一种高精度桥梁主动抬桩预压装置及抬桩方法与流程

本发明涉及桥梁桩基加固技术领域，具体地指一种高精度桥梁主动抬桩预压装置及抬桩方法。

背景技术：

桩基础是我国桥梁的主要基础形式。近年来，我国桥梁桩基病害逐步显现、逐渐增多，严重威胁到桥梁运营安全。对出现承载能力不足、抗震性能不足、基础沉降等病害的桥梁基础，常采用抬桩法进行加固。抬桩法是在桥梁旧桩周围增设新桩，通过旧桩顶部承台或系梁外包混凝土形成扩大承台，将新桩与旧桩连接成整体，共同承担桥梁上部荷载的一种加固方法。根据需要可按主动抬桩或被动抬桩设计。主动抬桩通过反力装置对新桩施加一定的预压荷载，使新桩主动承担荷载。被动抬桩不对新桩施加预压荷载，新桩在旧桩沉降、偏转时被动承担荷载。

其中，主动抬桩对新桩施加预压荷载的传统方法是，施工时在新桩桩顶预埋特制千斤顶，先将新桩与新承台断开，新承台施工完成后启动千斤顶在新桩与新承台之间施加预定的预压力，最后锁定千斤顶，将断开的钢筋连接起来，并用混凝土或砂浆填封预留的空隙。

现有技术存在以下缺陷和不足：

1.预压控制精度低，预压千斤顶输出荷载与设计荷载相同，压力大、位移小，用传统控制方法进行新桩预压控制时，压力、位移测量精度均较低，从而导致新桩预压控制精度低；

2.预压效果差，传统方法预压完成后，采用钢垫盒之类的结构取代千斤顶维持预压力，由于预压施工位移量极小，钢垫盒与千斤顶荷载转换过程中引起的即可造成新桩预压荷载的较大损失，预压施工效果大打折扣；

3.预压装置及方法适应性低，抬桩法常用于桥梁水中桩基加固，新桩桩顶或处于水位线以下，目前市场上较少水下千斤顶，将常规千斤顶长期置于水位线以下易发生锈蚀、漏油等问题，导致千斤顶无法使用。

我国桥梁抬桩加固工程项目越来越多，主动抬桩加固新桩预压施工控制精度和预压效果是决定抬桩加固成败的关键，而现有的新桩预压施工技术显然不能达到设计的理想效果。

技术实现要素：

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种高精度桥梁主动抬桩预压装置及抬桩方法。

本发明的技术方案为：一种高精度桥梁主动抬桩预压装置，其特征在于：包括支点和可沿竖直方向转动地铰接连接于支点上的杠杆；所述的杠杆动力输出端设置有沿竖向布置的压桩立柱，杠杆的动力输入端设置有对杠杆施加竖直向上的作用力的动力装置；所述的支点为下端锚固在新承台上的固定支撑结构，支点与杠杆的铰支点位于压桩立柱与动力装置之间；所述的压桩立柱为下端固定在新桩桩顶的竖向立柱，压桩立柱上端与杠杆动力输出端连接。

进一步的所述的压桩立柱上设置有至少两根的杠杆；所述的杠杆一端连接于压桩立柱上端，另一端以压桩立柱桩顶中心为圆心沿径向发散；每根杠杆下方设置有与之对应的支点和动力装置。

进一步的所述的压桩立柱与杠杆的动力输出端之间设置有桩帽；所述的桩帽为套接在压桩立柱桩顶的其下端开口的中空套筒结构，桩帽的上端设置有耳板；所述的耳板为固定在桩帽上端的竖直板状结构，杠杆端部设置有与耳板对应的卡槽；所述的卡槽包括两块分置于耳板两侧的夹板；所述的夹板通过穿设于耳板和夹板上的销轴可旋转地铰接连接于耳板上。

进一步的所述的动力装置包括顶升油缸；所述的顶升油缸的壳体固定在新承台上，顶推端与杠杆的动力输入端连接；所述的杠杆远离压桩立柱的一端连接有监测杠杆竖向位移的位移传感器。

进一步的还包括用于对达到设计荷载的杠杆进行锁定的锁定装置；所述的锁定装置包括支承于新承台上端面的支撑块；所述的支撑块为布置于支点与顶升油缸之间的杠杆下方的块状结构，支撑块与杠杆之间布置有多块叠加放置的垫片。

