一种预制拼装桥墩的连接结构及施工方法与流程

本发明涉及一种预制拼装桥墩的连接结构及施工方法。

背景技术：

全预制桥梁是将混凝土桥梁上部和下部结构的主要构件在工厂或预制场集中预制、现场拼装的桥梁，该技术将桥梁施工中现场需要立模、绑扎钢筋及浇筑混凝土等的工作转到预制工厂，能够提高桥梁建设速度以及施工质量，减少对周边环境干扰，交通干扰，形成良好的社会效应；同时，能够大幅减少人工数量，提高人员素质，提高施工质量，有利于形成规范化管理，符合施工企业的发展方向。

全预制装配式桥梁的主要优点如下：1、机具、设备一次性投入重复使用，节约资源和费用；2、机械化程度高，劳动强度下降，劳动力减少；3、现场施工周期缩短；4、减少对周边环境污染；5、与传统施工方式相比，节水节电超过30％；6、对施工现场交通影响小；7、事故发生的风险减少；8、施工质量易保证；9、从全寿命周期看，建设费用是降低的。

现有使用较多的预制节段拼装桥墩连接方式为后张预应力连接、灌浆套筒连接、灌浆金属波纹管、承插式连接和uhpc湿接缝连接等。这些连接方式各有优缺点，比如后张预应力连接方式的缺点是：①增设耗能钢筋，残余位移增加；②轴压比为10％～30％，轴压比提高，屈服力增加，极限承载能力增加很小；③预应力配筋率为0.1％～0.6％，配筋率提高，屈服力增加，但极限承载能力增加很小；灌浆套筒连接方式的缺点是：灌浆套筒精度要求高，检测手段困难，出现问题无法维修；套筒预埋在于墩柱，套筒范围内裂缝较少，裂缝集中在接缝和套筒顶部区域，在套筒顶部可能形成第二塑性铰；套筒预埋在承台，相对于预埋在墩柱，易于出现整体滑移(剪切)。

技术实现要素：

本发明的第一个目的在于提供一种施工方便、施工效率高、降低精度要求、提高连接可靠性的预制拼装桥墩连接结构。

本发明的第一个目的通过如下的技术方案来实现：一种预制拼装桥墩的连接结构，它包括预制拼装桥墩与盖梁的上连接结构以及预制拼装桥墩与承台的下连接结构，其特征在于，所述预制拼装桥墩的上端为凸榫，称为上凸榫，所述上凸榫的顶面与所述盖梁的梁底接触，所述预制拼装桥墩通长预埋钢筋，其中的竖筋称为桥墩竖筋，其沿所述预制拼装桥墩的边缘周边设置并伸出围括上凸榫，所述盖梁预埋有竖筋称为盖梁竖筋，其向下伸至出露的桥墩竖筋之间，通过浇筑超高性能混凝土构成上连接结构。

本发明预制拼装桥墩和盖梁的上连接结构可发挥超高性能混凝土的性能；超高性能混凝土强度高，与钢筋粘滞性能良好，可以提升结构承载能力，较大缩短钢筋的锚固及搭接长度，同时湿接缝尺寸可以尽量小，可以减轻吊装重量；利用超高性能混凝土快硬早强的特性加速桥梁施工，缩短工期；利用高性能混凝土抗渗性好、耐久性强等特征减小桥墩构件受外界不良环境的影响。本发明等同于现浇的精度，大幅度降低精度要求，施工精度由传统的灌浆套筒2mm降低至20mm，大大提高施工适用性，同时保证预制拼装节点连接的可靠性，大大增加了预制拼装在工程中的适用性和实用性。可在预制拼装桥梁施工中推广使用，以提高建设速度。

作为本发明的一种改进，所述预制拼装桥墩的下端为凸榫，称为下凸榫，该下凸榫的根部与桥墩柱面之间为斜面，在所述承台的上表面上开设凹槽，所述下凸榫伸入凹槽中与槽底接触，所述下凸榫与凹槽的槽壁之间具有空隙，所述预制拼装桥墩的桥墩竖筋向下伸出斜面至所述空隙中并围括下凸榫，所述承台预埋有竖筋称为承台竖筋，其沿周边分布并从凹槽的槽底向上伸出至所述空隙中且位于所述桥墩竖筋之间，通过向空隙中浇筑超高性能混凝土构成下连接结构。

