一种桩基托换顶升结构及顶升方法与流程
1.本发明涉及桥梁工程建设技术领域，尤其涉及一种桩基托换顶升结构及顶升方法。
背景技术：
2.公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
3.随着城市建设的迅猛发展，区间隧道下穿高架桥的工程现象层出不穷。同时也带来了一些工程问题，由于高架桥的桩基埋深较大，且分布较为密集，所以隧道的推进路线往往难以完全避开其影响区域。为了控制上部桥面结构位移，常用主动桩基托换的施工方法，在隧道正常开挖的同时保证高架桥正常运营。桩基托换就是利用托换梁和托换桩将既有建筑的部分或整体荷载传至基础持力层，而主动桩基托换则是在新基础(一般为托换桩)和托换梁之间设置机械装置(如千斤顶)主动顶升，从而使上部结构在托换过程中的变形得到控制。
4.现有的主动桩基托换结构主要是通过浇筑新的混凝土桩和混凝土梁作为托换桩和托换梁，有的甚至还会修建新的承台，施工周期长，成本高，托换结构在施工结束后要拆除，作为地面的临时结构，拆除后产生大量垃圾，造成浪费并对环境产生污染。另外，由于顶升力由千斤顶提供并维持，承力面积较小荷载较集中，在面对运营期车辆的动荷载和冲击荷载时可能失稳，导致桥面位移超过控制范围。
技术实现要素：
5.针对现有技术存在的不足，本发明实施例的目的是提供一种桩基托换顶升结构及顶升方法，以解决现有托换结构成本高、污染大、位移控制不稳定等问题。
6.为了实现上述目的，本发明实施例提供了如下技术方案：
7.一种桩基托换顶升结构，设置在既有承台和桥梁之间，包括：托换桩、托换梁、顶升件及升降平台；所述托换桩下端与所述既有承台可拆卸连接，所述托换梁与所述托换桩上端可拆卸连接；所述顶升件和升降平台均设置在所述托换梁上，所述顶升件顶升所述桥梁，利用所述升降平台支撑所述桥梁，然后释放所述顶升件。
8.本发明的另一优选的实施方式中，所述托换梁包括横梁和设置于横梁上、下的中垫板和下垫板，所述所述托换桩与所述下垫板连接，所述升降平台设置在所述中垫板上。
9.本发明的另一优选的实施方式中，所述横梁为工字钢，多根工字钢并列设置在下垫板上。
10.本发明的另一优选的实施方式中，所述托换梁为分体结构，每个托换梁上设置升降平台和顶升件；所述升降平台包括板式支座、上垫板和混凝土垫层，所述板式支座设置在所述中垫板上，所述混凝土垫层设置在所述板式支座上侧支撑所述桥梁，所述上垫板设置
在所述混凝土垫层和板式支座之间。
11.本发明的另一优选的实施方式中，每个托换梁上的升降平台和顶升件交错布置。
12.本发明的另一优选的实施方式中，所述托换桩为钢管柱，所述钢管柱两端具有法兰盘，下端的法兰盘通过定位杆连接在既有承台上。
13.本发明的另一优选的实施方式中，所述钢管柱和法兰盘之间设置加劲板。
14.本发明的另一优选的实施方式中，所述顶升件为千斤顶。
15.本发明的另一优选的实施方式中，托换桩由6根钢管柱按照3
×
2的布局组成。
16.本发明实施例还提供了上述桩基托换顶升结构的顶升方法，顶升桥梁至原位，浇筑混凝土垫层，待混凝土垫层凝固后释放顶升件，将荷载转移至升降平台上。
17.本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
18.1、本发明利用可拆卸的钢管柱和工字钢横梁作为主动托换装置的托换桩和托换梁，同时用升降平台代替千斤顶维持顶升力。在隧道正常开挖的同时保证高架桥正常运营，解决现有结构成本高、工序复杂以及污染大的问题。
19.2、桥梁下方隧道施工会引起地表沉降，当监测到桥梁下降后利用顶升件将其顶升至原位，然后调节升降平台高度至合适位置，最后逐渐释放复位顶升件的顶升力，将荷载逐渐转移到升降平台，使升降平台成为主要承力结构。采用升降平台代替千斤顶作为主要承力结构，能够更加灵活的发挥承力作用，同时也更好地保证了顶升结构的整体稳定性与位移控制效果。整个过程是先有沉降-顶升回原位-过渡到升降平台-新的沉降-顶升回原位-过渡到调整高度后的升降平台。借助升降平台更稳定的支撑以满足高架桥运营期间桥梁位移控制在安全水平内。
20.3、传统的托换结构中千斤顶设置在托换桩与托换梁之间，托换梁由钢筋混凝土浇筑，自重极大，因此会给千斤顶带来极大的负担。同时托换梁的体积也是较大的，要顶升桥梁则要把横梁和桥梁都抬升，在顶升过程中无疑会对灵活性带来极大地影响。相比于传统的托换结构，本发明将顶升件设置在托换梁上，直接顶升桥梁，不用多余地顶升横梁，要使桥梁升高同样的高度，只需抬升桥梁，更加灵活省力。
