一种桥墩托换方法及托换结构与流程

1.本发明涉及道路建设施工技术领域，尤其涉及一种用于对原有道路进行拓宽改造时进行桥墩托换的方法和实现结构。


背景技术：

2.随着我国城市升级改造和城市化建设的推进，城市道路交通流量日趋增加，很多既有道路已经无法满足日益增长的交通流量需求，一大批城市道路亟待拓宽改造。在这些待拓宽的道路之中，有些道路下穿桥梁并临近既有桥墩，这种情况下若要对道路进行拓宽，首先要对临近桥墩进行托换以留出足够的道路拓宽空间。
3.现有的桥墩托换一般为被动托换，托换流程大致如下：搭建临时墩临时支撑上部结构
→
新建门架墩(外包既有桥墩顶部形成一体)
→
沿门架墩与既有桥墩结合面割除既有桥墩以下部分
→
卸载临时墩支撑荷载，上部结构荷载转移至新建门架墩。新建门架墩体系受力后，下部桩基与土体产生的压缩变形和门架墩产生的弯曲变形，使得上部结构被动下挠，这属于典型的被动托换。
4.下穿道路拓宽涉及的桥墩托换工程，往往需要在顺桥向对桥墩进行偏移以留出道路拓宽空间，新建桥墩通过悬臂盖梁支撑上部结构。这种情况下，悬臂盖梁受弯下挠使得新建基础、桥墩等下部结构偏心受力，再叠加混凝土收缩徐变、土体蠕变等时变效应影响，使得支撑点处总体下挠显著。若采用现有托换方法，上部结构将产生较大下挠，这对超静定体系的主梁受力非常不利。此外，现有的桥墩托换方法往往需要搭建临时墩支撑上部结构，期间需进行交通管制，这对既有桥上和桥下道路保通影响较大，费用较高，也存在一定的施工风险。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷，提供一种可解决桥墩托换过程中的主梁变形问题，可提高桥墩托换的安全性、降低施工风险，无需搭建临时墩、可节约施工成本的桥墩托换方法及托换结构。
6.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种桥墩托换方法，其特征在于：拓宽改造道路时对于原桥墩的托换过程按以下步骤进行：
7.1)根据道路拓宽要求，在原桥墩外侧建设新桥墩，新桥墩具有朝原桥墩伸出的悬臂盖梁，悬臂盖梁顶面与箱梁底面之间预留一定高度；在悬臂盖梁对准原桥墩中轴线的位置预留有上下贯穿悬臂盖梁的楔形孔洞，使得悬臂盖梁外包原桥墩但不与其接触；
8.2)在悬臂盖梁的顶面安装可调高可测力的临时支座；
9.3)将临时支座逐级顶升，使桥梁上部荷载由原支座转移至临时支座；
10.4)拆除原桥墩；
11.5)浇筑悬臂盖梁预留的楔形孔洞形成后浇楔形体，在楔形体的顶面施工新支柱，并将可调高可测力的新支座安装于新支柱上；
12.6)将临时支座逐级卸载，使桥梁上部荷载由临时支座转移至新支座；
13.7)拆除临时支座。
14.对于设有系梁的双柱式或多柱式的原桥墩，在建设新桥墩之前，先在原桥墩系梁下方新建临时系梁替代原系梁，以保证后续施工期间原桥墩具有可靠的横向联系。
15.所述悬臂盖梁自新桥墩的中段部位起往上并往原桥墩倾斜伸出，使悬臂盖梁的底面形成斜面，楔形孔洞则从悬臂盖梁的顶面竖直贯穿至斜面；所述楔形孔洞为上大下小的结构，下端口距原桥墩净距为5
‑
15cm，如10cm，上端口距原桥墩净距为30
‑
50cm，如40cm，楔形孔洞内预留二次浇筑楔形体时所需的预留钢筋。
16.在原桥墩的支座周围布设若干个临时支座，临时支座沿悬臂盖梁上的楔形孔洞周边设置，并且临时支座均设置在箱梁腹板下方或箱梁中横梁下方以保证箱梁受力安全。
17.安装临时支座时：
18.(1)在悬臂盖梁的顶面施工临时支柱，临时支柱采用钢管混凝土柱结构，钢管与悬臂盖梁中的预埋的地脚螺栓通过法兰连接，钢管内灌注自密实混凝土；
19.(2)在临时支柱上安装临时支座，临时支座内部自带顶升装置和测力装置，临时支座安装就位后，调整临时支座高度使其与箱梁底部密贴；
