可调节桥头与土层接缝沉降的加固结构及其施工方法

1.本发明属于桥梁工程技术领域，具体涉及可调节桥头与土层接缝沉降的加固结构，还涉及可调节桥头与土层接缝沉降的加固结构施工方法。


背景技术：

2.桥头跳车是一种在桥梁桥头处的差异沉降或伸缩缝破坏而使路面纵坡出现台阶引起车辆通过时产生跳跃的现象。这种现象属于城市道路交通中一种常见灾害现象，会影响行车安全、降低行车速度、影响车辆运营费用和加速桥梁及路面的病害。
3.就其成因而言，柔性道路与刚性结构在接缝处由于材料刚度、胀缩性、强度等存在差异，容易使得柔性区域产生应力集中，同时受车辆往复荷载、结构自重及自然因素等影响也会导致柔性道路的沉降量大于刚性桥梁的沉降量，从而使得桥头处形成错台。
4.目前，治理桥头刚性结构与柔性部分之间错台现象的主要方法是针对地基的处理及设置桥涵构造物，且在治理的过程中常需用到排水固结、换土等工程施工方法，这会影响桥梁的正常使用，且反复施工增大了桥梁的维护成本。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供可调节桥头与土层接缝沉降的加固结构，能够减少桥头区域土层的压缩变形，同时还能调节桥头区域土层的沉降量。
6.本发明的另一目的是提供可调节桥头与土层接缝沉降的加固结构施工方法。
7.本发明所采用的技术方案是，可调节桥头与土层接缝沉降的加固结构，包括桥梁端头，桥梁端头通过多个预应力锚索连接第一围挡、第二围挡、第三围挡，第一围挡、第二围挡、第三围挡与桥梁端头端面倾斜角逐渐增大设置，桥梁端头与第一围挡、第二围挡、第三围挡之间均填充土层。
8.本发明的特点还在于：
9.第一围挡、第二围挡、第三围挡均呈放射状布置，且数量依次减少。
10.第一围挡、第二围挡、第三围挡高度逐渐减小。
11.第一围挡、第二围挡、第三围挡顶部均铰接螺纹套筒。
12.第一围挡、第二围挡、第三围挡均为网格状结构，包括多个交错连接的横梁、竖梁。
13.第一围挡、第二围挡、第三围挡底部均活性连接至少一个分布钢筋，每个分布钢筋均连接桥梁端头。
14.第一围挡、第二围挡、第三围挡底部均活性连接至少一个分布钢筋具体连接方式为：第一围挡、第二围挡、第三围挡底部均预埋锁链预埋件，分布钢筋外套接包含挂钩的固定套筒，固定套筒上挂钩连接锁链预埋件。
15.桥梁端头与第一围挡之间的土层上铺设弧形压板。
16.弧形压板上还连接预埋管道，预埋管道内连接电控轨道。
17.本发明所采用的另一技术方案是，可调节桥头与土层接缝沉降的加固结构的施工
方法，具体按照以下步骤实施：
18.步骤1、在桥梁端头周围位于第一围挡、第二围挡、第三围挡底部位置处土层回填施工，土层回填至第一围挡、第二围挡、第三围挡的底标高；
19.步骤2、铺设并安装底部分布钢筋，利用并在预定位置安装固定套筒；
20.步骤3、将预应力锚索与桥梁端头连接的一端先进行锚接，另一端与第一围挡、第二围挡、第三围挡进行连接；
21.步骤4、依次进行第一围挡、第二围挡、第三围挡顶部以下的土体回填形成土层，将对应围挡顶部的竖向压杆拧入螺纹套筒，并采用施工器械对竖向压杆施加竖直向下的压力；
22.步骤5、开始进行第一围挡顶部以上土体回填，同时设置弧形压板；
23.步骤6、铺设内置电控轨道的预埋管道，并将砝码或高质量物体通过电控轨道运输到预埋管道的弧形压板上方区域，通过弧形压板对其底部土层回填；继续完成预埋管道周围及弧形压板顶部以上土体回填或桥头搭板下面的土垫平，夯实，在夯实土层上进行桥头搭板施工；
24.步骤7、将竖向压杆拧出螺纹套筒，进而对第一围挡远离桥梁端头以外的土体进行夯实处理；
