一种小空间下桥台桩基托换结构及使用方法与流程

本发明涉及桥台桩基托换工程技术领域，尤其涉及一种小空间下桥台桩基托换结构及使用方法。

背景技术：

基础托换工程是指在现有基础建筑物的正下方开挖土方时，为了消除对现有建筑物功能与结构等可能带来的影响，对现有基础进行加固补强、新基础设置及新旧基础托换。桥台结构是桥梁工程下部结构转换为桩基础结构的一种构造物，当新建工程需要占用地下原有桥台桩基结构的空间位置时，就需要对原有承台的桩基结构采用托换技术措施，拆除原有结构，新建托换结构将承担原有结构的荷载。

现有桥台桩基托换技术中，例如一种非对称式桥台桩基托换方法及托换结构(申请号：201810238016.4)，此种方法改变了原有桥梁的受力体系，无法保证结构的安全性，且需封闭交通施工。另外，此种方法采用了大型设备，需要提供一个较大的作业空间，施工时对环境扰动大。

如何解决上述技术问题为本发明面临的课题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够在施工场地条件不足，桥面交通压力大，大型化设备无法进场的情形下的小空间桥台桩基托换结构及使用方法。

本发明是通过如下措施实现的：一种小空间下桥台桩基托换结构，其中，包括钢片框架结构、反力砖墙推入装置和桩基托换结构三个部分组成；

所述钢片框架结构由钢片一1、钢片二2、钢片三3、钢片四4、上下面层螺丝孔5、上下面层切削开孔6、侧面预留土钉开孔7、一体式钢梁立8)和土钉9组成；所述钢片框架结构由钢片一1、钢片二2、钢片三3、钢片四4开孔处理后依次焊接而成；所述一体式钢梁立柱8固定安装在所述上下面层螺丝孔5中；所述土钉9置于所述侧面预留土钉开孔7内；

所述反力砖墙推入装置包括钢板桩10、反力砖墙11、千斤顶12和工作井13；所述工作井13三面由所述钢板桩10打入河床指定位置，并挖出其中的土而形成；所述反力砖墙11砌在所述工作井13的左侧，所述千斤顶12安装在所述反力砖墙11上；

所述桩基托换结构包括原有桩14、新建承台15、钢管静压桩16、小型拔桩设备17和小型压桩设备；所述新建承台15浇筑在所述钢片框架结构的底部，所述钢管静压桩16由新建承台15预留孔位通过所述小型压桩设备压入土层中，所述小型拔桩设备17和小型压桩设备固定安装在所述新建承台15上；

所述小型压桩设备由工字钢梁18、钢制门架结构19和千斤顶12组成；所述钢制门架结构底部固定在承台15上；所述工字钢梁在所述钢制门架结构19上沿竖直方向调节位置；所述千斤顶12安装在所述工字钢梁18和钢管静压桩16之间。

所述小型拔桩设备17由原有桩14、工字钢梁18和千斤顶12组成，所述工字钢梁18与所述原有桩14固定连接；所述千斤顶12分布在所述工字钢梁18两侧用于顶升所述工字钢梁18实现拔桩。

为了实现本发明的目的，本发明还提供了一种小空间下桥台桩基托换结构的使用方法，其中，包括以下步骤：

1)在所述反力砖墙11后的工作井13中放下所述钢片框架结构，利用安装在所述反力砖墙11上的若干个千斤顶12将所述钢片框架结构推入桥台下方；

2)所述上下面层切削开孔6是钢片框架结构推入土体过程中给原有桩14的桩基预留的位置，挖土过程中将钢片一1上的切削开孔6用钢片分数次焊接封上；

3)分数次开挖钢片框架结构内的土体，每当开挖到预留螺丝孔5位时安装一体式钢梁立柱8，开挖到最终面之后，对最终面土体进行喷锚加固；

4)所述钢片框架结构内的土体全部挖出后，底部浇筑新建承台15作为拔桩设备的反力基础安装小型拔桩设备17；

5)截断并拔出原有桩14之前，在新建承台15上压入钢管静压桩16，桩基托换体系强度成形后，再利用小型拔桩设17进行拔桩；

6)拔桩完成后，所述钢片框架结构和新建承台15之间的空间回填轻质填料。

为了更好地实现本发明的目的，本发明还提供了一种小空间下桥台桩基托换结构的使用方法，包括以下步骤：

步骤一：在桥下的河流面上下游打下围堰，在指定河床面的位置上打入三面钢板桩10后，开挖一个工作井13；

步骤二：在钢板桩10相对钢片框架结构的一侧砌上反力砖墙11，并在反力砖墙11上安装上若干千斤顶12，将上下面层切削开孔6位置对准两个原有桩14，将钢片框架结构推入土中；

