一种桥墩快速联合纠偏系统及方法与流程

1.本发明属于桥梁桥墩纠偏技术领域，具体涉及一种桥墩快速联合纠偏系统及方法。


背景技术：

2.梁式桥受力简单，种类繁多，是公路桥梁中最常见的桥型。梁桥在施工和运营过程中，由于施工缺陷、不对称堆载、运营期间水平制动力超限，桥墩有时会出现偏位的现象，如不及时修复，存在桥墩倒塌、梁体倾覆等危险。
3.目前对于桥墩倾斜的处理方法大致分为两个方面：墩顶安装反力装置顶推纠偏与墩底改变两侧土体压力进行纠偏。墩顶纠偏即通过在上部结构安装反力牛腿，通过上部结构给桥墩水平反力进行纠偏，但施工时由于墩底部位受到土体压力作用，有时不能做到完全复位。墩底改变两侧土体压力主要通过开挖受压侧土体并在另一侧喷射注浆桩，以使桥墩偏移方向反侧移动，该方法常用于解决不对称堆载情况下引发的桥墩偏位问题，适用范围受限，且纠偏周期长。


技术实现要素：

4.为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种施工方便、对原结构影响较小、应用范围广的桥梁偏位处治方法。
5.本发明采用如下技术方案：
6.一、一种桥墩快速联合纠偏系统
7.包括上部结构、反力装置、竖向千斤顶、水平千斤顶、支撑平台、抱箍装置、钢结构对拉装置和反力桩；桥墩侧方且在桥墩纠偏方向上设置有反力桩，桥墩底部和反力桩上分别安装有两个平行布置的抱箍装置，桥墩和反力桩的抱箍装置之间通过钢结构对拉装置连接；桥墩顶面安装有多个竖向千斤顶，通过竖向千斤顶竖向顶推桥梁上部结构；桥梁上部结构下端面安装有反力装置，桥墩顶部侧面通过支撑平台安装水平千斤顶，水平千斤顶位于反力装置和桥墩之间，用于水平顶住反力装置和桥墩顶部。
8.所述反力装置包括水平面钢板、竖直面钢板和加劲钢板，水平面钢板、竖直面钢板相垂直，水平面钢板和竖直面钢板形成的垂直面焊接有用于支撑水平面钢板和竖直面钢板的加劲钢板；水平面钢板通过螺栓锚固于桥梁上部结构的下端面；水平千斤顶两端分别顶住竖直面钢板和桥墩顶部侧面。
9.每个抱箍装置包括两片抱箍钢板、紧固螺栓、连接翼板和橡胶垫片；通过两片抱箍钢板箍住墩柱或反力桩，两片抱箍钢板之间通过紧固螺栓连接，通过给紧固螺栓施加预紧力将抱箍装置紧固在墩柱或反力桩上；两片抱箍钢板内径略小于墩柱直径1～3mm以保证抱箍装置紧密贴合墩柱；橡胶垫片置于抱箍钢板内侧面，通过在抱箍装置和墩柱或反力桩之间设置橡胶垫片以加大摩擦力。
10.墩底和反力桩上的两个抱箍装置通过钢结构对拉装置连接，所述钢结构对拉装置
由两根槽钢结构组成，钢结构对拉装置两端通过连接螺栓分别连接至两个抱箍装置侧面的连接翼板上，两根槽钢结构之间通过调节螺栓连接，调节螺栓用于调节两根槽钢结构之间的张紧。
11.二、采用上述系统的桥墩快速联合纠偏方法
12.包括以下步骤：
13.s1：检测桥墩倾斜率与支座偏位距离，确定桥墩的纠偏方向与位移值。
14.s2：在桥墩纠偏方向上设置反力桩，并安装反力装置、抱箍装置和钢结构对拉装置；
15.s3：通过竖向千斤顶对梁体进行竖向顶推；
16.s4：安装水平千斤顶；
17.s5：对桥墩顶部进行水平顶推，当墩底混凝土应变ε达到预警值ε
max
且支座未能复位，实施步骤s6；当墩底混凝土应变ε未超过预警值ε
max
且支座复位，实施步骤s8；