21.本发明附加方面的优点将在下面的描述中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
22.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
23.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
24.图1是本发明实施例的顶升结构横断面示意图；
25.图2是本发明实施例的顶升结构侧面示意图；
26.图3是本发明实施例的顶升结构的托换桩分布示意图；
27.图4是本发明实施例的顶升结构的升降平台示意图；
28.图中：1、既有承台；2、钢管柱；3、桥墩；4、工字钢横梁；5、升降平台；6、桥梁；7、千斤顶；8、厚钢垫板；9、加劲板；10、定位杆；11、板式支座；12、混凝土垫层；
29.为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。
具体实施方式
30.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
31.术语解释部分：本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解术语在本发明的具体含义。
32.正如背景技术所介绍的，现有的托换结构施工周期长，成本高，拆除后产生大量垃圾，造成浪费并对环境产生污染。而且通过千斤顶维持顶升力可能失稳，导致桥面位移超过控制范围，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种桩基托换顶升结构。
33.如图1-图4所示，本发明一实施例中记载了一种桩基托换顶升结构，设置在既有承台1和桥梁6之间，包括：托换桩、托换梁、顶升件及升降平台5；所述托换桩下端与所述既有承台1可拆卸连接，所述托换梁与所述托换桩上端可拆卸连接；所述顶升件和升降平台5均设置在所述托换梁上，所述顶升件顶升所述桥梁6，利用所述升降平台5支撑所述桥梁6，然后释放所述顶升件。
34.所述顶升件为千斤顶7，千斤顶设置在托换梁与桥梁之间，用于提供初始顶升力和预沉降，控制桥梁的沉降和变形。
35.桥梁下方隧道施工会引起地表沉降，当监测到桥梁下降后利用顶升件将其顶升至原位，然后调节升降平台高度至合适位置，最后逐渐释放复位顶升件的顶升力，将荷载逐渐转移到升降平台，使升降平台成为主要承力结构。采用升降平台代替千斤顶作为主要承力结构，能够更加灵活的发挥承力作用，同时也更好地保证了顶升结构的整体稳定性与位移控制效果。整个过程是先有沉降-顶升回原位-过渡到升降平台-新的沉降-顶升回原位-过渡到调整高度后的升降平台。借助升降平台更稳定的支撑以满足高架桥运营期间桥梁位移控制在安全水平内。
36.所述托换梁包括横梁和设置于横梁上、下的中垫板和下垫板，所述横梁为工字钢，多根工字钢并列设置在下垫板上。所述所述托换桩与所述下垫板连接，所述升降平台5设置在所述中垫板上。
37.如图4所示，所述托换梁由厚钢垫板8—工字钢横梁4—厚钢垫板8组成，横梁横跨放置在三根托换桩上。本发明所述的结构主体均为可拆卸式的钢结构，尤其是采用了工字钢横梁与厚钢垫板组合作为托换梁。与传统的钢筋混凝土结构相比，不仅节省了施工成本和时间，也极大地减少了环境污染。
38.由于工字钢横梁有多根，如果将工字钢横梁直接放在钢管柱上，或者千斤顶、升降平台直接放在工字钢横梁上，产生的巨大压力可能会使工字钢失稳，因此本发明在工字钢横梁上下各放一层厚钢垫板，能避免失稳的风险，提高安全性，也能起一个荷载的分配作用使受力更均匀。
39.所述托换梁为分体结构，每个托换梁上设置升降平台5和顶升件，每个托换梁上的升降平台5和顶升件交错布置；所述升降平台5包括板式支座11、上垫板和混凝土垫层12，所述板式支座11设置在所述中垫板上，所述混凝土垫层12设置在所述板式支座11上侧支撑所述桥梁6，所述上垫板设置在所述混凝土垫层12和板式支座11之间。
40.如图4所示，所述升降平台为托换桩与桥梁间的主要承力结构，包括板式支座11，板式支座上有混凝土垫层12，垫层与支座间设有厚钢垫板8，所述混凝土垫层两侧设有定位杆10，定位杆与桥梁连接，用于定位垫层位置。
