桩柱一体式桥梁下部结构及施工装置的制作方法

本实用新型涉及装配式桥梁施工领域，特别是一种便于桥梁快速施工的桩柱一体式桥梁下部结构及施工装置。

背景技术：

在桥梁建设领域，预制装配式桥梁能有效提高现场施工速度，保障结构构件的质量，提高结构耐久性，应用范围和前景广阔。

目前，对于桥梁下部结构：桩基、承台、桥墩及盖梁，仅有少部分工程将桥墩和盖梁实现了预制装配化。下部结构实现装配化的难点主要在于：预制构件间的连接构造、吊装设备对施工场地要求高等。随着装配化桥梁的研究越来越多，出现了多种性能良好的连接构造，满足下部结构的节段连接。但桩基和承台施工仍在施工周期中单独占据着较大部分，为此，提出一种采用架桥机施工的桩柱一体式桥梁下部结构。

中国专利文献CN106988305A记载了一种地下一体化成型的桩柱式桥墩施工方法，包括：在桥位处对立柱段先钻孔，安放立柱钢护筒，并使干孔和下放立柱钢护筒的外侧预留空隙填充砂浆；立柱施工结束后，再进行桩基段的钻孔及安放桩基与立柱的钢筋笼，对桩基与立柱的钢筋笼整体一次性灌注混凝土，完成立柱与桩基一次地下成型；桩基和立柱一次地下成型施工结束后，经验桩合格后，进行其他下部及上部结构的施工至桥梁具备通车条件，再进行开挖道路边坡的施工，直至施工完成。该方法避免了传统先开挖既有路基造成深基坑及围护工程的劣势，可确保既有路半幅施工半幅通车安全可靠，其设计简单，施工快速，工程造价降低，对既有交通影响降到最低，提升既有路基改桥梁工程技术水平。该施工方法即为现有技术常用的施工方法，较为复杂，占用工期长。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种桩柱一体式桥梁下部结构，能够便于快速完成桥梁桩柱的施工，并且能够采用预制及装配的方式进行组装。

本实用新型所要解决的另一技术问题是提供一种桩柱一体式桥梁下部结构的施工装置，能够与预制及装配式的桥梁下部结构相配合，提高施工效率和施工质量。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种桩柱一体式桥梁下部结构，在每一个桥墩的位置，多根预制桩柱并列布置，在多根的预制桩柱上设置盖梁。

优选的方案中，所述的预制桩柱为节段预制，预制桩柱由多个预制节段互相连接而成。

优选的方案中，预制桩柱材质为超高性能混凝土材料，在超高性能混凝土中填充有多根金属纤维，金属纤维在超高性能混凝土中的重量比为0.2%~12%，水胶比为0.14-0.27。

一种用于上述的桩柱一体式桥梁下部结构的施工装置，它包括：

主桁架，主桁架通过支腿沿桥梁纵轴方向架设在桥梁下部结构，所述的主桁架能够沿着桥梁横轴方向移动；

打桩轨道，打桩轨道可在水平和垂直方向翻转的安装在主桁架上，在打桩轨道上设有打桩装置。

优选的方案中，所述的支腿包括前支腿和后支腿；

支腿的结构为：

支腿横梁下方设有多个伸缩立柱，在支腿横梁上设有多个与预制桩柱横向位置相对应的工位；

至少两个横移座底部设有与相应工位连接的连接结构，横移座上设有滚动支承结构，相应数量的主桁架可滑动的安装在滚动支承结构上。

优选的方案中，横移座之间设有可调连杆，横移座与支腿横梁之间设有桁架横移伸缩杆。

优选的方案中，所述的打桩轨道安装在主桁架之间，打桩轨道通过转轴与主桁架连接，在打桩轨道与主桁架之间还设有液压翻转臂。

优选的方案中，在主桁架上还设有可沿主桁架行走的运桩车，运桩车上设有起吊小车；

在起吊小车的一侧设有驱动起吊小车横移的起吊车横移装置。

一种采用上述的桩柱一体式桥梁下部结构施工装置的施工方法，包括以下步骤：

s1、预制桩柱节段运输至施工现场，然后将桩柱节段连接成整体；

s2、利用起吊装置直接或通过运桩车将预制桩柱运输至水平状态的打桩轨道；

s3、打桩轨道转换成竖直状态，用打桩装置将预制桩柱打入设计长度；

s4、将打桩轨道恢复到水平状态，并调整至下个桩位，重复以上步骤；

通过以上步骤实现桩柱一体式桥梁下部结构的打桩施工。

优选的方案中，在步骤s3中，将移动式导向架运输至打桩位置安装，将移动式导向架定位准确后，与地面进行固定；

若需要截桩，由运桩车将截桩机运输至前方安装，并完成截桩施工。

超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete，简称UHPC）是一种从材料组成、配合比设计、微观结构等各方面均不同于普通高性能混凝土的一种新型水泥基材料，具有较高的力学性能和较高的耐久性能，近几年来已成为国内外工程界的研究热点。将UHPC材料应用到桥梁结构中，将大大提高结构的受力性能及耐久性，且能将预制构件轻量化。