20.(3)临时支座分级顶升，将上部结构荷载由原支座转移至临时支座；顶升力按临时支座理论支承反力预先确定，分五级顶升，每级顶升力20％，顶升荷载依次为20％、40％、60％、80％、100％顶升力，临时支座最终顶升力以使原支座完全脱空为准确定；同时，分级顶升过程中同步监测箱梁底顶升高度，箱梁底最终顶升高度控制在5mm以内；
21.(4)临时支座顶升完成后，等待1～2个月，在此期间，新建下部结构(包括新桥墩、新承台、新桩基)将发生混凝土收缩、徐变和土体蠕变变形，上部结构随之下挠接触原支座，部分反力转移至原支座，临时支座反力读数发生变化，若发生较大变化，再按第(3)步进行顶升；
22.(5)重复第(3)～(4)步2～3次，直至临时支座的支反力读数变化值小于5％，以保证新桥墩的混凝土收缩、徐变以及土体蠕变等时变效应达到相对稳定的状态。
23.拆除原桥墩时，首先在悬臂盖梁的顶部设置手动葫芦临时固定被悬臂盖梁包裹的原桥墩节段，然后在悬臂盖梁下方切割原桥墩并拆除悬臂盖梁下方的原桥墩节段，最后利用手动葫芦下放并拆除悬臂盖梁包裹的原桥墩节段；
24.原桥墩拆除后，调整临时支座的高度，使原支座处梁底高程调整至与桥墩托换前的既有状态保持一致。
25.在浇筑悬臂盖梁的预留楔形孔洞时：
26.(1)在悬臂盖梁底部设置吊篮底模，绑扎好楔形体的连接钢筋，与悬臂盖梁的预留钢筋进行焊接，然后浇筑楔形孔洞，形成后浇楔形体，其受力后有自锁效应，保证后浇混凝土与既有混凝土之间的可靠传力；
27.(2)在后浇楔形体的顶面施工新支柱，新支柱采用钢管混凝土柱结构，钢管与楔形体中预埋的地脚螺栓通过法兰连接，管内灌注自密实混凝土；
28.(3)在新支柱上安装新支座，新支座采用可调高可测力支座，其内部自带顶升装置和测力装置；新支座安装就位后，调整新支座高度使其与箱梁底密贴；
29.(4)临时支座支反力按20％、40％、60％、80％、100％分五级卸载，将上部结构荷载
由临时支座转移至新支座；每级卸载完成后，检查并调整新支座支反力增量，确保临时支座反力卸载量完全转移为新支座反力增量；同时，同步监测新支座处梁底位移，确保荷载转移前后新支座处梁底位移的变化量小于2mm。
30.临时支座支反力卸载完毕后，即拆除临时支座，然后拆除临时支柱与悬臂盖梁的地脚螺栓连接，并凿除临时支柱。
31.一种桥墩托换结构，其特征在于：在原桥墩外侧建设的新桥墩具有朝原桥墩伸出的悬臂盖梁，悬臂盖梁顶面与箱梁底面之间预留一定高度；在悬臂盖梁对准原桥墩中轴线的位置预留有上下贯穿悬臂盖梁的楔形孔洞，使得悬臂盖梁外包原桥墩但不与其接触；在拆除原桥墩后于楔形孔洞中进行混凝土浇筑形成后浇楔形体，在楔形体的顶面施工新支柱，并在新支柱上安装可调高可测力的新支座，通过新支座支撑箱梁。
32.进一步地，所述悬臂盖梁自新桥墩的中段部位起往上并往原桥墩倾斜伸出，使悬臂盖梁的底面形成斜面，楔形孔洞则从悬臂盖梁的顶面竖直贯穿至斜面；所述楔形孔洞为上大下小的结构，下端口距原桥墩净距为5
‑
15cm，如10cm，上端口距原桥墩净距为30
‑
50cm，如40cm，楔形孔洞内预留有二次浇筑楔形体时所需的预留钢筋；在新桥墩的下方地基中建设有新桩基，新桩基上建有新承台，新桥墩由新承台支承。
33.本发明的技术效果包括：
34.1、通过在新建桥墩的悬臂盖梁对准原桥墩中轴线的位置预留楔形孔洞，使得悬臂盖梁外包原桥墩但不与其接触。由于新桥墩与原桥墩之间无接触，实现了在新支撑体系受力之前，通过临时支撑体系预先使新建下部结构受力并达到变形稳定状态。这样在新支撑体系受力时，下部结构变形已基本稳定，不会引起上部结构的被动下挠，从而使得现有桥墩托换方法中的主梁变形问题得到解决，保证了桥墩托换过程中主梁始终处于安全可控状态，提高了桥墩托换的安全性。