本发明预制拼装桥墩与承台的下连接结构除了具有上连接结构的优点之外，本发明的下连接结构可避开墩底塑性铰区，通过较高的纤维掺量实现材料的应变硬化特性，具有高强度、高延性、高耐久性的材料优势，可显著减轻桥墩损伤程度，发挥超高性能混凝土的性能，缩短墩柱锚固长度、缩短工期。另外，下凸榫的根部与桥墩柱面之间为斜面，在后浇超高性能混凝土时，可保证浇筑密实。

本发明所述桥墩竖筋和盖梁竖筋分别沿周边均匀分布，且相互穿插在对方相邻竖筋之间，为非接触搭接的钢筋连接方式；所述承台竖筋沿周边均匀分布，所述桥墩竖筋和承台竖筋相互穿插在对方相邻竖筋之间，为非接触搭接的钢筋连接方式。

本发明所述预制拼装桥墩的斜面与桥墩柱面的交接部位低于所述承台的上表面或与所述承台的上表面相平齐。

作为本发明的一种优选实施方式，所述预制拼装桥墩的上凸榫是自下而上呈渐缩状的块状体；所述预制拼装桥墩的下凸榫是自上而下呈渐缩状的块状体。具体的，所述上凸榫和下凸榫可以是圆台或棱台等。

本发明所述预制拼装桥墩的上凸榫的顶面与所述盖梁的梁底之间设有上坐浆层。上坐浆层用于误差调平，具有精度微调作用。

本发明在所述凹槽的槽底设有定位槽，在所述定位槽内设有下坐浆层，所述预制拼装桥墩的下凸榫位于所述下坐浆层上。定位槽用于定位，下坐浆层具有误差调平、精度微调作用。

本发明所述预制拼装桥墩预埋钢筋包括竖筋、横筋、纵筋和箍筋，所述横筋和纵筋相互交错构成网格结构，所述横筋和纵筋与竖筋、箍筋相连，所述箍筋抱箍竖筋，所述横筋和纵筋在所述预制拼装桥墩的两端部呈密集分布，而在中部呈稀疏分布。

本发明的第二个目的在于提供一种上述预制拼装桥墩连接结构的施工方法。

本发明的第二个目的通过如下的技术方案来实现：一种上述预制拼装桥墩连接结构的施工方法，包括以下步骤：

s1、清理承台的凹槽及其内的定位槽；

s2、将所述预制拼装桥墩竖向放置在承台上，且下凸榫处于凹槽中，下凸榫的下端面位于定位槽内，桥墩竖筋和承台竖筋相互穿插在对方相邻竖筋之间；

s3、在凹槽的旁边安装千斤顶、钢抱箍和临时钢牛腿，钢抱箍主要由用于套箍在所述预制拼装桥墩上的筒体和覆盖在凹槽槽口上的钢板组成，钢板连接在筒体的下端筒口上，钢板作为后浇超高性能混凝土的模板，其上开有浇注孔，所述千斤顶位于钢板之外，临时钢牛腿与钢抱箍的筒体连接，所述千斤顶顶撑临时钢牛腿；

s4、调整千斤顶对预制拼装桥墩的高程和倾斜度进行初调；

s5、吊起预制拼装桥墩，使得钢抱箍和临时钢牛腿被一同吊起；

s6、在定位槽内浇筑下坐浆层调平；

s7、将所述预制拼装桥墩再次下放，桥墩竖筋和承台竖筋相互穿插在对方相邻竖筋之间，钢抱箍的钢板覆盖在凹槽槽口上，临时钢牛腿压触在千斤顶上，预制拼装桥墩的下端面位于下坐浆层上；

s8、从浇注孔浇筑超高性能混凝土，养护，完成下连接结构的施工；

s9、在预制拼装桥墩的上端设置千斤顶、钢抱箍和临时钢牛腿，钢抱箍为筒形，临时钢牛腿与钢抱箍连接，千斤顶位于临时钢牛腿上，在钢抱箍的上端设置环形的橡胶压条，并将千斤顶调整至设计标高；

