预制钢管混凝土与钢筋混凝土拼装桥墩的制作方法

本发明属于桥梁工程领域，具体涉及一种预制钢管混凝土与钢筋混凝土拼装桥墩。

背景技术：

目前，我国建造的大部分桥梁都是由现浇钢筋混凝土桥台、现浇混凝土桥墩、现浇混凝土桥面板及预制混凝土梁组成。现浇混凝土施工需要耗费大量的时间，并需要许多现场施工程序，这些程序会对交通流、工作区的安全和环境造成负面影响，特别是，在施工环境复杂、施工空间、气候条件及环境保护条件等因素的制约下，严重影响桥梁建筑施工的进程。

针对预制混凝土墩柱与基础连接技术、预制混凝土节段之间连接技术、预制混凝土节段与盖梁的连接，以及连接后的受力性能，特别是连接后整体墩柱的抗震性能的研究相对比较少，使其应用范围还是受到了限制。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种预制钢管混凝土与钢筋混凝土拼装桥墩，具有实用性强、耐久性好、抗震性能优越等优点，采用提前预制桥墩的各部分，现场拼装，加快工期，并能有效保护施工环境。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种预制钢管混凝土与钢筋混凝土拼装桥墩，其包括桥墩基础、预制钢管混凝土节段、一个或多个预制钢筋混凝土中间节段和预制钢筋混凝土顶节段，其中，所述桥墩基础与所述预制钢管混凝土节段借助于设于所述桥墩基础设上的底锚栓固定连接，所述预制钢管混凝土节段与所述预制钢筋混凝土中间节段、及多个所述预制钢筋混凝土中间节段之间、预制钢筋混凝土中间节段与预制钢筋混凝土顶节段之间借助于连接单元固定连接。

作为如上所述拼装桥墩的一种优选方案，所述连接单元包括多个中空的连接器和从连接器内向所在预制钢筋混凝土中间节段的下端延伸的纵向钢筋，其中，多个所述连接器沿所述预制钢管混凝土节段或每个所述预制钢筋混凝土中间节段的上端侧面一周间隔设置，所述连接器内嵌于各自的混凝土节段中；所述中空的连接器包括开放的上下端，其靠近上下端的侧表面上设有横向伸出所述节段外侧的注射嘴，所述注射嘴为可拆卸设置，并与所述连接器内部连通；

所述纵向钢筋从每个所述预制钢筋混凝土中间节段的下端对应所述连接器的位置外露，该外露的纵向钢筋对应插入相邻的所述连接器中，该纵向钢筋的上端伸入各自对应上端的所述连接器中至少一部分；

所述预制钢筋混凝土顶节段的上端设有预埋顶锚螺栓，所述预制钢筋混凝土顶节段的下端对应所述预制钢筋混凝土中间节段中连接器的位置设有外露的纵向钢筋，所述外露的纵向钢筋插入对应的连接器中，该纵向钢筋的上端与所述预制钢筋混凝土顶节段上端平行。

作为如上所述拼装桥墩的一种优选方案，所述拼装桥墩拼接后，向所述中空的连接器下端的注射嘴注射灌浆料，当所述灌浆料注满所述中空的连接器后，卸下所有的所述注射嘴，并密封连接所述注射嘴的注射口。

作为如上所述拼装桥墩的一种优选方案，所述连接单元包括连接螺栓、连接钢板和连接锚筋，其中，所述连接螺栓预埋于所述预制钢管混凝土节段、所述预制钢筋混凝土中间节段及所述预制钢筋混凝土顶节段的上表面，所述连接钢板固定设于所述预制钢筋混凝土中间节段及所述预制钢筋混凝土顶节段的下端，所述连接锚筋的下端固定连接于所述连接钢板的上表面中间，所述连接锚筋的上端向下弯曲；在所述连接钢板上对应所述连接螺栓设有通孔，在所述预制钢筋混凝土中间节段及所述预制钢筋混凝土顶节段的下端对应所述通孔的上方设有用于浇筑混凝土的空腔。