25.步骤8、完成预埋管道周围及弧形压板顶部以上所有土体回填或桥头搭板下面的土垫平，夯实，在夯实土层上完成桥头搭板施工。
26.本发明有益效果是：
27.本发明可调节桥头与土层接缝沉降的加固结构，能够减少桥头区域土体的压缩变形量，同时还能调节桥头区域土体的沉降量；当桥梁在长期使用过程中发生错台现象时，可以通过减少弧形压板上预埋管道内的砝码或或高质量物体来重新消除错台现象，不再需要工人重新施工或治理，节约了桥梁和道路运营成本。
附图说明
28.图1是本发明一种可调节桥头与土层接缝沉降的加固结构的结构示意图；
29.图2是本发明一种可调节桥头与土层接缝沉降的加固结构的实际工程使用示意图；
30.图3是本发明一种可调节桥头与土层接缝沉降的加固结构的俯视图；
31.图4是本发明一种可调节桥头与土层接缝沉降的加固结构无弧形压板及预埋管道时的结构示意图；
32.图5是本发明一种可调节桥头与土层接缝沉降的加固结构中挡板的结构示意图；
33.图6是本发明一种可调节桥头与土层接缝沉降的加固结构中挡板的局部剖切示意图；
34.图7是本发明一种可调节桥头与土层接缝沉降的加固结构中a节点的结构示意图；
35.图8是本发明一种可调节桥头与土层接缝沉降的加固结构中底部分布钢筋与挡板的连接示意图；
36.图9是本发明一种可调节桥头与土层接缝沉降的加固结构中弧形压板的结构示意图；
37.图10是本发明一种可调节桥头与土层接缝沉降的加固结构中弧形压板与挡板的空间位置关系示意图；
38.图11是本发明一种可调节桥头与土层接缝沉降的加固结构中竖向压杆与围挡的位置关系示意图；
39.图12是本发明一种可调节桥头与土层接缝沉降的加固结构中桥头顶面与加固范围曲面的空间关系示意图；
40.图13是图12的正视图；
41.图14是以图12侧视图表达加固范围区域和桥头顶面位置变化的示意图。
42.图中，1.桥梁端头，2.第一围挡，21.横梁，22.竖梁，23.分布钢筋，24.固定套筒，25.锁链预埋件，26.围挡近桥头面，27.螺纹套筒，28.竖向压杆，3.第二围挡，4.第三围挡，5.预应力锚索，6.弧形压板，7，预埋管道，8.锥坡，9.负重压板，10.桥头顶面，11.加固范围区域。
具体实施方式
43.下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
44.本发明可调节桥头与土层接缝沉降的加固结构，如图1所示，包括桥梁端头1，与桥梁端头1相对的一端设置有3层围挡，分别是第一围挡2、第二围挡3、第三围挡4，桥梁端头1通过多个预应力锚索5连接第一围挡2、第二围挡3、第三围挡4，第一围挡2、第二围挡3、第三围挡4均与桥梁端头1端面呈倾斜角逐渐增大设置，能够增大第一围挡2、第二围挡3与第三围挡4之间的夹角，从而增大围挡对土体的约束范围，桥梁端头1与第一围挡2、第二围挡3、第三围挡4之间均填充土层。
45.第一围挡2、第二围挡3、第三围挡4均呈放射状布置，且数量依次减少。
46.第一围挡2、第二围挡3、第三围挡4高度逐渐减小，逐渐减小围挡对土层的约束高度，从而增大未受约束土层的厚度。
47.第一围挡2、第二围挡3、第三围挡4顶部均铰接螺纹套筒27，螺纹套筒27用于连接竖向压杆28，通过竖向压杆28使第一围挡2、第二围挡3、第三围挡4产生与桥梁端头1之间倾斜角变大的趋势，从而对预应力锚索5形成预拉应力。
48.两个相邻第一围挡2之间留有间隙，第二围挡3布置在相邻第一围挡2之间的间隙间，第三围挡4布置在两个相邻第二围挡3的间隙间。
49.预应力锚索5连接设置在围挡的中部，预应力锚索5连接第三围挡4时预应力锚索5穿过了第二围挡3。
