基于荷载伺服的桥梁桩基主动托换体系及其构建方法技术

本发明专利技术涉及一种基于荷载伺服的桥梁桩基主动托换体系及其构建方法，所述体系包括需要进行荷载托换的既有桥台及其下方若干根既有桩基，新建隧道与既有桩基空间冲突；在既有桩基外侧施做托换桩基，托换桩基顶部施做托换承台；托换承台位于既有桥台下方，托换承台顶面与既有桥台底面之间设置有多处具备主动加载功能的荷载伺服基座。本发明专利技术工艺简便且质量易于现场施工，在新建托换体系存在竖向压缩变形、沉降位移的情况下，仍可实现承载体系转换期间竖向荷载的连续传递，满足严格控制既有桥台竖向位移的要求；本发明专利技术基于主动加载、荷载伺服的基本理念，提出了竖向荷载有效转换的荷载伺服基座，满足不同承载体系转换期间严格控制沉降变形的要求。

【技术实现步骤摘要】
基于荷载伺服的桥梁桩基主动托换体系及其构建方法
本专利技术涉及地下工程
，具体涉及一种基于荷载伺服的桥梁桩基主动托换体系及其构建方法。
技术介绍
随着经济的快速发展，为引导城市合理布局和有序发展，通过轨道交通为中心城区居民提供便捷的出行条件，减轻出行成本，实现绿色出行与低碳生活方式，越来越受到重视。然而，受地铁车站站位限制，轨道交通沿线经常涉及重要构筑物的保护，既有构筑物基础侵入隧道洞身范围的情况越来越普遍。以往在城市轨道交通建设范围内涉及侵入隧道洞身范围的桥梁桩基，一般采用桩基破除、构筑物改建的措施，不但影响工期、而且实施成本高昂，不符合建设资源节约型、环境友好型社会的基本需求。目前，隧道城市轨道交通工程穿越构筑物情况越来越普遍，在保证既有构筑物安全的前提下，采用各类托换或转换体系，将影响工程建设的临近构筑物基础荷载进行有效转移，是越来越普遍的做法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于荷载伺服的桥梁桩基主动托换体系及其构建方法，在新建托换承台与托换桩基存在竖向压缩变形的情况下，通过研发荷载伺服基座，设置于既有桥台与托换承台之间，确保上方既有桥台竖向荷载连续传递、竖向位移严格控制，实现荷载转换过程中既有桥台与上方重要构筑物微变形的需求，确保既有构筑物与周边环境安全。本专利技术所采用的技术方案为：基于荷载伺服的桥梁桩基主动托换体系，其特征在于：所述体系包括需要进行荷载托换的既有桥台及其下方若干根既有桩基，新建隧道与既有桩基空间冲突；在既有桩基外侧施做托换桩基，托换桩基顶部施做托换承台；托换承台位于既有桥台下方，托换承台顶面与既有桥台底面之间设置有多个荷载伺服基座。荷载伺服基座包括顶部敞开的钢筒，钢筒内设置有竖向的高性能压缩弹簧，高性能压缩弹簧顶部设置有水平的传力钢板；钢筒上方设置有底部敞开的钢盖板，钢盖板内顶面与传力钢板上表面之间设置有竖向的自锁式千斤顶。钢筒为方形筒，其中的一个侧面设置有带刻度基准线的有机玻璃面板。钢盖板为方形盖筒，对应钢筒上设置有机玻璃面板的一个侧面敞开。钢筒内底面和传力钢板下表面均设置有圆形的内凹槽，高性能压缩弹簧上下两端嵌入对应的内凹槽中；自锁式千斤顶自由升降的高度，与钢筒内压缩弹簧的压缩尺度相匹配；传力钢板在钢筒内自由升降，钢盖板底部与套筒顶部的竖向搭接范围满足钢盖板竖向稳定升降需要。传力钢板上表面设置有圆形的内凹槽，自锁式千斤顶底端嵌入对应的内凹槽中。托换桩基顶部深入托换承台底部，深入尺寸不小于500mm。施做托换承台时，托换承台将既有桩基空间包裹，两者之间刚接。基于荷载伺服的桥梁桩基主动托换体系的构建方法，其特征在于：所述方法为：于既有桥台和其下方的托换承台之间设置荷载伺服基座，在托换承台承载、出现竖向沉降位移时，荷载伺服基座利用内部多组高性能压缩弹簧的回弹变形，确保既有桥台下方得到有效支撑、竖向荷载连续传递，同时根据荷载伺服基座承担竖向荷载的变化，及时利用自锁式千斤顶加载，第一时间恢复到荷载转换前的竖向支撑状态，从而控制既有桥台的竖向位移，满足其上方构筑物的安全与稳定的需要；荷载伺服基座根据施加荷载大小与移动式荷载刻度线的具体位置，在有机玻璃面板进行荷载标定，相应画出荷载刻度基准线；移动式荷载刻度线与高性能压缩弹簧固定连接。