桩柱式连续刚构桥梁及其施工方法
【专利摘要】本发明公开了一种适用于水位线高的蓄水库区的连续刚构桥梁。既不需要设置常规桥墩，又能满足强度和柔性要求的桩柱式连续刚构桥梁，包括主梁、两跨主梁之间的主梁连接部、由一组灌注桩构成的群桩基础，灌注桩与主梁连接部之间采用刚性连接；所述灌注桩分为与主梁连接部连接的上柱和注入到基岩中的下桩；所述上柱按照下列承载能力极限状态计算和正常使用极限状态计算后配置纵向钢筋；所述下桩按照桩基要求配置纵向钢筋；在所述的下桩与上柱之间设置有桩柱过渡段，所述的桩柱过渡段内的纵向钢筋与其上柱的纵向配筋相同。同时本发明还提供了桩柱式连续刚构桥梁的施工方法。本发明具有满足抗震需要，施工便利，节约工程造价，节省工期等优点。
【专利说明】粧柱式连续刚构桥梁及其施工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种连续刚构桥梁，尤其是一种适用于水位线高的蓄水库区的连续刚构桥梁及其施工方法。
【背景技术】
[0002]连续刚构桥由T型刚构桥演变而来，其结构特点是梁体连续、梁墩固结，其既保持了连续梁无伸缩缝、行车平顺的优点，又保持了 T型刚构桥不设支座、施工时无需临时固结的优点，且具有很大的顺桥向抗弯刚度和横向抗扭刚度。因此，连续刚构桥的跨越能力大，受力合理，结构整体性能好，抗震能力强，抗扭潜力大，造型简单，维护方便，常用在跨越U形谷地等地形的长大跨径、高墩桥梁上。
[0003]随着西部大开发的深入实施，西部山区水库建设进入高潮，山区水库库区修建桥梁的需求也在日益增加。山区水库库区桥梁具有水深、水位波动大，库水和河岸高差小的特点，由于大跨的悬索桥、拱桥造价高,而且后期养护成本高，因此建设成本和后期养护成本均较低的大跨径连续刚构桥梁成为山区水库库区桥梁的主要桥型。
[0004]如图1所示，常规连续刚构桥梁为高墩式，其下部构造由灌注桩、承台和桥墩组成，连续刚构桥梁的桥墩形式通常有双肢薄壁墩、空心墩两种主要形式，还有个别采用单肢薄壁墩、Y型墩、V型墩等形式，桥墩与桩基之间设置承台进行结构过渡，桩基和桥墩受力模式和采用的规范各不不同，桩基是主要承受竖向压力的结构，其设计主要考虑桩周地基土是否能承受其竖向压力、桩身材料能否承受其竖向压力，其设计主要依据上述的《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG D63-2006)的相关条款进行，而桥墩则要承受竖向压力、弯矩和剪力的组合作用，采用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(jreD62-2004)进行设计。连续刚构桥梁的优点是使桥墩高柔而降低桥墩对主梁的嵌固作用，使其主梁内力分布近似于连续梁，但又省去了连续梁桥的支座以及施工过程中所需的墩梁临时固结，节省了造价、方便了施工且桥梁跨径比连续梁大，另外，桥墩的高柔性还使在地震时相当多的地震能量转化为结构的动能而减少了桥梁的变性能，因此，桥墩高柔、抗推刚度小是发挥连续刚构桥梁优势的关键因素。但在山区水库库区蓄水后修建桥梁，由于水深大，水位高，水、陆高差小，使得在合理的主梁标高下，桥墩高度受到限制，甚至没有设置桥墩的空间，如图2所示，由于水位线高，受到主梁和承台的限制，连续刚构桥利用桥墩的高度来增加桥墩柔性的需求难以得到满足，同时，山区水库位置偏僻，交通条件差，承台围水施工的临时构筑物如钢围堰、钢吊箱等所需要的大型深水施工设备难以进入施工现场。要将连续刚构桥应用于这一特殊条件，必须另辟蹊径，引入新的适应主梁温度变形和抗震需要的机制，创新结构体系。