桥梁桩基托换结构及方法

技术领域

本发明涉及隧道下穿桥梁施工领域，尤其涉及一种桥梁桩基托换结构及方法。

背景技术

在建筑工程尤其是地下工程中，常常由于先施工的构筑物未考虑到后续建筑物的施工，对后续施工造成影响，尤其是既有高架及桥梁结构物的钻孔灌注桩，在城市隧道施工中十分常见，使隧道区间工程与城市既有高架及桥梁桩基之间愈发冲突。在地铁和市政隧道的施工过程中，盾构机往往需要穿越既有高架及桥梁下方的桩基群，这些障碍桩增加了盾构掘进的施工难度，传统的施工方法有两类：①在盾构施工前对盾构隧道前方的桩基进行清除施工；②对侵入隧道范围内的桩基进行托换施工。此类拆除清障施工经常需要在净空高度低、工期要求短、环境保护要求高等条件下进行。现有技术中，具体的施工方法有以下几种：

人工挖孔截桩，当废弃障碍桩地上空间较小，不适合拔桩或爆破施工时，考虑人工挖孔截桩。而当桩基不是废弃桩，但经过精确地计算分析，截除一段桩基本不会影响地基承载力要求和结构稳定性时，也考虑人工挖孔截桩。

新桩代替原桩基，目前施工中主要采用新做的桩及大梁来负担被托换桩的承载力，使盾构隧道在大梁下穿越，从而减小盾构切削既有桩体的影响。

桩基拔除，第一类是利用起吊设备直接拔起(适用于截面比较小长度较短的桩)，第二类是首先减小桩侧摩阻力，然后利用起吊设备拔出桩基。由于目前遇到的桩主要有预制桩和钻孔灌注桩，预制桩的接头强度相对较差，拔桩时接头处可能断开，此现象一旦发生不仅加大施工难度且增大施工费用。钻孔灌注桩的钢筋可能不是全长，需要凿出灌注桩桩顶主筋。而且桩侧摩阻力非常大，所以一般不能用常用起吊设备将桩直接拔起(尤其是没有钢筋笼的素混凝士)，而是采用第二类，即使用某种技术措施使桩土分离，消除摩阻力，从而用常用起吊设备将桩基拔除。现有的拔桩工艺的差异主要是破坏桩周围土的方式不同，基于水力切割的拔桩方法有高压旋喷去切割拔桩法和振动沉管水力切割土拔桩法等，基于机械切割的拔桩方法有套管钻进拔桩法等，也可采用旋喷高压泥浆或人工挖孔技术。

爆破，利用钻孔机械在每个桩体钢筋笼中心钻孔，沿孔深装填炸药，进行控制爆破，从而拆除障碍桩。

上述的施工方法均需要较长的施工时间，施工成本高，并需要在现场施工场地较为开阔的情况下进行，在现场场地狭小的区域难以实施，且在进行桩基拔除施工中容易影响地基承载力要求和桥梁结构稳定性。

发明内容

针对上述现有技术中存着的不足之处，本发明提供了一种桥梁桩基托换结构及方法，解决了现有技术中盾构机穿越既有桥梁下方的桩基群时，对桩基的处理方法在现场场地狭小的区域难以实施，且在进行桩基拔除施工中容易破坏地基承载力要求和桥梁结构稳定性的技术问题。

第一方面，本发明公开了一种桥梁桩基托换结构，包括用于浇筑在土体上的混凝土垫层、固定于混凝土垫层上部且用于固定多根桩基的底板、用于固定多根该桩基且用于固定在桥梁盖梁与该底板之间的立墙、固定于该立墙与该底板之间的两组支撑件，该底板的两侧沿垂直于桩基的连线方向相对向外延伸，该立墙的长度方向与桩基的连线方向相同，两组该支撑件分别布设于该立墙的两侧，该底板上正对于每根桩基均开设有切割操作口，该切割操作口通过后浇混凝土填充。

本发明的桥梁桩基托换结构进一步改进在于，该立墙的顶部设有承托件，该承托件上通长开设有供该桥梁盖梁搁置的通槽。

本发明的桥梁桩基托换结构进一步改进在于，每组该支撑件由多块肋板组成，第一组该支撑件中的每块该肋板均正对于每根桩基，第二组该支撑件中的每相邻两块该肋板对应于每根桩基的两侧位置，该切割操作口位于二组该支撑件中的每相邻两块肋板之间。

