一种桥墩基础托换结构及施工方法与流程

2021-01-18 15:01:48|

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本申请涉及城市基础工程建设的技术领域，尤其是涉及一种桥墩基础托换结构及施工方法。

背景技术：

目前，随着我国经济的不断发展，城市基础工程建设过程中，当既有建筑物如桥梁的桥墩柱基础进入新规划的下穿结构物所用空间时，如果重新设计路线改道施工或新建桥梁，大范围的施工无疑会对桥梁周边环境造成破坏，且浪费材料能源，且需要用新的托换结构取代原桥墩基础，从而为新规划的下穿结构物腾出足够的施工空间。因此，相关技术中会用到桥墩基础托换方法。

相关技术中桥墩托换结构主要由桩梁托换，原理是将已有桥梁载荷通过原桥墩基础和新建托换梁结构传递至新建的托换桩体上，而后再进行桥梁下方的隧道施工。

针对上述中的相关技术，发明人认为存在有托换结构不稳定，承载性能差和对周边环境影响较大的缺陷。

技术实现要素：

为了提高桥墩基础托换结构的稳定性、改善托换结构的承载性能和使整个施工过程更节能环保，本申请提供一种桥墩基础托换结构及施工方法。

第一方面，本申请提供的一种桥墩基础托换结构采用如下的技术方案：

一种桥墩基础托换结构，包括设在预先挖设好的基坑侧面的基坑支护主体、对称设在基坑内位于原桥墩基础两侧的托换桩、与原桥墩基础固定连接的托换梁、设在托换桩顶端用于支撑所述托换梁的支撑件和设在基坑内且与托换梁的底面固定连接的通道支护主体；

所述基坑支护主体在托换施工完成后用挖设基坑时产生的土和建筑废物填充在基坑中并夯实最终与基坑支护主体固结成回填层；

所述通道支护主体与原桥墩基础之间的距离小于托换桩与原桥墩基础之间的距离，且原桥墩基础的底部结构位于通道支护主体中间的位置。

通过采用上述技术方案，托换桩作为主要支撑结构，通道支护主体能使原桥墩基础正下方的通道挖设时通道与托换桩之间的土层更稳固，托换结构的稳定性更好。另外，通道支护主体还能为托换梁提供支撑力，进而使整个桥墩基础托换结构的承载性能更好。且回填的建筑废物如原桥墩基础被截断的混凝土材料以及挖设基坑和钻孔产生的土，避免对施工场地周边的环境造成影响和节省建筑原材料，使本申请的施工过程更节能环保。

可选的，所述托换桩包括埋设在基坑内土层中的桩柱和设在桩柱顶部的桩帽；

所述桩帽的直径大于桩柱的直径；

所述支撑件设置在桩帽的顶部。

通过采用上述技术方案，托换桩的桩体埋设在基坑内的土层中作为支撑主体结构，桩帽位于桩体的顶端，能起到保护桩体顶端的作用，另外，桩帽的直径大于桩柱的直径，能使托换过程中进行顶升作业时千斤顶受力更稳定，减小托换梁受到的损坏，进而能使整个桥墩基础托换结构更耐用。

可选的，所述桩帽的顶部开设有用于放置支撑件的凹槽。

通过采用上述技术方案，凹槽用于放置支撑件，同样的，凹槽也能用于放置千斤顶进行顶升作业，并且支撑件的底端卡在凹槽中能更牢固，使支撑件将托换梁和托换桩的桩帽稳定的连在一起，使本申请的承载能力更强。

可选的，所述托换桩的顶面上和托换梁的底面上均设有多个预埋钢板。

通过采用上述技术方案，预埋钢板的设置能供千斤顶顶升时千斤顶的上下两端抵在预埋钢板上，对托换梁和托换桩起到保护作用。另外，在将托换桩和托换梁之间通过支撑件连接起来时，预埋钢板可提供焊接钢筋和锚固钢筋所需的位置，以使托换桩和托换梁之间的连接结构更牢固，承载性能更好。