所述方法具体包括以下步骤：步骤一：根据设计要求，进行隧道选线，明确隧道空间位置，对沿线隧道洞身范围内涉及的既有桩基进行精确定位；步骤二：利用钢板制作钢筒、钢盖板与传力钢板；钢筒为底部与侧面封闭的钢质四方形筒，钢盖板为顶部与三个侧面封闭的倒立的钢质四方形盖桶；步骤三：将钢筒正面中间部位嵌入透明有机玻璃面板，并在面板上按要求设置荷载刻度基准线；步骤四：将高性能压缩弹簧固定于钢筒四个角部，并在靠近有机玻璃面板一侧，用移动式荷载刻度线与两侧的高性能压缩弹簧进行有效固定；步骤五：将传力钢板置于钢筒上方，压缩弹簧上下嵌入传力钢板下方、钢筒底部的内凹圆圈；对传力钢板竖向施加不同荷载，根据压缩弹簧压缩变形与移动式荷载刻度线对应位置，对有机玻璃面板上的荷载刻度基准线进行标定；步骤六：传力钢板顶部设置凹槽，嵌入自锁式千斤顶，随后将钢盖板置于千斤顶上方，钢盖板开口一面正对钢筒有机玻璃一面，完成荷载伺服基座的制作；步骤七：根据设计要求，进行托换桩基施工，随后进行基坑开挖，托换桩基顶部深入托换承台不小于500mm，托换承台与既有桩基之间刚接；步骤八：在托换承台与既有桥台之间放置若干荷载伺服基座，根据设计提供的既有桥台承载情况，对自锁式千斤顶主动加载，直至所有千斤顶承载的荷载之和与既有桥台承担的竖向荷载相当为止；步骤九：根据设计要求，进行隧道开挖施工，对隧道洞身范围内既有桩基进行凿除施工，凿除期间根据移动式荷载刻度线的变化，及时对自锁式千斤顶进行主动加载，严格控制既有桥台竖向位移，直至隧道洞身范围内既有桩基被完全切除，荷载完全转换到新建托换体系为止；步骤十：将既有桥台与托换承台之间的竖向空隙用微膨胀混凝土灌注密实，最终完成既有桥台荷载托换施工。本专利技术具有以下优点：本专利技术提供了一种新型的桥台荷载主动转换方法，丰富了现有的构筑物竖向荷载转换施工理念。新建转换承台与新建桩基涉及的钢筋为普通HRB400受力钢筋，混凝土为普通C35防水混凝土，荷载伺服基座涉及的钢材均为常规Q345钢材，钢筒内嵌入的有机玻璃面板为普通有机玻璃材质，高性能压缩弹簧为可以经过反复压缩、伸张的铸铁弹簧，其设计尺寸为常规类型，简单易作，施工工艺成熟，所涉及的自锁式千斤顶及其他辅助设施均为常规设备；钢筒内设置的高性能压缩弹簧一般设置于四个角部，也可根据需要增加数量，灵活调整。压缩弹簧的压缩范围与钢盖板的下降范围对应，有机玻璃上印刻的荷载刻度基准线对应的荷载范围一般在支撑荷载的2倍左右，同时也可根据承载情况灵活调整。确保了现场荷载转换的快速进行，经济技术效益显著。随着既有桩基的切除，荷载转移到新建转换承台与转换桩基，在转换荷载作用下，新建转换体系将会出现一定程度的竖向压缩变形，荷载伺服基座底部相应出现沉降位移，此时，高性能压缩弹簧在被千斤顶传递的竖向荷载作用压缩后，随着基座底部位移而出现一定程度的回弹变形，可确保基座顶部钢盖板与既有桥台紧密接触、竖向荷载连续传递，不会因为新建转换体系竖向压缩变形而导致既有桥台出现明显的竖向沉降变形。可最大程度实现荷载转换期间既有桥台与上部构筑物沉降变形可控，周边环境安全风险可控。本专利技术具有较高的经济效益和社会效益，在城市轨道交通、市政公路、民用建筑等地下大空间工程中有广泛的应用前景。附图说明图1为荷载伺服应力补偿基座正立面图。图2为荷载伺服应力补偿基座侧立面图。图3为Ⅰ-Ⅰ剖面图。图4为桩基主动托换方案断面图。图5为桩基主动托换方案平面图。图中，1-既有桩基，2-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于荷载伺服的桥梁桩基主动托换体系，其特征在于：/n所述体系包括需要进行荷载托换的既有桥台（2）及其下方若干根既有桩基（1），新建隧道（3）与既有桩基（1）空间冲突；/n在既有桩基（1）外侧施做托换桩基（4），托换桩基（4）顶部施做托换承台（5）；/n托换承台（5）位于既有桥台（2）下方，托换承台（5）顶面与既有桥台（2）底面之间设置有多个荷载伺服基座（6）。/n