s10、在预制拼装桥墩的墩顶放置钢垫片，下放盖梁，所述桥墩竖筋和盖梁竖筋相互穿插在对方相邻竖筋之间；上凸榫端部位于盖梁下表面上的导向槽内，且钢垫片处于上凸榫和导向槽槽底之间，调整千斤顶，对盖梁的高程和水平度进行调节；

s11、吊起盖梁，取走钢垫片，在预制拼装桥墩的墩顶浇筑与钢垫片厚度相同的上坐浆层；

s12、将盖梁再次下放，上坐浆层位于导向槽内，所述桥墩竖筋和盖梁竖筋相互穿插在对方相邻竖筋之间，浇筑超高性能混凝土，养护，完成上连接结构的施工。

与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果：

(1)本发明预制拼装桥墩和盖梁的上连接结构以及预制拼装桥墩与承台的下连接结构可发挥超高性能混凝土的性能。超高性能混凝土强度高，与钢筋粘滞性能良好，可以提升结构承载能力，较大缩短钢筋的锚固及搭接长度，同时湿接缝尺寸可以尽量小，可以减轻吊装重量；利用高性能混凝土快硬早强的特性加速桥梁施工，缩短工期；利用高性能混凝土抗渗性好、耐久性强等特征减小桥墩构件受外界不良环境的影响。

(2)本发明等同于现浇的精度，大幅度降低精度要求，施工精度由传统的灌浆套筒2mm降低至20mm，大大提高施工适用性，同时保证预制拼装节点连接的可靠性，大大增加了预制拼装在工程中的适用性和实用性。可在预制拼装桥梁施工中推广使用，以提高建设速度。

(3)本发明的下连接结构可避开墩底塑性铰区，通过较高的纤维掺量实现材料的应变硬化特性，具有高强度、高延性、高耐久性的材料优势，可显著减轻桥墩损伤程度，发挥超高性能混凝土的性能，缩短墩柱锚固长度、缩短工期。

(4)本发明施工方法简单，施工效率高，在施工下连接结构时，钢抱箍、临时牛腿和uhpc后浇模板一体化，无需另外设置浇筑模板，方便施工，可降低施工成本，缩短施工工期。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明预制拼装桥墩的结构示意图(没有画出上下端出露的竖筋)；

图2是本发明预制拼装桥墩的配筋示意图；

图3是图2中i-i截面图；

图4是图2中ii-ii截面图；

图5是本发明适用于预制拼装桥梁的整体结构及施工示意图；

图6是本发明上连接结构的配筋主视图(显示沿周边布置的全部竖筋)；

图7是本发明上连接结构的配筋俯视图；

图8是本发明下连接结构的配筋主视图(显示沿周边布置的全部竖筋)。

具体实施方式

如图1～8所示，是本发明一种预制拼装桥墩的连接结构，它包括预制拼装桥墩1与盖梁2的上连接结构以及预制拼装桥墩1与承台3的下连接结构。

上连接结构：预制拼装桥墩1的上端为凸榫，称为上凸榫11，上凸榫是自下而上呈渐缩状的圆台，上凸榫11的顶面与盖梁2的梁底接触，预制拼装桥墩1通长预埋钢筋，其中的竖筋称为桥墩竖筋4，其沿预制拼装桥墩1的边缘周边均匀设置并伸出围括上凸榫11，盖梁2预埋有竖筋称为盖梁竖筋5，其向下伸至出露的桥墩竖筋4之间，即相互穿插在对方相邻竖筋之间，为非接触搭接的钢筋连接方式，再通过在该部位支撑模板浇筑超高性能混凝土6构成上连接结构。参见图6，上凸榫11的顶面与盖梁2的梁底之间设有上坐浆层7，用于误差调平，具有精度微调作用。上坐浆层的材料是高强砂浆，采用坐浆法施工。

