一种跨水域混凝土桥梁的抬高结构及抬高方法

技术领域

本申请涉及桥梁加固设计与施工领域，特别涉及一种跨水域混凝土桥梁的抬高结构及抬高方法。

背景技术

随着环境的变化或者航运需要，许多跨水域桥梁不能满足防洪或者通航需求，需要对其进行整体提升改造，将桥梁的桥梁上部结构进行抬高。

在一些相关技术中，桥梁抬高的主要施工方法是采用断柱抬高的方式，即采用落地支架或立柱作为平台施工，在施工平台上对桥墩进行切割，并采用顶升设备对切割部位上端的盖梁及桥梁上部结构进行支撑并顶升；然后对切割部位进行重新接长浇筑，从而实现桥梁抬高；但是存在着以下问题：

(1)其中接长浇筑时，通常为对桥墩切割处的上下端面进行凿毛处理，同时绑扎竖向钢筋及箍筋，最后浇筑普通的混凝土；此结构和及其施工方式存在新老混凝土结合不密实的问题，导致接长浇筑困难，使接长的桥墩抗剪能力和承载能力不足，结构存在安全隐患。

(2)由于桥梁多位于跨水区域，采用落地支架或立柱作为平台施工，施工平台难以进行架设。

发明内容

本申请实施例提供一种跨水域混凝土桥梁的抬高结构及抬高方法，以解决相关技术中混凝土抬高结构结合不紧密，使接长后的桥墩抗剪能力和承载能力不足的问题。

第一方面，提供了一种跨水域混凝土桥梁的抬高结构，其用于对所述桥梁的桥墩进行抬高，所述桥墩包括上下两个节段，且所述节段断面上具有第一啮齿结构，其包括：

接长混凝土块，其上下两个端面均设有多个抗剪齿块，且所述接长混凝土块上端面与其上的抗剪齿块，以及所述接长混凝土块下端面与上的抗剪齿块，各自形成用于与所述第一啮齿结构相啮合的第二啮齿结构；

接长钢筋，其竖向穿设所述接长混凝土块，并用于与所述桥墩上下两个节段的预留钢筋连接。

一些实施例中，所述接长钢筋穿设所述抗剪齿块，或所述接长钢筋穿设多个所述抗剪齿块之间的空隙。

一些实施例中，所述抗剪齿块为锥形凸块，沿所述抗剪齿块靠近所述接长混凝土块的一端向远离接长混凝土块的一端，所述抗剪齿块的截面积逐渐减小。

一些实施例中，所述抗剪齿块呈多行分布，每行中的所述抗剪齿块均匀间隔设置；相邻两行中的所述抗剪齿块交错设置。

第二方面，提供了一种跨水域混凝土桥梁的抬高方法，包括以下步骤：

将桥墩切割成上下两个节段，并在所述节段的断面上形成第一啮齿结构；

将两个所述节段中位于上方的节段移至设计标高，以使上下两个所述节段之间形成浇筑空间；

在所述浇筑空间内，利用接长钢筋接长上下两个所述节段上的预留钢筋；

在所述浇筑空间内浇筑混凝土，以形成跨水域混凝土桥梁的抬高结构。

一些实施例中，将桥墩部分切割成上下两个节段之前，还包括以下步骤：

当所述桥墩上支撑有盖梁时，在所述桥墩的切割位置的下侧设置一个抱箍平台，并在所述抱箍平台上设置顶升装置，以顶升所述盖梁；否则，在所述桥墩的切割位置处的上下两侧均设置一个抱箍平台，并在位于下侧的所述抱箍平台上设置顶升装置，以顶升位于上方的所述抱箍平台。

一些实施例中，所述抱箍平台包括混凝土抱箍和植筋，形成所述抱箍平台包括以下步骤：

根据所述混凝土抱箍与所述桥墩之间的摩阻力，以及所述植筋数量，确定混凝土抱箍的高度，并制造所述混凝土抱箍；

分别对所述混凝土抱箍的内表面，以及所述桥墩上与所述混凝土抱箍相接触的面进行凿毛处理；

沿所述桥墩的周向均匀设置所述植筋，以将所述混凝土抱箍和所述桥墩连接。

一些实施例中，所述混凝土抱箍由多个弧形混凝土块合围形成，并环绕设置在所述桥墩上。

一些实施例中，所述第一啮齿结构由风镐或者水射流机械对所述节段的断面进行凿除形成。

一些实施例中，在所述接长钢筋接长之后，浇筑混凝土之前，所述跨水域混凝土桥梁的抬高方法还包括：

在所述接长钢筋上均安装应变计，以监测其受力情况。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请实施例提供了一种跨水域混凝土桥梁抬高结构，由于该抬高结构包括接长混凝土块和分布在接长混凝土块上下两端的抗剪齿块，以及接长钢筋，在使用时，接长混凝土块上下两个端面以及其上的抗剪齿块形成第二啮齿结构，该第二啮齿结构与桥墩的上下两个节段的断面上的第一啮齿结构相啮合，使连接处难以在水平方向产生位移，并且使该抬高结构与原来的桥墩之间结合紧密，满足接长混凝土块和原来的桥墩连接处的抗剪能力和承载能力的要求；并且接长钢筋穿过接长混凝土块，并与预留钢筋连接，进一步加强连接，因此，使抬高结构与桥墩结合紧密。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，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申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的桥梁整体抬高时的纵桥向结构示意图；