18.s6：对墩底应力释放：通过调节钢结构对拉装置中的调节螺杆沿纠偏方向对待纠偏桥墩施加拉拔荷载(使待纠偏桥墩靠近反力桩)，直至满足以下三个条件之一则停止施加拉拔荷载：
19.当支座完成复位停止施加拉拔荷载，开始实施步骤s8；
20.当桥墩墩顶水平千斤顶读数减小至0时停止施加拉拔荷载，开始实施步骤s7；
21.当墩底混凝土应变ε减小至预警值ε
max
一半时停止施加拉拔荷载，开始实施步骤s7；
22.s7：若停止施加拉拔荷载后支座仍未完成复位，则依次重复步骤s5与步骤s6，直至支座复位开始实施步骤s8；
23.s8：通过竖向千斤顶顶升上部结构，拆除聚四氟乙烯板，更换新支座，拆除临时结构，在桥梁上部结构安装永久限位装置并固结钢结构对拉装置。
24.所述临时结构包括但不限于反力装置、竖向千斤顶、水平千斤顶、支撑平台
25.在所述步骤s1检测偏位距离之前检测桥墩是否存在初始缺陷，若存在初始缺陷，则在纠偏工作前完成维修；初始缺陷包括裂缝、混凝土剥落等问题。
26.所述步骤s3具体为：
27.s31：根据桥梁上部结构的自重及应力分布估算最大竖向顶升荷载，从而确定竖向千斤顶的数量及竖向千斤顶在桥墩顶面的布设位置，根据布设位置在桥墩顶面安装多个竖向千斤顶；
28.s32，通过在桥墩墩顶安装位移传感器和顶升力传感器进行全过程施工监控；
29.s33，通过试顶前检查确保：已垂直牢固安装千斤顶，已全部拆除影响顶升的设施，已去除待纠偏的桥墩和上部结构之间的连接；
30.s34，检查无异常后，解除上部结构的约束，
31.开始试顶即竖向顶推；
32.s35，当试顶顶升力达到最大竖向顶升荷载的80％时，停止顶升，持荷10分钟，观察梁体及设备状况，待梁体受力及设备运行正常后平稳落梁；
33.s36，试顶结束后，开始正式顶升施工，通过顶升控制系统控制多个竖向千斤顶将桥梁上部结构同步顶升，将梁体正式顶升至所需高度后，在原有支座位置上安装聚四氟乙
烯板，竖向千斤顶回油缓慢落梁，直至上部结构坐落在聚四氟乙烯板上。
34.所述步骤s34中的解除上部结构约束为：解除上部结构两侧的约束，以及上部结构与其余桥墩之间的约束。
35.在步骤s34和步骤s35进行过程中，现场技术员注意密切观察桥梁是否有异常情况出现，如有异常情况，应立即回油、落梁，问题解决后再进行试顶，直至梁体受力及设备运行正常后平稳落梁；异常情况包括梁体出现异响，出现裂缝、混凝土剥落，设备、仪表读数异常(读数不在设定的合理范围内)。
36.所述步骤s4具体为：
37.s41：在纠偏方向上对上部结构进行临时固结；
38.s42：在桥墩底部受拉侧布置应变传感器，用以实时监测桥墩拉应变(包括墩底混凝土应变ε)；
39.s43：将水平千斤顶安装在支撑平台上。
40.所述步骤s5具体为：
41.s51：通过plc顶推系统或人为控制水平千斤顶沿纠偏方向顶推桥墩侧面，保持水平千斤顶的顶推力逐级增加，当支座复位或桥墩底部混凝土应变ε达到预警值ε
max
时停止顶推；
42.s52：当墩底混凝土应变ε达到预警值ε
max
且支座未能复位，实施步骤s6进行墩底应力释放；当墩底混凝土应变ε未超过预警值ε
max
且支座复位，实施步骤s8；
43.所述步骤s51的预警值为：
44.根据桥墩所采用混凝土材料的抗拉强度标准值与杨氏模量计算混凝土开裂应变εk，再取混凝土开裂应变εk的80％为预警值ε
max
。
45.本发明的有益效果是：
