一种预制顶帽与墩柱间拼装结构及施工方法与流程

本发明涉及桥梁建造领域，尤其涉及一种预制顶帽与墩柱间拼装结构及施工方法。

背景技术：

节段预制拼装建造施工具有施工速度快、绿色环保等优势，在国内不同领域得到应用和推广。桥墩作为主体结构，由顶帽和墩柱组成，采用节段预制拼装建造时需要将顶帽与墩柱进行拼装，顶帽与墩柱间的拼装质量和速度直接影响结构安全性。

预制顶帽与墩柱间常采用套筒灌浆连接或者波纹管灌浆连接，连接时需要在预制顶帽内预埋灌浆套筒或者波纹管，在墩柱上预留钢筋接头，施工时将预留钢筋接头一一插入预埋灌浆套筒或者波纹管中，对安装精度和施工要求高，制造时需要专门辅助工具对钢筋位置进行精确定位，增加了成本；施工时需要先将预制顶帽与墩柱进行坐浆法安装，再进行灌浆作业，增加了施工工序；顶帽和墩柱拼装过程中如何保证稳定性较为重要；同时，预制顶帽与墩柱间的抗剪、耗能等问题常常在高烈度震区应用时受到关注。因此，研发一种施工便捷、安全可靠的预制顶帽与墩柱间拼装结构及施工方法是个亟待解决的间题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种预制顶帽与墩柱间拼装结构及施工方法，保证施工过程的安全，显著提高了现场拼装速度。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种预制顶帽与墩柱间拼装结构，包括墩柱和预制顶帽，在所述预制顶帽下部预留连接槽口，并设置顶帽底层钢筋，在所述预制顶帽内位于连接槽口处设置钢管柱，所述钢管柱伸出预制顶帽底部一定长度，在所述钢管柱顶面设置有灌注孔，所述灌注孔伸出顶帽顶部，在所述墩柱内设有若干条墩柱连接钢筋和消能钢棒，所述墩柱连接钢筋和消能钢棒伸出墩柱顶面一定长度，在所述墩柱顶面铺设接缝垫板，施工时将预制顶帽通过接缝垫板支撑在墩柱上，所述墩柱连接钢筋插入到连接槽口中，且消能钢棒插入到钢管柱中，从灌注孔向接缝槽口中的现浇连接区浇筑混凝土，实现预制顶帽与墩柱的拼接。

进一步的，在所述预制顶帽内位于连接槽口处，沿预制顶帽周圈布置有若干条顶帽连接钢筋，所述顶帽连接钢筋伸出预制顶帽底部，外轮廓较墩柱连接钢筋小，在所述顶帽连接钢筋上设置箍筋进行加强，缩短其伸出长度。所述顶帽连接钢筋和墩柱连接钢筋面积相同，保证两者间等强度进行连接。

进一步的，所述消能钢棒位于墩柱内靠近墩柱顶部处，且伸出墩柱顶部一定长度，消能钢棒平面位置与钢管柱相对应，外轮廓较钢管柱一侧小2-5cm，并穿入钢管柱之中，两者间具有一定搭接长度，通过现浇连接区的混凝土实现共同受力。

进一步的，所述现浇连接区浇筑在接缝槽口中，采用微膨胀混凝土或者超高性能混凝土，实现预制顶帽和墩柱的连接。

进一步的，在所述预制顶帽上设有支撑柱，所述支撑柱位于连接槽口内部，沿连接槽口内壁四周布置，与预制顶帽一起预制。预制顶帽和墩柱拼装时支撑柱支撑在墩柱上方，保证了预制顶帽的稳定。

进一步的，所述钢管柱采用空心钢管，伸出预制顶帽底部，在所述钢管柱上设置剪力钉，在所述钢管柱上还设有灌注孔，兼做现浇连接区的浇筑通道，其个数不少于两个，一个进行灌浆，另一个为排气孔及出浆孔，保证现浇连接区浇筑密实。

进一步的，所述连接槽口的尺寸较墩柱一侧小5-10cm，保证墩柱连接钢筋插入到连接槽口中，预制顶帽放置在墩柱顶面的接缝垫板上，连接槽口作为现浇连接区的模板，施工时无需再搭设模板。

进一步的，所述顶帽底层钢筋为多个，通长布置，均穿过连接槽口，保证预制顶帽底部纵横向受力，顶帽预制时可预留短钢筋头，再对钢筋头进行连接。

进一步的，所述墩柱连接钢筋沿墩柱周圈布置，外轮廓较连接槽口一侧小5-10cm，长度小5cm，保证能够插入连接槽口中，且墩柱连接钢筋平面位置位于顶帽底层钢筋间隙中，施工时穿入其内部；在所述墩柱连接钢筋端部设置端头螺栓，端头螺栓为一个或多个，增大了墩柱连接钢筋与现浇连接区的接触面积，缩短墩柱连接钢筋的预留长度。