35.2、在上部结构荷载转移至临时支撑体系后，新建下部结构变形稳定期间，原桥墩支撑系统仍然可作为第二道安全屏障，提高了桥墩托换的安全性。
36.3、临时支座及新支座均采用可调高可测力支座，支座顶升与卸载的精度得到了有力保障，从而将荷载转移过程中主梁变形控制在很小的范围内，提高了桥墩托换的安全性。
37.4、通过盖梁巧妙的构造设计，使得本发明在施工过程中无需搭建临时墩，临时支撑体系直接设置在悬臂盖梁之上，提高了施工便易性，降低了施工风险，节约了施工成本。
38.5、悬臂盖梁顶面距箱梁底预留了一定高度，使得盖梁顶面可兼做后续施工的作业平台，减少了临时施工平台的搭设，提高了施工便易性，降低了施工风险，节约了施工成本。
附图说明
39.图1为本发明在桥墩改造前后的对比示意图；
40.图2为桥梁原始状态示意图；
41.图3为本发明新桥墩托换过程对应第一步的示意图；
42.图4为本发明新桥墩托换过程对应第二步的示意图；
43.图5为本发明新桥墩托换过程对应第三步的示意图；
44.图6为本发明新桥墩托换过程对应第四步的示意图；
45.图7为本发明新桥墩托换过程对应第五步的示意图；
46.图8为本发明新桥墩托换过程对应第六步的示意图；
47.图9为本发明新桥墩托换过程对应第七步的示意图，即桥墩托换完成后的最终状态；
48.图10为对应第六步的新桥墩细节示意图；
49.图11为对应第六步的临时支座及新支座的平面布置示意图；
50.图12为浇筑楔形体的钢筋连接大样示意图；
51.图13为最终状态的新桥墩细节示意图。
52.图中，1为箱梁，2为新桥墩，21为悬臂盖梁，22为楔形孔洞，23为斜面，3为新承台，4为新桩基，5为新支柱，6为新支座，7为楔形体，8为预留钢筋，9为连接钢筋。
具体实施方式
53.下面结合附图1
‑
13，通过具体实施例对本发明做进一步说明：
54.以三跨预应力连续箱梁桥为例介绍本发明技术方案。如图1和图2所示，既有道路下穿桥梁，根据规划要求需要对道路进行拓宽改造，因此要对道路两侧的两个原桥墩进行托换，以留出道路拓宽空间。
55.本发明技术方案主要包括如下步骤：
56.步骤一：新建临时替代系梁
57.如图3，在原桥墩的系梁下方新建临时替代系梁，以保证后续施工期间原桥墩有可靠的横向联系。
58.步骤二：拆除桥墩原系梁
59.如图4，由于原桥墩系梁与后续新桥墩2的悬臂盖梁21的空间位置冲突，在临时替代系梁达到设计强度后，拆除原桥墩系梁。
60.步骤三：新建桥墩
61.根据道路拓宽要求，在原桥墩外侧建新桥墩2。首先在新桥墩下方地基中建设新桩基4，然后在新桩基4上建设新承台3，最后在新承台3上建设新桥墩2。新桥墩2的悬臂盖梁21在原桥墩中轴线位置预留楔形孔洞22，使得悬臂盖梁21外包原桥墩但不与其接触。这种巧妙的构造设计是本发明的主要创新点之一，也是本发明与现有桥墩托换方法最大的不同之处。一方面，由于新桥墩2与原桥墩之间无接触，实现了在新支撑体系受力之前，通过临时支撑体系预先使新建下部结构受力并达到一定的变形稳定状态。这样在新支撑体系受力时，下部结构变形已基本稳定，不会引起上部结构的被动下挠，从而使得现有桥墩托换方法中的主梁变形问题得到解决。另一方面，通过悬臂盖梁21巧妙的构造设计，使得本发明技术方案无需搭建临时墩，临时支撑体系直接设置在悬臂盖梁21之上。在上部结构荷载转移至临时支撑体系后，新建下部结构变形稳定期间，原桥墩支撑系统仍然可作为第二道安全屏障。
62.此外，本发明中悬臂盖梁21顶面距箱梁1底部预留了一定高度，使得悬臂盖梁21顶面可兼做后续施工的作业平台，减少了临时施工平台的搭设。
63.悬臂盖梁21自新桥墩2的中段部位起往上并往原桥墩倾斜伸出，使悬臂盖梁21的底面形成斜面23，楔形孔洞22则从悬臂盖梁21的顶面竖直贯穿至斜面23；悬臂盖梁21预留上大下小的楔形孔洞22，下端口距原桥墩净距10cm，上端口距原桥墩净距40cm，孔内预留二次浇筑楔形体时所需的预留钢筋8。
