管墩与承台连接结构及施工方法与流程

本发明涉及公路桥梁建设工程技术领域，具体地指一种管墩与承台连接结构及施工方法。

背景技术：

常规公路桥梁柱式桥墩采用离心工艺预制管墩，相比传统现浇墩柱而言，离心工艺预制管墩具有如下优点：一是，管墩可采用离心工艺工业化预制生产，构件质量能够得到保证和提升；二是，离心预制管墩不降低墩柱偏心受压能力、抗剪能力和抗震能力下可大幅节约混凝土用量，符合“装配式建筑”和“绿色公路”的建设理念。

目前，常规公路桥梁采用管墩时，与承台或者帽梁之间的连接主要有灌浆金属波纹管连接、湿接缝连接和插入式连接。通常为了保证管墩与承台之间的连接强度，会通过增加管墩预埋到承台中的长度来保证。如此，导致承台的高度、管墩的长度相应地随着增加。

因此，实有必要研究一种新的管墩与承台连接结构来对上述问题进行改进。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种管墩与承台连接结构，能够降低管墩在承台中的预埋深度。

为实现上述目的，本发明所设计的管墩与承台连接结构中，所述现浇承台上端形成有承插孔，所述预制管墩的下段为承插到所述承插孔内的埋置段，所述预制管墩的下端面上设有与所述预制管墩的纵向主筋固定连接的钢端板，所述预制管墩为中空圆柱管墩，所述钢端板为与所述预制管墩的端面形状相同的圆环形端板，所述埋置段的下端面与所述承插孔的底面之间以及所述埋置段的外侧壁与所述承插孔内壁之间灌注有管墩外侧连接混凝土，所述埋置段的中空孔中灌注有管墩内侧填芯混凝土。

作为优选方案，所述钢端板上开设有与所述纵向主筋对应的孔，所述纵向主筋从所述孔中穿入所述钢端板并与所述钢端板穿孔塞焊焊接固定，所述管墩外侧连接混凝土为高强无收缩水泥灌浆料。

作为优选方案，所述埋置段的外壁上设有在预制时由模板在混凝土上形成的环形剪力键凹槽，所述环形剪力键凹槽在所述埋置段的外壁上间隔设置。

作为优选方案，所述承插孔内同轴设有波纹管，所述波纹管在所述浇承台浇筑成型时作为所述承插孔处的模板并保留在所述承插孔中，所述波纹管的内径大于所述埋置段的外径，所述波纹管的长度大于所述埋置段的长度。

作为优选方案，所述承插孔旁的所述现浇承台的混凝土内间隔交错埋置有抗冲切钢筋，所述抗冲切钢筋由钢筋弯折成与此处所述承插孔的截面轮廓相匹配的形状。

作为优选方案，所述抗冲切钢筋呈u形，所述抗冲切钢筋的两端与所述现浇承台内的顶层钢筋焊接固定，所述抗冲切钢筋的纵向段的最高点和最低点分别低于所述承插孔的上缘和下缘，所述横向段的长度大于其在所述承插孔的底面圆上形成的弦的长度。

作为优选方案，在长度方向上相邻的所述抗冲切钢筋之间以10cm为间距平行设置，在宽度方向上相邻的抗冲切钢筋之间以10cm为间距平行设置。

作为优选方案，所述承插孔的底部设有若干绕所述承插孔的轴线间隔布置的剪力连接钢筋，所述剪力连接钢筋绕所述承插孔的轴线所形成的圆的直径小于所述预制管墩的内径；所述剪力连接钢筋为u形钢筋，所述剪力连接钢筋的两端固定在下方的所述抗冲切钢筋及承台钢筋上并预埋在所述现浇承台的混凝土内，所述剪力连接钢筋的弧形段伸入所述承插孔中。

作为优选方案，所述预制管墩为外径140cm、内径90cm的空心墩柱，所述埋置段的长度为100cm；所述环形剪力键凹槽为截面为梯形的凹槽，深度为2cm，底部宽度为4cm；相邻的所述环形剪力键凹槽在轴向的间距为4cm；所述抗冲切钢筋为φ25mm的钢筋弯制而成；所述剪力连接钢筋为φ16mm的钢筋弯制而成；所述波纹管为直径1500mm的螺旋波纹钢管，所述波纹管的长度为102cm。