下连接结构：预制拼装桥墩1的下端为凸榫，称为下凸榫12，下凸榫12是自上而下呈渐缩状的圆台，该下凸榫12的根部沿径向延伸成斜面8，在承台3的上表面上开设凹槽9，下凸榫12伸入凹槽9中与槽底接触，且斜面8与桥墩柱面的交接部位低于承台3的上表面或与承台3的上表面相平齐，下凸榫12与凹槽9的槽壁之间具有空隙，预制拼装桥墩的桥墩竖筋4向下伸出斜面8至空隙中并围括下凸榫12，承台3预埋有竖筋称为承台竖筋10，其沿周边均匀分布并从凹槽9的槽底向上伸出至空隙中且位于桥墩竖筋4之间，即桥墩竖筋4和承台竖筋10相互穿插在对方相邻竖筋之间，为非接触搭接的钢筋连接方式，再通过向空隙中浇筑超高性能混凝土6构成下连接结构。参见图8，在凹槽9的槽底设有定位槽13，在定位槽13内设有下坐浆层14，预制拼装桥墩1的下凸榫12位于下坐浆层14上。定位槽用于定位，下坐浆层具有误差调平、精度微调作用，下坐浆层的材料是高强砂浆，采用坐浆法施工。

如图2～4所示，预制拼装桥墩预埋钢筋包括竖筋4、横筋15、纵筋16和箍筋17，横筋15和纵筋16相互交错构成网格结构，横筋15和纵筋16与竖筋4、箍筋17相连，箍筋17抱箍竖筋4，横筋15和纵筋16在预制拼装桥墩1的两端部呈密集分布，而在中部呈稀疏分布。

在其它实施例中，上凸榫和下凸榫还可以是棱台，上凸榫也可以是其它自下而上呈渐缩状的块状体；下凸榫也可以是其它自上而下呈渐缩状的块状体。

如图4所示，一种上述预制拼装桥墩连接结构的施工方法，包括以下步骤：

s1、清理承台3的凹槽9及其内的定位槽13；

s2、将预制拼装桥墩1竖向放置在承台3上，且下凸榫12处于凹槽9中，下凸榫12的下端面位于定位槽13内，桥墩竖筋4和承台竖筋10相互穿插在对方相邻竖筋之间；

s3、在凹槽9的旁边安装千斤顶18、钢抱箍19和临时钢牛腿20，钢抱箍19主要由用于套箍在预制拼装桥墩1上的筒体和覆盖在凹槽9槽口上的钢板组成，钢板连接在筒体的下端筒口上，钢板作为后浇超高性能混凝土的模板，其上开有浇注孔，千斤顶18位于钢板之外，临时钢牛腿20与钢抱箍19的筒体连接，千斤顶18顶撑临时钢牛腿20；

s4、调整千斤顶18对预制拼装桥墩1的高程和倾斜度进行初调；

s5、吊起预制拼装桥墩1，使得钢抱箍19和临时钢牛腿20被一同吊起；

s6、在定位槽13内浇筑下坐浆层14调平；

s7、将预制拼装桥墩1再次下放，桥墩竖筋4和承台竖筋10相互穿插在对方相邻竖筋之间，钢抱箍19的钢板覆盖在凹槽9槽口上，临时钢牛腿20压触在千斤顶18上，预制拼装桥墩1的下端面位于下坐浆层14上；

s8、从浇注孔浇筑超高性能混凝土6，养护，完成下连接结构的施工；

s9、在预制拼装桥墩1的上端设置千斤顶18、钢抱箍19和临时钢牛腿20，钢抱箍19为筒形，临时钢牛腿20与钢抱箍19连接，千斤顶18位于临时钢牛腿20上，在钢抱箍19的上端卡合环形的橡胶压条22，并将千斤顶18调整至设计标高；

s10、在预制拼装桥墩1的墩顶放置钢垫片(图中没有画出)，下放盖梁2，桥墩竖筋4和盖梁竖筋5相互穿插在对方相邻竖筋之间；上凸榫11端部位于盖梁2下表面上的导向槽(图中没有画出)内，且钢垫片处于上凸榫11和导向槽槽底之间，调整千斤顶18，对盖梁2的高程和水平度进行调节；

s11、吊起盖梁2，取走钢垫片，在预制拼装桥墩1的墩顶浇筑与钢垫片厚度相同的上坐浆层7；

s12、将盖梁2再次下放，上坐浆层7位于导向槽内，桥墩竖筋4和盖梁竖筋5相互穿插在对方相邻竖筋之间，浇筑超高性能混凝土6，养护，完成上连接结构的施工。

本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。