64.步骤四：安装临时支座，上部结构荷载转移至临时支撑体系
65.每个原支座周围布设4个临时支座，临时支座沿盖梁预留楔形孔洞22周边设置，为保证箱梁1受力安全，临时支座均应设置在箱梁腹板下方或箱梁中横梁下方。
66.(1)在悬臂盖梁21顶面施工临时支柱，临时支柱采用钢管混凝土柱结构，钢管与悬臂盖梁21中预埋的地脚螺栓通过法兰连接，管内灌注自密实混凝土。
67.(2)在临时支柱上安装临时支座，临时支座采用可调高可测力支座，其内部自带顶升装置和测力装置。临时支座安装就位后，调整支座高度使其与梁底密贴。
68.(3)临时支座分级顶升，将上部结构荷载由原支座转移至临时支座。顶升力按支座理论支承反力预先确定，分五级顶升，每级顶升力20％，顶升荷载依次为20％、40％、60％、80％、100％顶升力，支座最终顶升力以使原支座完全脱空为准确定。同时，分级顶升过程中同步监测梁底顶升高度，梁底最终顶升高度应控制在5mm以内(梁底最终顶升高度主要考虑桥梁下部结构的回弹变形，实际操作时以原支座的上、下支座板脱离为控制标准)。
69.(4)临时支座顶升完成后，等待1～2个月，在此期间，新建下部结构(包括新桥墩2、新承台3、新桩基4)将发生混凝土收缩、徐变和土体蠕变变形，上部结构会随之下挠接触原支座，部分反力将转移至原支座，临时支座反力读数会发生变化，若发生较大变化，再按本步骤的第(3)步进行顶升。
70.(5)重复第(3)～(4)步2～3次，直至临时支座的支反力读数变化值小于5％。
71.上述第(4)、(5)步十分关键，目的是让新建下部结构在受力后持荷一段时间，使下部结构的混凝土收缩、徐变、土体蠕变等时变效应达到相对稳定状态。
72.步骤五：拆除原桥墩
73.(1)首先在悬臂盖梁21顶部设置手动葫芦临时固定悬臂盖梁21包裹的原桥墩节段，然后在悬臂盖梁21下方切割原桥墩并拆除悬臂盖梁21下方的原桥墩节段，最后利用手动葫芦下放并拆除悬臂盖梁21包裹的原桥墩节段。
74.(2)原桥墩拆除后，调整临时支座高度，使原支座处梁底高程调整至与桥墩托换前的既有状态保持一致。
75.步骤六：浇筑盖梁预留孔洞，安装新支座，上部结构荷载转移至新支座支撑体系
76.(1)悬臂盖梁21底设置吊篮底模，绑扎楔形体钢筋，伸出的连接钢筋9与悬臂盖梁21的预留钢筋8进行焊接，浇筑楔形孔洞22，形成后浇楔形体7，楔形体7受力后有自锁效应，保证了后浇混凝土与既有混凝土之间的可靠传力。
77.(2)在后浇楔形体7的顶面施工新支柱5，新支柱5采用钢管混凝土柱结构，钢管与楔形体7中预埋的地脚螺栓通过法兰连接，管内灌注自密实混凝土。
78.(3)在新支柱5上安装新支座6，新支座6采用可调高可测力支座，其内部自带顶升装置和测力装置。新支座6安装就位后，调整支座高度使其与梁底密贴(以新支座承担10％理论支反力作为与梁底密贴的标准)。
79.(4)临时支座支反力按20％、40％、60％、80％、100％分五级卸载，将上部结构荷载由临时支座转移至新支座6。每级卸载完成后，检查并调整新支座6支反力增量，确保临时支座反力卸载量完全转移为新支座6反力增量。同时，同步监测新支座6处梁底位移，确保荷载转移前后新支座6处梁底位移的变化量小于2mm。
80.步骤七：拆除临时支座
81.临时支座支反力卸载完毕后，即可拆除临时支座。然后解除临时支柱与悬臂盖梁21地脚螺栓连接，并凿除临时支座支撑立柱。
82.以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本技术实施范围，即凡依本技术范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。