一种高精度桥梁主动抬桩方法，其特征在于：在新桩桩顶布置压桩立柱，围绕旧承台和旧桩建造新承台，新承台达到设计强度后将支点、顶升油缸和锁定装置固定在新承台上，在顶升油缸、支点和压桩立柱上安装杠杆，通过杠杆将顶升油缸的竖向作用力传递到压桩立柱上对新桩进行预压，达到设计荷载后对杠杆进行锁定，灌注混凝土将压桩立柱、新桩和新承台浇筑在一起，混凝土稳定后拆除杠杆、顶升油缸完成新桩预压施工。

进一步的在新桩桩顶布置压桩立柱的方法为：在新桩浇筑到桩顶处时，拔出浇筑新桩的导管，将压桩立柱沿竖向打入到新桩桩顶中心，振捣新桩桩顶混凝土至密实，使压桩立柱下端锚固在新桩桩顶。

进一步的达到设计荷载后对杠杆进行锁定的方法为：在顶升油缸与支点之间的新承台上安放支撑块，在支撑块与杠杆之间布置垫片，使达到设计荷载后的杠杆支承于垫片与支撑块上，完成对杠杆的锁定。

进一步的灌注混凝土将压桩立柱、新桩和新承台浇筑在一起的方法为：新承台浇筑时在新承台正对新桩的位置预留通孔，待完成新桩预压后，通过通孔向新桩和新承台之间浇筑混凝土使新桩和新承台连接为整体结构。

进一步的包括以下步骤：

1)、在设计新桩位置的地面上钻孔浇筑新桩，新桩浇筑完成后，拔出浇筑导管将压桩立柱打入到新桩桩顶，振捣桩顶混凝土至密实使压桩立柱固定在桩顶；

2)、围绕原有旧桩和旧承台结构建造新承台，在新承台上预留压桩立柱穿过的通孔，将支点锚固在新承台上；

3)、新承台混凝土达到设计强度后，将顶升油缸固定在新承台上，在压桩立柱的桩顶安装桩帽，通过销轴将桩帽与杠杆端部连接，将杠杆铰接连接于支点上端，调节顶升油缸使杠杆的动力输出端顶升油缸顶推端连接；

4)、驱动顶升油缸顶推杠杆使杠杆对桩帽施压，压力达到设计荷载后，在新承台与杠杆之间放置支撑块，在支撑块上放置垫片，使杠杆支承于垫片和支撑块上对杠杆进行锁定，拆除顶升油缸；

5)、向通孔内浇筑混凝土将新承台和新桩连接为一体，并将压桩立柱浇筑在新承台上，待混凝土稳定后，解除对杠杆的锁定，拆除杠杆和支撑块，完成新桩预压。

本发明的优点有：

1、通过使用杠杆将动力装置的向上作用力转移到新桩对新桩进行预压，简化了新桩预压装置设备的布置结构，减少了承台下方作业，且预压效果好，能够有效地实现抬桩加固的效果；

2、通过杠杆结构能有效的将顶升油缸竖向的作用力放大，即使用较小的油缸就能达到良好的预压效果，减小设备投入的成本；

3、通过使用杠杆，有效提升了新桩沉降可测范围，从而降低了控制难度，提升了控制精度；

4、预压完成后，锁定杠杆动力端位移后卸载千斤顶，荷载转换过程中锁定装置总位移量极小，且新桩位移按杠杆比例缩小，有效降低了千斤顶卸载过程中预压力损失，保障了预压压力准确，且锁定装置结构简单，使用方便；

5、承台浇筑时通过波纹管将新桩钢筋与承台隔开，预压完成后再灌混凝土封闭管道，避免了新桩钢筋约束新桩位移，实现了新桩钢筋与承台的有效连接；

本发明结构简单，安装操作方便，能够快速高效精确地完成预压抬桩，达到桩基加固的目的，整个施工流程简便，成本小，具有极大的推广价值。

附图说明

图1：本发明的结构示意图；

图2：本发明的杠杆布置结构示意图(两根杠杆)；

图3：本发明的杠杆与桩帽连接结构示意图；

图4：本发明的桩帽结构示意图；

其中：1—新桩，2—新承台，3—支点，4—杠杆，5—压桩立柱，6—顶升油缸，7—张拉油泵，8—位移传感器，9—垫片，10—桩帽，11—桩帽螺杆，12—耳板，13—销轴，14—支撑块，15—夹板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1～4，一种高精度桥梁主动抬桩装置，本实施例的抬桩装置实际上是一种杠杆传力结构，包括杠杆4，杠杆4为杆状结构，其本身可沿竖直方向转动地铰接连接于支点3上，如图1所示，支点3为固定在新承台2上的固定支座结构，其上端设置有转轴，杠杆4通过转轴可沿竖向转动地铰接连接于支点3的上端。