本发明的桥梁桩基托换结构进一步改进在于，该肋板呈梯形，该肋板垂直于该立墙，该肋板远离立墙的一侧与底板的侧面齐平。

本发明的桥梁桩基托换结构进一步改进在于，立墙的宽度大于桩基的直径。

第二方面，本发明还提供了一种采用上述的桥梁桩基托换结构的方法，包括如下步骤：

对桩基周围土体进行开挖，直至底板设计低标高位置；

在土体上浇筑混凝土垫层，贴在混凝土垫层上浇筑底板，使该底板固定多根桩基，使该底板的两侧沿垂直于桩基的连线方向相对向外延伸，并在正对于桩基的位置预留切割操作口；

在桥梁盖梁与该底板之间浇筑立墙，使该立墙固定多根该桩基，并使该立墙的长度方向与桩基的连线方向相同；

于该立墙与该底板之间浇筑两组支撑件，并使两组该支撑件分别布设于该立墙的两侧；

通过该切割操作口于底板以下的每根桩基截取出一段截取段；

采用后浇混凝土将该切割操作口进行填充。

本发明的桥梁桩基托换方法进一步改进在于，该立墙的顶部设有承托件，该承托件上通长开设有供该桥梁盖梁搁置的通槽；

在桥梁盖梁与该底板之间浇筑立墙时，于该立墙的顶部浇筑该承托件，并使该桥梁盖梁搁置于该通槽内。

本发明的桥梁桩基托换方法进一步改进在于，每组该支撑件由多块肋板组成；

在于该立墙与该底板之间浇筑两组支撑件时，在正对于每根该桩基的位置浇筑第一组该支撑件中的一块肋板，在对应于该桩基的两侧位置浇筑第二组该支撑件中的两块该肋板，并使该切割操作口位于二组该支撑件中的每相邻两块该肋板之间。

本发明和已有技术相比较，其效果是积极和明显的。本发明通过托换结构代替桩基承受荷载，避免了盾构机穿越时影响桥梁安全，解决了现有技术中盾构机穿越既有桥梁下方的桩基群时，对桩基的处理方法在现场场地狭小的区域难以实施，且在进行桩基拔除施工中容易破坏地基承载力要求和桥梁结构稳定性的技术问题。本发明在不破坏桥梁主体结构和中断地面交通的基础上进行桩基托换作业，主要施工作业面在桥底，避免了地面施工产生的大量场地占用，消除了对城市交通的严重影响，施工产生的振动、噪音、粉尘等公害也得到了最大限度的降低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施案例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施案例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的桥梁桩基托换结构的整体结构正视图。

图2为本发明的桥梁桩基托换结构的侧视图。

图3为本发明的桥梁桩基托换结构的俯视图。

图4为本发明的桥梁桩基托换结构的正视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施案例，而不是全部的实施案例。基于本发明中的实施案例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施案例，都属于本发明保护的范围。

如图1～图4所示，本发明提供了一种桥梁桩基托换结构，包括用于浇筑在土体11上的混凝土垫层7、固定于混凝土垫层7上部且用于固定多根桩基3的底板4、用于固定多根该桩基3且用于固定在桥梁盖梁2与该底板4之间的立墙5、固定于该立墙5与该底板4之间的两组支撑件，该底板4的两侧沿垂直于桩基3的连线方向相对向外延伸，该立墙5的长度方向与桩基3的连线方向相同，两组该支撑件分别布设于该立墙5的两侧，该底板4上正对于每根该桩基3均开设有切割操作口8，该切割操作口8通过后浇混凝土填充。

本发明通过采用托换结构代替桩基3对进行桥梁1进行支撑，由于托换结构的底板4面积相对于桩基3更大，且直接连接在土体11与桥梁1底部之间，从而将桥梁1的受力直接通过大面积的底板4传递至土体11中，传力的效率更快，且传力面积更大，从而能够满足对桥梁1的支撑。在结构施工完成后，由于底板4贴于土体11建设，该切割操作口8为工人进行桩基3的切割截取操作提供了施工空间，在完成桩基3的切割截取操作后，则对切割操作口8进行封堵，保证底板4的完整性。隧道12位于桥梁1的下方土体内，切割截取后，下部分的桩基3在盾构机穿越的过程中也将对桥梁1没有影响，保证桥梁1的稳定性。

本发明工程场地的地面部分小，场地易于布置、工程进度快、干扰因素少、有利于文明施工、各种资源能较好地利用，能确保隧道本体和周围既有设施完好无损，确保居民生命、财产安全，避免了桥梁的拆除重建，避免了桩基3对下穿地铁线路的影响，节约了大量工程拆迁、地面场地占用等费用，形成了较好的经济效益。工程建设时，周围的居民及企事业单位能正常生活及工作。本发明为以后城市地下工程在类似情况下的规划建设提供了可靠的决策依据和技术指标，新颖的工法技术将促进地下工程施工技术进步，社会效益和环境效益明显。

优选的，如图1和图4所示，该立墙5的顶部设有承托件9，该承托件9上通长开设有供该桥梁盖梁2搁置的通槽。本实施例中，立墙5的宽度与桥梁盖梁2宽度相同，该承托件9的宽度大于立墙5的宽度，该通槽的宽度与梁盖梁宽度相同或稍大，从而使桥梁盖梁2卡入在通槽内，通槽的侧壁对桥梁盖梁2具有限位的作用，使桥梁1在受到震动或是受力不平衡的情况下，不易造成桥梁盖梁2与承托件9错位或是分离的情况。