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种既不需要设置常规桥墩，又能满足强度和柔性要求的桩柱式连续刚构桥梁。[0006]本发明所采用的桩柱式连续刚构桥梁，包括主梁、两跨主梁之间的主梁连接部、由一组灌注桩构成的群桩基础，灌注桩与主梁连接部之间采用刚性连接；所述灌注桩分为与主梁连接部连接的上柱和注入到基岩中的下桩；所述上柱按照下列承载能力极限状态计算和正常使用极限状态计算后配置纵向钢筋；所述下桩按照桩基要求配置纵向钢筋；在所述的下桩与上柱之间设置有桩柱过渡段，所述的桩柱过渡段内的纵向钢筋与其上柱的纵向配筋相同。
[0007]上柱的纵向钢筋分为上柱连续纵向钢筋和上柱分段纵向钢筋；所述上柱连续纵向钢筋与下桩的下桩纵向钢筋配置相同，并连续钢筋贯通上柱、桩柱过渡段和下桩；所述上柱分段纵向钢筋的下段设置在桩柱过渡段的桩柱过渡段下截面处。
[0008]所述桩柱过渡段的桩柱过渡段箍筋之间的间距小于下桩的下桩箍筋的间距，且至少与上柱的上柱箍筋的间距相等。
[0009]对于高裂度地震区，桩柱过渡段箍筋之间的间距小于上柱箍筋的间距。
[0010]所述的桩柱过渡段设置在基岩中风化界限以上1.0d和基岩2中风化界限以下
3.0d范围内，其中d为灌注桩直径。
[0011]在所述主梁连接部的下部设置有一体的底板；所述的底板的配筋结构采用与常规连续刚构桥梁的承台相同的配筋结构。
[0012]主梁连接部与底板的厚度之和不小于常规连续刚构桥的承台的厚度。
[0013]当主梁宽度小于一组群桩基础横截面宽度时，在群桩基础上部设置有承台，在承台(6)与主梁连接部之间设置有上承台。
[0014]所述的上承台高度为I?1.5M。
[0015]本发明还提供了上述桩柱式连续刚构桥梁的施工方法。
[0016]本发明的桩柱式连续刚构桥梁的施工方法，其步骤包括:
[0017](I)在岸边拼装浮箱，并在浮箱上拼装龙门架；
[0018](2)将拼装好的浮箱龙门架系统，使用如小型船只、卷扬机等牵引装置牵引，将浮箱龙门架系统牵引到桥梁群桩基础位置就位，设置拉缆索调整和固定浮箱龙门架系统形成第一次施工平台；
[0019](3)在龙门架上安装起重系统形成浮箱龙门架吊装系统；
[0020](4)利用浮箱龙门架吊装系统下放桩基钢护筒，并采用护筒跟进及振动沉桩技术使护筒可靠嵌入基岩内，其后将第一次施工平台转换至桩基钢护筒上形成第二次施工平台；
[0021](5)在第二次施工平台上安装钻孔机械施工灌注桩及河床以上灌注桩，下桩和上柱浇筑完成后截桩并接长钢护筒，上移第二次施工平台施工其余灌注桩，直至群桩基础位置的所有灌注桩浇筑施工完成；
[0022](6)最后与常规连续刚构桥梁相同工艺施工主梁。
[0023]进一步，还在步骤(6)中增加对承台和上承台的施工步骤。
[0024]采用本发明桩柱式连续刚构桥梁，特别是对于高烈度山区水库库区桥梁，本发明具有如下有益效果:
[0025](I)通过下桩、上柱一体的高桩变形适应主梁温度变形，有效解决了大跨连续刚构桥中跨由于温度变化造成的主梁变形大的问题，使得这一桥型较好地适应了西部库区水位闻，水、陆闻差小，桥壤闻度受:限的问题。
[0026](2)在地震荷载作用下，高桩变形增大主梁位移量，将更多的地震能量转化为结构动能，释放了上部结构地震效应，使连续刚构自振周期长，下部结构弯矩小的优点得以继承，满足山区高烈度区的抗震需求。
[0027](3)不设置承台或设置的承台位置高的优点很好地适应了库区水位周期性变化、变化幅度大、不可预见因素多的特点，使施工的便利性大于提高，水位基本上不会成为控制施工的关键因素。
