桥梁整体下降施工方法和施工设备.pdf

一种桥梁整体下降施工方法和施工设备，在中断交通后先在各桥台盖梁和桥墩盖梁的两端头用钢结构将桥面与盖梁进行临时连接，再施工桥台和桥墩；在两个桥台盖梁梁端施工钢筋砼导向榫和导向槽；在桥台承台上的桥台墩柱两侧施工桥台托换支座和桥台限位座，在桥台托换支座上安装用来支托桥台盖梁的砂筒，并在桥台限位座上安装防倾垫块；截断桥台墩柱后，将桥台盖梁的竖向荷载完全转移至砂筒上；将桥台墩柱两侧的砂筒进行同步放砂下降，一直下降至设计标高；连接桥台墩柱。本发明使用一定数量的砂筒对桥梁进行整体下降，是解决旧桥降低改造的一种简单、经济、安全、有效的新方法。

权利要求书

桥梁整体下降施工方法和施工设备
技术领域
本发明涉及一种桥梁降低改造的施工方法和施工设备。
背景技术
随着道路交通的发展完善，有些原本通航的河道已不再需要通航。这些河道上过去因通航需要而架得很高的桥梁，其高高的路堤往往对桥台造成很大的负荷，严重的甚至会危及桥梁安全，两端又高又长的引路同时也极大地影响城市景观和用地。因此，对这些桥梁进行降低改造已势在必行。本发明采用的桥梁整体下降技术正是针对此问题而提出的一种简单、经济、安全、有效的新方法。
旧桥降低改造主要有以下两种方法：一是拆除桥面后吊离上部主梁，待降低桥墩后再架设主梁并重新施工桥面；二是将盖梁支撑牢固后截除一段立柱，利用液压千斤顶将盖梁及其上的桥面系同步下降至设计标高，再接上立柱。
第一种方法由于要将盖梁及其上的桥面系全部移除或拆除后再重新施工，其实质就是对盖梁以上的部分进行拆除重建，因此造成了极大浪费，是一种非常不经济且费工、费力、费时的传统方法。
第二种方法由于大吨位的液压千斤顶比较昂贵，同步下降桥梁又需要同时投入相当数量的液压千斤顶，因此其施工成本会很高。
发明内容
发明提供一种桥梁整体下降施工方法和施工设备，要解决现有的旧桥降低改造施工方法成本高，工艺复杂的技术问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
这种桥梁整体下降施工方法，在中断交通后分别对桥台和桥墩进行施工，其特征在于：在中断交通后，先在各桥台盖梁和桥墩盖梁的两端头用钢结构将桥面与盖梁进行临时连接，再施工桥台和桥墩；
所述桥台的施工步骤如下：
步骤A、在两个桥台盖梁梁端施工钢筋砼导向榫，导向榫为桥台盖梁端部增加的一个正方体钢筋砼结构，之后在桥台承台至桥台盖梁之间施工钢筋砼导向槽，导向槽是外包于导向榫的钢筋砼结构，植根于桥台承台之上；
步骤B、在桥台承台上的桥台墩柱两侧施工桥台托换支座和桥台限位座，在桥台托换支座上安装用来支托桥台盖梁的砂筒，并在桥台限位座上安装防倾垫块；
步骤C、截断桥台墩柱后，将桥台盖梁的竖向荷载完全转移至砂筒上；截断桥台墩柱时，先标出凿除范围顶面线，将顶面线往下的墩柱砼保护层凿除，直至剥出主筋，切断主筋，并取出中间段柱芯；
步骤D、将桥台墩柱两侧的砂筒进行同步放砂下降，当防倾垫块与桥墩盖梁底面之间的距离小于5cm时，抽去一块垫块，当砂筒的活塞顶板接近砂筒壁顶面时，通过逐步切除砂筒的外钢筒，一直下降至设计标高；
步骤E、连接桥台墩柱。
所述桥墩的施工步骤如下：
步骤a、在桥墩承台与盖梁之间各墩柱外设立托换座；
步骤b、在托换座顶面安装下钢环，桥墩盖梁底面安装上钢环，下钢环和上钢环上均开有螺栓孔；
