一种航道下穿高铁桥墩桩基的框架加固体系和加固方法技术

本发明专利技术公开了一种航道下穿高铁桥墩桩基的框架加固体系和加固方法，包括航道下穿段基底加固、航道下穿段支撑加固、桥墩桩基加固、桥下基坑开挖、河床底铺砌和加固和防撞设施。本发明专利技术从基础防侧向位移、防冲刷和防撞三方面进行设计，形成一种框架加固体系，确保桥墩墩顶位移在施工期间控制在变形控制标准内，不因航道开挖而影响桥梁结构及高铁运营安全，并在航道运营过程中确保桥墩不受船舶撞击。本发明专利技术具有加固深度大、加固效果可靠、止水性好、便于回收利用并最大程度减少对高铁桥墩桩基和环境的影响等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种航道下穿高铁桥墩桩基的框架加固体系和加固方法
本专利技术属岩土及地下工程
，具体涉及一种航道下穿高铁桥墩桩基的框架加固体系和加固方法。
技术介绍
随着基础设施建设的发展，高速铁路周围的基建工程越来越多。长距离、多干线的高铁线路不可避免地需要穿过各种复杂地形，尤其是水系发达的长三角地区，高铁线路有相当部分会与河流发生交汇。长三角地区由于存在软土层较厚，土体含水量较大，土层强度较低等不利因素，导致天然地基承载力较弱。而高速铁路的建造规范要求高于一般铁路，尤其对铁路结构的位移和沉降界限有着严格的要求，轻微的工程扰动都有可能产生较为严重的后果。在富水地层条件下，对高铁桥墩桩基进行下穿段施工，难度极大。而目前的下穿工程地基加固方法比较单一，仅在需要加固的地区进行注浆或打桩处理，各种加固措施或取得了一定的加固效果；但对于高铁这种对位移控制要求严格的工程，现有技术中的加固措施没有形成体系，无法联合发挥作用，不能保证加固效果。尤其在两桥墩间进行航道开挖，作业范围狭窄，施工难度极大，使得传统加固方法的应用受到很大限制。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种航道下穿高铁桥墩桩基的框架加固体系，在航道下穿段对地基进行加固，减小航道开挖施工对高铁桥墩桩基造成的影响；本专利技术的另一目的是提供一种航道下穿高铁桥墩桩基的框架加固体系的加固方法。技术方案：本专利技术的一种新开航道下穿高铁桥墩桩基的框架加固体系，包括桥墩结构，两侧桥墩结构之间设有桥下航道基坑，桥墩桩基设有支撑部和沿航道方向的围护桩，桥墩承台下方土体内设有注浆体；围护桩于航道两侧对称布设有围护桩，围护桩包括设于边跨侧的外侧桩、设于主跨侧靠近桥墩的中间桩、设于主跨侧远离桥墩的内侧桩，围护桩的桩顶均设有冠梁；中间桩和内侧桩之间设有地基加固区，两侧桥墩结构设置的内侧桩之间设有坑底加固区；中间桩外侧设有拉森钢板桩，围护桩的外围设有水泥搅拌桩，共同作为止水帷幕；支撑部包括设于中间桩与内侧桩之间的多层内横撑、设于外侧桩与中间桩之间的单层外横撑和斜撑以及浇筑于地基加固区上方的底板，斜撑的倾斜向上端与外侧桩的顶端部相连，倾斜向下端与中间桩相连；底板的一端与内侧桩相连，另一端与中间桩或注浆体相连。即：在非桥墩结构区域，底板的两端分别与两侧的中间桩、内侧桩相连；在桥墩结构区域，底板的两端分别与两侧的注浆体、内侧桩相连。其中，坑底加固区位于基坑底部。优选地，基坑底部设有航道加固区，航道加固区包括从下至上依次设置的锚梁结构层、防渗层和混凝土铺砌层，锚梁结构层包括沿基坑横向设置的横锚梁、沿基坑纵向设置的纵锚梁，以及连接横锚梁与纵锚梁的斜锚梁，锚梁之间填充有袋装砂石，且横锚梁的两端与内侧桩相连。优选地，基坑的两侧设有防撞挡墙，挡墙的下方设有椎体护坡；防撞挡墙包括设于桥墩承台上方的第一防撞挡墙、设于中间桩顶部的第二防撞挡墙，第二防撞挡墙位于第一防撞挡墙两侧。其中，防撞挡墙沿航道方向间隔设有泄水孔，泄水孔沿防撞挡墙的墙体倾斜设置。优选地，外横撑设有单层，内横撑沿高度方向设置有上下多层，内横撑与外横撑的沿航道方向的布设位置相同，斜撑交错设置于外横撑之间。内横撑与外横撑的水平净间距均为5.0m～8.0m，内横撑的竖向净间距为3.0～5.0m；斜撑的横向净间距为5.0m～8.0m，与横撑水平净间距保持一致。优选地，地基加固区和坑底加固区均采用格构式布置的水泥搅拌桩，地基加固区(8)的第二水泥搅拌桩有效桩长为8m～12m，坑底加固区的第三水泥搅拌桩有效桩长为4m～6m；中间桩靠近桥墩结构一侧竖向设置拉森钢板桩，围护桩的外围设有水泥搅拌桩，共同作为止水帷幕。优选地，所述围护桩为钻孔灌注桩，桩径为0.8m～1.2m、桩间距为1.0m～1.4m。本专利技术还提供了一种新开航道下穿高铁桥墩桩基的框架加固方法，主要包括航道下穿段基底加固、桥墩桩基加固、航道下穿段支撑加固、桥下基坑开挖、河床底铺砌和加固以及防撞设施。