一种预制装配式预应力柱式桥墩及装配方法与流程

本发明涉及一种预制装配式预应力柱式桥墩，属于桥梁工程领域，特别涉及一种钢筋混凝土预制构件组合装配的桥墩。

背景技术：

1、桥梁一般由上部构造、下部结构、支座和附属构造物组成，上部结构又称桥跨结构，是跨越障碍的主要结构，下部结构包括桥台、桥墩和基础，桥墩是支承桥跨结构并将恒载和车辆活载传至地基的构筑物。桥墩分重力式桥墩和轻型桥墩，重力式桥墩一般为采用混凝土或石砌的实体结构。轻型桥墩有多种型式，主要型式为柱式桥墩，由若干个立柱和盖梁所组成的桥墩。柱式桥墩一般根据桥梁的所在环境确定，采用柱式桥墩的结构方便与泄洪作用，工程中桥墩立柱一般采用圆柱形，多用于江河水域和城市高架桥。

2、 现有技术柱式桥墩施工方法为支模现浇，在施工完毕的桩基承台上支模浇筑墩柱和盖梁，现浇施工方法对支模和浇筑有较高的要求，支模不稳固易造成跑模、位移、垂直度不满足要求等病害，混凝土浇筑及养护多桥墩质量影响很大，现场养护需要覆盖和洒水养护，高耸的桥墩需要投入较大的养护成本。现场浇筑需要钢筋绑扎、支模、浇筑混凝土、混凝土养护，施工周期长，在江河水上需要较长的围堰时间，在城市改造项目建造桥梁占用道路时间长，影响城市道路交通，加大了施工管理费用。现有技术也有装配式桥墩或盖梁的施工方法， 预制装配式桥梁不仅施工速度快，环境影响小，而且工厂化制作，质量可靠，因此，装配式桥梁施工方法近几年来得到研究和推广。装配式桥梁，考虑到地震作用装配构件之间设置剪力键，安装定位借助定位管和定位孔，这些部件都是为预制装配施工设定的，但现有技术的的定位装置，只能起到大致定位的作用，吊装时仍需人工精准调整定位精度，增加了装配施工的复杂性。

技术实现思路

1、本发明的目的是：提供一种预制装配式预应力柱式桥墩，桩基和承台为桥梁的基础，桥墩设置在承台上，桥墩由下柱段、上柱段、系梁段、盖梁、系梁组成，下柱段和上柱段与之间的系梁段共同组成墩柱，墩柱之间采用系梁连接，下柱段、上柱段、系梁段、盖梁、系梁为分体预制的钢筋混凝土构件，桥墩采用钢筋混凝土预制构件现场装配，构件之间采用定位器快速安装就位，定位器不但用于装配快速定位，而且还起到剪力键的作用，各构件采用预应力钢索张拉锚固，接缝采用后浇混凝土连接，后浇段采用预埋钢板代替预埋钢筋，现场组装构成装配式预应力柱式桥墩。有益效果是：桥墩采用钢筋混凝土分体预制，克服了整体构件重量大，起重设备要求吨位大，占用施工场地大的缺陷。现场装配组合，减少了现浇混凝土绑扎钢筋、支模、浇筑混凝土、养护、拆模等工序，缩短了现场施工的工期，降低了施工管理费用。后浇段采用预埋钢板，安装速度快，克服了预埋钢筋焊接高空作业困难的缺陷，构件装配采用定位器快速就位，解决了传统吊装就位调整困难的问题。构件采用工厂预制采用定制的模板，混凝土浇筑和养护质量能够保证。钢筋混凝土构件采用钢绞线施加预应力张拉，使构件之间牢固固定。

2、本发明是通过以下技术实现的：预制装配式预应力柱式桥墩，桩基1和承台2为桥墩的基础，桥墩设置在承台2上，所述的桥墩由下柱段3、上柱段4、系梁段5、盖梁6、系梁7组成，下柱段3、上柱段4、系梁段5构成墩柱，墩柱至少但不限定为二个，下柱段3和上柱段4之间为系梁段5，墩柱的系梁段5之间为系梁7，下柱段3、上柱段4、系梁段5、盖梁6、系梁7为分体预制的钢筋混凝土构件。

3、所述的下柱段3、上柱段4、系梁段5为圆柱形，在圆形断面的中部设置有上下贯通的初锚索道孔8，在圆形断面的边缘设置有上下贯通的终锚索道孔9，盖梁6位于上柱段4的顶部，盖梁6对应上柱段4的终锚索道孔9的位置设有终锚索道孔9。在承台2对应于下柱段3的初锚索道孔8和终锚索道孔9的位置设置承台锚具10，承台2对应下柱段3的位置设置有四个可调定位器11，用于调整下柱段3安装时底面在同一标高，保证墩柱的垂直度；下柱段3与系梁段5之间、系梁段5与上柱段4之间、上柱段4与盖梁6之间设置有四个固定定位器12，用于装配时上下两个构件准确安装就位。所述的可调定位器11和固定定位器12除定位作用外，起到抵抗水平力的剪力键作用，起到支撑构件防止锚索张拉混凝土边缘压溃的作用。