本实用新型提供的一种桩柱一体式桥梁下部结构及施工装置，通过采用以上的方案，桥梁下部结构简单，能够采用预制件，取消了承台结构，施工工艺大幅简化。优选的方案中，采用UHPC材料，具有高强、高耐久等特性。采用专门设计的打桩装置进行桩柱式下部结构安装，无需设置临时便道或施工栈桥，大幅减少建设成本，提高施工工效。在优选的方案中，采用运桩车的结构在主桁架上直接运输预制桩柱，仅需将施工道路建设至桥梁端头，无需封堵桥下道路。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

图1为本实用新型的整体主视结构示意图。

图2为本实用新型的另一状态整体主视结构示意图。

图3为图2的A-A剖视示意图。

图4为图2的B-B剖视示意图。

图5为本实用新型中运桩车运输预制桩柱时的结构示意图。

图6为本实用新型中预制桩柱运输就位时的结构示意图。

图7为本实用新型中预制桩柱固定到打桩轨道时的结构示意图。

图8为本实用新型中预制桩柱打桩时的结构示意图。

图中：打桩装置1，打桩轨道2，转轴21，预制桩柱3，主桁架4，运桩车5，起吊车横移油缸51，起吊小车52，行走装置53，前支腿6，后支腿6'，支腿横梁61，伸缩立柱62，可调连杆63，桁架支承轮64，桁架锁定轮65，桁架横移伸缩杆66，横移座67，主梁7，移动式导向架8，盖梁9，支座10。

具体实施方式

实施例1：

如图1~4中，一种桩柱一体式桥梁下部结构，在每一个桥墩的位置，多根预制桩柱3并列布置，在多根的预制桩柱3上设置盖梁9。如图1~3中所示，盖梁9上设有多个支座10，主梁7设置在支座10上，本实用新型省略了现有技术中的承台结构。由此结构，由于结构的简化，使预制和装配式施工成为可能。

优选的方案中，所述的预制桩柱3为节段预制，预制桩柱3由多个预制节段互相连接而成。连接方式有：1、在端头预制螺纹接头然后通过套筒螺纹连接；

或者2、在端头预制法兰结构，通过螺栓连接法兰结构；

又或者3、设置榫卯结构，并通过螺栓对穿连接榫卯结构。

又或者4、在端头预制互相套接的套筒和法兰结构，通过套接和法兰连接。

优选的方案中，预制桩柱3材质为超高性能混凝土材料，在超高性能混凝土中填充有多根金属纤维，金属纤维在超高性能混凝土中的重量比为0.2%~12%，水胶比为0.14-0.27。由于本实用新型采用的材质水胶比较低，混凝土后期收缩小，且由于掺入的金属纤维，因此不易开裂，强度和韧性均有保障。

本实用新型中采用的超高性能混凝土参数为：

抗压强度：170-227(MPa)；水胶比0.14-0.27，优选为0.2；圆柱劈裂抗拉强度：8-24 (MPa)，优选的方案为15-24 (MPa)；最大骨料粒径：0.6 (mm)；孔隙率：2-6%；金属纤维重量占比：0.2%~12%，优选的方案为4%~8%；断裂能：10-40 (kN-m/m)；弹性模量：5-62 (GPa)；断裂模量：(第一条裂缝) 16.5-22.0 (MPa)；极限抗弯强度：20-62 (MPa)；泊松比：0.19-0.24；收缩：养护后<x10无自生收缩；含气量：0。

实施例2：

在实施例1的基础上，一种用于上述的桩柱一体式桥梁下部结构的施工装置，它包括：

主桁架4，主桁架4通过支腿沿桥梁纵轴方向架设在桥梁下部结构，所述的主桁架4能够沿着桥梁横轴方向移动；

打桩轨道2，打桩轨道2可在水平和垂直方向翻转的安装在主桁架4上，在打桩轨道2上设有打桩装置1。由此结构，能够基本实现沿着桥梁行走，并将预制桩柱3打入地面的施工要求。本例中的打桩装置1为液压打桩锤，属于现有技术。