本发明的目的在于，提供一种管墩与承台连接结构的施工方法，能够降低管墩在承台中的预埋深度。

一种管墩与承台连接结构的施工方法，包括以下步骤：a)预制成型预制管墩，所述预制管墩的埋置段的下端面设置与纵向主筋焊接固定的钢端板，所述埋置段的外壁用模板形成间隔分布的剪力键凹糟；b)在桩基的上端预设位置安装承台钢筋、抗冲切钢筋、波纹管、剪力连接钢筋以及外模板后浇筑承台混凝土，所述波纹管与承台混凝土连接固定并形成承插孔，完成现浇承台；c)在所述现承插孔中灌注少量高强无收缩水泥灌浆料，在所述承插孔的底面形成砂浆调平层；d)将所述预制管墩吊装至所述承插孔内的砂浆调平层上，调整所述预制管墩平面坐标、高程和垂直度；e)在所述埋置段外侧与所述承插孔之间的接缝中填入高强无收缩水泥灌浆料，形成管墩外侧连接混凝土；f)从上端向所述预制管墩的中空孔内填入c40补偿收缩混凝土，在所述埋置段的内孔中形成管墩内侧填芯混凝土。

本发明的有益效果是：本发明的管墩与承台连接结构及施工方法中，预制管墩的埋置段设置钢端板降低钢筋在混凝土中的锚固长度，使得预制管墩可以充分利用纵向主筋的强度距离端头更近，从而可从纵向主筋受力角度降低预制管墩的预埋深度，也可以相应地降低承台的底板厚度，从而降低承台的整体厚度，可大幅节约混凝土用量，经济、节约、绿色、环保。

附图说明

图1为采用本发明优选实施例的管墩与承台连接结构的桥梁基础的立面图。

图2为图1沿a-a方向的剖视结图。

图3为图1的俯视图。

图4为本发明优选实施例的管墩与承台连接结构的预制管墩的主视图。

图5为图4中的预制管墩沿b-b方向的剖视图。

图6为图4中的预制管墩的局部轴向剖视放大图。

图7a、图7b分别为图4中的预制管墩的外环螺旋箍筋的主视图和俯视图。

图8a、图8b分别为图4中的预制管墩的内环螺旋箍筋的主视图和俯视图。

图9为本发明优选实施例的管墩与承台连接结构的现浇承台的局部俯视图。

图10为图9中的现浇承台的配筋图。

图11为图9中的现浇承台沿c-c方向的剖视图。

图12为图9中的现浇承台沿d-d方向的剖视图。

图13为本发明优选实施例的管墩与承台连接结构的现浇承台中某一位置抗冲切钢筋与顶层钢筋的结构示意图。

图14为本发明优选实施例的管墩与承台连接结构的现浇承台中另一位置抗冲切钢筋与顶层钢筋的结构示意图。

图15为本发明优选实施例的管墩与承台连接结构的轴向剖视图。

图16为图15中沿e-e方向的剖视图。

图中各部件标号如下：桩基10、现浇承台30(其中，波纹管31、抗冲切钢筋32、剪力连接钢筋33、顶层钢筋34)、预制管墩50(其中，纵向主筋51、纵向架设钢筋52、外环螺旋箍筋53、内环螺旋箍筋54、钢端板55、单支箍56、环形剪力键凹槽57)、预制帽梁70、管墩外侧连接混凝土80、管墩内侧填芯混凝土90。

具体实施方式

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。

请参阅图1、图2和图3，预制拼装桥墩由下至上顺次包括桩基10、现浇承台30、预制管墩50及预制帽梁70；现浇承台30浇筑形成在若干桩基10上端，形成垂直连接若干桩基10的平台，桩基10及现浇承台30填埋于地面以下；若干根预制管墩50垂直连接在现浇承台30上方；预制帽梁70采用预制拼装在预制管墩50上方，预制帽梁70横向连接若干根预制管墩50。图示实施例中，现浇承台30下方设有八根桩基10，八根桩基10按照四根两排的方式分布；现浇承台30上方设有二根预制管墩50，二根预制管墩50并排分布。