步骤c、截断桥墩墩柱，先标出下凿除线和上凿除线；在上、下钢环之间安装托换柱(21)，采用上述桥台墩柱相同的方法凿除桥墩墩柱，将桥墩盖梁的竖向荷载完全转移至托换柱上；
步骤d、安装砂筒于截断的墩柱之间，并将砂筒与截断墩柱断面固定；
步骤e、在桥墩盖梁与托换座之间安装千斤顶，上顶桥墩盖梁以卸载托换柱，将盖梁全部荷载转移至砂筒上，并在托换座与桥墩盖梁之间设立防倾及限位柱、防倾垫块；
步骤f、对所有砂筒统一放砂降桥，当防倾垫块与桥墩盖梁底面之间的距离小于5cm时，抽去一块垫块，当砂筒的活塞顶板接近砂筒壁顶面时，通过逐步切除砂筒的外钢筒壁，一直下降至设计标高；
步骤g、用钢筋砼结构修复截断的柱子，砼达到强度后恢复交通。
上述桥面与桥墩盖梁的临时连接可采用钢结构，并在桥面及桥墩盖梁的钢筋砼结构上钻孔埋设螺栓进行连接，临时连接钢结构主体为钢板并加设肋板组成，钢结构钢板与砼结构之间的空隙采用灌浆填充。
上述桥台施工步骤A中导向榫和导向槽均采用植筋的方法同原结构相连，导向榫和导向槽之间可设5mm间隙。
上述桥台施工步骤B中砂筒安装时，装砂后用振动棒在筒外围振密，并夯实筒中的砂。
上述桥台施工步骤E、桥墩施工步骤g中均可采用绑条焊的方法连接墩柱上下预留的钢筋，外包箍筋，安装模板，再浇注混凝土。
上述桥墩施工步骤a中的托换座为钢筋砼结构，施工时先在墩柱外侧分节安装围堰筒模，墩柱四周安装竖向钢筋，将竖向钢筋上下分别焊接于钢环之上，再在围堰筒模内浇注砼。
上述桥墩施工步骤d中可先在下截断墩柱断面中心固定一圆钢板，再在施工平台上采用水平滚移的方法运送砂筒至断柱之间，并与圆钢板固定，砂筒活塞顶面与墩柱截面之间采用灌浆方式固定。
上述桥墩施工步骤e中可先在盖梁与托换座之间的下钢环和上钢环上分别安装顶升柱、顶升及防倾柱，再在顶升柱之间安装千斤顶。
一种桥梁整体下降的施工设备，其特征在于：该设备为一种砂筒，砂筒的筒壁由钢板制成，砂筒的顶部带有活塞，底部带有放砂口并由螺母封口；上述活塞是由钢筒内填混凝土构成。
本发明的有益效果如下：
本发明使用一定数量的砂筒对桥梁进行整体下降，是解决旧桥降低改造的一种简单、经济、安全、有效的新方法。本发明与上述第一种施工方法相比，本方法不破坏桥面铺装，施工费用低，且施工作业全部在桥下，不需场地；与第二种施工方法相比，本方法设计使用了价格低廉的砂筒代替昂贵的大吨位液压千斤顶，施工成本大大降低。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是桥墩盖梁与桥面连接的俯视结构示意图。
图2是桥墩盖梁与桥面连接的侧视结构示意图。
图3是桥台盖梁与桥面连接的俯视结构示意图。
图4是桥台盖梁与桥面连接的侧视结构示意图。
图5是桥台盖梁和承台上设置导向榫和导向槽的立面结构示意图。
图6是桥台盖梁和承台上设置导向榫和导向槽的平面结构示意图。
图7是桥台墩柱周围设置桥台托换支座的立面结构示意图。
图8是桥台墩柱周围设置桥台托换支座的平面结构示意图。
图9是桥台墩柱周围设置砂筒和防倾垫块的立面结构示意图。
图10是桥台墩柱周围设置砂筒和防倾垫块的平面结构示意图。
图11是桥墩墩柱周围设置托换座的结构示意图。
图12是托换座截面的结构示意图。
图13是上下钢环安装的结构示意图。
图14是下钢环的结构示意图。
图15是上钢环的结构示意图。