作为如上所述拼装桥墩的一种优选方案，所述拼装桥墩还包括有盖梁，所述盖梁设于所述预制钢筋混凝土顶节段的上方，二者借助预埋于所述预制钢筋混凝土顶节段上方的顶锚螺栓与对应所述盖梁上的预留孔连接，在所述预留孔的上方设有用于浇筑混凝土的空腔。

作为如上所述拼装桥墩的一种优选方案，所述预制钢管混凝土节段包括中间浇筑有混凝土的钢管、基础垫钢板和多个剪力连接件，所述剪力连接件均固定于所述钢管内壁，所述基础垫钢板设于所述钢管底部，所述基础垫钢板的面积大于所述钢管的横截面面积，并在所述钢管主体投影面积之外的基础垫钢板上对应所述底锚栓设置连接孔。

作为如上所述拼装桥墩的一种优选方案，所述剪力连接件均为栓钉，所述栓钉的钉尖焊接于所述钢管上，所述栓钉交错布置。

作为如上所述拼装桥墩的一种优选方案，所述剪力连接件均为带孔钢板，所述带孔钢板为设有多个等间距通孔的条带形钢板，所述带孔钢板平行固定于所述钢管内壁上。进一步地，可以在通孔内布置钢筋，以便起到更好的连接作用。

作为如上所述拼装桥墩的一种优选方案，所述预制钢筋混凝土中间节段和预制钢筋混凝土顶节段为内设有多个纵向钢筋、多个箍筋的混凝土，其中，多个所述纵向钢筋靠近所述混凝土边沿一周间隔布置，多个所述箍筋均环绕固定于所有所述纵向钢筋的外侧，沿所述纵向钢筋在纵向间隔布置。

作为如上所述拼装桥墩的一种优选方案，所述预制钢管混凝土节段和所述预制钢筋混凝土中间节段及顶阶段的横截面为圆形、方形、椭圆或其它形状。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本发明提供的预制钢管混凝土与钢筋混凝土拼装桥墩，在桥梁墩柱基础上方采用预制钢管混凝土节段，而墩身其它部分采用预制钢筋混凝土的中间节段及顶节段，在连接处通过浇筑或灌注加强固定两相邻预制的钢管混凝土节段或钢筋混凝土中间节段间的连接强度，将预制钢管混凝土节段与预制钢筋混凝土中间节段及顶节段合理连接成整体。通过后期连接时现场浇筑或灌注的手段，这样不仅能保证相邻两预制钢筋混凝土柱节段的连接强度，从而可以保证桥墩的整体质量，而且各部分组件结构简单，不仅可以便于工厂预制，还便于现场拼接，以提高施工作业速度，也能有效降低现场作业强度。该拼装桥墩除具有承载力高，较好的抗压、抗弯、抗剪能力，以及良好的耐久性外，还具有抗震性能好等优点。通过提前预制，现场拼接，具有施工速度快、不影响正常交通、施工工期短，施工噪音低、物料堆放场地少，利于保护现场施工环境等优势。