图2为本申请实施例提供的桥梁整体抬高时的纵桥向结构示意图(A-A处方向的剖面图)；

图3为本申请实施例提供的抬高结构的示意图；

图4为本申请实施例提供的图3中B-B方向的剖面图；

图5为本申请实施例提供的抱箍平台的断面示意图。

图中：1、接长混凝土块；2、抗剪齿块；3、接长钢筋；4、节段；5、抱箍平台；50、混凝土抱箍；51、植筋；6、盖梁；7、顶升装置；8、桥梁上部结构；9、水平面；10、应变计；11、浇筑空间。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种跨水域混凝土桥梁的抬高结构，其能解决相关技术中混凝土抬高结构结合不紧密，使接长后的桥墩抗剪能力和承载能力不足的问题。

请参阅图1-图4，,一种跨水域混凝土桥梁的抬高结构，其用于对桥梁的桥墩进行抬高，桥墩包括上下两个节段4，且每个节段4的断面上具有第一啮齿结构，其包括接长混凝土块1、抗剪齿块2和接长钢筋3，抗剪齿块2设置在接长混凝土块1的上下两个端面上，接长混凝土块1的上端面与其上的抗剪齿块2，以及接长混凝土块1的下端面与其上的抗剪齿块2，各自形成用于与第一啮齿结构相啮合的第二啮齿结构；

接长钢筋3竖向穿设接长混凝土块1，并用于与桥墩上下两个节段4上的预留钢筋连接。

通过以上的结构设置，在使用时，接长混凝土块1上下两个断面以及其上的抗剪齿块2形成第二啮齿结构，该第二啮齿结构与桥墩的上下两个节段4的断面上的第一啮齿结构相啮合，使该抬高结构与桥墩的连接处形成相啮合的啮齿结构，啮齿结构使抬高结构难以在水平方向产生位移，并且使该抬高结构与原来的桥墩之间相结合的面积增大，结合更加紧密，从而满足接长混凝土块1和原来的桥墩连接处的抗剪能力和承载能力的要求。

在一些优选的实施例中，接长钢筋3和抗剪齿块2的分布位置有以两种情况：

第一，接长钢筋3穿设接长混凝土块1的同时也穿设抗剪齿块2，进一步的，接长钢筋3沿着抗剪齿块2的中心轴线穿设而出，即接长钢筋3从抗剪齿块2顶部的中心处延伸而出，这样的设置加强了抗剪齿块2的结构稳定性。

第二，如图3所示，接长钢筋3从多个抗剪齿块2之间的空隙穿过，并与抗剪齿块2间隔均匀分布；其空隙可为呈直线均匀分布的抗剪齿块2中，相邻两个抗剪齿块2之间的空隙；或者呈环形分布的抗剪齿块2之间所围成的空隙，同样与第一啮齿结构配合，也可以起到加强连接的作用。

如图3和图4所示，在一些优选的实施例中，抗剪齿块2为锥形凸块，锥形凸块上设有多个斜面，沿抗剪齿块2靠近接长混凝土块1的一端向远离接长混凝土块1的一端，抗剪齿块2的截面积逐渐减小，使抗剪齿块2和接长混凝土1连接成为稳定。

多个抗剪齿块2呈多行分布，每行中的抗剪齿块2均匀间隔设置；相邻两行中的抗剪齿块2交错设置，使抗剪齿块2和接长混凝土1的连接，增加抗剪切力。

接长混凝土块1上下两个端面上的抗剪齿块2互为镜像分布，即对称分布，或者相互补设置，通过以上的结构设置，使多个抗剪齿块2交错设置，增加抗剪切力，和第一啮齿结构连接的整体稳定性。

进一步的，接长混凝土块1和抗剪齿块2均为UHPC混凝土，UHPC具有抗压、抗剪强度大的优点，其结构承载能力高，加强了本抬高结构的稳定性。

在一些优选的实施中，接长混凝土块1的直径与桥墩上下两个节段4的直径相同，并且为与桥墩相同的筒体结构，使本抬高结构与桥墩的上下节段一致，形成良好的过渡，不向外凸出，之间不存在缝隙，从而便于在抬高后的桥梁桥墩的接长处，进行涂抹防护剂；另一方面具有一定美观性。