50.第一围挡2、第二围挡3、第三围挡4均为网格状结构且为钢筋混凝土结构，包括多个交错连接的横梁21、竖梁22，围挡制作时需预埋连接件便于与预应力锚索5连接。
51.横梁21及竖梁22的截面皆为梯形，且体型截面中底边较短的一面为围挡近桥头面26。使用的过程中，第一围挡2、第二围挡3、第三围挡4和桥梁端头1之间还存在土层，土层对围挡的挤压会使得围挡处于受弯状态，即横梁21及竖梁22会处于受弯状态，这样的设置可以增大横梁21及竖梁22的抗弯性能。此外，横梁21及竖梁22之间会形成孔洞，有利于围挡释放土压力，横梁21及竖梁22的斜边也会增大围挡对围挡与桥梁端头1之间土层的约束力。
52.第一围挡2、第二围挡3、第三围挡4底部均预埋锁链预埋件25，分布钢筋23外套接
包含挂钩的固定套筒24，固定套筒24上挂钩连接锁链预埋件25，使得围挡底部与分布钢筋23形成可小幅度平动及转动的连接形式。
53.桥梁端头1与第一围挡2之间的土层上铺设弧形压板6，弧形压板6为曲面钢板。弧形压板6、第一围挡2与桥梁端头1将该区域内土层进行非密封式围挡，使得该部分土体处于受压状态，该部分土体称为核心受压土层。
54.弧形压板6与预应力锚索5、第一围挡2与桥梁端头1之间均留有间隙，保证弧形压板6的压力可以直接传导至核心受压土层。
55.弧形压板6上还连接预埋管道7，预埋管道7的其他部分露出桥梁端头1与围挡之间的土体，铺设在桥梁的锥坡8上，预埋管道7内连接电控轨道，预埋管道7铺设在锥坡上的部分可以打开，工作人员可以在桥头外部打开预埋管道7，将砝码或高质量物体通过电控轨道运输到预埋管道7在弧形压板6上方的区域，以形成为弧形压板6的加载。
56.本发明中加固结构上方回填土层或桥头搭板的最终完成顶面为桥头顶面10。
57.弧形压板6及预埋管道7的顶部距离桥头顶面10均留有间隙，保证土体回填或桥头搭板施工空间。
58.弧形压板6的作用是支撑预埋管道7并将荷载传递至核心受压土层。
59.预埋管道7埋设在土里的部分具有较强的刚度和强度，防止预埋管道7在后期使用过程中被其周围填土的压力压溃或较大变形。
60.预埋管道7在土里和铺设在锥坡8上部分的连接过渡区域采用柔性管道过渡连接，防止预埋管道7由于弧形压板6高度变化导致预埋管道7在连接过渡区域被拉断或者被扯断。
61.预应力锚索5选用高弹性、高强度锚索。
62.分布钢筋23与桥梁端头1可以利用预埋件连接，也可以利用预留钢筋及套筒连接。
63.可调节桥头与土层接缝沉降的加固结构的施工方法，具体按照以下步骤实施：
64.步骤1、在桥梁端头1周围位于第一围挡2、第二围挡3、第三围挡4底部位置处土层回填施工，土层回填至第一围挡2、第二围挡3、第三围挡4的底标高；
65.步骤2、铺设并安装底部分布钢筋23，并在预定位置安装固定套筒24；
66.步骤3、将预应力锚索5与桥梁端头1连接的一端先进行锚接，另一端与第一围挡2、第二围挡3、第三围挡4进行连接；
67.步骤4、依次进行第一围挡2、第二围挡3、第三围挡4顶部以下的土体回填，将对应围挡顶部的竖向压杆28拧入螺纹套筒27，并采用施工器械对竖向压杆28施加竖直向下的压力；
68.与此同时对完成面以下且在围挡远离桥梁端头1一侧的土体进行夯实处理，当完成第一围挡2顶部以下土体回填时，既要将第一围挡2顶部竖向压杆28竖直固定设置并施加竖直向下压力，还要将第一围挡2与桥梁端头1之间的土体全部进行夯实处理。
69.步骤5、开始进行第一围挡2顶部以上土体回填，同时设置弧形压板6；
70.土体回填直至弧形压板6底部曲面的最低标高，然后对弧形压板6底部曲面的最低标高以下土体进行夯实，接着重新调整弧形压板6的位置至预定位置，最后进行弧形压板6底部曲面的以下土体夯实。