进一步在预制钢管混凝土节段中设有剪力连接件，将钢管和混凝土形成整体，共同受力、变形协调，抗震性能提高。

附图说明

图1为本发明一优选拼装桥墩总体结构的纵向剖面图；

图2为本发明图1中预制钢管混凝土节段的结构示意图；

图3为图2中在ⅰ处的横截面示意图；

图4为图2中在ⅱ处的横截面示意图；

图5为图1中的预制钢筋混凝土中间节段的结构示意图；

图6为图5中在ⅲ处的横截面示意图；

图7为图5中在ⅳ处的横截面示意图；

图8为一优选剪力连接件的结构示意图；

图9为另一优选拼装桥墩总体结构的纵向剖面图；

图10为图9中预制钢筋混凝土中间节段的结构示意图；

图11为图10中在ⅴ处的横截面示意图；

图12为图10中在ⅵ处的横截面示意图；

图13为图9中预制钢筋混凝土顶节段上端的横截面示意图；

图14为连接螺栓的结构示意图；

图15为带孔钢板的结构示意图。

【附图标记说明】

1：桥墩基础；

2：预制钢管混凝土节段；

3：预制钢筋混凝土中间节段；

4：预制钢筋混凝土顶节段；

5：底锚栓；

6：钢管；

7：基础垫钢板；

8：连接孔；

9：连接器；

10：纵向钢筋；

11：注射嘴；

12：箍筋；

13：盖梁；

14：顶锚螺栓；

15：盖梁后浇筑混凝土；

16：剪力连接件；

17：连接螺栓；

18：连接钢板；

19：连接锚筋；

20：连接处后浇筑混凝土；

21：通孔；

22；连接处后浇筑混凝土空腔；

23：带帽螺栓；

24：栓帽垫板；

25：螺母垫板；

26：紧固螺母；

27：条带形钢板。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

实施例1

一种预制钢管混凝土与钢筋混凝土拼装桥墩，如图1所示，其包括由下至上依次为桥墩基础1、预制钢管混凝土节段2、一个或多个预制钢筋混凝土中间节段3和预制钢筋混凝土顶节段4，其中，桥墩基础1与预制钢管混凝土节段2借助于设于所述桥墩基础1设上的底锚栓5固定连接，预制钢管混凝土节段2与预制钢筋混凝土中间节段3、及多个预制钢筋混凝土中间节段3之间、预制钢筋混凝土中间节段3与预制钢筋混凝土顶节段4之间借助于连接单元固定连接。

具体地，如图2-图4所示，其中图3和图4为图2中在ⅰ和ⅱ处在横截面结构示意图，预制钢管混凝土节段2包括中间浇筑有混凝土的钢管6，钢管6底部固定有基础垫钢板7，基础垫钢板7的面积大于钢管6的面积，并在钢管6主体投影面积之外的基础垫钢板7上对应底锚栓5设置有连接孔8，预制钢管混凝土节段2的横截面设为圆形，预制钢筋混凝土中间节段3和预制钢筋混凝土顶节段4的横截面对应设置为圆形。

连接单元包括多个连接器9和多个外露的纵向钢筋10，具体地，沿预制钢管混凝土节段2上端侧面一周间隔设置的多个连接器9，连接器9内嵌于预制钢管混凝土节段2中，靠近沿预制钢管混凝土节段2的外侧边沿间隔设置，连接器9中为空腔，空腔对应的上下两端伸出预制钢管混凝土节段2的侧边设有可拆卸注射嘴11，注射嘴11连通连接器9的空腔，可拆卸注射嘴可通过螺纹连接设置。

如图5-图7所示，相对应的在预制钢筋混凝土中间节段3对应连接器9的位置设有纵向钢筋10；纵向钢筋10末端伸出预制钢筋混凝土中间节段3的下端形成外露的纵向钢筋，该外露的纵向钢筋正好可伸入相邻节段的连接器9的空腔中，预制钢筋混凝土中间节段3的上端对应预制钢管混凝土节段2上端连接器的对应位置设有连接器9，本节段中的纵向钢筋10的上端一部分插入该连接器9设置，则预制钢筋混凝土中间节段3为靠近混凝土边沿一周间隔布置多个纵向钢筋10，纵向钢筋10的下端一部分超出预制钢筋混凝土中间节段3的下表面一部分，作为连接下一段节段的连接单元的一部分，此外，为了紧固结构在纵向钢筋10的外围一周固定有多个箍筋12，箍筋12均环绕固定于所有纵向钢筋10的外侧，沿纵向钢筋10在纵向间隔布置。

预制钢筋混凝土顶节段4不同于预制钢筋混凝土中间节段3的是，其上端未设有连接器9，而是预埋有顶锚螺栓，顶锚螺栓靠近预制钢筋混凝土顶节段4的中央设置，且纵向钢筋10的上端与预制钢筋混凝土顶节段4的上端平行。

进行拼接桥墩时，将两相邻的预制钢筋混凝土中间节段3吊装安放至预制钢管混凝土节段2的上方，外露的纵向钢筋10正好插入预制钢管混凝土节段2的连接器9中，从下端的注射嘴11注射专用高强、无收缩的灌浆料，如可采用jg/t408-2013钢筋连接用套筒灌浆料，灌浆料灌满连接器9的空腔后可从上端的注射嘴11流出停止灌浆，之后卸除注射嘴11封闭注射口。