可选的，所述托换梁为预应力混凝土梁，所述托换梁内分布有20至25束预应力钢绞线。

通过采用上述技术方案，预应力混凝土梁能弥补混凝土过早出现裂缝的现象，在构件被加载荷以前，预先给混凝土一个预压力，即在混凝土的受拉区内，用人工加力的方法，将钢筋进行张拉，利用钢筋的回缩力，使混凝土受拉区预先受压力。这种储存下来的预加压力，当构件承受由外荷载产生拉力时，首先抵消受拉区混凝土中的预压力，然后随荷载增加，才使混凝土受拉，这就限制了混凝土的伸长，延缓或不使裂缝出现。在条件允许的范围内尽可能多的设置预应力钢绞线，使本申请的整体结构更稳定，承载性能更好，不易被损坏。

可选的，所述支撑件包括多根设在托换桩顶端的支撑柱和与支撑柱浇筑成型的混凝土支撑块。

通过采用上述技术方案，支撑柱与混凝土支撑块组成一个整体，能减少因温度变化产生的形变量，减少因支撑柱和混凝土支撑块的热胀冷缩对托换桩与托换梁之间的连接结构的稳定性的影响。

可选的，所述通道支护主体的顶端设有向远离原桥墩基础的方向延伸的支撑框体，所述支撑框体与托换梁的底面固定连接。

通过采用上述技术方案，支撑框体与托换梁的底面固定连接，支撑框体能将托换梁受到的桥梁施加的载荷分担一部分，减少托换桩受到的载荷，进而使整个本申请承载性能更好。

可选的，还包括设在基坑内位于托换桩和通道支护主体之间的咬合桩，所述咬合桩与托换桩之间的距离为1米至1.5米。

通过采用上述技术方案，咬合桩的设置能为托换梁提供第二支撑力，起到提高托换梁的承载性能的目的。另外，咬合桩还能起到挡土支护作用，使通道支护主体内施工时产生的塌方的可能性降低。

可选的，咬合桩由素混凝土桩和钢筋混凝土桩相间排布，所述素混凝土桩和钢筋混凝土桩的咬合距离为0.15米至0.25米之间。

通过采用上述技术方案，素混凝土桩和钢筋混凝土桩相间排布且相互咬合，咬合距离为0.15米至0.25米，不同强度的混凝土制成的桩体相互要和，使咬合桩的防护结构更稳定。

第二方面，本申请提供了一种桥墩基础托换结构的施工方法，制作上述的桥墩基础托换结构，包括如下步骤：

在原桥墩基础周边进行基坑支护主体的施工；

在原桥墩基础两侧对称浇筑托换桩和咬合桩；

将通道支护主体浇筑成型；

浇筑托换梁；

进行顶升和截桩操作；

在托换桩上设置支撑件；

将建筑废料和土回填至基坑中形成回填层。

通过采用上述技术方案，本申请能提高桥墩基础托换结构的稳定性、改善托换结构的承载性能和使整个施工过程更节能环保。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请中以托换桩作为主要支撑结构，托换桩支撑起托换梁对原桥墩基础进行支撑。通道支护主体能使原桥墩基础正下方的通道挖设时通道与托换桩之间的土层更稳固，托换结构的稳定性更好。本申请中的通道支护主体还能为托换梁提供支撑力，进而使整个桥墩基础托换结构的承载性能更好。且回填的建筑废物如原桥墩基础被截断的混凝土材料以及挖设基坑和钻孔产生的土，避免对施工场地周边的环境造成影响和节省建筑原材料，使本申请的施工过程更节能环保；