46.该方法能够有效改善桥墩偏位处治工程施工过程中墩底部位应力集中的问题，延长了桥墩的使用寿命。此外，该方法显著提高了施工效率，缩短了纠偏周期。
附图说明
47.图1为本发明实施实例提供的一种桥墩联合纠偏方法结构示意图
48.图2为本发明实施实例提供的反力装置结构示意图
49.图3为本发明实施实例提供的抱箍装置主视图
50.图4为本发明实施实例提供的抱箍装置俯视图
51.图5为本发明实施实例提供的钢结构对拉装置主视图
52.图6为本发明实施实例提供的钢结构对拉装置俯视图
53.图7为本发明的桥墩快速联合纠偏方法流程图
54.图中：1、上部结构，2、反力装置，21、水平面钢板，22、加劲钢板，23、竖直面钢板，3、竖向千斤顶，4、水平千斤顶，5、支撑平台，6、抱箍装置，61、紧固螺栓，62、连接翼板，63、连接螺栓孔，64、橡胶垫片，65、抱箍钢板，7、钢结构对拉装置，71、连接螺栓，72、调节螺杆，73、槽钢结构，8、反力桩，9、支座。
具体实施方式
55.下面结合附图对本技术的具体实施方式进行详细的描述。
56.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本技术宗旨的解释说明，不应视为对本技术的不当限制。
57.本发明的桥墩快速联合纠偏系统，包括上部结构1、反力装置2、竖向千斤顶3、水平千斤顶4、支撑平台5、抱箍装置6、钢结构对拉装置7、反力桩8。如图2所示，反力装置2中水平面钢板上布有螺栓孔，通过植入高强螺栓将反力装置2安装在上部结构1上。高强螺栓数量及粗细根据所需最大水平顶推力计算所得。竖向千斤顶3置于桥墩顶部支座9附近，具体位置根据桥梁上部结构的应力分布确定。支撑平台5结构类似于反力装置2固定在桥墩上，水平千斤顶4放置在支撑平台上。水平顶推时，上部结构的反力由反力装置2的受力面通过水平千斤顶4传递给桥墩。如图3和图4所示，抱箍装置6采用厚钢板制作，内径略小于墩柱直径。抱箍装置通过紧固螺栓61连接但不紧固，利用起吊设备整体吊至墩底位置，对抱箍装置进行水平调平，同时在抱箍装置6和墩柱之间加橡胶垫片64以加大摩擦力，然后给紧固螺栓61施加预紧力将抱箍装置紧固在墩柱上。如图5和图6所示，在反力桩8混凝土强度满足要求后，将钢结构对拉装置7安装在两个抱箍装置之间，并将调节螺杆72初步张紧。
58.优选的，在本发明一个具体实例中，参考图1，竖向千斤顶3放置位置不限于桥墩顶部，应根据实际工程需求，若桥墩墩顶空间不足，则需另外设置竖向千斤顶支撑平台。
59.优选的，在本发明的一个具体实例中，参考图3，所述抱箍装置3不限于本技术中的形式，且增大抱箍装置6和墩柱之间摩擦力的方式不限于设置橡胶垫片64。
60.如图7所示，本发明的桥墩快速联合纠偏系统方法包括如下步骤：
61.s1，现状检查及维修；
62.首先对桥墩偏位的原因进行调查，检测墩身垂直度及两侧土体压力，检测上部结构两侧伸缩缝变化情况，分析偏位原因；接着检测桥墩是否存在初始缺陷，若存在裂缝，混凝凝土剥落等现象，应及时修补，待修复工作完成后才能进行纠偏。最后对墩顶支座进行检查，确定纠偏量和纠偏方案。
63.s2，施工准备；
64.现场修筑施工便道，搭设施工
65.在原桥墩纠偏方向上新增反力桩8，安装反力装置2、抱箍装置6、钢结构对拉装置7。
