一种预防桥头跳车装置及其施工方法

技术领域

本发明涉及道路桥梁工程建设技术领域，特别涉及一种预防桥头跳车装置及其施工方法。

背景技术

在路桥过渡段，由于路堤和桥台结构刚性差异，会产生不均匀沉降，导致路面凹陷、坑洼等病害，当高速行驶的车辆通过过渡段时，车辆会受到冲击发生猛然颠簸，甚至出现严重的跳车现象。桥头跳车会产生诸多不利影响，一方面桥梁等构造物会产生附加冲击荷载，加速桥台、桥梁支座等构件的损坏速率，增加桥梁养护维修成本，另一方面车辆出现猛然大幅颠簸会严重影响驾驶员的正常操控，可能引发交通事故。此外，车辆经过过渡段时不得不减速以减轻颠簸，这对车辆自身零件会造成一定的磨损，还会增大油耗和尾气排放，不利于大气环境保护。因此，无论是对于路桥运营成本，还是对于行车的安全性、舒适性及城市空气污染防治，桥头跳车的存在都严重损害了城市建设和公路建设的经济效益和社会效益。

目前，桥头跳车防治的基本思路集中在加固地基以减少地基沉降、减小路基变形、在过渡段设置桥头搭板等三个方面，在此基础上采取相应的措施，如加固地基、使用轻质材料填筑路基、提高路基填土压实度、加筋、使用桩基、设置桥头搭板等，但多数措施须在路面施工初期进行，一旦损坏很难修补，极大增加维护费用。

发明内容

本发明目的是为解决桥头跳车问题，本发明提出一种预防桥头跳车装置，一旦该段路基沉降超过限值，便可及时进行处置。该项技术的应用，该发明预防桥头跳车的装置结构巧妙，施工工序简单，可极大提升现有桥头跳车防治技术手段。

为达到上述目的所采取的技术方案是：

一种预防桥头跳车装置，包括安装在桥头的多块空心结构板，所述多块空心结构板下端支撑安装有多根，所述空心结构板上安装有应变传感器，所述应变传感器连接有应力监测装置，所述空心结构板上安装有预应力组件。

进一步，所述空心结构板上沿桥头的长度方向贯通开设有多个空心孔，所述空心孔包括对接的两个斜孔，两个斜孔对接处位于空心结构板的跨中部，所述斜孔远离对接处向上倾斜设置；所述空心结构板与管桩的配合安装处设有套筒灌浆组件。

进一步，所述预应力组件安装在空心孔内，预应力组件包括安装在两个斜孔对接处的锚固端和安装在锚固端的两根精轧螺纹钢筋，两根精轧螺纹钢筋的另一端分别反向斜拉伸出空心结构板的空心孔外，并通过锚固板、螺旋筋和锚固螺母安装在空心结构板上。

进一步，所述应力监测装置包括与应变传感器进行信号连通的埋入式传感器、无线发射器及手机接收配套软件。

进一步，所述套筒灌浆组件包括与空心结构板预埋安装的套筒和安装在套筒上的注浆管，所述套筒内与注浆管内贯通设置，所述套筒的上端设有溢浆管，所述溢浆管上可拆卸安装有防护盖；所述注浆管内插装有导管；所述管桩的钢筋向上插装在套筒内。

进一步，所述空心结构板安装有两块。

进一步，所述空心结构板、管桩均为预制构件。

进一步，空心结构板采用高延性水泥基复合材料。

基于一种预防桥头跳车装置的一种施工方法，包括如下步骤：

（1）根据地址条件及公路设计等级，选取相应标准的空心结构板；

（2）根据空心结构板厚度，调整垫层设计标高、压实度为96%的区域设计标高，以保证路面设计标高不变；

（3）压实度为96%的区域土层施工完毕后，放样预制管桩坐标，施工预制管桩，管桩的桩顶控制标高为垫层设计标高+空心结构板层厚度+0.1m；

（4）安装空心结构板，对套筒灌浆组件进行灌浆施工，将管桩与空心结构板连接为一体；路床及路面结构层施工；

（5）传感器调零，根据路面设计荷载，进行加载，采集传感器受力数据，撤掉加载载荷，采集残余数据，确定受力波动范围，并换算出下沉值△h；

（6）实时监测开始，受力极值超限，或波动范围变小，开始预警，张拉预应力组件，预应力组件作用空心结构板恢复至变形前，空心结构板与压实度为96%的区域产生间隙，在空心结构板应力变形较大的间隙区域进行局部注浆；

（7）实时监测，循环（6）步骤。

进一步，步骤6中预应力组件，通过千斤顶分别拉伸作用精轧螺纹钢筋，精轧螺纹钢筋向上推动空心结构板减小变形。

本发明所具有的有益效果为：

本发明通过设计一种预防桥头跳车装置，通过应力监测装置及时监测空心结构板的变形情况，当达到设定值后，通过张紧预应力组件，预应力组件作用空心结构板，使得空心结构板恢复原形，然后对对空心结构板应力变形较大的间隙进行局部注浆；这样可以实现监测与处理为一体的预防桥头跳车装置，本装置结构巧妙，施工工序简单，可极大提升现有桥头跳车防治技术。