在预制钢筋混凝土顶节段4的上端还设有盖梁13，在盖梁13上对应预制钢筋混凝土顶节段4上端的顶锚螺栓的位置预留有通孔，通孔的上部预留有盖梁后浇筑混凝土空腔，用于盖梁13通过螺栓连接后，在盖梁后浇筑混凝土空腔内浇筑混凝土形成盖梁后浇筑混凝土15，盖梁后浇筑混凝土15加固盖梁13与预制钢筋混凝土中间节段3的连接，并且对顶锚螺栓外露部分起到密闭作用。

此外，在预制钢管混凝土节段中，钢管6的内壁上设有多个剪力连接件16，剪力连接件16可极大加强钢管6与混凝土的连接强度，提高钢管混凝土节段的整体受力能力。剪力连接件16可设为栓钉，如图8所示，栓钉的钉尖焊接于钢管6上，多个栓钉是交错布置的。

本实施例中的预制钢管混凝土与钢筋混凝土拼装桥墩各组件的制作方法，如图1所示，包括如下步骤：

(1)制作钢管混凝土节段：按设计要求制作钢管6，在钢管6内焊接剪力连接件16，并将钢管6焊接在基础垫钢板7上，固定连接器9，在钢管6内浇筑混凝土，形成钢管混凝土节段；

(2)制作钢筋混凝土中间节段：制作模板和钢筋骨架(纵向钢筋10和箍筋12)，固定连接器9，在模板内浇筑混凝土，形成钢筋混凝土中间节段；

(3)制作钢筋混凝土顶节段：制作模板、钢筋骨架(纵向钢筋10和箍筋12)，固定顶锚螺栓，在模板内浇筑混凝土，形成钢筋混凝土顶节段；

(4)在制作桥墩基础1上，预埋底锚螺栓；

(5)制作盖梁13，设置连接处后浇筑混凝土空腔及通孔。

上述各组件的安装：

(1)将钢管混凝土节段2通过预埋底锚螺栓5固定在桥墩基础1上；

(2)将钢筋混凝土中间节段3中的伸出钢筋插入钢管混凝土节段2的连接器9中；

(3)将置于上方的钢筋混凝土中间节段3中的伸出钢筋插入相邻的置于下方连接器9中；

(4)将置于上方的钢筋混凝土顶节段4中的伸出钢筋插入相邻的置于下方的钢筋混凝土中间节段3的连接器9中；

(5)将盖梁13放在钢筋混凝土顶节段4上，钢筋混凝土顶节段4的预埋顶锚螺栓14穿过盖梁13的通孔，用螺母固定；

(6)通过注射嘴11，向连接器9内从下向上注射灌浆料；

(7)卸除注射嘴11，用混凝土封闭注射口；

(8)向盖梁13中盖梁后浇筑混凝土空腔内浇筑混凝土形成盖梁后浇筑混凝土15。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上，如图不同于实施例1的是，预制钢管混凝土节段2、预制钢筋混凝土中间节段3及预制钢筋混凝土顶节段4的横截面均为方形，即预制钢管混凝土节段2中的钢管也为方形设置，当然根据需要可以设置为其它形状。

本实施例中的连接单元不同于实施例1中，如图9所示，其连接单元包括连接螺栓17、连接钢板18和连接锚筋19。连接螺栓17是埋置于下方节段中的顶端，沿节段边沿一周间隔设置，连接钢板18是设置于上方节段中的下端，在连接钢板18上对应连接螺栓17设有用于连接的通孔，通孔的上方预留有连接处后浇筑混凝土空腔，用于浇筑形成连接处后浇筑混凝土20，以密封连接螺栓的外露部分并加固连接；在连接钢板18中间设有连接锚筋19，连接锚筋19的上端设为向下弯曲的弯钩，向下弯曲的弯钩状用于增强混凝土与连接钢板18之间的锚固，提高连接位置的抗力。