66.优选的，在本发明的一个具体实例中，再次参考图1，所述抱箍装置6、钢结构对拉装置7与反力桩8应根据实际情况确定是否要安装，如桥墩偏移量较小，可不安装。
67.优选的，在本发明的一个具体实例中，再次参考图1，反力桩8可采用钻孔灌注桩、沉管灌注桩等多种形式，且桩径、桩长应提前进行荷载验算，确保反力桩能提供足够反力。
68.s3，竖向顶推；
69.在顶推千斤顶布设前，复核桥墩墩顶支座偏位的矢量大小及方向，根据桥梁上部结构的应力分布及偏位情况在墩顶相应位置及方向设置顶推千斤顶，确保在顶推过程中，墩柱朝既定的方向纠偏相应的距离。安装位移传感器和顶升力传感器进行全过程施工监控。竖向顶推前先进行试顶工作，试顶前检查：千斤顶安装是否垂直牢固；影响顶升的设施
是否已全部拆除；顶升部分结构与其他结构连接是否已全部去除；检查无异常后，解除上部结构约束，开始试顶，现场技术员注意密切观察桥梁是否有异常情况出现，设备、仪表是否正常工作，显示读数是否在合理范围内；当试顶顶升力达到计算支座荷载的80％时，停止顶升，持荷10分钟，观察梁体及设备状况；如有异常情况，应立即回油、落梁，问题解决后再进行试顶，直至梁体受力及设备运行正常后平稳落梁。
70.试顶结束后，开始正式顶升施工，采用分级加载，两边监控的方法，期间实时监控桥墩横梁应力位移监测数据。持荷缓加，循环操作，确保梁体变形在合理范围内。
71.s4，墩顶水平顶推；
72.首先上部结构在纠偏方向临时固结，一般在伸缩缝采用楔形压垫块进行顺桥向限位，并在相邻桥墩设置临时限位装置，进行横桥向限位。在桥墩底部受拉侧布置应变传感器，实时监测桥墩拉应变；同时布置温度传感器，监测温度对施工的影响，若温度影响较大应适当排除温度对桥墩拉应变的影响。将水平千斤顶4安装在支撑平台5上，通过顶推控制系统控制水平千斤顶沿纠偏方向顶推桥墩侧面，保持水平千斤顶的顶推力逐级增加，当支座复位或墩底混凝土应变ε达到预警值ε
max
时停止顶推。
73.s5，墩底应力释放；
74.当墩底混凝土应变ε达到预警值ε
max
且支座未能复位时开始进行步骤s5；
75.墩底通过调节钢结构对拉装置7中的调节螺杆72沿纠偏方向施加拉拔荷载，直至满足以下三个条件之一则停止加载：支座复位；桥墩墩顶水平千斤顶读数减小至0；墩底混凝土应变ε减小至预警值ε
max
一半；
76.若此时支座未完成复位，则依次重复步骤s4与步骤s5，直至支座复位。
77.优选的，在本发明的一个具体实例中，墩底应力释放不限于通过钢结构对拉装置7进行调节。根据实际情况，可适当在墩底受压测开挖土体、打设应力消散孔、在受压测灌沙等方式释放墩底应力。
78.s6，通过竖向千斤顶顶升上部结构，拆除聚四氟乙烯板，更换新支座，拆除临时结构，在桥梁上部结构安装永久限位装置并固结钢结构对拉装置；
79.优选的，在本发明的一个具体实例中，施工完成后新增反力桩8可作为补充加固结构，限制桥墩位移。
80.优选的，s6中拆除的临时结构包括但不限于反力装置2、竖向千斤顶3、水平千斤顶4、支撑平台5、楔形垫块、步骤s4中设置的临时限位装置。
81.优选的，固结钢结构对拉装置通过将调节螺杆72外围采用20厚钢板焊接固定，焊接完成后在焊接处浇筑水泥，确保对拉钢结构的稳定性。

技术特征：
