本发明涉及桥梁技术领域，具体涉及一种耐磨蚀超高性能混凝土约束节段拼装桥墩及建造方法。
背景技术：
对于跨海、河的大桥，桥墩的数量多尺寸大，以及海洋环境的严重腐蚀性导致钢模板的周转重复使用率比较低；对于城市桥梁，由于受人、车流量比较大及施工建设的场地比较小等因素的影响，不利于现代机械化的施工。常规的桥梁建设是在施工范围封锁场地进行现场支模浇筑混凝土，这将严重影响原有的交通，同时机械的施工噪声大对周边环境的干扰较大。目前的预制拼装桥墩采用灌浆套筒和灌浆波纹管作为节段间钢筋连接的关键构造，其共同特征是：均需先将后一节段的钢筋插入孔径狭小的灌浆套筒或波纹管内，再在灌浆套筒或波纹管内灌注高强灌浆料，高强灌浆料凝固后，将钢筋与套筒连接在一起，以套筒连接相邻构件的钢筋。其不足是，需将后一节段的钢筋插入孔径狭小的灌浆套筒或波纹管内，灌浆的密实性难以检验。此外，为减少灌浆套筒、灌浆波纹管连接的数量，不得不尽量减少墩柱的节段数量，使墩柱节段体积大、重量大，不便于运输。在墩柱节段预制时还需要耗费大量的模板。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种耐磨蚀超高性能混凝土约束节段拼装桥墩及建造方法，以解决现有预制节段桥墩的拼装过程不容易保证质量的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种耐磨蚀超高性能混凝土约束节段拼装桥墩，包括：从下到上依次连接的承台、多段墩柱节段以及盖梁；
承台的顶部设有凹连接槽，凹连接槽中设有承台连接钢筋和连接体；
墩柱节段包括套管以及设置在套管内的混凝土柱；混凝土柱的上端低于套管的上端，使得在套管的上端形成连接腔体，连接腔体中设有上端连接钢筋和连接体，混凝土柱的下端设有下端连接钢筋；相邻两段墩柱节段之间，位于上方的墩柱节段的下端连接钢筋置于位于下方的墩柱节段的连接腔体内；位于底端的墩柱节段的下端连接钢筋置于凹连接槽内；
盖梁的底部设有盖梁连接钢筋，盖梁连接钢筋置于位于顶端的墩柱节段的连接腔体中。
本发明的套管既是墩柱节段预制的侧模又起到箍筋及防磨蚀保护套的作用，减少了箍筋用量和模板成本。通过底模制作的墩柱节段，一端为实心，另一端形成连接腔体，在向连接腔体和承台的凹连接槽中浇筑连接材料形成连接体时，可以清楚地观察到连接材料的密实性，提高各墩柱节段之间、墩柱节段与盖梁之间、墩柱节段与承台之间的连接质量。
各墩柱节段之间的连接处、墩柱节段与盖梁之间的连接处以及墩柱节段与承台之间的连接处均用连接钢筋和连接体进行连接，各连接位置的连接简单，连接程度可靠。由于各连接简单、连接程度可靠，可以增加墩柱节段的数量来减小单段墩柱节段的体积和重量，方便工厂化生产、运输和吊装。
进一步地，上述承台连接钢筋的长度和下端连接钢筋的长度均小于或等于凹连接槽的深度；下端连接钢筋的长度、上端连接钢筋的长度以及盖梁连接钢筋的长度均小于或等于连接腔体的深度。
本发明墩柱节段的下端连接钢筋能够方便置于凹连接槽或连接腔体中，盖梁连接钢筋能够方便置于连接腔体中，使得墩柱在组装时，各部件之间能够完全接触，防止出现安装不便或出现缝隙等问题。
进一步地，上述连接体的材质为超高性能混凝土或环氧树脂。
本发明采用超高性能混凝土或环氧树脂均能够作为连接材料形成连接体实现相邻部件之间的连接。