优选的，如图2和图3所示，每组该支撑件由多块肋板6组成，第一组该支撑件中的每块该肋板6均正对于每根桩基3，第二组该支撑件中的每相邻两块肋板6对应于每根桩基3的两侧位置，该切割操作口8位于二组该支撑件中的每相邻两块肋板6之间。该第一组的肋板6与桩基3相正对，从而在桩基3被截断后，对桩基3位置进一步进行加固，使托换结构具有与桩基3相当的承载力。在切割操作口8的两侧均设有肋板6，在提高切割操作口8两侧强度的同时，还进一步地对桩基3的两侧位置进行了加固，使立墙5的两侧共同分担原桩基3的受力，从而保证了桥梁1的稳定性的同时，在桩基3截取完成后则在盾构机穿越的过程中对桥梁1也不会产生影响。

优选的，如图1和图4所示，该肋板6呈梯形，该肋板6垂直于该立墙5，该肋板6远离该立墙5的一侧与该底板4的侧面齐平。该肋板6的形状使其在立墙5与底板4之间形成一个三角的支撑体系，并使整个托换结构形成一个整体进行共同受力。

优选的，如图3所示，该立墙5的宽度大于该桩基3的直径。该立墙5将同一直线上的多根桩基3全部包含在内部，从而代替桩基3承受桥梁1的竖向受力。

另一方面，如图1～图4所示，本发明还提供了本发明还提供了一种采用上述的桥梁桩基托换结构的方法，包括如下步骤：

对桩基3周围土体11进行开挖，直至底板4设计低标高位置；

在土体11上浇筑混凝土垫层7，贴在混凝土垫层7上浇筑底板4，使该底板4固定多根桩基3，使该底板4的两侧沿垂直于桩基3的连线方向相对向外延伸，并在正对于桩基3的位置预留切割操作口8；

在桥梁盖梁2与该底板4之间浇筑立墙5，使该立墙5固定多根该桩基3，并使该立墙5的长度方向与桩基3的连线方向相同；

于该立墙5与该底板4之间浇筑两组支撑件，并使两组该支撑件分别布设于该立墙5的两侧；

通过该切割操作口8于底板4以下的每根桩基3截取出一段截取段10；

采用后浇混凝土将该切割操作口8进行填充。

优选的，该立墙5的顶部设有承托件9，该承托件9上通长开设有供该桥梁盖梁2搁置的通槽；

在桥梁盖梁2与该底板4之间浇筑立墙5时，于该立墙5的顶部浇筑该承托件9，并使该桥梁盖梁2搁置于该通槽内。

优选的，每组该支撑件由多块肋板6组成；

在于该立墙5与该底板4之间浇筑两组支撑件时，在正对于每根桩基3的位置浇筑第一组支撑件中的一块肋板6，在对应于桩基3的两侧位置浇筑第二组支撑件中的两块肋板6，并使切割操作口8位于二组支撑件中的每相邻两块肋板6之间。

进一步地，在对桩基3周围土体11进行开挖后，在贴在土体11上浇筑底板4前，在土体11上辅设一层混凝土垫层7。在采用后浇混凝土将该切割操作口8进行填充时，采用与底板4同等强度混凝土。立墙5施工时需破除桩基3表面保护层混凝土，将立墙5钢筋与桩基3钢筋有效连接，浇筑为一个整体。承托件9与原桥梁盖梁2按要求间距进行植筋。施工时，承托件9的混凝土采用喇叭口进行浇筑，为了确保承托和既有盖梁的高度契合，针对该部分混凝土，采用微膨胀混凝土，同时采用小直径振动棒加强振捣，确保其节点连接可靠。

具体的，当扩大基础结构施工完成后，开始对桥梁1原桩基3进行截除，截除范围在底板4以下50cm，将原桩体与扩大基础体系进行剥离，同时能够减少后期盾构穿越时对桥梁1体系的扰动。桩基3的截断长度为0.5m，完成体系转换，下部的桩基3与底板4实现完全脱离。体系转换期间需暂时中断路面交通。桩体截除采用绳锯切割，该工艺施工效率高，扰动小，能够满足本桥梁1安全需要。

底板4施工时，需预埋截桩2cm厚钢板挡土措施，避免截断桩取出后截桩周边土体11失稳，厚钢板需满足47.68kpa的侧土压力。截桩区域需回填级配碎石并人工压实，预留截桩区域需采用等强混凝土补浇(微膨胀)。

本发明通过托换结构代替桩基承受荷载，避免了盾构机穿越时影响桥梁安全，解决了现有技术中盾构机穿越既有桥梁下方的桩基群时，对桩基的处理方法在现场场地狭小的区域难以实施，且在进行桩基拔除施工中容易破坏地基承载力要求和桥梁结构稳定性的技术问题。本发明在不破坏桥梁主体结构和中断地面交通的基础上进行桩基托换作业，主要施工作业面在桥底，避免了地面施工产生的大量场地占用，消除了对城市交通的严重影响，施工产生的振动、噪音、粉尘等公害也得到了最大限度的降低。

本发明中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。以上所述仅是本发明的较佳实施案例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施案例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施案例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。