1.一种桥墩快速联合纠偏系统，其特征在于，包括上部结构(1)、反力装置(2)、竖向千斤顶(3)、水平千斤顶(4)、支撑平台(5)、抱箍装置(6)、钢结构对拉装置(7)和反力桩(8)；桥墩侧方且在桥墩纠偏方向上设置有反力桩(8)，桥墩底部和反力桩(8)上分别安装有两个平行布置的抱箍装置(6)，桥墩和反力桩(8)的抱箍装置(6)之间通过钢结构对拉装置(7)连接；桥墩顶面安装有多个竖向千斤顶(3)，通过竖向千斤顶(3)竖向顶推桥梁上部结构(1)；桥梁上部结构(1)下端面安装有反力装置(2)，桥墩顶部侧面通过支撑平台(5)安装水平千斤顶(4)，水平千斤顶(4)位于反力装置(2)和桥墩之间，用于水平顶住反力装置(2)和桥墩顶部。2.根据权利要求1所述的一种桥墩快速联合纠偏系统，其特征在于，所述反力装置(2)包括水平面钢板(21)、竖直面钢板(23)和加劲钢板(22)，水平面钢板(21)、竖直面钢板(23)相垂直，水平面钢板(21)和竖直面钢板(23)形成的垂直面焊接有加劲钢板(22)；水平面钢板(21)通过螺栓锚固于桥梁上部结构的下端面；水平千斤顶(4)两端分别顶住竖直面钢板(23)和桥墩顶部侧面。3.根据权利要求1所述的一种桥墩快速联合纠偏系统，其特征在于，每个抱箍装置(6)包括两片抱箍钢板(65)、紧固螺栓(61)、连接翼板(62)和橡胶垫片(64)；通过两片抱箍钢板(65)箍住墩柱或反力桩，两片抱箍钢板(65)之间通过紧固螺栓(61)连接，通过给紧固螺栓(61)施加预紧力将抱箍装置(6)紧固在墩柱或反力桩上；两片抱箍钢板(65)内径略小于墩柱直径1～3mm；橡胶垫片置于抱箍钢板(65)内侧面。4.根据权利要求3所述的一种桥墩快速联合纠偏系统，其特征在于，墩底和反力桩上的两个抱箍装置(6)通过钢结构对拉装置(7)连接，所述钢结构对拉装置(7)由两根槽钢结构(73)组成，钢结构对拉装置(7)两端通过连接螺栓(71)分别连接至两个抱箍装置(6)侧面的连接翼板(62)上，两根槽钢结构(73)之间通过调节螺栓(72)连接，调节螺栓(72)用于调节两根槽钢结构(73)之间的张紧。5.采用权利要求1～4任一所述系统的桥墩快速联合纠偏方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：检测桥墩倾斜率与支座(9)偏位距离，确定桥墩的纠偏方向与位移值。s2：在桥墩纠偏方向上设置反力桩(8)，并安装反力装置(2)、抱箍装置(6)和钢结构对拉装置(7)；s3：通过竖向千斤顶对梁体进行竖向顶推；s4：安装水平千斤顶；s5：对桥墩顶部进行水平顶推，当墩底混凝土应变ε达到预警值ε
max
且支座未能复位，实施步骤s6；当墩底混凝土应变ε未超过预警值ε
max
且支座(9)复位，实施步骤s8；s6：对墩底应力释放：通过调节钢结构对拉装置(7)中的调节螺杆(72)沿纠偏方向对待纠偏桥墩施加拉拔荷载，直至满足以下三个条件之一则停止施加拉拔荷载：当支座完成复位停止施加拉拔荷载，开始实施步骤s8；当桥墩墩顶水平千斤顶读数减小至0时停止施加拉拔荷载，开始实施步骤s7；
当墩底混凝土应变ε减小至预警值ε
max