2.本申请中的支撑框体与托换梁的底面固定连接，支撑框体能将托换梁受到的桥梁施加的载荷分担一部分，减少托换桩受到的载荷，进而使整个本申请承载性能更好；

3.咬合桩的设置能为托换梁提供第二支撑力，起到提高托换梁的承载性能的目的。另外，咬合桩还能起到挡土支护作用，使通道支护主体内施工时产生的塌方的可能性降低。

附图说明

图1是本申请实施例施工完成后的结构示意图。

图2是本申请实施例中除去基坑支护主体和回填层的结构示意图。

图3是本申请实施例中托换桩和支撑件的连接结构示意图。

图4是本申请实施例中托换梁的结构示意图。

图5是本申请实施例中支撑框体与通道支护主体的连接结构示意图。

图6是本申请实施例中咬合桩的结构示意图。

图7是本申请实施例中桥墩基础结构的施工方法的框图。

附图标记说明：11、基坑支护主体；12、回填层；21、托换桩；211、桩柱；212、桩帽；213、凹槽；31、托换梁；41、支撑件；411、支撑柱；412、混凝土支撑块；51、通道支护主体；511、支撑框体；61、预埋钢板；71、咬合桩；711、素混凝土桩；712、钢筋混凝土桩。

具体实施方式

以下结合附图对本申请作进一步详细说明。在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

本申请实施例公开一种桥墩基础托换结构。参照图1和图2，一种桥墩基础托换结构包括基坑支护主体11、回填层12、托换桩21、托换梁31、支撑件41和通道支护主体51。其中，基坑支护主体11浇筑在挖设的基坑侧壁上，回填层12与基坑支护主体11固定连接。托换桩21对称浇筑在原桥墩基础的两侧，托换梁31与原桥墩基础固定连接且沿水平方向设置，支撑件41设在托换桩21的顶端，起到了支撑托换梁31的作用，通道支护主体51与托换梁31的底面固定连接，形成一个向下开口的空间，该空间可供新规划的下穿结构物通过。

基坑支护主体11可采用锚杆挂网喷浆工艺制成，施工时，先在原桥墩基础周围规划出基坑的区域，然后挖设基坑，并在基坑四侧的内壁建造基坑支护主体11。

另外，在本申请实施例中，为了使基坑支护主体11更稳固，可将基坑支护主体11的表面设置为倾斜面，即挖设基坑时，基坑的开口大小从下往上逐渐减小，使基坑的侧壁形成边坡结构，然后在基坑边坡上喷浆形成基坑支护主体11。倾斜面的设置能减少因基坑挖设过程中以及桥墩基础托换结构施工过程中进行顶升作业时地面沉降而产生的基坑塌陷的可能性，提高施工安全性。另外，倾斜面的设置，意味着基坑的空间更大，便于施工。

回填层12为整个桥墩基础施工完成后用施工中产生的混凝土废料和土填到基坑中，并最终增加一部分砂石料将基坑填满，使所填建筑废料和土与基坑支护主体11固接在一起，减小对施工场地周边的环境影响。

参照图2和图3，托换桩21可采用钢筋混凝土桩，通过钻孔浇筑的方式，在基坑中沿竖直向下的方向浇筑成型。本申请实施例中，托换桩21的数量为4个。每两个托换桩21为一组，两组托换桩21关于原桥墩基础对称设置。

托换桩21包括位于基坑土层下的桩柱211和设置在桩柱211顶部的桩帽212，桩帽212与桩柱211一体浇筑成型，且桩帽212的直径大于桩柱211的直径，桩帽212的顶面上与支撑件41固定连接。另外，桩帽212的顶部还开设有用于放置支撑件41的凹槽213，当然，在施工时，凹槽213还能用于放置千斤顶，凹槽213对千斤顶的底部进行限位，能使千斤顶在工作过程中更稳定。

进一步的，为使托换桩21的顶端端面不易被千斤顶损坏，托换桩21的顶端端面上还设置了预埋钢板61。预埋钢板61还能用于与支撑件41固定连接，提高连接结构的稳定性差。

参照图2和图4，托换梁31为钢筋混凝土梁，钢筋混凝土梁的横截面可以是矩形截面或t型截面，本申请实施例中，托换梁31为预应力混凝土梁，且托换梁31的横截面为t型截面。在预应力混凝土梁中分布有20至25束预应力钢绞线，预应力钢绞线与钢筋混凝土结构通过混凝土的固结作用固定连接成一个整体。相应的，为使托换梁31与托换桩21的接触面不易被损坏，可在托换梁31的底面固定连接一块预埋钢板61。