图16是托换柱的结构示意图。
图17是防倾及限位柱的结构示意图。
图18是顶升及防倾柱的结构示意图。
图19是顶升柱的结构示意图。
图20是砂筒的结构示意图。
附图标记：1—桥台盖梁、2—桥台墩柱、3—桥台承台、4—桥墩盖梁、5—桥墩墩柱、6—桥墩承台、7—桥面、8—钢结构、9—导向榫、10—导向槽、11-桥台托换支座、12-砂筒、13-防倾垫块、14-桥台限位座、15-大梁、16-围堰筒模、17-竖向钢筋、18-托换座、19-下钢环、20-上钢环、21-托换柱、22-防倾及限位柱、23-顶升及防倾柱、24-顶升柱。
具体实施方式
实施例参见图1、图2所示，为了保证下降过程中桥梁的整体性，在各桥台、桥墩盖梁4两端头用钢结构8将桥面结构与盖梁进行临时连接。桥面结构与桥墩的临时连接采用钢结构，并在桥面及盖梁钢筋砼结构上钻孔埋设M36的螺栓进行连接。临时连接钢结构主体为14mm厚的钢板并加设肋板组成，钢结构钢板与砼结构之间的空隙采用灌浆填充。
参见图3-6所示，为了防止桥梁下降过程中意外的水平位移甚至倒塌，在桥台盖梁1及承台上分别设钢筋砼导向榫9及导向槽10，导向榫是在桥台盖梁端部额外增加出来的一个正方体钢筋砼结构；导向槽是外包于导向榫的钢筋砼结构，植根于桥台的承台之上。导向榫及导向槽均采用植筋的方法同原结构相连，采用C50砼。植筋采用D20钢筋，植筋深度250mm。先施工导向榫，达到强度后施工导向槽。在导向榫与导向槽之间设5mm的间隙，可以采用泡沫塑料成形。施工时特别注意砼表面的平整度及垂直度，以确保桥梁结构竖向的自由下降。
参见图7-10所示，桥台托换支座11是在桥台承台3的适当位置浇筑的钢筋砼支座，以放置托换砂筒12；桥台限位座14是限制桥台盖梁下降最终位置的支座；桥台防倾垫块的作用是在桥台盖梁下降的过程中提供由于砂筒受力不均等意外情况发生时防止桥台过大倾斜，桥台托换座采用C50钢筋砼浇筑，内配钢筋网D8@100，网片间距100mm，承台上打毛处理即可；桥台限位座为钢筋砼结构，采用C50砼配双向钢筋网D8@50，网距@50现浇而成，可同托换支座同时施工；桥台防倾垫块采用C50砼配双向钢筋制成。
桥台处下降主要分四步进行：
第一步：安装砂筒及防倾垫块。桥台直接安装砂筒作为托换结构。为了托换过程尽量少的结构扰动，要求砂筒装砂后要用振动棒在钢筒外围振密，并采用蛙夯机夯实钢筒中的砂。砂筒装砂完成后采用水平滚滑的方法运送至设计位置，上下面均采用四周封环氧胶泥并灌浆的方式固定。防倾垫块预制后安装至设计位置。
第二步：凿除桥台墩柱砼。确定需凿除的部位为从承台顶面往上的1.2m范围，标出凿除范围顶面线。将顶面线往下20cm的墩柱砼保护层凿除，直至剥出竖向主筋，切断主筋(保证切断后的钢筋头从顶面线往下有15cm长可以焊接)。用直径50mm左右的砼取芯设备，在顶面线以下50cm范围之内取芯，先从柱中间取芯，对称地往两侧取，最终完全切断墩柱。将M1、M2桥台的四个墩柱均取芯截断。待水中墩T1、T2也完成截柱托换后逐柱再用同样的方法在承台顶面截断墩柱，并取出中间段柱芯。
第三步：下降过程。在所有墩柱均具备下降条件下开始同步放砂下降。对于D950的砂筒打开两个放砂口，D670砂筒打开一个施砂口。下降过程应保证各墩柱对应的砂筒基本同步下降，下降过程中观察防倾垫块与盖梁底面之间的距离，当距离小于5cm时，抽去一块垫块。活塞下降以10cm为一个行程。当活塞顶板底面接近钢筒壁顶面(5mm左右)，停止放砂。用乙炔割除钢筒上部份10cm的一节，以使活塞可以继续放砂下降。如此反复，至到桥梁降至设计标高，盖梁底面支撑在限位块上，完成下降过程。