超高性能混凝土，具有超高的耐久性和超高的力学性能，同时具有优良的耐磨、抗爆性能。其抗压强度为120～180mpa；水胶比为0.14～0.27；圆柱劈裂抗拉强度4.5～24mpa；最大骨料粒径为0.4～0.6mm；孔隙率为2～6％；孔尺寸为0.000015mm；韧性比普通混凝土大250倍；断裂能为10～40kn·m/m；弹性模量为37～55gpa；断裂模量(第一条裂缝)为7.5～15mpa；极限抗弯强度为18～35mpa；吸水率小于5％；抗冻融性能为100％耐久；抗表面剥蚀性能为表面剥蚀量0.01；泊松比为0.19～0.24；徐变系数为0.2～1.2；含气量为2～4％。
采用超高性能混凝土作为连接材料时，超高性能混凝土与混凝土柱之间具有更好的连接程度，从而可以减小连接体的高度。
一种上述耐磨蚀超高性能混凝土约束节段拼装桥墩的建造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制作底模；
在支撑板上按照墩柱钢筋笼的纵筋数量和位置钻制直径大于纵筋直径的钢筋通孔，再在支撑板的下方设置竖直支撑管，制成底模；
(2)制作墩柱节段，包括以下步骤：
s1：制作套管；
s2：将底模平放，将套管竖直放置在底模上；
s3：将墩柱钢筋笼从套管的上端放入，纵筋从钢筋通孔中设穿出，然后将纵筋置于竖直支撑管中的下端作为下端连接钢筋；
s4：从套管的上端向套管内浇筑混凝土，控制混凝土浇筑量，使得浇注完成后形成的混凝土柱的上表面低于纵筋的上端并且在混凝土柱的上表面与套管的上端之间形成连接腔体，将裸露在连接腔体中的纵筋为上端连接钢筋；养护后，拆除底模，制得墩柱节段；
(3)制作盖梁并在盖梁的底部埋设钢筋，钢筋伸出盖梁底部的部分为盖梁连接钢筋；
(4)制作承台并在承台的顶部设置凹连接槽，在凹连接槽的底部埋设钢筋，钢筋伸出凹连接槽底部的部分为承台连接钢筋；
(5)拼装桥墩，将承台、多段墩柱节段以及盖梁依次从下到上进行拼装。
本发明在拼装桥墩之前，预先制备墩柱节段、承台和盖梁，减少了现场施工量，加快了桥梁的建设速度。预制墩柱节段时，采用套管进行浇筑，套管既是墩柱节段预制的侧模又起到箍筋及防磨蚀保护套的作用，通过底模的限位以及控制混凝土的浇筑量，使得套管的一端实心，另一端具有连接腔体，并且在其两端具有裸露的连接钢筋，通过连接钢筋和置于连接腔体或凹连接槽中的连接体，相邻各部件之间能够快速进行连接，除了能够观察连接体是否密实，还能简化连接过程，便于最后的拼装桥墩，缩短了现场时间并减少了施工噪音。
进一步地，上述步骤s1中：套管的材质为超高性能混凝土；套管的内径为d；套管的壁厚w≥30mm；
当桥墩的体积配筋率为0.5％时，套管的壁厚w≥d/20；
当桥墩的体积配筋率为1.0％时，套管的壁厚w≥d/10；
当桥墩的体积配筋率在0.5％至1.0％之间时，套管的壁厚w采用插值法确定；
套管的长度l≤12/(π×(d+w)2)。
本发明使用超高性能混凝土制成的套管同样具备超高性能混凝土的性能，从而套管能够既作为墩柱节段预制的侧模又具有箍筋及防磨蚀保护套的作用，减少箍筋用量和模板成本。此外，超高性能混凝土和混凝土柱能够很好地进行粘接，提高墩柱节段的整体性。
进一步地，上述步骤s2中：通过硅胶将套管和支撑板之间的接缝进行堵塞，在钢筋通孔中设置垫圈(24)；
步骤s3中：纵筋从垫圈中穿出，通过垫圈将纵筋与钢筋通孔之间的间隙进行堵塞，并且纵筋的上端不高于套管的上端；在下端连接钢筋的长度l1范围内，不设置箍筋，纵筋的直径为d，下端连接钢筋的长度l1≥10d并且下端连接钢筋的长度均小于或等于凹连接槽的深度和连接腔体的深度；
步骤s4中：在上端连接钢筋的长度l2范围内，不设置箍筋，上端连接钢筋的长度l2≥10d并且上端连接钢筋的长度小于或等于连接腔体的深度。