4、所述的初锚索道孔8内设置初锚钢索13，初锚钢索13下端固定在承台锚具10上，穿过下柱段3和系梁段5的初锚索道孔8，在系梁段5的上部采用初锚锚具14将下柱段3和系梁段5临时初锚固定，初锚钢索13向上穿过上柱段4的初锚索道孔8，在上柱段4的顶部张拉初锚钢索13，采用初锚锚具14将下柱段3、系梁段5、上柱段4初步锚固在一起；所述的终锚索道孔9内设置终锚钢索15，终锚钢索15下端固定在承台锚具10上，穿过下柱段3、系梁段5、上柱段4、盖梁6的终锚索道孔9，在盖梁6的顶部张拉终锚钢索15，采用终锚锚具16锚固，将盖梁6固定在墩柱的上部，对墩柱施加预应力，将桥墩整体固定。

5、所述的系梁段5和系梁7设置有系梁预埋钢板17，采用系梁锚固钢板18将系梁预埋钢板17固定在一起，系梁段5和系梁7的连接部位采用系梁后浇段19浇筑连接；所述的盖梁6连接部位设有盖梁预埋钢板20，采用盖梁锚固钢板21将盖梁预埋钢板20固定在一起，盖梁6连接部位采用盖梁后浇段22浇筑连接；所述的盖梁6设有盖梁索道孔23，盖梁钢索24穿入盖梁索道孔23，在盖梁6的两端张拉盖梁钢索24，采用盖梁锚具25锚固，对盖梁6施加预应力，提高盖梁6的抗弯拉强度；

6、桩基1和承台2现场施工，下柱段3、上柱段4、系梁段5、盖梁6、系梁7采用钢筋混凝土预制构件现场装配，各构件采用预应力钢索张拉锚固，接缝采用后浇混凝土连接，构成装配式预应力柱式桥墩。

7、所述的可调定位器11由底座101、螺杆102、可调锥榫103、导向锥穴104组成，底座101采用锚固钢筋105埋设在承台2的顶面，螺杆102与底座101连为一体，螺杆102带有螺纹，可调锥榫103为圆锥台，底部中心带有与螺杆102吻合螺纹的孔，可调锥榫103旋拧在螺杆102上，可以上下调节，导向锥穴104采用锚固钢筋105埋设在下柱段3的底部，位置与可调锥榫103对应，导向锥穴104的锥坡与可调锥榫103的锥坡吻合，装配下柱段3时，调节可调锥榫103的高度满足设计标高，下柱段3的导向锥穴104对准可调锥榫103下落，在锥坡的导向下精准就位。

8、所述的固定定位器12由固定锥榫106和导向锥穴104组成，导向锥穴104与可调定位器11的构造一致，固定锥榫106采用锚固钢筋105埋设在下柱段3、上柱段4、系梁段5的顶面，导向锥穴104采用锚固钢筋105埋设上柱段4、系梁段5、盖梁6的底部，位置与固定锥榫106对应，导向锥穴104的锥坡与固定锥榫106的锥坡吻合，装配上部构件时，导向锥穴104对准固定锥榫106下落，在锥坡的导向下精准就位。

9、所述的承台锚具10为自锚式锚具，由锚座107和楔形锚舌108组成，二个半片楔形锚舌108嵌入锚座107的楔形孔内，预应力钢索插入孔内将其撑紧，张拉预应力钢索楔形锚舌107在锚座106楔形孔的导向下越拉越紧。

10、所述的下柱段3安装在承台2上，可调定位器11支撑，承台2与下柱段3之间留有缝隙，所述的下柱段3与系梁段5之间、系梁段5与上柱段4之间，固定定位器12支撑，两个构件之间留有缝隙，在下柱段3与承台2、下柱段3与系梁段5、系梁段5与上柱段4的缝隙处一周边缘设有密封垫26，初锚钢索13张拉完成后，向初锚索道孔8内注浆，构件之间的缝隙被浆体填充密实形成注浆层27，增加上下构件的接触面，使构件之间整体受力。

11、所述的盖梁6安装在上柱段4的顶端，固定定位器12支撑，上柱段4与盖梁6留有缝隙，缝隙处上柱段4一周边缘设有密封垫26，终锚钢索15张拉完成后，向终锚索道孔9内注浆，盖梁6与上柱段4之间的缝隙被浆体填充密实形成注浆层27，增加盖梁6与上柱段4的接触面，使构件之间整体受力。

