专利名称：高速铁路连续刚构桥梁桩基托换方法
技术领域：
本发明涉及铁路桥梁，特别涉及一种高速铁路连续刚构桥梁桩基托换方法。
背景技术：
由于连续刚构桥梁属于多次超静定结构，对基础变形较敏感，基础沉降对结构内力影响较大，因此对连续刚构桥梁进行桩基托换的关键问题就是控制桥梁基础的变位。对高速铁路桥梁进行桩基托换，特别是桩基托换施工期间要求不能中断运营，既要保证施工期间铁路桥梁和桥上铁路运营的安全，还要保证托换完成后桥梁的整体水平、竖向刚度和变形、变位、自振频率等满足高速铁路运行要求，确保客车乘坐的舒适度、列车运营安全性及轨道平顺性。目前所见的一些桩基托换相关技术总结都是针对一般桥梁的桩基托换方法，基本是对桥梁进行加固或者扣轨后进行托换施工，而未针对托换工程系统的进行分解制定相应措施，导致托换效果不够理想，托换施工过程中桥梁沉降变形超限，托换后桥梁的变形和刚度不满足运营要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高速铁路连续刚构桥梁桩基托换方法，该方法提供一种系统的分析和处理方案，能较好的处理对高速铁路连续刚构桥梁桩基托换期间的变形控制和托换施工干扰的矛盾，满足托换施工期间的桥梁安全和托换完成后运营条件下列车的安全性和乘坐旅客的舒适性要求。本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下本发明的高速铁路连续刚构桥梁桩基托换方法，包括如下步骤①桥梁卸载，通过桥面卸载和扣轨设施，对桥上铁路进行扣轨卸载，使铁路轨道荷载和列车动载完全与桥梁脱离；②根据桥梁结构、孔跨布置和托换墩位情况，在桥梁梁部的跨中和根部以及墩身根部布置应力、应变点布设，同步建立起监测-分析-线形调整系统；③加固基坑，托换工作基坑周围施工布置止水帷幕，完成后对工作基坑内土层进行注浆加固改良基坑内土体物理特性，减少施工期间地下水位变化对桥梁结构的影响；④托换结构施工，在已加固的工作基坑内对各托换桩周施作旋喷桩进行加固，同时采用钢护筒防护后进行挖孔桩和托换梁施工，减少工作基坑内施工和降水对桥梁变位的影响；⑤对托换桩和托换梁之间采用千斤顶对托换新桩进行主动顶升，利用桥梁结构自重及周围土体摩阻对托换桩施加预压作用，减少托换结构连接之后由于托换新桩及桩底土层变形引起的结构变位次内力对结构的影响。本发明的有益效果是，在桥下操作空间限值的情况下，通过系统分析桥梁结构特性，有效利用桥下空间进行全面系统的加固和控制措施，有效的提高了桩基托换施工的可靠性；通过对托换过程进行有效的监测、控制和调整，可提高桩基托换可靠度30%以上，能有效保证铁路桥梁和桥上铁路运营的安全和托换后铁路桥梁的运营安全性和舒适性。
本说明书包括如下五幅附图图1桥梁基础加固结构平面关系布置示意图；图2桥梁基础加固结构立面关系布置示意图；图3桥面卸载和扣轨设施横桥向布置示意图；。图4桥面卸载和扣轨设施顺桥向布置示意图；图5监测-分析-线形调整系统工作原理示意图。图中示出构件、部位名称及所对应的标记止水帷幕11、基坑注浆12、旋喷桩13、 测点21、计算机动态数据分析系统22、线形调整设备23、临时钢支架基础31、临时钢支架 32、D便梁扣轨33、托换桩41、托换梁42、钢护筒防护51、人工挖孔桩52、千斤顶53。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。本发明的高速铁路连续刚构桥梁桩基托换方法，包括如下步骤①桥梁卸载，通过桥面卸载和扣轨设施，对桥上铁路进行扣轨卸载，使铁路轨道荷载和列车动载完全与桥梁脱离；②根据桥梁结构、孔跨布置和托换墩位情况，在桥梁梁部的跨中和根部以及墩身根部布置应力、应变点布设，同步建立起监测-分析-线形调整系统；③加固基坑，托换工作基坑周围施工布置止水帷幕11，完成后对工作基坑内土层进行注浆加固改良基坑内土体物理特性，减少施工期间地下水位变化对桥梁结构的影响。 施工期间同步启动监测-分析-线形调整系统，控制被托墩相对本联桥其他墩位的竖向不均勻高差不大于3mm，且沉降速率< 0. 2mm/d，保证桥梁线形在规范容许范围之内；④托换结构施工，在已加固的工作基坑内对各托换桩41周施作旋喷桩13进行加固，同时采用钢护筒防护后进行挖孔桩和托换梁42施工，减少工作基坑内施工和降水对桥梁变位的影响。