本发明采用硅胶作为填缝剂，在浇筑混凝土时，混凝土不会从套管和支撑板之间的接缝处溢出，并且在拆除底模时，硅胶容易拆除。采用垫圈将下端连接钢筋与钢筋通孔之间的间隙进行填堵，防止混凝土进入竖直支撑管中。
下端连接钢筋和上端连接钢筋的长度均不小于10倍纵筋的直径，可以保证各墩柱节段之间的连接效果。下端连接钢筋和上端连接钢筋均不设置箍筋，可以保证在连接时，可以通过对空交叉形式，方便安装并且能够提高连接效果。
进一步地，上述步骤(3)中，盖梁连接钢筋的长度l3≥10d并且盖梁连接钢筋的长度小于或等于连接腔体的深度；承台连接钢筋的长度l4≥10d并且承台连接钢筋的长度小于或等于凹连接槽的深度。
本发明的盖梁连接钢筋裸露的长度和承台连接钢筋裸露的长度均大于或等于10倍纵筋的直径，可以保证墩柱节段与盖梁之间以及墩柱节段与承台之间的连接效果。
进一步地，上述步骤s3中：制得墩柱节段之后，在墩柱节段上选择一根纵筋，找出此纵筋的下端连接钢筋和上端连接钢筋，在套管的外表面靠近下端连接钢筋和上端连接钢筋的位置分别进行标记；
步骤(3)中：盖梁制作完成后，在盖梁上选取一根盖梁连接钢筋，并在盖梁的外侧靠近此盖梁连接钢筋的位置进行标记；
步骤(4)中，在承台制作完成后，在承台上选取一根承台连接钢筋，并且盖梁的外侧靠近此承台连接钢筋的位置进行标记。
进一步地，上述其特征在于，步骤(4)中，拼装桥墩包括以下步骤：
x1：将承台平放，在凹连接槽内浇筑连接材料，形成连接体，将墩柱节段放置到承台上，并使下端连接钢筋置于凹连接槽中；
x2：将多段墩柱节段从下到上依次放置，相邻两段墩柱节段之间，位于下方的墩柱节段的连接腔体中浇筑连接材料，形成连接体，位于上方的墩柱节段的下端连接钢筋置于位于下方的墩柱节段的连接腔体中；
x3：将盖梁放置到最上一段墩柱节段上，盖梁连接钢筋置于最上一段墩柱节段的连接腔体中。
本发明中拼装桥墩的步骤简单、方便，墩柱节段和盖梁均在工厂即可预制，承台在施工现场进行预制，在拼装时只需要浇筑连接材料和放置各部件即可，简化了拼装步骤，节约了施工时间，缩短了施工周期。
进一步地，上述步骤x1中：将墩柱节段放置到承台上时，通过比对墩柱节段和承台上的标记，使下端连接钢筋与承台连接钢筋形成对空交叉形式；
步骤x2中：位于上方的墩柱节段放置到位于下方的墩柱节段上时，通过比对两段墩柱节段上的标记，使下端连接钢筋与上端连接钢筋形成对空交叉形式；
步骤x3中：盖梁放置到最上一段墩柱节段上时，通过比对盖梁和最上一段墩柱节段上的标记，使盖梁连接钢筋与上端连接钢筋形成对空交叉形式。
进一步地，上述步骤x1中：将墩柱节段放置到承台上之前，在承台与套管接触的位置涂抹环氧树脂；
步骤x2中：相邻两段墩柱节段在连接之前，在套管与套管接触的位置涂抹环氧树脂；
步骤x3中：将盖梁放置到最上一段墩柱节段上之前，在盖梁与套管接触的位置涂抹环氧树脂。
本发明通过环氧树脂可以将套管与承台、套管与套管以及套管与盖梁之间的缝隙进行填堵，还可以防止连接材料溢出。
一种桥梁，包括：梁体以及上述桥墩；桥墩设置在梁体的下方。
本发明的桥梁采用上述节段拼装桥墩建造方法制造的桥墩，不但可以增加桥梁的质量，还可以减小施工难度，加快施工步骤，缩短施工时间。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明采套管和底模制作墩柱节段，在向连接腔体中浇筑连接材料时，可以清楚地观察到连接材料的密实性，提高各墩柱节段之间、墩柱节段与盖梁之间、墩柱节段与承台之间的连接质量。
(2)本发明在套管上形成的连接腔体方便上一阶段的钢筋进入连接腔体中，再通过连接材料进行连接，省去了原有的预埋套筒、预留波纹管道、钢筋穿入套筒、波纹管道等复杂工序，连接可靠，施工方便，并且加快了施工速度。