12、所述的终锚索道孔9在上下两个构件相接的缝隙处，设置有封堵管28，防止向初锚索道孔8内注浆时，通过缝隙注入终锚索道孔9内。

13、一种预制装配式预应力柱式桥墩装配方法，是工厂预制构件结合现场装配的工艺，先在工厂预制加工下柱段3、上柱段4、系梁段5、盖梁6、系梁7，运至现场，现场在承台2之上自下而上组合装配，施工步骤如下：

14、a、按照设计平面位置和标高现场施工桩基1和承台2，在浇筑承台2混凝土前，将承台锚具10、可调定位器11，按照设计位置精准定位安装就位，并与承台2钢筋焊接牢固，浇筑承台2混凝土，承台2混凝土强度达到设计强度后开始装配施工，将初锚钢索13和终锚钢索15插入承台锚具10内，施加张拉力使其锁紧；测量承台2上所有的可调定位器11的可调锥榫103顶面标高，旋转可调锥榫103调整，使所有可调锥榫103的顶面标高一致；

15、b、将初锚钢索13和终锚钢索15穿入下柱段3对应的初锚索道孔8和终锚索道孔9，吊装下柱段3使底面的导向锥穴104对准承台2上的可调锥榫103，缓缓下落，在导向锥穴104的锥坡引导下，可调锥榫103嵌入导向锥穴104，在下柱段3两个相互垂直方向采用经纬仪检测垂直度，如超过允许偏差，吊起下柱段3，旋转可调锥榫103调整，再次落下下柱段3使垂直度满足要求，下柱段3安装在承台2上；

16、c、将初锚钢索13和终锚钢索15穿入系梁段5对应的初锚索道孔8和终锚索道孔9，吊装系梁段5使底面的导向锥穴104对准下部的下柱段3顶端的固定锥榫106，缓缓下落，在导向锥穴104的锥坡引导下，固定锥榫106嵌入导向锥穴104，系梁段5安装在下柱段3上；在系梁段5顶将初锚锚具14安装在初锚钢索13上，施加10%的张拉力将初锚钢索13拉直锁紧，下柱段3和系梁段5被临时固定；

17、d、在两个墩柱的系梁段5中间吊装系梁7，系梁段5和系梁7的系梁预埋钢板17对接，将二块系梁锚固钢板18夹在系梁预埋钢板17的两侧，采用螺丝固定，在系梁后浇段19安装防裂钢筋网，支模浇筑系梁后浇段19混凝土；在系梁段5顶对初锚钢索13施加50%张拉力，锁紧初锚锚具14，系梁段5和系梁7固定在下柱段3上，向初锚索道孔8内注浆，浆体注入到下柱段3底部时，通过承台3与下柱段3之间的缝隙横向扩散，缝隙填充密实形成注浆层27；

18、e、将初锚钢索13和终锚钢索15穿入上柱段4对应的初锚索道孔8和终锚索道孔9，吊装上柱段4使底面的导向锥穴104对准下部的系梁段5顶端的固定锥榫106，缓缓下落，在导向锥穴104的锥坡引导下，固定锥榫106嵌入导向锥穴104，上柱段4安装在系梁段5上，采用经纬仪检测上柱段4垂直度，超出允许偏差，吊起上柱段4采用垫片垫在倾斜一侧的导向锥穴104和固定锥榫106之间调节；对初锚钢索13施加100%张拉力，锁紧初锚锚具14，向初锚索道孔8内注浆，上柱段4固定在系梁段5上；

19、f、将终锚钢索15穿入盖梁6对应的终锚索道孔9，吊装盖梁6使底面的导向锥穴104对准下部的上柱段4顶端的固定锥榫106，缓缓下落，在导向锥穴104的锥坡引导下，固定锥榫106嵌入导向锥穴104，盖梁6安装在上柱段4上；在盖梁6顶将终锚锚具16安装在终锚钢索15上，施加10%的张拉力将终锚钢索15拉直锁紧，盖梁6被临时固定，两个盖梁6的盖梁预埋钢板20对接，将二块盖梁锚固钢板21夹在盖梁预埋钢板20的两侧，采用螺丝固定，盖梁后浇段22内采用伸缩管将两个盖梁6的盖梁索道孔23连通，在盖梁后浇段22安装防裂钢筋网，支模浇筑盖梁后浇段22混凝土；在盖梁6顶面对终锚钢索15施加100%张拉力，锁紧终锚锚具16，向终锚索道孔9内注浆，采用砂浆封闭终锚锚具16孔穴；

20、g、待盖梁后浇段22混凝土达到设计强度后，将盖梁钢索24穿入盖梁索道孔23内，将盖梁锚具25安装在盖梁钢索24上，在盖梁6的一端对盖梁钢索24施加70%的张拉力，再在另一端对盖梁钢索24施加70%的张拉力，静置10~15分钟，在两端将张拉力施加到100%，锁紧盖梁锚具25，向盖梁索道孔23内注浆，采用砂浆封闭紧盖梁锚具25孔穴。