进一步的，所述接缝垫板采用具有一定弹性和强度的橡胶板，铺设在墩柱上，形状与预制顶帽与墩柱的接触部分相同。

进一步的，所述支撑柱可采用十字形结构，将连接槽口分为四个区域，所述顶帽连接钢筋布设在预制顶帽与支撑柱组成的四个空腔范围，所述墩柱连接钢筋平面位置布设在预制顶帽与支撑柱组成的四个空腔范围，且在四个空腔范围均沿墩柱周圈布置，所述顶帽底层钢筋采用u型钢筋，不按通长布置，在所述u型钢筋上设置加强钢筋，通过u型钢筋与加强钢筋锚固于现浇连接区，满足钢筋受力要求。位于顶帽底层钢筋处的墩柱连接钢筋布置在u型钢筋与加强钢筋的间隙处。

上述预制顶帽与墩柱间拼装结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、墩柱预制或现浇，预制顶帽预制完成。

步骤二、在墩柱顶面铺设接缝垫板，吊装预制顶帽。

步骤三、通过消能钢棒和钢管柱的位置关系进行定位，下落预制顶帽，将墩柱连接钢筋插入连接槽口中，将消能钢棒插入钢管柱中，将预制顶帽及支撑柱通过接缝垫板临时支撑在墩柱上。

步骤四、通过灌注孔浇筑现浇连接区混凝土，养护，施工完成。

相对于现有技术，本发明所述的预制顶帽与墩柱间拼装结构及施工方法具有以下优势：预制顶帽与墩柱拼装时无需对预留钢筋接头一一对位，降低了施工难度，墩柱预留钢筋与顶帽间预留空间大，方便穿入施工；采用浇筑现浇连接区混凝土的方式，施工时一次浇筑，无需对钢筋接头进行一一灌浆、出浆，施工便捷；钢筋间连接施工对制造精度要求低，施工容差大，无需采用专门的辅助工具进行定位，降低了成本；通过支承柱增强了拼装时预制顶帽和墩柱间的稳定性，保证施工过程的安全，通过设置钢管柱和消能钢棒提高了预制顶帽与墩柱间的抗剪强度和耗能能力；本结构拼装时只需将顶帽支撑在墩柱上，再浇筑现浇连接区混凝土，无需坐浆等工序，工序简单，显著提高了现场拼装速度。

附图说明

构成本发明的一部分的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。在附图中：

图1是本发明主视图；

图2是图1的i-i剖视图；

图3是本发明中墩柱结构示意图，其中3-a是主视图，3-b是俯视图；

图4是本发明中预制顶帽结构示意图，其中4-a是主视图，4-b是4-a中ii-ii剖视图，4-c是4-a中iii-iii剖视图；

图5是本发明实施例二墩柱结构示意图，其中5-a是主视图，5-b是俯视图；

图6是本发明实施例二预制顶帽结构示意图，其中6-a是主视图，6-b是俯视图；

图7是本发明实施例二预制顶帽与墩柱拼装示意图，其中7-a是主视图，7-b是俯视图。

附图标记说明：

1.墩柱；2.预制顶帽；21.连接槽口；22.支撑柱；3.接缝垫板；4.现浇连接区；5.墩柱连接钢筋；51.端头螺栓；52.顶帽连接钢筋；53.箍筋；6.顶帽底层钢筋；61.u型钢筋.62.加强钢筋；7.消能钢棒；71.钢管柱；72.剪力钉；8.灌注孔。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-4所示，一种预制顶帽与墩柱间拼装结构，包括墩柱1和预制顶帽2，在所述预制顶帽2下部预留连接槽口21，并设置顶帽底层钢筋6，所述顶帽底层钢筋6为多个，通长布置，均穿过连接槽口21，保证预制顶帽底部纵横向受力，顶帽预制时可预留短钢筋头，再对钢筋头进行连接。在所述预制顶帽2内位于连接槽口21处设置钢管柱71，所述钢管柱71伸出预制顶帽2底部一定长度。在所述钢管柱71顶面设置有灌注孔8，所述灌注孔8伸出顶帽顶部2。在所述墩柱1内设有若干条墩柱连接钢筋5和消能钢棒7，所述墩柱连接钢筋5和消能钢棒7伸出墩柱1顶面一定长度。所述消能钢棒采用软钢等弹塑性性能好的金属制成，在地震时能起到消减和耗散能量的作用，从而提高结构的抗震性能。在所述墩柱1顶面铺设接缝垫板3，施工时将预制顶帽2通过接缝垫板3支撑在墩柱1上。所述墩柱连接钢筋5插入到连接槽口21中，且消能钢棒7插入到钢管柱71中，所述消能钢棒7有一个或者多个，均位于墩柱1内靠近墩柱1顶部处，且伸出墩柱1顶部一定长度，消能钢棒7平面位置和钢管柱71相同，外轮廓较钢管柱71一侧小2-5cm，并穿入钢管柱71之中，两者间具有一定搭接长度，通过现浇连接区的混凝土实现共同受力。拼装时通过钢管柱71和消能钢棒7的位置关系实现预制顶帽2和墩柱1之间的定位，在地震力作用下，预制顶帽和墩柱间通过消能钢棒耗散和吸收部分能量，增强了连接的可靠性。在所述预制顶帽2内位于连接槽口21处，沿预制顶帽2周圈布置有若干条顶帽连接钢筋52，所述顶帽连接钢筋52伸出预制顶帽2底部，外轮廓较墩柱连接钢筋5小，在所述顶帽连接钢筋52上设置箍筋53进行加强，缩短其伸出长度。所述顶帽连接钢筋52和墩柱连接钢筋5面积相同，保证两者间等强度进行连接。在所述预制顶帽2上设有支撑柱22，所述支撑柱22位于连接槽口21内部，沿连接槽口21内壁四周布置，与预制顶帽2一起预制。预制顶帽2和墩柱1拼装时支撑柱22支撑在墩柱1上方，保证了预制顶帽的稳定，避免拼装过程预制顶帽发生偏位或失稳；同时，支撑柱使预制顶帽与现浇连接区之间接缝面为凹凸型，增强了两者间的粘结。从灌注孔8向接缝槽口21中的现浇连接区4浇筑混凝土，实现预制顶帽2与墩柱1的拼接。所述现浇连接区4浇筑在接缝槽口21中，采用微膨胀混凝土或者超高性能混凝土，实现预制顶帽2和墩柱1的连接。所述现浇连接区可分两次浇筑，第一次浇筑至连接槽口顶部，待第一次浇筑的混凝土达到强度后，再进行第二次浇筑，第二次浇筑采用流动性好的灌浆料，对连接槽口顶面起到补浆作用，保证顶面混凝土的密实度。