上述加固方法包括如下步骤：(1)航道下穿段基底加固：在桥墩的边跨侧设置外侧桩，在主跨侧靠近桥墩处设置中间桩，在主跨侧远离桥墩处设置内侧桩，外侧桩、中间桩和内侧桩组成桥墩的围护桩；在中间桩靠近桥墩结构一侧设置拉森钢板桩，围护桩区域的外围设置第一水泥搅拌桩，共同形成止水帷幕；在中间桩和内侧桩之间设置第二水泥搅拌桩进行地基加固处理，在两侧桥墩的内侧桩之间设置第三水泥搅拌桩进行基坑底部加固处理；向桥墩承台下方土体内注浆，注浆达到设计强度后完成对桥墩桩基的加固；(2)航道下穿段支撑加固：基坑两侧分层开挖至设计标高，同时在中间桩和内侧桩之间设置多层临时内横撑，在外侧桩与中间桩之间设置临时基坑外横撑，在外侧桩与中间桩之间采用临时性钢板桩围护施工斜撑，在第二水泥搅拌桩的上方浇筑钢筋混凝土底板；采用支撑部支撑连接围护桩形成整体，使其受力通过钢支撑实现互相传递，极大的增强了围护桩间的稳定性，同时把高铁运营时可能产生的纵向水平荷载及地震等作用力传递到围护桩进而传递到更深的地层里去。(3)开挖桥下航道基坑至设计深度，对基坑底部进行河床加固处理；(4)施工防撞挡墙前，拆除临时的内支撑和外支撑；在基坑两侧进行防撞设施的施工，使高铁桥墩成为陆上墩。所述步骤(2)中，斜撑位于基坑外部，斜撑的两端分别与中间桩及外侧桩的顶端部相连，底板与两侧的中间桩和内侧桩相连，使得斜撑、外侧桩、中间桩、内侧桩、注浆体和钢筋混凝土底板连成整体。所述步骤(3)中，基坑开挖完成后，在基坑底部施工横锚梁、纵锚梁和斜锚梁作为航道河床的加固层，并在锚梁间铺设砂石找平；在加固层上方铺设防渗膜，在防渗膜上方浇筑混凝土层。具体的，包括如下施工步骤：(1)航道下穿段基底加固在桥墩结构两侧设置三排围护桩，两侧的围护桩对称设置；围护桩包括位于边跨侧的为外侧桩，位于主跨侧靠近桥墩结构的为中间桩，位于主跨侧远离桥墩结构的为内侧桩；桩顶设置冠梁；施工冠梁时基坑深度不宜开挖过深，满足施工即可；在中间桩靠近桥墩结构一侧设置拉森钢板桩，在内侧桩和外侧桩以及加固段两端外侧设置水泥搅拌桩，形成止水帷幕；在中间桩和内侧桩之间设置水泥搅拌桩进行地基加固处理，在两侧内侧桩之间设置水泥搅拌桩进行基坑底部加固处理；(2)桥墩桩基加固向桥墩承台下方土体内注浆，注浆达到设计强度后完成对桥墩桩基的加固；(3)航道下穿段支撑加固采用钢支撑连接围护桩形成整体，基坑外横撑与基坑内横撑的水平间距均为5.0m～8.0m，基坑内内横撑设置上下两层，竖向间距3.0m～5.0m，靠近桥墩两侧设置一层钢支撑作为基坑外横撑，横撑设置前两侧基坑均匀开挖至设计标高；拔出设计斜撑处的钢板桩，采用钢板桩围护施工的钢筋混凝土斜撑，注意避开桥墩，钢筋混凝土斜撑间距为5.0m～8.0m，与横撑的水平净间距保持一致，同时施工1.5m厚的钢筋混凝土底板，使斜撑、围护桩、注浆体和钢筋混凝土底板连成整体，增加围护桩的横向抗拉刚度；(4)桥下基坑开挖本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种航道下穿高铁桥墩桩基的框架加固体系，包括桥墩结构，其特征在于：两侧桥墩结构之间设有桥下航道基坑(21)，桥墩桩基(2)设有支撑部和沿航道方向的围护桩，桥墩承台(3)下方设有注浆体(16)；/n围护桩包括设于边跨侧的外侧桩(4)、设于主跨侧靠近桥墩(1)的中间桩(5)、设于主跨侧远离桥墩(1)的内侧桩(6)，围护桩的桩顶均设有冠梁；围护桩的外围设有水泥搅拌桩(8)，中间桩(5)外侧设有拉森钢板桩(7)，二者共同作为止水帷幕；中间桩(5)和内侧桩(6)之间设有地基加固区(9)，两侧桥墩桩基设置的内侧桩(6)之间坑底加固区(10)；/n支撑部包括设于中间桩(5)与内侧桩(6)之间的内横撑(17)、设于外侧桩(4)与中间桩(5)之间的外横撑(18)和斜撑(19)、浇筑于地基加固区上方的底板(20)；斜撑(19)的倾斜向上端与外侧桩(4)的顶端部相连，倾斜向下端与中间桩(5)相连；底板(20)的一端与内侧桩(6)相连，另一端与中间桩(5)或注浆体(16)相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种航道下穿高铁桥墩桩基的框架加固体系，包括桥墩结构，其特征在于：两侧桥墩结构之间设有桥下航道基坑(21)，桥墩桩基(2)设有支撑部和沿航道方向的围护桩，桥墩承台(3)下方设有注浆体(16)；
围护桩包括设于边跨侧的外侧桩(4)、设于主跨侧靠近桥墩(1)的中间桩(5)、设于主跨侧远离桥墩(1)的内侧桩(6)，围护桩的桩顶均设有冠梁；围护桩的外围设有水泥搅拌桩(8)，中间桩(5)外侧设有拉森钢板桩(7)，二者共同作为止水帷幕；中间桩(5)和内侧桩(6)之间设有地基加固区(9)，两侧桥墩桩基设置的内侧桩(6)之间坑底加固区(10)；
支撑部包括设于中间桩(5)与内侧桩(6)之间的内横撑(17)、设于外侧桩(4)与中间桩(5)之间的外横撑(18)和斜撑(19)、浇筑于地基加固区上方的底板(20)；斜撑(19)的倾斜向上端与外侧桩(4)的顶端部相连，倾斜向下端与中间桩(5)相连；底板(20)的一端与内侧桩(6)相连，另一端与中间桩(5)或注浆体(16)相连。