第四步：接柱过程。清理去除砂筒剩余的部份，用绑条焊的方法连接墩柱上下预留的钢筋，外包箍筋，箍筋直径同原墩柱，间距加密一倍，安装模板，浇筑C50大流动、自密实、微膨胀砼。
参见图11、图12所示，为了转移桥梁荷载至砂筒上，并在桥梁下降过程中防止意外发生，在桥墩墩柱5外侧包15cm厚的钢筋砼以形成托换结构。
先对墩柱从盖梁以下1.75米的砼保护层进行凿毛处理，上部1m范围以内的凿毛深度要大于3cm以上，下部在1cm左右，凿毛最底部为最低潮位时的水位位置。采用3mm厚的钢筒模，事先加工成两个半片，在墩柱处合拢焊接成型，在低潮位时顺墩柱竖向安装至墩柱承台系梁顶面并临时固定。为了保证围堰筒模16的封水性能，筒模底部用2mm的钢板焊一圆环。第一节围堰筒模安装完成后，在墩柱四周安装八组竖向钢筋17。每一组由三根D28钢筋组成。长度在3050mm左右，上下各焊于5cm厚的143×199mm的钢板之上。
在围堰筒模中采用导管法水下浇筑C50大流动、自密实、微彭胀细石(粒径小于5mm)砼，厚度在500mm左右，用以封底。导管可采用内径为8cm的PVC管。为保证封底砼的均匀性，可采用双导管，在墩柱相对的两侧同时浇筑。完成并达到强度后，在低潮位时抽水。
在第一次砼结构完成后，不拆除第一节围堰筒模，即可安装第二批竖向钢筋和箍筋。安装第二节圆柱模时与第一节筒模顶面用螺栓连接，模板接均用连续的厚为3mm左右的橡胶及玻璃胶封口，以防安装完成后潮水上涨而漏水于模板内部。在确保模内无漏水后，浇筑C50砼(粗骨料粒径小于1.5cm)，用振动棒振动密实。
参见图13-15所示，托换座施工完后，在顶面安装内径1200mm、外径1500mm、厚50mm的下钢环，钢环上设计开设M30内纹螺孔，以安装将来的托换钢柱。内纹螺孔以四个为一组，在直径为170mm的圆上以60度均匀分布。此170直径的圆之圆心为于钢环内一直径为1330mm的圆上。M30内纹螺孔深度为45mm(即不钻穿环板)。在盖梁底安装上钢环20，上钢环其它参数均同下钢环，只是钢环外径为1700mm。钢环是加工成半环，套于墩柱后采用全断面坡口焊连接成为整环。如图5之a)、b)、c)图所示。钢环的安装要注意与砼结构面紧密结合。采用楔形铁及水平仪找平后，用硬塑状胶泥封闭四周，采用灌浆的方式保证钢环与砼面的良好结合。
钢环安装完成后，在上、下钢环之间安装托换柱21、防倾钢柱等。为了减少用钢量，将托换钢柱及防倾钢柱设计为可部份互用的形式，主要结构为D100圆钢，加上下安装连接板及肋板等组成，在托换柱21的顶端与上钢环之间有30mm厚的空隙，采用钢板垫块填塞。
桥墩处下降主要分七步进行：
第一步：放线。先在墩柱上放好要凿除部份的位置线，从盖梁底面往下300mm为上凿除线，在上凿除线往上偏移20mm的地方，划线并用手提式砂轮机整齐切割一圈深度约15mm的控制缝(注意不要割至主筋)。在下钢环顶面往上偏20mm的位置为下凿除线。
第二步：在已安装完毕的上、下钢环之间安装托换柱21。将薄连接板的一端向上，采用M30螺柱固定。顶面连接板与上钢环之间的空隙采用事先加工好的活动式钢板垫块填充。共安装7根钢柱，最里侧的一根暂时不安装，以便后面可以将砂筒移入墩柱内。