(3)本发明给出的钢筋连接长度、腔体的高度保证了相邻桥墩阶段、以及桥墩节段与盖梁、承台间的连接。
(4)本发明的套管具有箍筋的作用，减少了箍筋的用量；还具有防磨蚀保护套的作用，增加桥墩的使用寿命；本发明给出的套管厚度可以确保套管与箍筋具有相同的套箍效应。
(5)本发明采用超高性能混凝土作为连接材料，具有较强的连接性能，可以缩短连接段的长度。
(6)本发明通过钢筋位置标记确保相邻部件之间用于连接的钢筋形成对空交叉形式，并使钢筋在连接段内均匀分布，保证了连接段的连接强度。
(7)本发明的节段墩柱和盖梁等均在工厂预制，现场只有少量的节段连接作业，预制拼装化程度高，施工现场工作量小；墩柱和盖梁等制作工作都在在工厂内完成的，不受施工环境影响，加快施工速度。
(8)本发明各墩柱节段之间的连接效果好，可以增加墩柱节段的数量来减少每一段墩柱节段的体积和重量，便于吊装和运输。
(9)本发明的桥梁采用上述节段拼装桥墩建造方法制造的桥墩，不但可以增加桥梁的质量，还可以减小施工难度，加快施工步骤，缩短施工时间。
附图说明
图1为本发明的耐磨蚀超高性能混凝土约束节段拼装桥墩的结构示意图；
图2为本发明的承台的结构示意图；
图3为本发明的墩柱节段的结构示意图；
图4为本发明的盖梁的结构示意图；
图5为本发明的套管的结构示意图；
图6为本发明的底模的结构示意图；
图7为本发明的墩柱钢筋笼套设示意图；
图8为本发明的墩柱节段与承台连接的结构示意图；
图9为本发明的多段墩柱节段和承台之间的连接结构示意图；
图10为本发明的桥墩拼装完成后的结构示意图。
图中：10－套管；11－连接腔体；20－底模；21－支撑板；22－竖直支撑管；23－钢筋通孔；24－垫圈；30－墩柱钢筋笼；31－纵筋；32－下端连接钢筋；33－上端连接钢筋；40－墩柱节段；41－混凝土柱；50－盖梁；51－盖梁连接钢筋；60－承台；61－凹连接槽；62－承台连接钢筋；70－连接体。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例
请参照图1，一种耐磨蚀超高性能混凝土约束节段拼装桥墩，包括：从下到上依次连接的承台60、两段墩柱节段40以及盖梁50，两段墩柱节段40均竖直设置并且上下重叠设置，位于上方的墩柱节段40置于承台60上，盖梁50放置在位于下方的墩柱节段40上。在本发明的其它实施例中，墩柱节段40的数量还可以是1、3、4等，数量为1时，墩柱节段40的两端分别与承台60和盖梁50连接。
请参照图2，承台60的顶部设有圆柱形凹连接槽61，凹连接槽61中设有多根承台连接钢筋62，承台连接钢筋62竖直设置并且呈圆形均匀排列，其高度低于承台60的顶部。
请参照图3，墩柱节段40包括套管10和混凝土柱41。混凝土柱41位于套管10的内腔中，混凝土柱41的上端低于套管10的上端，使得在套管10的上端形成连接腔体11，混凝土柱41的下端与套管10的下端齐平。混凝土柱41的上下两端分别设有上端连接钢筋33和下端连接钢筋32，上端连接钢筋33和下端连接钢筋32均竖直设置并且呈圆形均匀排列，上端连接钢筋33和下端连接钢筋32的数量与承台连接钢筋62的数量一致并且上端连接钢筋33和下端连接钢筋32形成的圆与承台连接钢筋62形成的圆一致。上端连接钢筋33位于连接腔体11中，其高度低于套管10的顶部高度。下端连接钢筋32的长度小于凹连接槽61的深度和连接腔体11的深度。