2.根据权利要求1所述的航道下穿高铁桥墩桩基的框架加固体系，其特征在于：基坑(19)的底部设有航道加固区，航道加固区包括从下至上依次设置的锚梁结构层、防渗层(23)和混凝土铺砌层(24)，锚梁结构层包括沿基坑横向设置的横锚梁(11)、沿基坑纵向设置的纵锚梁(12)，以及连接横锚梁与纵锚梁的斜锚梁(13)，锚梁之间填充有砂石，横锚梁(11)的两端与内侧桩(6)相连。


3.根据权利要求1所述的新开航道下穿高铁桥墩桩基的框架加固体系，其特征在于：基坑(21)的两侧设有防撞挡墙，挡墙的下方设有椎体护坡(25)；防撞挡墙包括设于桥墩承台(3)上方的第一防撞挡墙(14)、设于中间桩(5)顶部的第二防撞挡墙(15)，第二防撞挡墙(15)位于第一防撞挡墙(14)的两侧。


4.根据权利要求1所述的航道下穿高铁桥墩桩基的框架加固体系，其特征在于：防撞挡墙沿航道方向间隔设有泄水孔(26)，泄水孔(26)沿防撞挡墙的墙体倾斜设置。


5.根据权利要求1所述的新开航道下穿高铁桥墩桩基的框架加固体系，其特征在于：内横撑(17)设有上下多层，内横撑(17)与外横撑(18)的沿航道方向的布设位置相同，斜撑(19)交错设置于外横撑(18)之间。


6.根据权利要求1所述的航道下穿高铁桥墩桩基的框架加固体系...

【专利技术属性】
技术研发人员：郦纲，陈秀瑛，李继才，顾祯雪，楼伟中，龚政，李月先，余杰，孙阳，吴腾，
申请(专利权)人：杭州京杭运河二通道建设投资有限公司，水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，南京瑞迪建设科技有限公司，河海大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33