施工期间同步启动监测-分析-线形调整系统，控制被托墩相对本联桥其他墩位的竖向不均勻高差不大于3mm，且沉降速率< 0. 2mm/d，保证桥梁线形在规范容许范围之内；⑤对托换桩41和托换梁42之间采用千斤顶53对托换新桩进行主动顶升，利用桥梁结构自重及周围土体摩阻对托换桩41施加预压作用，减少托换结构连接之后由于托换新桩及桩底土层变形引起的结构变位次内力对结构的影响。预顶过程中控制顶升墩位相对本联桥其他墩位的竖向不均勻高差不大于2mm，且沉降速率< 0. 2mm/d，且顶升力不得大于桥梁恒载工况下墩位反力1. 1倍。托换施工过程中，根据桥梁整体分析的控制指标及相应制定的监测控制处理联动要求及应急处理预案设计，根据现场监测的桥梁变形及应力变化数据，通过仿真分析刚构桥结构变形和应力关系，对各墩发生的沉降、偏角等组合进行计算比较，分析、总结出成果， 将刚构桥变形值设定为不同预警等级，各种控制处理方案与不同的监测预警值通过计算机程序形成应急处理预案，相应对桥梁采取不同的调整措施，保证整个托换过程中刚构桥梁及桥上线路运营的安全(其工作原理和过程详见附图5)。实施例本发明专利的高速铁路连续刚构桥梁桩基托换方法应用在深圳地铁3号线红岭站至老街站区间隧道下穿广深铁路桥梁桩基托换工程。参照图1图2和，桥梁基础加固结构包括工作基坑周围布置的基坑帷幕11、工作基坑内土层基坑注浆12、托换桩41周施作旋喷桩13进行加固。现场梁体跨中和根部布置的应力、应变和变形测点21、计算机动态数据分析系统22、通过临时钢支架设置的桥梁梁体线形调整设备23组成监测-分析-线形调整系统。参照图3和图4，钢管桩临时钢支架基础31、型钢临时钢支架32、D便梁扣轨33组成桥面卸载和扣轨设施。托换桩41、托换梁42 组成托换结构，钢护筒防护51、人工挖孔桩52、千斤顶53形成托换方式。深圳地铁3号线下穿广深铁路桥是连接广州、深圳的准高速铁路桥梁，根据竣工资料显示，须托换新建广深四线一座跨度为10. 68+2X12. 58+10. 68m的小跨度连续刚构铁路桥梁主墩，地铁在该处区间隧道为盾构施工的上下重叠隧道，上下隧道净距最小为 1. 60m。根据广深铁路桥的梁部、基础结构型式及桥下施工操作空间，托换方案采用人工挖孔桩，梁式托换桥墩的托换结构型式，托换梁设于既有桥承台下方通过植筋与既有桥梁形成有效连接。施工期间采用临时钢支架支承需要托换的桥墩对应的梁部，然后用D型便梁对桥上线路实施扣轨防护，目前国内对于连续刚构的桩基托换工程并无先例，因此设计和施工都无成熟的经验借鉴，这给设计和施工带来了很大难度。本工程主要有以下特点1)广深铁路为深圳市通往广州、香港的交通大动脉，运输十分繁忙，桩换工程施工必须万无一失，确保铁路运输的畅通，因此本托换是在动活载作用下的托换。2)需根据被托换建筑物的结构类型、对变形控制的要求以及托换荷载大小等因素，仔细研究托换方案、施工步骤、采取的措施等，以确保荷载的有效转移和建筑物的安全。3)确定托换荷载的制约因素多。桩基托换受力转换体系复杂，需要根据不同阶段、 不同荷载的作用，分阶段确定托换荷载。针对托换桩在托换施工、隧道施工期间的受力变形影响，分析建筑物可能的最大最小受力情况，以选择桩基托换各阶段的控制荷载。4)托换大梁与桩节点抗滑移的技术措施是实现荷载转移的关键，必须根据原建筑桩的型式、托换荷载大小等因素采取相应的措施，使托换大梁与桩节点的先后期砼形成整体，以弥补粘结能力的削弱。5)。桩基托换段地质条件相当差，地层软弱不均，且含有6 Ilm的饱水砂层。因此，必须注意未托换前施工降水对被托换桥梁桩基的影响，避免因降水产生地层的附加沉降对桥墩的破坏。6)区间隧道施工必然对托换新桩周边土体引起扰动，增大托换新桩的侧向位移， 造成周边摩阻力减小。因此，托换结构的设计必须考虑隧道施工的影响，同时对隧道的设计和施工提出要求。7)托换段桥梁为四跨连续梁和连续刚构，对沉降控制严格，墩台均勻沉降量和相邻墩台均勻沉降量之差应满足规定，临时钢支架的设计必须满足对梁的支承，特别是连续刚构，对沉降非常敏感，梁体不能用千斤顶在墩顶调整沉降，对连续刚构的既有线的防护， 是本工程的重点和难点。8)由于本区间采用盾构法施工，为避免托换后的旧桩对盾构掘进的影响，托换后的桩的破除也是本工程的难点。