位于下方的墩柱节段40的下端连接钢筋32位于凹连接槽61中，下端连接钢筋32与承台连接钢筋62为对空交叉形式，凹连接槽61中设有由超高强度混凝土制成的连接体70，用于连接位于下方的墩柱节段40和承台60。位于上方的墩柱节段40的下端连接钢筋32置于位于下方的墩柱节段40的连接腔体11中，位于上方的墩柱节段40的下端连接钢筋32与位于下方的墩柱节段40的上端连接钢筋33为对空交叉形式，位于下方的墩柱节段40的连接腔体11中设有由超高强度混凝土制成的连接体70，用于连接两端墩柱节段40。
请参照图3，盖梁50的底部设有多根盖梁连接钢筋51，盖梁连接钢筋51竖直设置并且呈圆形均匀排列，盖梁连接钢筋51形成的圆与上端连接钢筋33形成的圆一致，并且盖梁连接钢筋51的长度小于连接腔体11的深度。盖梁连接钢筋51放置在位于上方的墩柱节段40的连接腔体11中，与其中的上端连接钢筋33为对空交叉形式，连接腔体11中设有由超高强度混凝土制成的连接体70，用于连接墩柱节段40和盖梁50。
在本实施例中，超高强度混凝土的配方为：砂700－900份、石子650－700份、水泥380－420份、钢纤维240－300份、硅粉150－160份、水200－210份、矿粉80－90份、粉煤灰80－85份、聚羧酸外加剂26－32份、碳纤维22－25份、碳酸钠粉11－12份、玄武纤维8－10份。
在本发明的其它实施例中，承台连接钢筋62的长度、凹连接槽61的深度、下端连接钢筋32的长度、上端连接钢筋33的长度、连接腔体11的深度以及盖梁连接钢筋51的长度均一致，以各连接钢筋不阻碍各部件的连接为准。连接体70还可以由环氧树脂等材料制成。
一种上述耐磨蚀超高性能混凝土约束节段拼装桥墩的建造方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制作底模20；
底模20包括支撑板21和竖直支撑管22。支撑板21为矩形钢板，其边长均不小于d+w，支撑板21上按照墩柱钢筋笼30的纵筋31数量和位置钻制钢筋通孔23，钢筋通孔23至少比纵筋31的直径大4mm。支撑板21固定放置在竖直支撑管22上，并且中心重合。竖直支撑管22的外径d1≤d+w；竖直支撑管22的内径d2≥d。
(2)制作墩柱节段40，包括以下步骤：
s1：制作套管10。
套管10由超高性能混凝土制成，其为两端开口的圆柱体。套管10的内径d与桥墩节段的计算直径一致。套管10的壁厚w不小于30mm，并且要满足以下要求：
当桥墩的体积配筋率为0.5％时，套管10的壁厚w≥d/20；
当桥墩的体积配筋率为1.0％时，套管10的壁厚w≥d/10；
当桥墩的体积配筋率在0.5％至1.0％之间时，套管10的壁厚w采用插值法确定。
套管10的长度l≤12/(π×(d+w)2)。
s2：将底模20平放，将套管10竖直放置在底模20上，使套管10的中心与支撑管22的中心重合。使用硅胶制成的填缝剂将套管10和支撑板21之间的接缝进行堵塞，在钢筋通孔23中设置橡胶制成的垫圈24，垫圈24的中部能够容纳纵筋31通过。
s3：将墩柱钢筋笼30从套管10的上端放入，纵筋31从垫圈24中穿出，垫圈24将纵筋31与钢筋通孔23之间的间隙进行堵塞，置于竖直支撑管22中的纵筋31为下端连接钢筋32，在下端连接钢筋32的长度l1范围内，不设置箍筋，下端连接钢筋32的长度l1≥10d。纵筋31的上端不高于套管10的上端，最好是低于套管10上端20mm。
s4：从套管10的上端向套管10内浇筑混凝土，即核心混凝土，浇筑的混凝土的上表面低于纵筋31的上端，此时，套管10形成连接腔体11，纵筋31的上端部分裸露在外，裸露在外的纵筋31为上端连接钢筋33，在上端连接钢筋33的长度l2范围内，不设置箍筋，上端连接钢筋33的长度l2≥10d。核心混凝土经过养护后，拆除底模20即完成墩柱节段40的制作。