71.步骤6、铺设内置电控轨道的预埋管道7，并将砝码或高质量物体通过电控轨道运
输到预埋管道7的弧形压板6上方区域，通过弧形压板6对核心受压土层施加压力；继续完成预埋管道7周围及弧形压板6顶部以上土体回填或桥头搭板下面的土垫平，夯实，在夯实土层上进行桥头搭板施工；
72.仅完成桥梁端头1与第一围挡2之间土体回填或桥头搭板施工，并在该部分完成面的顶部设置负重压板9，然后在负重压板9上部施加预压荷载，保持负重压板9上预压荷载持续存在。
73.步骤7、将竖向压杆28拧出螺纹套筒27，然后对第一围挡2远离桥梁端头1以外的土体进行夯实处理；
74.解除负重压板9上的预压荷载，然后消负重压板9，此时桥头顶面10会由于竖向压杆28的压力、负重压板9及其上预压荷载的解除而产生靠近桥梁端头1局部隆起的情况，需继续将砝码或高质量物体通过电控轨道运输到预埋管道7在弧形压板6上方的区域，直至桥头顶面10与桥梁顶面齐平，至此完成全部对弧形压板6的提前加载。
75.步骤8、完成预埋管道7周围及弧形压板6顶部以上所有土体回填或桥头搭板下面的土垫平，夯实，在夯实的土层上完成桥头搭板的施工。
76.土层是指桥头区域弹性模量小于桥梁自身的土体。
77.本发明可调节桥头与土层接缝沉降的加固结构施工方法工作原理为：
78.竖向压杆28配合该施工方法，保证了预应力锚索5全程处于张拉状态，预应力锚索5使得围挡全程可以绕着围挡与锁链预埋件25的连接区域具备向桥梁端头1旋转的趋势，第一围挡2、第二围挡3、第三围挡4的作用是共同和桥梁端头1对围挡与桥梁端头1之间的土体形成加固范围区域11，如图12、13及图14所示加固范围区域11为曲面范围区域，而加固范围区域11距离桥头顶面10仍留有一定间隙，能保证桥头顶面10与加固范围区域11的间隙在桥头处越靠近桥梁端头1越小，由于工程中桥头处土体的弹性模量几乎相同，故间隙越小的区域所存在土体的可压缩变形值就一定小于间隙越大处区域内土体的可压缩变形值，即加固范围区域11与桥头顶面10间间隙越小的区域内土体的刚度就越大。当车辆反复荷载、结构自重等因素不断作用下，靠近桥梁端头1区域的土体的变形值就小于其他区域土体的变形值，同时由于围挡及围挡之间的间隙能够释放加固范围区域11内土体的土压力，使得第一围挡2、第二围挡3、第三围挡4共同产生朝向梁桥头端1的旋转位移趋势，即会使得加固范围区域11靠近桥梁端头1区域的土体会产生向上抬升的趋势，如图14所示中所示的x1及x2，其中x2表示桥头顶面10靠近桥梁端头1的最终沉降值。在这样的原理下，即使桥头顶面10靠近桥梁端头1的土体会沉降，但是加固范围区域11靠近桥梁端头1会上升，进一步有助于减小桥头错台现象。当经过长期使用后，如果沉降值x2过大，可以在锥坡8上通过调节预埋管道7内置的电控轨道来对弧形压板6上的砝码或高质量物体进行卸载，即弧形压板6对核心受压土层的压力就会减小，围挡对核心受压土层的约束力就会减小，此时预应力锚索5的收缩变形进一步使得第一围挡2、第二围挡3、第三围挡4共同产生朝向梁桥头端1的旋转位移趋势，使得加固范围区域11靠近桥梁端头1上升，产生上升值y1，进而使得桥头顶面10靠近桥梁端头1的土体产生抬升值y2，若y2等于x2，则能使得桥头错台现象恢复。
79.通过上述方式，本发明可调节桥头与土层接缝沉降的加固结构，在使用的过程中可以减少桥头区域土层的压缩变形，同时还能调节桥头区域土层的沉降量，当桥梁在长期使用过程中发生错台现象时，可以通过减少弧形压板6上预埋管道7内的砝码或或高质量物
体来重新消除错台现象，不再需要工人重新施工或治理。