第三步：凿除桥台墩柱砼。采用上述桥台墩柱2相同的方法，剥除砼保护层、割断钢筋、用砼取芯机在上凿除线的位置向下50mm范围内取空砼。逐步进行完成T1，T2两墩四柱的凿除工作，对桥梁整体进行一至二小时的观察，无异常现象，凿除上下凿除线之内墩柱的所有保护层。切断主筋(保留离下凿除线15cm长的主筋段)，同样采用砼取芯机在下凿除线的位置取芯截断墩柱。对于已分离的中间段砼，可采用钻孔并埋设静力膨胀剂的静力爆破方法破碎取出，或采用风镐的方法破碎取出，并修整上下砼平面。
第四步：砂筒安装。在下截断面中心位置上铺设一直径为1010mm，厚度为20mm的圆钢板。为了找平该圆钢板，可采用三块钢楔调整，找平后在圆钢板周圈封环氧胶泥灌浆固定钢板。准备砂筒，在施工平台上采用水平滚移的方法运送砂筒至断柱中，并固定在已找平的圆钢板上，采用焊接的方法与钢板固定。砂筒活塞顶面与墩柱截断面之间的空隙同样采用灌浆的方式固定。
第五步：托换。在下钢环上安装八只顶升柱24，上钢环上安装八只顶升及防倾柱23。在顶升柱24与顶升及防倾柱23之间安装50吨千斤顶。松开托换柱21与上钢环之间的连螺栓(不完全拆除，松开5mm左右即可)，千斤顶同时逐步加力，顶升盖梁。当托换柱21顶连接板与上钢环之间的钢垫块松动，可以人工取出时，即抽除钢板垫块。同步缓慢将千斤顶卸力，使盖梁的竖向力托换至砂筒上。逐个将各墩柱托换并观察无异常情况后，将托换柱21拆除并在每墩柱的上、下钢环之间的四个对角位置钢安装防倾及限位柱，每一位置为二个防倾及限位柱连接，并在顶面安放六块厚5cm的D100钢垫块，以形成防倾结构。
第六步：下降过程。在所有墩柱均具备下降条件下开始同步放砂下降。下降过程中观察防倾钢垫块与盖梁底面之间的距离，当距离小于5cm时，抽去一块垫块。活塞下降以10cm为一个行程，当活塞顶板底面接近钢筒壁顶面(5mm左右)，停止放砂。用乙炔割除钢筒上部份10cm的一节，以使活塞可以继续放砂下降。当六块钢垫块拿完时，暂停下降过程。拆除各防倾柱的上一节防倾及限位柱22，换为顶升及防倾柱23。并安放六块钢垫块。将拆下来的防倾及限位柱22安装在下钢环的另四个位置，形成限位结构。继续下放砂、割除钢筒、抽去垫块下降。当六块钢垫块再一次拿完时，暂停下降过程。拆除各防倾柱的上一节顶升及防倾柱。并安放六块钢垫块。继续下放砂、割除钢筒、抽去垫块下降。最后盖梁下降完成，支撑在八根限位柱上，完成下降过程。
第七步：接柱过程。清理去除砂筒剩余的部份，用绑条焊的方法连接墩柱上下预留的钢筋，外包箍筋(箍筋直径同原墩柱，间距加密一倍)。安装模板，浇筑C50大流动、自密实、微膨胀砼。当砼达到强度后，拆除限位柱及上下钢环，将墩柱外用砼浇筑为直径1.5m的柱，以同下面的托换座同直径。采用C30砼，配竖向筋及箍筋。
砂筒的设计如图20所示。砂筒活塞由钢筒内填C30砼制成。钢筒由12mm厚钢板制成，每一砂筒底部由二个内径为30mm的放砂口，由直径50mm以上的螺母封口。2型砂筒除直径与1型不同外，其它参数均相同。砂筒中的砂选用清净的、干燥的石英砂。
在桥梁下降完成并接柱完成，砼达到设计强度后，回填桥头引道，施工桥头反搭板及路面，拆除桥面临时连接钢结构，拆除导向槽及导向榫，检查验收后通车。