步骤三：将钢片框架结构中的土体分数次取出，取到安装钢梁立柱8的位置时，将钢片一1的切削开孔6用若干钢片分数次焊接封上，同时侧面架设土钉9；

步骤四：在钢片框架结构底面浇筑新建承台15，新建承台15预留钢管静压桩16的压桩孔位，并布置好施工平台；

步骤五：固定图4压桩设备，与原有桩14中心轴线对准定位，压入钢管静压桩16；

步骤六：压入全部钢管静压桩16的之后，在原有桩14与新建承台15之间搭设临时支撑。之后将原有桩14截断，并利用小型拔桩设备17将原有桩14拔出；

步骤七：拔桩完成后在钢片框架结构的内部空间中回填轻质混合料，与钢片框架结构、新建承台15形成一个完整的受力体系，减少结构的变形。

进一步地，在河床打入钢板桩10并且砌上反力砖墙11，同时安装若干千斤12，且上下千斤顶12分开，保证推进的时候可以纠偏。

进一步地，所述钢片框架结构入土侧做倒角处理，使得更顺利入土。

进一步地，所述一体式钢梁立柱8、土钉9，分三阶段安装在钢片框架结构上，可以保证开挖过程中一体式钢梁立柱8与剩余土体一起传递上部荷载。

进一步地，在新建承台15上压入钢管静压桩16来替代原有桩14提供的承载力。静压桩孔位须选在下部隧道工程影响区域外的承台位置上。

进一步地，在截断并拔出原有桩14之前，在新建承台15上压入钢管静压桩16，桩基托换体系强度成形后在原有桩14和承台之间架设临时支撑。再利用小型拔桩设备17进行拔桩，增加稳定性。

进一步地，拔桩之后回填轻质填料，使得钢片框架结构、新建承台15和后压桩形成一个完整的桩基体系，增强结构的可靠性，减少变形。

本发明的有益效果为：

1、本发明整个拔桩过程针对桥台桩基进行，对上部结构和桥面交通影响较小；

2.钢片框架结构与承台体系肩负传递上部荷载与创造施工空间的作用，对城区施工场地有限，并且大型机械无法进场的情况下提供小空间的桥台托换结构与施工方法；

3.拔桩设备及拔桩方法现场适应性强，拔桩效率高，尤其是对施工场地的空间要求较低；

4.拔桩完成后，回填轻质填料，使得钢片框架结构、回填轻质填料、新建承台和后压钢管静压桩形成一个完整的桩基体系，增强结构的可靠性，减少因开挖引起的周围土体的变形，从而减少周围构造物的不均匀沉降。

附图说明

图1为本发明实施例桩基托换结构的整体情况示意图；

图2为本发明实施例中钢片框架结构的结构示意图；

图3为本发明装配完框架与支护结构的示意图。

图4为本发明小型压桩设备的示意图。

图5为本发明小型拔桩设备的示意图。

其中，附图标记为：1、钢片一；2、钢片二；3、钢片三；4、钢片四；5、上下面层螺丝孔；6、上下面层切削开孔；7、侧面预留土钉位开孔；8、一体式钢梁立柱；9、土钉；10、钢板桩；11、反力砖墙；12、千斤顶；13、工作井；14、原有桩；15、新建承台；16、钢管静压桩；17、小型拔桩设备；18、工字钢梁；19、钢制门架结构。

具体实施方式

为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

参见图1至图5，本发明是：一种小空间下桥台桩基托换结构，其中，包括钢片框架结构、反力砖墙推入装置和桩基托换结构三个部分组成；

所述钢板钢片框架结构由钢板钢片一1、钢板钢片二2、钢板钢片三3、钢板钢片四4、上下面层螺丝孔5、上下面层切削开孔6、侧面预留土钉开孔7、一体式钢梁立柱8和土钉9组成；所述钢板钢片框架结构由钢板钢片一1、钢板钢片二2、钢板钢片三3、钢板钢片四4开孔处理后依次焊接而成；所述一体式钢梁立柱8固定安装在所述上下面层螺丝孔5中；所述土钉9置于所述侧面预留土钉开孔7内；