所述钢管柱71采用空心钢管，伸出预制顶帽2底部，增强了预制顶帽与现浇连接区之间接缝面的抗剪能力；在所述钢管柱71上设置剪力钉72，通过剪力钉预埋在预制顶帽中，同时剪力钉和现浇连接区混凝土间有效连接，增强了预制顶帽与现浇连接区之间的连接。在所述钢管柱71上还设有灌注孔8，兼做现浇连接区4的浇筑通道，其个数不少于两个，一个进行灌浆，另一个为排气孔及出浆孔，保证现浇连接区浇筑密实。

所述连接槽口21的尺寸较墩柱1一侧小5-10cm，保证墩柱连接钢筋5插入到连接槽口21中，预制顶帽2放置在墩柱1顶面的接缝垫板3上，连接槽口21作为现浇连接区4的模板，施工时无需再搭设模板。

所述墩柱连接钢筋5沿墩柱1周圈布置，外轮廓较连接槽口21一侧小5-10cm，长度小5cm，保证能够插入连接槽口中，且墩柱连接钢筋5平面位置位于顶帽底层钢筋6间隙中，施工时穿入其内部；在所述墩柱连接钢筋5端部设置端头螺栓51，端头螺栓51为一个或多个，增大了墩柱连接钢筋与现浇连接区的接触面积，缩短墩柱连接钢筋的预留长度。

所述接缝垫板3采用具有一定弹性和强度的橡胶板，铺设在墩柱1上，形状与预制顶帽2与墩柱1的接触部分相同。一方面具有足够的强度保证预制顶帽能临时支撑在墩柱上，控制其弹性压缩量，以控制预制顶帽拼装时压缩接缝垫板后的高程，确保拼装线形满足要求；另一方面接缝垫板起到预制顶帽和墩柱间的临时密封作用，保证连接槽口处形成密封区域，便于浇筑现浇连接区混凝土，无需对预制顶帽和墩柱间进行坐浆连接。

如图5-7所示，本发明实施例二方案如下：

所述支撑柱22可采用十字形结构，将连接槽口21分为四个区域，十字形结构增强了预制顶帽与墩柱间的支撑稳定性，加强了预制顶帽和现浇连接区的连接，同时提高了预制顶帽与现浇连接区的接触面积，有利于抗剪。所述顶帽连接钢筋52布设在预制顶帽2与支撑柱22组成的四个空腔范围，所述墩柱连接钢筋5平面位置布设在预制顶帽2与支撑柱22组成的四个空腔范围，且在四个空腔范围均沿墩柱1周圈布置，所述顶帽底层钢筋6采用u型钢筋61，不按通长布置，在所述u型钢筋61上设置加强钢筋62，通过u型钢筋61与加强钢筋62锚固于现浇连接区4，满足钢筋受力要求。在顶帽底层钢筋6处的墩柱连接钢筋5布置在u型钢筋61与加强钢筋62的间隙处。

上述预制顶帽与墩柱间拼装结构的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、墩柱1预制或现浇，预制顶帽2预制完成。

步骤二、在墩柱1顶面铺设接缝垫板3，吊装预制顶帽2。

步骤三、通过消能钢棒7和钢管柱71的位置关系进行定位，下落预制顶帽2，将墩柱连接钢筋5插入连接槽口21中，将消能钢棒7插入钢管柱71中，将预制顶帽2及支撑柱22通过接缝垫板3临时支撑在墩柱1上。

步骤四、通过灌注孔8浇筑现浇连接区4混凝土，养护，施工完成。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。