之间，所述上层顶升系统支撑面结构2采用钢结构梁的形式，根据需要可采用箱型、工字型断面，其上布置上层顶升系统的千斤顶组，其下布置上层顶升系统支撑柱结构3，所述上层顶升系统支撑柱结构3的柱顶通过锚栓或焊接形式与上层顶升系统支撑面结构2连接，其柱底通过上层顶升系统连接锚栓4、上层顶升基础结构11与被托换承台5连接，所述上层顶升系统连接锚栓4通过后植筋的方式植入被托换承台5。上层顶升系统1在托换桩基9与双向预应力混凝土箱型托换梁结构7固结前，起到对下层顶升系统8的安全辅助作用，在托换桩基9与双向预应力混凝土箱型托换梁结构7固结后，起调节被托换梁结构10位移的作用。上层顶升系统1需待穿越结构15施工完成且被托换梁结构10的变形稳定后方可拆除。

所述上层顶升系统1由若干个上层千斤顶共同作用，所述若干个上层千斤顶的吨位与布置形式可根据被托换梁结构10而确定。

所述上层顶升系统支撑柱结构3的下端通过上层顶升系统连接锚栓4的后植锚栓和后浇混凝土连接结构11锚固于被托换结构承台5上，所述后植筋锚栓4通过后锚固技术锚固于被托换承台5上方，其数量与直径根据被托换梁结构10而确定。

所述被托换结构承台5通过企口、界面胶、后植筋等连接形式与双向预应力混凝土箱型托换梁结构7相连接。

所述下层顶升系统8包括托换桩结构9、下层双向液压千斤顶组、机械式安全自锁千斤顶组和水平限位装置20，所述下层顶升系统8可以调节被托换梁结构10、双向预应力混凝土箱型托换梁结构7的竖向位移，通过水平限位装置20限制被托换梁结构10的水平位移，所述下层双向液压千斤顶设置数量根据顶升力确定，其安全系数不应小于2，其位于托换桩基9和双向预应力混凝土箱型托换梁结构7之间，双向液压千斤顶组用于调整双向预应力混凝土箱型托换梁结构7的竖向位移，机械式安全自锁式千斤顶组对双向液压千斤顶组工作过程起安全保护作用，双向液压千斤顶组调整量采用力和位移双控的原则，采用分级加载分布调整的方式，每级加载量保证被托换梁10的竖向位移变化不超过0.2mm，横向位移差不超过0.1mm。每级调整完成后，锁定双向液压千斤顶组，手动跟进机械式安全自锁式千斤顶组并锁定，待变形稳定后方可进行下一级加载调整。

每根托换桩结构9的桩顶中心位置对应设置一套水平限位装置20。水平限位装置20采用上下套筒的形式，上部套筒预埋于双向预应力混凝土箱型托换梁结构7梁底，略小于下部套筒，下部套筒预埋于托换桩结构9中心位置。水平限位装置20的上下套筒上下重叠嵌套，但互相留有间隙。其间隙功能主要为释放预应力、收缩徐变效应引起的双向预应力混凝土箱型托换梁结构7的水平向变形，避免引起较大的次内力。

双向预应力混凝土箱型托换梁结构7通过后植筋18的方式与被托换结构14相连接。

托换桩结构9设有多个托换桩桩帽16，所述托换桩桩帽16与双向预应力混凝土箱型托换梁结构7之间设置后浇带17和水平限位装置20，所述托换桩桩帽16向上预留钢筋并伸至后浇带17内，双向预应力混凝土箱型托换梁结构7向下预留钢筋并伸至后浇带17内。托换桩结构9、托换桩桩帽16预留钢筋与双向预应力混凝土箱型托换梁结构7预留钢筋在下层顶升系统固结操作之前应有效连接，顶升就位固结前，水平限位装置20的上下套筒通过双向预应力混凝土箱型托换梁结构7预留孔后浇筑混凝土，托换桩结构9与双向预应力混凝土箱型托换梁结构7固结之后再进行穿越结构15的施工。

本实用新型在进行托换时可包含如下步骤：

步骤一：施工上层顶升系统，其中包含施工上层顶升千斤顶组、上层顶升系统支撑面结构2、上层顶升系统支撑柱结构3、上层顶升系统连接锚栓4和上层顶升基础结构11。施工需先在被托换结构承台5后植层顶升系统连接锚栓4，在被托换结构承台5顶组装上层顶升系统支撑柱结构3，吊装上层顶升系统支撑面结构2用螺栓与层顶升系统支撑柱结构3连接，上层顶升系统各千斤顶布置于上层顶升系统支撑面结构2上，通过调节上层千斤顶组高度，与被托换梁10密贴。

步骤二：施工托换桩结构9。托换桩结构9需预留与双向预应力混凝土箱型托换梁结构7的连接钢筋。施工托换桩结构9产生的被托换梁10位移可通过上层顶升系统1调节。

步骤三：施工托换基坑。施工基坑产生的结构变形可通过上层顶升系统1调节。

步骤四：施工托换桩桩帽16。托换桩桩帽16顶面上布置下层顶升系统8，包括托换桩结构9、双向液压千斤顶组、机械式安全自锁千斤顶组和水平限位装置20。水平限位装置20的下套筒预埋于托换桩桩帽16中心，双向液压千斤顶、机械式安全自锁千斤顶均匀布置于桩顶对应位置。托换桩桩帽16沿四周边缘预留与双向预应力混凝土箱型托换梁结构7的连接钢筋。