所述反力砖墙推入装置包括钢板钢板桩10、反力砖墙11、千斤顶12和工作井13；所述工作井13三面由所述钢板钢板桩10打入河床指定位置，并挖出其中的土而形成；所述反力砖墙11砌在所述工作井13的左侧，所述千斤顶12安装在所述反力砖墙11上；

所述桩基托换结构包括原有桩14、新建承台15、钢管静压桩16、小型拔桩设备17和小型压桩设备；所述新建承台15浇筑在所述钢片框架结构的底部，所述钢管静压桩16由新建承台15预留孔位通过所述小型压桩设备压入土层中，所述小型拔桩设备17和小型压桩设备固定安装在所述新建承台15上；

所述小型压桩设备由工字钢梁18、钢制门架结构19和千斤顶12组成；所述钢制门架结构底部固定在承台15上；所述工字钢梁在所述钢制门架结构19上沿竖直方向调节位置；所述千斤顶12安装在所述工字钢梁18和钢管静压桩16之间。

所述小型拔桩设备17由原有桩14、工字钢梁18和千斤顶12组成，所述工字钢梁18与所述原有桩14固定连接；所述千斤顶12分布在所述工字钢梁18两侧用于顶升所述工字钢梁18实现拔桩。

为了实现本发明的目的，本发明还提供了一种小空间下桥台桩基托换结构的使用方法，其中，包括以下步骤：

1)在所述反力砖墙11后的工作井13中放下所述钢片框架结构，利用安装在所述反力砖墙11上的若干个千斤顶12将所述钢片框架结构推入桥台下方；

2)所述上下面层切削开孔6是钢片框架结构推入土体过程中给原有桩14的桩基预留的位置，挖土过程中将钢片一1上的切削开孔6用钢片分数次焊接封上；

3)分数次开挖钢片框架结构内的土体，每当开挖到预留螺丝孔5位时安装一体式钢梁立柱8，开挖到最终面之后，对最终面土体进行喷锚加固；

4)所述钢片框架结构内的土体全部挖出后，底部浇筑新建承台15作为拔桩设备的反力基础安装小型拔桩设备17；

5)截断并拔出原有桩14之前，在新建承台15上压入钢管静压桩16，桩基托换体系强度成形后，再利用小型拔桩设备17进行拔桩；

6)拔桩完成后，所述钢片框架结构和新建承台15之间的空间回填轻质填料。

为了更好地实现本发明的目的，本发明还提供了一种小空间下桥台桩基托换结构的使用方法，包括以下步骤：

步骤一：在桥下的河流面上下游打下围堰，在指定河床面的位置上打入三面钢板桩10后，开挖一个工作井13；

步骤二：在钢板桩10相对钢片框架结构的一侧砌上反力砖墙11，并在反力砖墙11上安装上若干千斤顶12，将上下面层切削开孔6位置对准两个原有桩14，将钢片框架结构推入土中；