进一步优选的方案如图1~4中，所述的支腿包括前支腿6和后支腿7；

支腿的结构为：

支腿横梁61下方设有多个伸缩立柱62，本例中的伸缩立柱62例如是液压千斤顶或者螺旋千斤顶。在支腿横梁61上设有多个与预制桩柱3横向位置相对应的工位；每个工位即对应一个预制桩柱3的打桩位置。

至少两个横移座67底部设有与相应工位连接的连接结构，本例中采用横移座67的方案，但是采用更多的横移座67也是可行的，例如三个横移座67。本例中在横移座67设有多个螺栓孔，在支腿横梁61相应工位的位置也设有多个螺栓孔，横移座67和支腿横梁61的螺栓孔之间通过螺栓连接。横移座67上设有滚动支承结构，所述的滚动支承结构包括设置在主桁架4底部两侧的桁架支承轮64，和设置在主桁架4底部上方两侧的桁架锁定轮65，参见图1~4的结构，由此结构，主桁架4被支腿限位，仅能沿着桥梁纵轴方向滑动。相应数量的主桁架4可滑动的安装在滚动支承结构上，本例中的主桁架4为两个，但是采用更多的的与横移座67数量相对应的主桁架4也是可行的，例如三个。

优选的方案如图3、4中，横移座67之间设有可调连杆63，可调连杆63采用双头螺纹的连杆结构，例如双头螺纹螺杆或双头螺纹套筒，以微调横移座67之间的间距。横移座67与支腿横梁61之间设有桁架横移伸缩杆66。本例中的桁架横移伸缩杆66用于调节整个横移座67的横向位置。以对应并列的多根预制桩柱3的横向位置。如图3、4中所示，当位于最边缘的位置，桁架横移伸缩杆66则被设置到支腿横梁61上相对的另一端。桁架横移伸缩杆66采用例如以下的结构：桁架横移油缸、丝杠螺母机构或齿轮齿条机构。

优选的方案如图1、4中，所述的打桩轨道2安装在主桁架4之间，打桩轨道2通过转轴21与主桁架4连接，打桩轨道2的翻转以转轴21为圆心，在打桩轨道2与主桁架4之间还设有液压翻转臂，液压翻转臂用于驱动打桩轨道2翻转，并限定翻转角度。液压翻转臂在图中未示出，以液压缸驱动打桩轨道2翻转90°，是现有技术中常用的结构。

优选的方案如图1~4中，在主桁架4上还设有可沿主桁架4行走的运桩车5，运桩车5上设有起吊小车52；运桩车5通过底部设置的行走装置53安装在主桁架4上，并沿着主桁架4行走。行走装置53中，减速器的输出轴与行走轮固定连接，减速器与运桩车5固定连接，减速器的输入轴与电机的输出轴通过联轴器固定连接。起吊小车52上设有钢丝绳起吊装置。

在起吊小车52的一侧设有驱动起吊小车52横移的起吊车横移装置。便于调整起吊小车52的横向位置。本例中所述的起吊车横移装置采用例如以下的结构：起吊车横移油缸51、丝杠螺母机构或齿轮齿条机构。

实施例3：

在实施例1、2的基础上，一种采用上述的桩柱一体式桥梁下部结构施工装置的施工方法，如图5~7、1、8中，包括以下步骤：

s1、预制桩柱节段运输至施工现场，然后将桩柱节段连接成整体；运送至整个打桩装置的始发段；

s2、利用起吊装置直接或通过运桩车5将预制桩柱3运输至水平状态的打桩轨道2；到达设计桩位后，将预制桩柱3与打桩机的打桩轨道2进行固定，将打桩装置1与预制桩柱3的端头固定；

s3、优选的方案中，在将移动式导向架8运输至打桩位置安装，将移动式导向架8定位准确后，与地面进行固定；

用液压翻转臂将打桩轨道2转换成竖直状态，用打桩装置1将预制桩柱3打入设计长度；

若需要截桩，则将桩顶截至设计标高；由运桩车5将截桩机运输至前方打桩位置安装，并完成截桩操作施工。

s4、将打桩轨道2恢复到水平状态，并调整至下个桩位，下个桩位可能是平移的一个桩位，拆卸横移座67的固定螺栓，并由桁架横移伸缩杆66驱动横移座67横移，然后重新安装固定螺栓即可。也有可能下个桩位是下一跨的桩位，此时则需要采用千斤顶将主桁架4临时顶起，依次移动前支腿6和后支腿6'，然后移动主桁架4，即整体移动至下一跨的桩位，施工下一个桥墩；

重复以上步骤；

通过以上步骤实现桩柱一体式桥梁下部结构的打桩施工。

上述的实施例仅为本实用新型的优选技术方案，而不应视为对于本实用新型的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本实用新型的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本实用新型的保护范围之内。