由于连续刚构桥梁对基础沉降及变位非常敏感，且梁体不能用千斤顶在墩顶进行调整，必须采取有效措施控制施工基坑内水位变化，防止地下水位变化引起连续刚构沉降增大，从而造成刚构桥梁结构破坏，本桩基托换工程主要采用以下步骤1)在托换基坑周边施做钻孔灌注桩和Φ600旋喷桩做为止水帷幕，隔断基坑内与外界地下水的连通，同时在设计托换桩周设置Φ600旋喷桩加固，防止基坑内挖孔桩施工时出现涌水涌砂，保证基坑安全。2)在施工旋喷止水帷幕的同时施工临时支架的钢管桩，并搭设临时支架，在支架上设置D便梁对桥上线路进行扣轨，将线路活载从桥梁卸载到支架上。3)进行基坑的开挖工作，做好基坑护壁的防护。4)施工Φ 2.0m人工挖孔托换桩。5)基坑开挖后，进行托换梁的施工。当托换梁的混凝土达到强度要求后，张拉预应力钢筋。6)在桩顶和托换梁间逐步施加千斤顶对托换桩实施预压，锁定千斤顶，在新桩和托换梁之间设置钢支垫，并把托换梁和新桩有效连接形成整体，完成基础转换。7)为保证地铁区间盾构施工的安全，拔出地铁区间隧道范围的临时钢支架钢管桩基础。托换施工过程中，控制被托墩相对本联桥其他墩位的竖向不均勻高差不大于3mm， 且沉降速率≤ 0. 2mm/d，保证桥梁线形在规范容许范围之内，预顶过程中控制顶升墩位相对本联桥其他墩位的竖向不均勻高差不大于2mm，且沉降速率≤0. 2mm/d，且顶升力不得大于桥梁恒载工况下墩位反力1. 1倍。深圳地铁3号线红岭站 老街站区间盾构施工前、后，经第三方监测单位现场检查及监测和对比分析，桥梁结构变形满足规范要求。
权利要求
1.高速铁路连续刚构桥梁桩基托换方法，包括如下步骤①桥梁卸载，通过桥面卸载和扣轨设施，对桥上铁路进行扣轨卸载，使铁路轨道荷载和列车动载完全与桥梁脱离；②根据桥梁结构、孔跨布置和托换墩位情况，在桥梁梁部的跨中和根部以及墩身根部布置应力、应变点布设，同步建立起监测-分析-线形调整系统；③加固基坑，托换工作基坑周围施工布置止水帷幕(11)，完成后对工作基坑内土层进行注浆加固改良基坑内土体物理特性，减少施工期间地下水位变化对桥梁结构的影响；④托换结构施工，在已加固的工作基坑内对各托换桩Gl)周施作旋喷桩(13)进行加固，同时采用钢护筒防护后进行挖孔桩和托换梁G2)施工，减少工作基坑内施工和降水对桥梁变位的影响；⑤对托换桩Gl)和托换梁0 之间采用千斤顶(5 对托换新桩进行主动顶升，利用桥梁结构自重及周围土体摩阻对托换桩Gl)施加预压作用，减少托换结构连接之后由于托换新桩及桩底土层变形引起的结构变位次内力对结构的影响。
2.如权利要求1所述的高速铁路连续刚构桥梁桩基托换方法，其特征是所述步骤③ 加固基坑和所述步骤④托换结构施工，施工期间同步启动监测-分析-线形调整系统，控制被托墩相对本联桥其他墩位的竖向不均勻高差不大于3mm，且沉降速率< 0. 2mm/d，保证桥梁线形在规范容许范围之内。
3.如权利要求1所述的高速铁路连续刚构桥梁桩基托换方法，其特征是所述步骤⑤ 预顶过程中控制顶升墩位相对本联桥其他墩位的竖向不均勻高差不大于2mm，且沉降速率 ^ 0. 2mm/d，且顶升力不得大于桥梁恒载工况下墩位反力1. 1倍。
全文摘要
高速铁路连续刚构桥梁桩基托换方法，能较好的处理对高速铁路连续刚构桥梁桩基托换期间的变形控制和托换施工干扰的矛盾，满足托换施工期间的桥梁安全和托换完成后运营条件下列车的安全性和乘坐旅客的舒适性要求。该方法包括如下步骤①桥梁卸载；②根据桥梁结构、孔跨布置和托换墩位情况，在桥梁梁部的跨中和根部以及墩身根部布置应力、应变点布设，同步建立起监测-分析-线形调整系统；③加固基坑；④托换结构施工；⑤对托换桩和托换梁之间采用千斤顶对托换新桩进行主动顶升，利用桥梁结构自重及周围土体摩阻对托换桩施加预压作用，减少托换结构连接之后由于托换新桩及桩底土层变形引起的结构变位次内力对结构的影响。
文档编号E01D22/00GK102277885SQ20111012107
公开日2011年12月14日 申请日期2011年5月11日 优先权日2011年5月11日
发明者任伟, 周运斌, 徐剑旋, 毛学锋, 胡京涛, 许志艳, 陈建峰, 鲁雪冬 申请人:中铁二院工程集团有限责任公司