步骤三：将钢片框架结构中的土体分数次取出，每次取到安装钢梁立柱8的位置时，将钢片一1上的切削开孔6用钢片焊接封上，同时侧面架设土钉9；

步骤四：在钢片框架结构底面浇筑新建承台15，新建承台15上并预留钢管静压桩16的压桩孔位置，并建筑布置好施工平台；

步骤五：固定图4压桩设备，与原有桩14中心轴线对准定位，压入钢管静压桩16；

步骤六：压入全部钢管静压桩16之后，在原有桩14与新建承台15之间搭设临时支撑。之后将原有桩14截断，并利用小型拔桩设备17将原有桩14拔出；

步骤七：拔桩完成后在钢片框架结构的内部回填轻质混合料，与钢片框架结构、新建承台15形成一个完整的受力体系，减少结构的变形。

具体地，在河床打入钢板桩10并且砌上反力砖墙11，同时安装若干千斤12，且上下千斤顶12分开，保证推进的时候可以纠偏。

具体地，所述钢片框架结构入土侧做倒角处理，使得更顺利入土。

具体地，所述一体式钢梁立柱8、土钉9，分三阶段安装在钢片框架结构上，可以保证开挖过程中一体式钢梁立柱8与剩余土体一起传递上部荷载。

具体地，在新建承台15上压入钢管静压桩16来替代原有桩14提供的承载力。静压桩孔位须选在下部隧道工程影响区域外的承台位置上。

具体地，在截断并拔出原有桩14之前，在新建承台15上压入钢管静压桩16，桩基托换体系强度成形后在原有桩14和承台之间架设临时支撑。再利用小型拔桩设备17进行拔桩，增加稳定性。

具体地，拔桩之后回填轻质填料，使得钢片框架结构、新建承台15和后压桩形成一个完整的桩基体系，增强结构的可靠性，减少变形。

本发明在实际施工时，在桥下的河流面上下游打下围堰。在图1指定位置的河床面打入3面钢板桩10，然后在这个钢片桩10内开挖一个工作井13，在钢片桩10正对钢片框架结构的一侧砌上反力砖墙11，在反力砖墙11上安装上若干千斤顶12，反力砖墙11后的工作井13只需放下钢片框架结构即可，不需要进行特殊支护，推入钢片框架结构采取的是上下若干个千斤顶12便于稳定与纠偏；推入过程中须做到匀速，均匀发力，将钢片框架结构上的上下面层切削开孔6对准两个原有桩14的位置推入到指定深度，然后将钢片框架结构中的土体分数次取出，每次取土到预留螺丝孔5的位置时便安装一体式钢梁立柱8以增加钢片框架结构的刚度，为了节约内部空间，在侧面架设土钉9保持侧面土体的稳定性，之后将钢片一1的切削开孔6用若干钢片焊接封上；开挖到最终面之后，对最终面土体进行喷锚加固，加固完成后在钢片框架结构底面浇筑新建承台15并预留钢管静压桩16的位置，压桩的孔位须在下部隧道结构的影响范围外。在新建承台15上布置好施工平台以满足液压千斤顶12及图4小型压桩设备的施工要求；在承台上固定图4小型压桩设备，在钢管静压桩16和工字钢梁18之间放置千斤顶12。利用千斤顶12将钢管静压桩16匀速地沉入土中，等到钢管静压桩16的沉降稳定之后，给原有桩14架设一个临时的支撑，支撑在承台上；然后截断钢片框架结构内原有桩14。在新建承台上搭设小型拔桩设备17的工作平台；在原桩上破出一个安装工字钢梁18的空间，然后安装上工字钢梁18，在原桩14的两侧承台15上放置钢垫片，然后将千斤顶12安装在工字钢梁18和承台垫片之间。利用千斤顶12的推力带动工字钢梁18向上均匀移动，从而带动原有桩14竖直向上拔出实现拔桩；在整个桩基托换完成后在钢片框架结构与新建承台之间的空间中；填入轻质混合料，例如eps轻质混合土，轻质陶粒土，并做好养护工作，待其强度成形，使得钢片框架结构、轻质回填土、新建承台15和钢管静压桩16形成一个完整的桩基体系，增强结构的可靠性，减少因开挖引起的周围土体的变形从而减少周围构造物的不均匀沉降。

本发明具体工作原理为：在工作井13中将钢片框架结构推入桥台下的土体中，在桥台下部土体中创造施工空间，取土过程中分数次取土，剩余土体与一体式钢梁立柱8共同传递上部荷载，并在钢片框架结构的钢片一上用若干钢片焊接封上原先留有的面层切削开孔6，在钢片框架结构完全安装完毕并且对最终面土体进行喷锚支护后，内部就形成了一个可靠的工作空间，且上部结构荷载能传递到钢片框架结构下部的土体中，在底部浇筑新建承台15当作沉入钢管静压桩16的工作平台使用并且还可以作为拔桩设备的工作平台与反力基础使用，拔桩完毕之后，回填轻质填料，使得钢片框架结构、回填轻质土土、新建承台15和后压钢管静压桩16形成一个完整的桩基体系，增强结构的可靠性，减少因开挖引起的周围土体的变形从而减少周围建筑物的不均匀沉降。

本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述，当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。