步骤五：浇筑双向预应力混凝土箱型托换梁结构7。双向预应力混凝土箱型托换梁结构7底部预留与施工托换桩桩帽16、托换桩结构9连接钢筋，对应托换桩结构9中心处预埋水平限位装置20的上套筒，施工双向预应力混凝土箱型托换梁结构7产生的被托换梁10位移可通过上层顶升系统1调节。

步骤六：张拉双向预应力混凝土箱型托换梁结构7的横向预应力系统13、纵向双向预应力系统12，张拉采用分批、对称张拉的顺序，并实时监测被托换梁10的位移情况。张拉产生的被托换梁10的位移可通过上层顶升系统1、下层顶升系统8共同调节。

步骤七：顶升体系转换。加载需选择在地铁运营的夜间空窗期进行，采用分级加载的方式，每级加载量保证被托换梁(10)竖向位移变化不超过0.2mm，横向位移差不超过0.1mm。每级调整完成后，锁定双向液压千斤顶组，手动跟进机械式安全自锁千斤顶组与双向预应力混凝土箱型托换梁结构7密贴后锁定，双向预应力混凝土箱型托换梁结构7变形稳定后方可进行下一级加载调整。逐级加载，直至加载至顶升转换荷载，锁定下层顶升系统8的双向液压千斤顶组，并手动跟进机械式安全自锁式千斤顶组与双向预应力混凝土箱型托换梁结构7密贴。

步骤八：截除被托换结构桩基6。截桩需选择在地铁运营的夜间空窗期进行，逐根截除被托换结构桩基6，截除期间需保证被托换结构桩基6主筋逐根断裂，截除过程需实时监测被托换梁10位移量和双向预应力混凝土箱型托换梁结构7的变形值，待变形稳定后才可进行被托换结构桩基6下一根桩基的截除。被托换梁10的位移量可通过下层顶升系统8与上层顶升系统1共同作用调节。

步骤九：双向预应力混凝土箱型托换梁结构7与托换桩结构9固结。锁定下层顶升系统8中的双向液压千斤顶组，撤出机械式安全自锁千斤顶组，连接双向预应力混凝土箱型托换梁结构7、托换桩结构9预留钢筋，浇筑水平限位装置20、浇筑托换桩桩帽16后浇带混凝土，固结双向预应力混凝土箱型托换梁结构7与托换桩结构9。期间结构变形通过上层顶升系统1调节。

步骤十：施工穿越结构15。期间被托换梁10的位移量通过上层顶升系统1调节。

步骤十一：拆除上层顶升系统1。待全部施工结束，且被托换梁10的位移量、双向预应力混凝土箱型托换梁结构7结构变形稳定后，拆除上层顶升系统1。

本实用新型提供的大跨度双向预应力箱型截面托换梁的组合顶升主动托换结构，其较传统的主动托换结构其优点在于：

1、传统的主动桩基托换，其托换结构一般采用钢筋混凝土结构，其跨越能力受限。而本实用新型提供的双向预应力箱型截面托换梁通过设置纵向预应力有效提高了托换结构的跨越能力，扩大了托换结构的使用范围。更加适用于城市轨道交通等地形地物复杂地区的托换工程。

2、传统的主动桩基托换，其托换梁在正常工作状况下存在裂缝。本实用新型提供的双向预应力箱型截面托换梁通过设置双向预应力，有效控制了托换结构裂缝，增加了托换结构的耐久性。通过设置横向预应力增加了托换结构与被托换结构的咬合面摩擦力，增强了托换结构的安全性。

3、传统的主动桩基托换，一般缺少施工水平向位移控制。本实用新型提供的双向预应力混凝土箱型截面托换梁通过连接托换桩，形成托换桩帽，增强了托换桩的整体性同时，增加了水平限位上下套筒，有效限制了托换顶升期间的托换结构水平向位移，增强了施工安全性。

4、传统的主动桩基托换，其变形控制的主动性仅存续与托换梁实施完毕后，顶升转换期间，桩顶固结后其主动性亦消失。即其在托换桩基施工、托换梁施工、桩梁固结后的各施工阶段、下部穿越结构施工过程等阶段均不具备主动性。本实用新型提供的双向预应力箱型截面托换梁组合顶升托换体系在施工各阶段均具备主动性。

5、传统的主动桩基托换，由于其主动调节装置作用于托换梁下方，千斤顶吨位大，调节难度高，调节精度差。本实用新型提供的双向预应力箱型截面托换梁组合顶升体系的主动托换结构，其上部顶升系统直接作用于被托换梁结构，顶升吨位小，调节精度高。

6、传统的主动桩基托换，下部穿越结构施工时，托换体系属于简支体系，施工风险性高。而本实用新型提供的双向预应力箱型截面托换梁组合顶升体系的主动托换办法，在下部穿越结构施工前，桩梁固结，形成超静定体系，提高了托换结构抗变形、抗扰动能力，降低了穿越结构的施工风险及施工影响。

7、传统的主动桩基托换，由于其变形控制的有限性。穿越施工过程通常要求被穿越轨道交通线路采取限速、停运等措施。本实用新型提供的大跨度双向预应力箱型组合顶升体系的主动托换结构，由于其变形控制的有效性及长期性，整个穿越施工过程不限速、不停运，有效提高了轨道交通穿越工程的可实施性。

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本实用新型的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本实用新型不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本实用新型的教导的特定例子，本实用新型的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

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