【技术特征摘要】
1.基于荷载伺服的桥梁桩基主动托换体系，其特征在于：
所述体系包括需要进行荷载托换的既有桥台（2）及其下方若干根既有桩基（1），新建隧道（3）与既有桩基（1）空间冲突；
在既有桩基（1）外侧施做托换桩基（4），托换桩基（4）顶部施做托换承台（5）；
托换承台（5）位于既有桥台（2）下方，托换承台（5）顶面与既有桥台（2）底面之间设置有多个荷载伺服基座（6）。


2.根据权利要求1所述的基于荷载伺服的桥梁桩基主动托换体系，其特征在于：
荷载伺服基座（6）包括顶部敞开的钢筒（7），钢筒（7）内设置有竖向的高性能压缩弹簧（11），高性能压缩弹簧（11）顶部设置有水平的传力钢板（10）；
钢筒（7）上方设置有底部敞开的钢盖板（8），钢盖板（8）内顶面与传力钢板（10）上表面之间设置有竖向的自锁式千斤顶（9）。


3.根据权利要求2所述的基于荷载伺服的桥梁桩基主动托换体系，其特征在于：
钢筒（7）为方形筒，其中的一个侧面设置有带刻度基准线的有机玻璃面板（12）。


4.根据权利要求3所述的基于荷载伺服的桥梁桩基主动托换体系，其特征在于：
钢盖板（8）为方形盖筒，对应钢筒（7）上设置有机玻璃面板（12）的一个侧面敞开。


5.根据权利要求4所述的基于荷载伺服的桥梁桩基主动托换体系，其特征在于：
钢筒（7）内底面和传力钢板（10）下表面均设置有圆形的内凹槽，高性能压缩弹簧（11）上下两端嵌入对应的内凹槽中；
自锁式千斤顶（9）自由升降的高度，与钢筒（7）内压缩弹簧（11）的压缩尺度相匹配；
传力钢板（10）在钢筒（7）内自由升降，钢盖板（8）底部与套筒（7）顶部的竖向搭接范围满足钢盖板（8）竖向稳定升降需要。


6.根据权利要求5所述的基于荷载伺服的桥梁桩基主动托换体系，其特征在于：
传力钢板（10）上表面设置有圆形的内凹槽，自锁式千斤顶（9）底端嵌入对应的内凹槽中。


7.根据权利要求6所述的基于荷载伺服的桥梁桩基主动托换体系，其特征在于：
托换桩基（4）顶部深入托换承台（5）底部，深入尺寸不小于500mm。


8.根据权利要求7所述的基于荷载伺服的桥梁桩基主动托换体系，其特征在于：
施做托换承台（5）时，托换承台（5）将既有桩基（1）空间包裹，两者之间刚接。


9.基于荷载伺服的桥梁桩基主动托换体系的构建方法，其特征在于：
所述方法为：
于既有桥台（2）和其下方的托换承台（5）之间设置荷载伺服基座（6），在托换承台（5）承载、出现竖向沉降位移时，荷载伺服基座（6）利用内部多组高性能压缩弹簧（11）的回弹变形，确保既有桥台（5）下方得到有效...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴志仁，王文彬，尹昌国，廖晖，李谈，喻忠，吕海军，张庆闯，赵亚军，段剑锋，刘彤，张毓斌，刘新岗，王维，马琳琳，查家宏，陈新平，黄彦彬，李瑞，王耀辉，孟宪全，潘国钢，
申请(专利权)人：中铁第一勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61