一半时停止施加拉拔荷载，开始实施步骤s7；s7：若停止施加拉拔荷载后支座仍未完成复位，则依次重复步骤s5与步骤s6，直至支座复位开始实施步骤s8；s8：通过竖向千斤顶(3)顶升上部结构(1)，拆除聚四氟乙烯板，更换新支座，拆除临时结构，在桥梁上部结构安装永久限位装置并固结钢结构对拉装置。6.根据权利要求5所述的桥墩快速联合纠偏方法，其特征在于，在所述步骤s1检测偏位距离之前检测桥墩是否存在初始缺陷，若存在初始缺陷，则在纠偏工作前完成维修；初始缺陷包括裂缝、混凝土剥落问题。7.根据权利要求5所述的桥墩快速联合纠偏方法，其特征在于，所述步骤s3具体为：s31：根据桥梁上部结构的自重及应力分布估算最大竖向顶升荷载，从而确定竖向千斤顶(3)的数量及竖向千斤顶(3)在桥墩顶面的布设位置，根据布设位置在桥墩顶面安装多个竖向千斤顶(3)；s32，通过在桥墩墩顶安装位移传感器和顶升力传感器进行全过程施工监控；s33，通过试顶前检查确保：已垂直牢固安装千斤顶，已全部拆除影响顶升的设施，已去除待纠偏的桥墩和上部结构之间的连接；s34，检查无异常后，解除上部结构的约束，开始试顶即竖向顶推；s35，当试顶顶升力达到最大竖向顶升荷载的80％时，停止顶升，持荷10分钟，观察梁体及设备状况，待梁体受力及设备运行正常后平稳落梁；s36，试顶结束后，开始正式顶升施工，通过顶升控制系统控制多个竖向千斤顶将桥梁上部结构同步顶升，将梁体正式顶升至所需高度后，在原有支座位置上安装聚四氟乙烯板，竖向千斤顶回油缓慢落梁，直至上部结构坐落在聚四氟乙烯板上。8.根据权利要求7所述的桥墩快速联合纠偏方法，其特征在于，所述步骤s34中的解除上部结构约束为：解除上部结构两侧的约束，以及上部结构与其余桥墩之间的约束。在步骤s34和步骤s35进行过程中，现场技术员注意密切观察桥梁是否有异常情况出现，如有异常情况，应立即回油、落梁，问题解决后再进行试顶，直至梁体受力及设备运行正常后平稳落梁；异常情况包括梁体出现异响，出现裂缝、混凝土剥落，设备、仪表读数异常。9.根据权利要求5所述的桥墩快速联合纠偏方法，其特征在于，所述步骤s4具体为：s41：在纠偏方向上对上部结构进行临时固结；s42：在桥墩底部受拉侧布置应变传感器，用以实时监测桥墩拉应变；s43：将水平千斤顶(4)安装在支撑平台(5)上。10.根据权利要求5所述的桥墩快速联合纠偏方法，其特征在于，所述步骤s5具体为：s51：通过plc顶推系统或人为控制水平千斤顶沿纠偏方向顶推桥墩侧面，保持水平千斤顶的顶推力逐级增加，当支座复位或桥墩底部混凝土应变ε达到预警值ε
max
时停止顶推；s52：当墩底混凝土应变ε达到预警值ε
max
且支座未能复位，实施步骤s6进行墩底应力释放；当墩底混凝土应变ε未超过预警值ε
max
且支座复位，实施步骤s8；所述步骤s51的预警值为：根据桥墩所采用混凝土材料的抗拉强度标准值与杨氏模量计算混凝土开裂应变ε
k
，再
取混凝土开裂应变ε
k
的80％为预警值ε
max
。

技术总结
本发明公开了一种桥墩快速联合纠偏系统及方法。包括：S1，检测桥墩倾斜率与支座偏位距离，确定纠偏的位移值；S2，在原桥墩纠偏方向上新增反力桩，安装反力装置、抱箍装置、钢结构对拉装置；S3，通过顶升控制系统控制多个竖向千斤顶将上部结构同步顶升，在原有支座位置上安装聚四氟乙烯板板后落梁；S4，通过顶推控制系统控制水平千斤顶沿纠偏方向顶推桥墩侧面，当支座复位或墩底混凝土应变ε达到预警值ε


技术研发人员：陈慧亮 周雷 王依耘 吴中鑫 徐春林 郑必然 林剑 田甲 司丕贤 江坤 朱作晖 徐泽宇 陈轶 黄蕾
受保护的技术使用者：浙江交工高等级公路养护有限公司
技术研发日：2023.03.21
技术公布日：2023/8/1