如图10-图12所示，预制钢筋混凝土中间节段3为下端设有连接钢板18，连接钢板18上对应连接螺栓17设有用于连接的通孔21，通孔的上方设有连接处后浇筑混凝土空腔22，连接钢板18的上表面中间设有连接锚筋19，连接锚筋19的下端固定连接于连接钢板18，连接锚筋19的上端向下弯曲；预制钢筋混凝土中间节段3的边沿一周还间隔设有纵向钢筋10，环绕所有的纵向钢筋10的外围固定有箍筋12，沿所述纵向钢筋10在纵向间隔布置有多个箍筋12，预制钢筋混凝土中间节段3的上端预埋有连接螺栓17，用于与上部节段通过螺母将两相邻节段固定。

在预制钢管混凝土节段上端沿外边沿一周间隔预埋有连接螺栓17。

如图13所示，预制钢筋混凝土顶节段不同于预制钢筋混凝土中间节段的是，其上端预埋的顶锚螺栓14位置不同于连接螺栓17设置，顶锚螺栓14位于预制钢筋混凝土顶节段上表面的中央设置。

如图14所示，连接螺栓和顶锚螺栓均可设为包括带帽螺栓23、栓帽垫板24、螺母垫板25和紧固螺母26，其中带帽螺栓23、栓帽垫板24用于预埋于混凝土中，安装上方的节段后，将螺母垫板25和紧固螺母26套于带帽螺栓23中紧固。

本实施例中的预制钢管混凝土与钢筋混凝土拼装桥墩各组件的制作方法，如图9所示，不同于实施例1中的步骤：

(1)制作钢管混凝土节段2：固定连接器9变为固定连接锚栓17，其它操作不变；

(2)制作钢筋混凝土中间节段：连接钢板18开设通孔、焊接连接锚筋19，制作模板和钢筋骨架(纵向钢筋10和箍筋)，固定连接钢板18、连接螺栓17，设置连接处后浇筑混凝土空腔，在模板内浇筑混凝土，形成预制钢筋混凝土中间节段3；

(3)制作钢筋混凝土顶节段：连接钢板18开设通孔、焊接连接锚筋19，制作模板、钢筋骨架(纵向钢筋10和箍筋)，固定顶锚螺栓14，设置连接处后浇筑混凝土空腔，在模板内浇筑混凝土，形成预制钢筋混凝土顶节段4。

组件安装步骤如下：

(1)将预制钢管混凝土节段2通过预埋底锚螺栓5固定在桥墩基础1上；

(2)将预制钢筋混凝土中间节段3放到预制钢管混凝土节段2上，预制钢管混凝土节段2上的连接螺栓17穿入预制钢筋混凝土中间节段3中连接钢板18的预留的通孔，并用紧固螺母固定；

(3)将预制钢筋混凝土中间节段3放到另一预制钢筋混凝土中间节段3上，预制钢筋混凝土中间节段3上的连接螺栓17穿入相邻的钢筋混凝土中间节段中连接钢板18的预留的通孔，并用螺母垫板和紧固螺母固定；

(4)将预制钢筋混凝土顶节段4放到预制钢筋混凝土中间节段3的上方，通过螺母将二者固定，

(5)将盖梁13置于预制钢筋混凝土顶节段4上，预制钢筋混凝土顶节段4上的预埋顶锚螺栓穿过盖梁13的预留的通孔，用螺母垫板和紧固螺母固定；

(6)向连接处后浇筑混凝土空腔浇筑混凝土形成连接处后浇筑混凝土20；

(7)向盖梁后浇筑混凝土空腔内浇筑混凝土形成盖梁后浇筑混凝土15，预制钢管混凝土与钢筋混凝土拼装桥墩拼接完成。

实施例3

本实施例在实施例1的基础上，将剪力连接件16设为带孔钢板，如图15所示，带孔钢板为条带形钢板27上设有间隔等距的通孔21，通孔的设置有利于增强剪力连接件16与混凝土之间的连接，提高共同工作、变形协调的能力，带孔钢板平行焊接于钢管的内壁，且在钢管内壁上间隔布置。进一步，可以在通孔内布置钢筋，以便起到更好的连接作用，在沿钢管内一周的同一水平位置的带孔钢板的通孔中均贯穿有钢筋，形成钢筋绕钢管内壁或外壁一圈，钢筋可焊接在通孔中，进一步来加强钢管与混凝土的连接。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明做其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。