请结合参阅图4和图5，预制管墩50为预制空心圆墩柱，预制管墩50混凝土内植入有在纵向环绕轴线间隔分布的纵向主筋51，纵向主筋51的外侧绑扎固定有绕轴线螺旋绕制的外环螺旋箍筋53，纵向主筋51的内侧设有在纵向环绕轴线间隔分布的纵向架设钢筋52，纵向架设钢筋52的外侧绑扎固定有绕轴线螺旋绕制的内环螺旋箍筋54。预制管墩50的下端面上设有环形的钢端板55，钢端板55上开设有与纵向主筋51、纵向架设钢筋52对应的孔，供纵向主筋51、纵向架设钢筋52从孔中穿入钢端板55并采用穿孔塞焊的方式与钢端板55焊接固定。图示实施例中，预制管墩50为外径140cm、内径90cm的空心墩柱，预制管墩50的埋置段的长度为100cm，纵向主筋51为φ28mm的钢筋，纵向架设钢筋52为φ16mm的钢筋，纵向主筋51与纵向架设钢筋52之间的径向间距为16cm。

为了固定纵向架设钢筋52及内环螺旋箍筋54，纵向主筋51与纵向架设钢筋52之间沿横向设有单支箍56，单支箍56的两端向下弯折，分别与纵向主筋51、纵向架设钢筋52连接固定。单支箍56在纵向上每隔1m设置1层，每层6根单支箍56，每根单支箍56在横向上沿径向连接纵向主筋51与对应的纵向架设钢筋52。实际预制时，单支箍56的布置可根据定位和刚度需求适当增加。图示实施例中，单支箍56为φ10mm的钢筋。

请结合参阅图6，预制管墩50的下部为埋置段，埋置段的外壁上间隔设有若干环形剪力键凹槽57，环形剪力键凹槽57在管墩预制时由模板在混凝土浇筑后形成。环形剪力键凹槽57可增加预制管墩50与现浇承台30之间承插连接的结合力，实现更加稳固的连接。图示实施例中，环形剪力键凹槽57为截面为梯形的凹槽，其深度h为2cm，底部宽度l1为4cm；相邻的环形剪力键凹槽57在的轴向间距l2为4cm。

请参阅图7a、7b，外环螺旋箍筋53为绕预制管墩的轴向螺旋圆柱绕制的箍筋，其直径为d1，螺旋间距为d1。图示实施例中，钢筋为φ10mm的钢筋，d1为134.2cm，d1为10cm。

请参阅图8a、8b，内环螺旋箍筋54为绕预制管墩的轴向螺旋圆柱绕制的箍筋，其直径为d2，螺旋间距为d2。图示实施例中，钢筋为φ10mm的钢筋，d2为100.8cm，d2为10cm。

请结合参阅图9、图10、图11和图12，现浇承台30的上端形成有供预制管墩50的下端连接的承插孔，承插孔内同轴设置有波纹管31。波纹管31在现浇承台30浇筑成型时作为承插孔处的模板并保留在承插孔中。波纹管31的内径大于预制管墩50的埋置段(下段)的外径，以便预制管墩50的埋置段插入并灌入浆料，波纹管31的长度(承插孔的深度)略大于预制管墩50的埋置段的长度，以便在承插孔内底部设置调平层。图示实施例中，波纹管31为直径1500mm的螺旋波纹钢管，波纹管31的长度为102cm。

请结合参阅图13和图14，抗冲切钢筋32间隔交错埋置在承插孔旁的现浇承台30的混凝土内，抗冲切钢筋32呈与承插孔的轮廓相匹配的形状，即抗冲切钢筋32由钢筋弯折成与此处承插孔的截面轮廓相匹配的形状(类u形)，其两端与现浇承台30内的顶层钢筋34焊接固定。抗冲切钢筋32的纵向段的最高点和最低点分别低于承插孔的上缘和下缘，横向段的长度大于其在承插孔的底面圆上形成的弦的长度，从而形成承托在承插孔周围和下方的支撑骨架。在图示实施例中，在长度方向上相邻的抗冲切钢筋32之间的间距为10cm，同样地，在宽度方向上相邻的抗冲切钢筋32之间的间距为10cm。在图示实施例中，抗冲切钢筋32为φ25mm的钢筋弯制而成。