请参阅图1-5，一种跨水域混凝土桥梁的抬高方法，其特征在于，包括以下步骤：

将桥墩切割成上下两个节段4，并在节段4的断面上形成第一啮齿结构；

将两个节段4中位于上方的节段4移动至设计标高，以使上下两个节段4之间形成浇筑空间11；其中设计标高为桥梁上部结构8要进行抬高位置的标高；

在浇筑空间11内，利用接长钢筋3接长上下两个节段4上的预留钢筋；

在浇筑空间11内浇筑UHPC混凝土，以形成跨水域混凝土桥梁的抬高结构。

通过以上方式，快速形成本抬高结构，使浇筑形成的抬高结构与桥墩紧密结合。

在一些优选的实施中，加工制作新竖向钢筋即接长钢筋3，将接长钢筋3两端分别与桥墩凿除后的预留钢筋进行焊接，焊接长度不小于10倍的钢筋直径。

在一些优选的实施中，将桥墩部分切割成上下两个节段4之前，还包括以下步骤：

当对桥墩上支撑有盖梁6和桥梁上部结构8的桥梁进行切割时，需要先在切割位置的下侧设置一个抱箍平台5，并在抱箍平台5上设置顶升装置7，以顶升盖梁6。

当对桥墩上支撑桥梁上部结构8的桥梁进行切割时，需要先在切割位置的上下两侧均设置一个抱箍平台5，并在位于下侧的抱箍平台5上设置顶升装置7，以顶升位于上方的抱箍平台5。

通过以上的两种形式的抱箍平台5的设置，可以适用跨水域或没有安装立柱的地基条件的桥梁，如图1和图2所示，当桥墩的一部分位于水平面9以下，此种情况进行架设落地支架或立柱作为施工平台，较为困难，因此直接在桥墩上设置抱箍平台5，便于进行施工，减少施工成本，缩短施工周期。

如图5所示，在一些优选的实施例中，抱箍平台5包括混凝土抱箍50和植筋51，形成抱箍平台5包括以下步骤：

根据混凝土抱箍50与桥墩之间的摩阻力，以及植筋51数量，确定混凝土抱箍50的高度，以及根据顶升装置7的直径确定混凝土抱箍50的厚度，并制造混凝土抱箍50；

分别对混凝土抱箍50的内表面，以及桥墩上与混凝土抱箍50相接触的面采用电镐进行凿毛处理，形成凿毛面；

沿桥墩的周向均匀设置植筋51，以将混凝土抱箍50和桥墩连接，植筋51深度不小于植筋51直径的十倍。

进一步的，其中混凝土抱箍50的高度通过以下公式进行计算：

γV≤μf

式中γ为结构安全系数，由于该结构为临时结构，该系数取2.0；V为混凝土抱箍50竖向力设计值；μ为桥墩的混凝土静摩擦系数；f

进一步的，为方便混凝土抱箍50的安装，混凝土抱箍50由多个弧形混凝土块合围形成，并环绕设置在桥墩上；植筋51的一端混凝土抱箍50连接，另一端用于植入节段4，以使混凝土抱箍50固定于节段4上。

进一步的，第一啮齿结构由风镐或者水射流机械对节段4的断面进行凿除形成，并对第一啮齿结构进行抗剪计算；第一啮齿结构为节段4的断面和与抗剪齿块2相同的锥形凸块，并且预留钢筋穿过锥形凸块，锥形凸块的数量不少于五个；其中锥形凸块的抗剪计算，可按界面仅由混凝土承受而不考虑钢筋作用，具体公式如下：

式中Q

在一些优选的实施中，顶升装置7包括液压系统、计算机控制系统、液压千斤顶、位移及压力传感器等。系统通过电脑控制设定顶升千斤顶个数，千斤顶压力、行程、负载等；千斤顶数量按盖梁6及桥梁上部结构8的重量确定，对称均匀布置于抱箍平台5上。同时顶升装置7可控制多千斤顶位移同步顶升，位移精度为±0.5mm。

在一些优选的实施中，接长钢筋3呈陈列分布，在接长钢筋3接长之后，浇筑混凝土之前，抬高方法还包括：

在接长钢筋3上均安装应变计10，以监测桥梁抬高施工各阶段的接长钢筋3以及其他部位的受力情况。

进一步的，在呈阵列分布的接长钢筋3的中的每一个接长钢筋3上均设置一个应变计10，并且使应变计10沿着桥墩的周向方向上均匀对称分布，使应变计10监测到的压力更为准确。

在一些优选的实施中，浇筑混凝土时采用UHPC超高性能混凝土进行浇筑填充；UHPC具有抗压、抗剪强度大的优点，结构承载能力高；另外材料流动性，便于施工且有利于保证接长结构的浇筑密实度。

请参阅图1和图5，一种跨水域混凝土桥梁抬高结构的施工装置，包括抱箍平台5和多个顶升装置7，抱箍平台5用于设置在桥墩的上下两个节段4上，顶升装置7安装在位于下方节段4的抱箍平台5上，并顶升位于上方的抱箍平台5，在上下两个节段4之间形成容纳跨水域混凝土桥梁的抬高结构的浇筑空间11。

通过以上结构的设置，可以直接在桥墩上进行设置施工平台，避免在跨水域条件下或者无法安装立柱的地基条件下搭设施工平台进行切割抬高桥梁的缺陷，直接在桥墩上进行施工，作为一个施工平台，其安装和施工成本较低，并且适用范围也相对较广。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。