按照步骤(2)的方法制作多段墩柱节段40。
(3)标记墩柱节段40。
在墩柱节段40上选择一根纵筋31，找出此纵筋31的下端连接钢筋32和上端连接钢筋33，在套管10的外表面靠近下端连接钢筋32和上端连接钢筋33的位置分别用油漆等进行标记。
(4)制作盖梁50以及标记盖梁50。
按照常规方法制作盖梁50，并在与墩柱节段40连接的位置预先埋设盖梁连接钢筋51。盖梁连接钢筋51裸露的长度l3≥10d，并且盖梁连接钢筋51裸露的长度l3小于或等于连接腔体11的深度。在盖梁50上选取一根盖梁连接钢筋51，并在盖梁50的外侧靠近此盖梁连接钢筋51的位置用油漆等进行标记。
(5)制作承台60以及标记承台60。
在施工现场按照常规方法制作承台60，并在承台60的顶部设置圆柱形凹连接槽61，凹连接槽61的直径与套管10的直径一致，凹连接槽61的深度不小于下端连接钢筋32的长度l1。凹连接槽61内预先埋设承台连接钢筋62，承台连接钢筋62裸露在凹连接槽61内的长度l4≥10d。在承台60上选取一根承台连接钢筋62，并且盖梁50的外侧靠近此承台连接钢筋62的位置用油漆等进行标记。
(6)承台60与墩柱节段40的连接。
将承台60平放，在凹连接槽61内浇筑材质为超高性能混凝土的连接材料70，在承台60与套管10接触的位置涂抹环氧树脂，将墩柱节段40放置到承台60上，并使下端连接钢筋32置于凹连接槽61中，通过标记的对比，使下端连接钢筋32与承台连接钢筋62形成对空交叉形式，最后进行养护。
(7)相邻墩柱节段40之间的连接。
在套管10与套管10接触的位置的涂抹环氧树脂，将多段墩柱节段40从下到上依次放置，在下一段墩柱节段40的连接腔体11中浇筑材质为超高性能混凝土的连接材料70，上一段墩柱节段40的下端连接钢筋32置于下一段墩柱节段40的连接腔体11中，通过标记的对比，使下端连接钢筋32与上端连接钢筋33形成对空交叉形式。在下的两段墩柱节段40经养护连接后，再进行在上的两段墩柱节段40之间的连接。
(8)墩柱节段40与盖梁50之间的连接。
在盖梁50与套管10接触的位置涂抹环氧树脂，将盖梁50放置到最上一段墩柱节段40上，盖梁连接钢筋51置于最上一段墩柱节段40的连接腔体11中，通过标记的对比，使盖梁连接钢筋51与最上一段墩柱节段40的上端连接钢筋33形成对空交叉形式，最后进行养护，即完成桥墩的建造。
一种桥梁，包括梁体(未示出)以及以上述方法建造的桥墩。桥墩设置在梁体下方，用于支撑梁体。
工作原理：利用超高性能混凝土等连接材料优异的粘结锚固性能，将上一墩柱节段的纵筋的拉力转化为纵筋与连接材料的粘结力，再通过连接材料与下一墩柱节段的纵筋的粘结，将上一节段的纵筋拉力传递至下一节段的纵筋，从而实现预制墩柱节段纵筋拉力的传递，而且减小了相邻节段纵筋连接段的长度。利用超高性能混凝土等连接材料抗拉强度高、弹性模量大的优点，套管约束核心混凝土，使核心混凝土受到侧向套箍力的作用，起到箍筋约束混凝土的作用；套管也起到了磨蚀保护套的作用。通过标记相邻节段纵筋位置，使相邻节段的纵筋形成对空交叉形式，保证了纵筋粘结锚固层的厚度，使拼装桥墩可以达到相同尺寸整体现浇桥墩的力学性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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。