41.升降平台中的混凝土垫层是主要的承力结构，直接与桥梁接触。厚度大约在40cm左右，相比于传统方法的千斤顶来说增大了承载面积。
42.板式支座为橡胶支座，为柔性方板结构，置于混凝土垫层与托换梁两个刚性结构之间起一个缓冲作用，将来自混凝土垫层的荷载传递到下方的托换横梁上。同时由于便于更换，所以还可以更换不同厚度的支座起到调节高度的作用。
43.需要说明的是，支座都是预制的，厚度在5-10cm之间。不同支座存在1cm的厚度差。并且高度调整范围很小，由于在顶升前会经过详细的测量与计算以确定合适的混凝土垫层厚度。在顶升完成后，施工以及高架桥运营过程中可能引起的桥梁微小位移，此时为了控制这些小变形的影响，需要调整支座厚度来保证桥梁稳定。
44.所述托换桩为钢管柱2，由6根钢管柱2按照3
×
2的布局组成。所述钢管柱2两端具有法兰盘，下端的法兰盘通过下定位杆连接在既有承台1上，所述钢管柱2和法兰盘之间设置加劲板9。
45.如图1-图3所示，所述桩基托换的托换桩为钢管柱，每个原桥墩3的两侧各均匀分布3根托换桩，共6根托换桩托换1座桥墩。所述钢管柱下部固定有定位杆10，通过定位杆连接在桥梁的原承台上，钢管柱的上部和下部均设置有加劲板9，以增加连接处的刚度与局部稳定性。
46.上述桩基托换顶升结构的顶升方法：
47.固定托换桩：通过定位杆和加劲板将其逐根竖立在既有承台上。
48.架设托换梁：将一块厚钢垫板置于钢管柱上，并施加加劲板固定。将工字钢横梁并排放置于钢垫板上，最后在上部加盖一块钢垫板。组合形成钢板-工字钢-钢板结构的托换梁。
49.安装千斤顶与升降平台：首先在预定位置安装好千斤顶，当施工引起沉降后，测量好沉降量，逐渐加载将桥梁顶升至原来位置；接着测量桥梁与横梁距离，计算出混凝土垫层所需厚度，放置板式橡胶支座，再盖上一层钢板，根据定位杆在其上制模并浇筑混凝土垫层。等到垫层凝固后，缓慢释放千斤顶，慢慢将荷载转移至升降平台上。与千斤顶相比，升降平台稳定性更好。
50.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
技术特征：
1.一种桩基托换顶升结构，设置在既有承台和桥梁之间，其特征在于，包括：托换桩、托换梁、顶升件及升降平台；所述托换桩下端与所述既有承台可拆卸连接，所述托换梁与所述托换桩上端可拆卸连接；所述顶升件和升降平台均设置在所述托换梁上，所述顶升件顶升所述桥梁，利用所述升降平台支撑所述桥梁，然后释放所述顶升件。2.如权利要求1所述的桩基托换顶升结构，其特征在于，所述托换梁包括横梁和设置于横梁上、下的中垫板和下垫板，所述所述托换桩与所述下垫板连接，所述升降平台设置在所述中垫板上。3.如权利要求2所述的桩基托换顶升结构，其特征在于，所述横梁为工字钢，多根工字钢并列设置在下垫板上。4.如权利要求2所述的桩基托换顶升结构，其特征在于，所述托换梁为分体结构，每个托换梁上设置升降平台和顶升件；所述升降平台包括板式支座、上垫板和混凝土垫层，所述板式支座设置在所述中垫板上，所述混凝土垫层设置在所述板式支座上侧支撑所述桥梁，所述上垫板设置在所述混凝土垫层和板式支座之间。5.如权利要求4所述的桩基托换顶升结构，其特征在于，每个托换梁上的升降平台和顶升件交错布置。6.如权利要求1所述的桩基托换顶升结构，其特征在于，所述托换桩为钢管柱，所述钢管柱两端具有法兰盘，下端的法兰盘通过定位杆连接在既有承台上。7.如权利要求6所述的桩基托换顶升结构，其特征在于，所述钢管柱和法兰盘之间设置加劲板。8.如权利要求1所述的桩基托换顶升结构，其特征在于，所述顶升件为千斤顶。9.如权利要求6所述的桩基托换顶升结构，其特征在于，托换桩由6根钢管柱按照3
×
2的布局组成。10.如权利要求4所述的桩基托换顶升结构的顶升方法，其特征在于，顶升桥梁至原位，浇筑混凝土垫层，待混凝土垫层凝固后释放顶升件，将荷载转移至升降平台上。
技术总结
本发明涉及桥梁工程建设技术领域，尤其涉及一种桩基托换顶升结构及顶升方法。桩基托换顶升结构设置在既有承台和桥梁之间，包括：托换桩、托换梁、顶升件及升降平台；所述托换桩下端与所述既有承台可拆卸连接，所述托换梁与所述托换桩上端可拆卸连接；所述顶升件和升降平台均设置在所述托换梁上，所述顶升件顶升所述桥梁，利用所述升降平台支撑所述桥梁，然后释放所述顶升件。解决了现有托换结构成本高、污染大、位移控制不稳定等问题。位移控制不稳定等问题。位移控制不稳定等问题。