承插孔的底部设有若干凸出底面的剪力连接钢筋33，剪力连接钢筋33绕承插孔的轴线间隔布置。剪力连接钢筋33固定在下方的抗冲切钢筋32及承台钢筋上。剪力连接钢筋33位于预制管墩50的中空孔内，即剪力连接钢筋33绕承插孔的轴线所形成的圆的直径小于预制管墩50的内径。图示实施例中，剪力连接钢筋33为φ16mm的钢筋弯制成u形，其两端预埋在现浇承台30的混凝土内，弧形段暴露于承插孔中且凸出于底面。

请参阅图15和图16，本发明优选实施例的管墩与承台连接结构在预制管墩20的埋置段与现浇承台30的承插孔之间灌注有管墩外侧连接混凝土80及管墩内侧填芯混凝土90。管墩外侧连接混凝土80灌注在预制管墩50的埋置段的下端面与承插孔的底面之间(砂浆调平层)以及预制管墩20的埋置段的外侧壁与承插孔的波纹管51的内壁之间。管墩外侧连接混凝土80为高强无收缩水泥灌浆料，以保证预制管墩50的埋置段与现浇承台30的承插孔之间的连接强度。管墩内侧填芯混凝土90灌注在预制管墩50的中空孔与砂浆调平层之间，管墩内侧填芯混凝土90为c40补偿收缩混凝土。

以下将对本发明优选实施例的管墩与承台连接结构的施工方法进行简述：

a)在工厂内预制成型预制管墩50。

在进行预制管墩50的预制时，其埋置段的设置钢端板55和剪力键凹糟57。

b)在桩基10的上端浇筑形成现浇承台30。

安装承台钢筋、u型抗冲切钢筋32、波纹管31、剪力连接钢筋33以及外模板后，浇筑承台混凝土。

c)在现浇承台30的承插孔中设置砂浆调平层。

在在现浇承台30的承插孔中灌注少量高强无收缩水泥灌浆料，在承插孔的底面形成砂浆调平层。

d)吊装和调整预制管墩50。

将预制管墩50吊装至现浇承台30的承插孔内，调整预制管墩50平面坐标、高程和管墩垂直度。

e)灌注管墩外侧连接混凝土80。

在预制管墩50的埋置段外侧与现浇承台30的承插孔之间的接缝中填入高强无收缩水泥灌浆料，形成管墩外侧连接混凝土80。

f)灌注管墩内侧填芯混凝土90。

从上端向预制管墩50的中空孔内填入c40补偿收缩混凝土，在预制管墩50的埋置段的内孔中形成管墩内侧填芯混凝土90。

上述步骤完成后，预制管墩50与现浇承台30连接形成整体。

与现有技术相比较，本发明的管墩与承台连接结构及施工方法至少具有以下优点：

(1)预制管墩50的埋置段设置钢端板55降低钢筋在混凝土中的锚固长度，使得预制管墩50可以充分利用纵向钢筋的强度距离端头更近，从而可从纵向主筋51受力角度降低预制管墩50的预埋深度。

(2)预制管墩50的埋置段外侧和现浇承台50的承插孔内侧都有环型剪力槽，可改善连接面的受力性能。

(3)现浇承台30设置u型抗冲切钢筋32，预制管墩50的底面下承台部分和上面部分整体性更好，现浇承台30的底板厚度由冲切控制，改善受力性能。

(4)预制管墩50外侧的管墩外侧连接混凝土80采用高强无收缩水泥灌浆料，其强度高、流动性好且无需振捣，整体施工速度快(24小时可达到最高强度的70％，后续施工即可开展)。

综上所述，本发明的管墩与承台连接结构及施工方法可以实现以下效果：可以降低管墩的埋入深度和承台的底板厚度，从而降低承台的整体厚度，可大幅节约混凝土用量，经济、节约、绿色、环保；承台承插孔不需要内模且增强了结构连接处的力学性能；管墩可自由转动并可微调平面和高程位置，便于安装调整且整体可快速施工。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。