参照图1和图4，支撑件41包括多根设在托换桩21顶端的支撑柱411和与支撑柱411浇筑成型固定连接的混凝土支撑块412。支撑柱411可以是金属材质如铜、铁或合金制成的柱体，支撑柱411的上端与托换梁31底面上的预埋钢板61焊接在一起，支撑柱411的下端与托换桩21的顶端的预埋钢板61焊接在一起。然后安装套筒模板，在支撑柱411和套筒模板之间的位置浇筑混凝土即可生成混凝土支撑块412。

参照图2，通道支护主体51可以是钢筋混凝土墙板，墙板的方向与新规划的下穿结构物的延伸方向平行。通道支护主体51与原桥墩基础之间的距离小于托换桩21与原桥墩基础之间的距离，并且，原桥墩基础的底部结构位于通道支护主体51中间的位置，托换施工过程中将桥墩基础位于通道支护主体51内的部分截断即可。

参照图5，为使桥墩基础托换结构的承载性能更好，在通道支护主体51的顶端设有向远离原桥墩基础的方向延伸的支撑框体511。支撑框体511可采用混凝土浇筑而成，横截面为矩形结构，且支撑框体511的顶面与托换梁31的底面固定连接，对托换梁31起到支撑的作用。

参照图1，进一步的，为提高整个桥墩基础托换结构的承载性能和稳定性，在基坑内位于托换桩21和通道支护主体51之间的位置设置了咬合桩71，咬合桩71与托换桩21之间的距离为1米至1.5米，本申请实施例中，咬合桩71与托换桩21之间的距离为1.4米。咬合桩71的分布方向与新规划的下穿结构物的延伸方向相同。

参照图6，咬合桩71包括相间排布且相互咬合的素混凝土桩711和钢筋混凝土桩712，施工时，先在基坑的底面上划线，然后依次间隔钻孔浇筑素混凝土桩711，然后在每两个相邻的素混凝土桩711的中间钻孔浇筑钢筋混凝土桩712，此时会将两侧的素混凝土桩711的一部分通过钻孔去除，并浇筑钢筋混凝土桩712后形成有重叠部分的咬合桩71，且素混凝土桩711和钢筋混凝土桩712的咬合距离为0.15米至0.25米之间，本申请实施例中，咬合距离为0.2米。

本申请实施例还提供了一种桥墩基础托换结构的施工方法，用于制作桥墩基础托换结构，参照图7，该施工方法主要包括如下步骤：

s101,在原桥墩基础周边进行基坑支护主体11的施工。

首先，在原桥墩基础周边划线，然后挖设基坑，并用挂网喷浆法在基坑的侧壁上浇筑出基坑支护主体11。

s102，在基坑内位于原桥墩基础的两侧的地面上钻孔并浇筑托换桩21和咬合桩71。

首先，浇筑咬合桩71，间隔排布钻孔并依次浇筑素混凝土桩711和钢筋混凝土桩712。素混凝土桩711和钢筋混凝土桩712间隔排布，并最终呈现为直线分布的咬合桩71。然后再在咬合桩71的两侧对称钻孔并浇筑托换桩21，本申请实施例中托换桩21的数量为四个。

s103，将通道支护主体51浇筑成型。

在地面上两排咬合桩71中间沿新规划的下穿结构物的线路上挖设通道，并浇筑通道支护主体51。

s104，浇筑托换梁31。

对原桥墩基础进行凿毛和植筋处理，然后架设钢筋网架和预应力钢绞线，再浇筑混凝土形成托换梁31。

s105，进行顶升和截桩操作。

待步骤s104中的托换梁31强度达到设计要求时，在托换桩21的顶部放置顶升装置如千斤顶，根据设计顶升力逐级加载，使托换梁31、原桥墩基础及上部荷载全部传递至四根托换桩21上，待所有应力转换体系稳定后进行截桩施工，截桩施工可采用静态绳锯切割将原桥墩基础底部的桩体进行截断。

s106，在托换桩21上设置支撑件41。