杠杆4动力输出端设置有沿竖向布置的压桩立柱5，杠杆4的动力输入端设置有对杠杆4施加竖直向上的作用力的动力装置。压桩立柱5为沿竖向穿设于新承台2上的钢柱，其下端锚固于新桩1的桩顶，压桩立柱5桩身四周焊接有多根在压桩完成后浇筑于新承台2内的锚筋9，压桩立柱5的上端设置有可绕立柱轴心转动的桩帽10，杠杆4动力输出端与桩帽10连接。预压完成后，浇筑混凝土将压桩立柱5固定在新承台2上。

动力装置包括顶升油缸6，顶升油缸6的壳体固定在新承台2上，顶推端与杠杆4的动力输入端连接，顶升油缸6通过高压油管与张拉油泵7连接，张拉油泵7上设置有测试顶升油缸6输出压力的压力传感器。杠杆4远离压桩立柱5的一端连接有监测杠杆4移动的位移传感器8。本实施例的压桩立柱5与顶升油缸6分置于杠杆4下方支点3的铰支点的两侧。

实际使用时，同时使用两根杠杆4对新桩1进行预压，如图2所示，杠杆4一端连接于压桩立柱5上端，另一端对称布置在新桩与相应旧桩的连线的两侧，每根杠杆4下方设置有与之对应的支点3和动力装置。两根杠杆4同时对压桩立柱5施力，起到预压的作用。

本实施例在压桩立柱5的桩顶位置设置有桩帽10，如图4所示，桩帽10为下端开口的中空套筒结构，桩帽10套接在压桩立柱5的桩顶，桩帽10上设置有螺孔，桩帽10通过穿设于螺孔内的桩帽螺杆11固定在压桩立柱5的桩顶。如图3所示，桩帽10的上端设置有耳板12，耳板12为固定在桩帽10上端的竖直板状结构，杠杆4端部设置有与耳板对应的卡槽，卡槽包括两块分置于耳板12两侧的夹板15，夹板15通过穿设于耳板12和夹板15上的销轴13可旋转地铰接连接于耳板12上。

杠杆4完成预压后，需要对杠杆4进行锁定，保证对压桩立柱5的荷载，如图1所示，本实施例的锁定装置包括支撑块14，支撑块14为搁置在新承台2顶面的块状结构，支撑块14上放置有垫片9，通过垫片9与支撑块14将杠杆4支撑住，在达到设计荷载后，起到稳定的支撑作用。杠杆4在达到设计荷载后，靠近顶升油缸6的一侧杠杆4具有很大的向下的回弹力，通过支撑块14和垫片9能够将其固定住，避免了杠杆4的晃动。

本实施例的预压抬桩流程包括以下步骤：1、在设计新桩位置的地面上钻孔浇筑新桩1，新桩1浇筑完成后，拔出导管将压桩立柱5打入到新桩1桩顶中心，调节压桩立柱5的位置、竖直度和标高直至满足设计要求，振捣桩顶混凝土至密实使压桩立柱5固定在桩顶；

2、全部新桩1施工完成后凿除桩头混凝土直至处于桩顶设计位置以下10～20cm处，将新桩1上的钢筋裸露出来，然后在钢筋和压桩立柱5上套设与之对应的波纹管，在凿除的顶面上铺设细沙和薄膜，围绕原有旧桩和旧承台结构建造新承台2，通过波纹管和砂层将新承台2与压桩立柱5、新桩1之间隔离开来，不接触；

3、新承台2的混凝土达到设计强度后，在桩顶钢护筒切开小口，将其中填充的细沙及薄膜清理干净，再封闭桩顶钢护筒切口。

4、在新承台2顶面上布置顶升油缸6，在压桩立柱5的桩顶安装桩帽10，通过销轴13将杠杆4的动力输出端安装在两块竖板12之间，将杠杆4铰接连接于支点3上端，调节顶升油缸6使杠杆4的动力输入端与顶升油缸6顶推端接触；

5、读取预压前压力和位移值，计算各级预压荷载作用下的理论压力和位移，开始进行预压施工，驱动顶升油缸6顶推杠杆4使杠杆4对桩帽10施压，压力达到设计荷载后，在新承台2与杠杆4之间放置支撑块14，在支撑块14上放置垫片9，使杠杆4支承于垫片9和支撑块14上对杠杆4进行锁定，拆除顶升油缸6和张拉油泵7；

6、向通孔内浇筑混凝土将新承台2和新桩1连接为一体，封闭压桩立柱5与新承台2之间、钢筋与新承台2之间以及新承台2与新桩1之间的间隙，将压桩立柱5浇筑在新承台2上，待混凝土达到设计强度后，解除对杠杆4的锁定，拆除杠杆4、支撑块14，完成新桩1预压。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。