附图说明

图1为本发明使用示意图；

图2为本发明的套筒灌浆组件示意图；

图3为本发明预应力组件的安装示意图；

图4为本发明预应力组件的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步描述。

如图1-4所示，一种预防桥头跳车装置，包括安装在桥头的多块空心结构板1，所述空心结构板1安装在压实度为96%的区域2上方，优选地，所述空心结构板1安装有两块。临桥台的空心结构板1的变形是第二块板的两倍；所述多块空心结构板1下端支撑安装有多根管桩3，优选地，管桩3采用直径80cm，根据地质条件确定桩长；所述管桩3的桩顶与空心结构板1通过套筒灌浆组件6连接，套筒灌浆组件6提前预制在空心结构板1上，成为空心结构板1的一部分，所述空心结构板1上安装有应变传感器，优选地，应变传感器预埋安装在空心结构板1的钢筋上；所述应变传感器连接有应力监测装置5，所述空心结构板1上安装有预应力组件7。通过应力监测装置5及时监测空心结构板1的变形情况，当达到设定值后，通过张紧预应力组件7，预应力组件7作用空心结构板1，使得空心结构板1变形减小或恢复原形，然后对对空心结构板1应力变形较大的间隙进行局部注浆。

如图1-4所示，本实施例中，所述空心结构板1上沿桥头的长度方向贯通开设有多个空心孔11，所述空心孔11包括对接的两个斜孔，两个斜孔对接处位于空心结构板1的跨中部，所述斜孔远离对接处向上倾斜设置。优选地，两个斜孔直径不小于5cm。

如图1-4所示，为了对变形的空心结构板1施加作用，使空心结构板1变形恢复至原形，本实施例中，采用预应力组件7来作用空心结构板1，所述预应力组件7安装在空心孔11内，预应力组件7包括安装在两个斜孔对接处的锚固端72和安装在锚固端72的两根精轧螺纹钢筋71，优选地，精轧螺纹钢外部涂防锈漆；两根精轧螺纹钢筋71的另一端分别反向斜拉伸出空心结构板1的空心孔11外，并通过锚固板73、螺旋筋74和锚固螺母75安装在空心结构板1上。当使用过程中空心结构板1发生变形后，空心结构板1与压实度为96%的区域2产生间隙，通过作用张拉精轧螺纹钢筋71，精轧螺纹钢筋71向上作用空心结构板1，使得空心结构板1变形恢复至原形，再通过对空心结构板1应力变形较大的间隙区域进行局部注浆，确保基础密实，避免路基沉降。

如图1-4所示，为了及时监测空心结构板1的变形，本实施例中，所述应力监测装置5包括与应变传感器进行信号连通的埋入式传感器、无线发射器及手机接收配套软件。应力监测装置5安装在应力监测装置5盒内，所述应力监测装置5盒采用镀锌铝合金材料，通过螺栓固定在空心结构板1端部上方；应力监测装置5盒的尺寸多种，可根据应力检测仪的大小、功能进行调整。空心结构板1的钢筋上的应变传感器导线从端部引出后与应力监测装置5盒中的装置连接。工作人员可以通过手机及时查看空心结构板1的变形情况，及时进行作用预应力组件7，使空心结构板1减小变形，避免路基沉降，预防桥头跳车的问题。

如图1-4所示，为了实现管桩3与空心结构板1，所述套筒灌浆组件6包括与空心结构板1预埋安装的套筒63和安装在套筒63上的注浆管61，所述套筒63内与注浆管61内贯通设置，所述套筒63的上端设有溢浆管62，所述溢浆管62上可拆卸安装有防护盖；所述注浆管61内插装有导管；所述管桩3的钢筋向上插装在套筒63内。优选地，溢浆管62与防护盖通过螺纹连接。加工时，空心结构板1与套筒63预埋安装，管桩3的桩顶向上伸出设有与套筒63连接的钢筋，本实施例中，每个管桩3的桩顶向上伸出八根钢筋，通过注浆管61注浆可以实现将管桩3与空心结构板1连接为一个整体。

为方便安装，加快建设工期，本实施例中，所述空心结构板1、管桩3均为预制构件。

优选的，空心结构板1采用高延性水泥基复合材料。

基于一种预防桥头跳车装置的一种施工方法，包括如下步骤：

（1）根据地址条件及公路设计等级，选取相应标准的空心结构板1。

（2）根据空心结构板1厚度，调整垫层设计标高、压实度为96%的区域2设计标高，以保证路面设计标高不变。

（3）压实度为96%的区域2土层施工完毕后，放样预制管桩3坐标，施工预制管桩3，管桩3的桩顶控制标高为垫层设计标高+空心结构板层厚度+0.1m。

（4）安装空心结构板1，对套筒灌浆组件6进行灌浆施工，将管桩3与空心结构板1连接为一体；路床及路面结构层4施工；

（5）传感器调零，根据路面设计荷载，进行加载，采集传感器受力数据，撤掉加载载荷，采集残余数据，确定受力波动范围，并换算出下沉值△h；

（6）实时监测开始，受力极值超限，或波动范围变小，开始预警，张拉预应力组件7，体外预应力与底板夹角θ，张拉力T=2a·△h·sinθ·cosθE·A/L，式中a为调整系数；预应力组件7作用空心结构板1恢复至变形前，空心结构与压实度为96%的区域2产生间隙，在空心结构板1应力变形较大的间隙区域进行局部注浆；确保基础密实，避免路基沉降；

（7）实时监测，循环（6）步骤。

为了通过作用预应力组件7，间接使得预应力组件7作用空心结构板1，使得空心结构板1恢复形变至变形前，步骤6中预应力组件7，通过千斤顶分别拉伸作用精轧螺纹钢筋71，精轧螺纹钢筋71向上推动空心结构板1恢复形变至变形前；优选地，千斤顶为为YC-70型，精轧螺纹钢筋71的张拉以空心结构板1变形量控制为主，采用精轧螺纹钢筋71的规格可选为JL25、JL28、JL32。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，如没有另外声明，上述词语并没有特殊的含义。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。