[0028](4)本发明节省了常规连续刚构桥梁的承台施工所需要的钢吊箱工艺，极大地节约了工程造价，节省了工期，且不需要钢吊箱施工所需要的大型施工机械，经济效益极为显著。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1是现有技术的常规连续刚构桥梁示意图；
[0030]图2是现有技术的常规连续刚构桥梁在水位线较高时的示意图
[0031]图3本发明第一种实施例的连续刚构桥梁示意图；
[0032]图4是本发明第二种实施例的连续刚构桥梁示意图；
[0033]图5是图4中的主梁与群桩基础连接处的俯视图；
[0034]图6是本发明的桩柱式连续刚构桥无预应力效应状态下恒载主梁弯矩；
[0035]图7是常规连续刚构桥梁无预应力效应状态下恒载主梁弯矩；
[0036]图8是本发明的桩柱式连续刚构桥整体升温桥梁变形图；
[0037]图9是常规连续刚构桥梁整体升温桥梁变形图；
[0038]图10是本发明的桩柱式连续刚构桥整体降温桥梁变形图；
[0039]图11是常规连续刚构桥梁整体降温桥梁变形图；
[0040]图12是桩柱之间钢筋布置示意图。
[0041]图中标记:1-主梁，2-基岩，3-灌注桩，31-下桩，311-下桩纵向钢筋，312-下桩箍筋，32-上柱，321-上柱连续纵向钢筋，322-上柱箍筋，323-上柱分段纵向钢筋，33-桩柱过渡段，332-桩柱过渡段箍筋，333-桩柱过渡段下截面，4-桥墩，5-主梁连接部，6-承台，
7-上承台，8-底板，9-水位线，30-群桩基础。
【具体实施方式】
[0042]如图1所示的现有常规连续刚构桥梁，灌注桩3注入安装在中风化基岩2以下，并由多根灌注桩3形成的群桩基础30上部设置一个承台6，承台6上有设置一段高度较高的桥墩4，桥墩4与主梁I上的主梁连接部5相连接，最终形成主梁的支撑结构。在这种常规的支撑结构中，对于主梁受力时所发生的震动、变形等，是由具有柔性变形功能的桥墩4来吸收、抵消，灌注桩3主要是承受其压力作用。如图2所示，在山区水库等场合，由于水位线9较高，受到施工条件等限制，相应的灌注桩3、承台6的高度要高于水位线9的高度，在桥梁整体高度不变时，使桥墩4的高度也就受到限制变得较低，桥墩4起到的柔性变形作用降低，对整体桥梁的安全、使用造成影响。
[0043]在现有常规的刚构桥梁的灌注桩的配筋要求是根据《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG D63-2007)中的规范条文5.3.4款，单桩轴向受压承载力容许值[Ra]，按下式计算:
【权利要求】
1.桩柱式连续刚构桥梁，包括主梁(I)、两跨主梁之间的主梁连接部(5)、由一组灌注桩(3)构成的群桩基础(30)，其特征在于: 灌注桩(3)与主梁连接部(5)之间采用刚性连接； 所述灌注桩(3)分为与主梁连接部(5)连接的上柱(32)和注入到基岩中的下桩(31); 所述上柱(32)按照下列承载能力极限状态计算和正常使用极限状态计算后配置纵向钢筋； 所述下桩(31)按照桩基要求配置纵向钢筋； 在所述的下桩(31)与上柱(32)之间设置有桩柱过渡段(33)，所述的桩柱过渡段(33)内的纵向钢筋与其上柱(32)的纵向配筋相同。
2.如权利要求1所述的桩柱式连续刚构桥梁，其特征在于:上柱(32)的纵向钢筋分为上柱连续纵向钢筋(321)和上柱分段纵向钢筋(323)； 所述上柱连续纵向钢筋(321)与下桩(31)的下桩纵向钢筋(311)配置相同，并连续钢筋贯通上柱(32)、桩柱过渡段(33)和下桩(31)； 所述上柱分段纵向钢筋(323)的下段设置在桩柱过渡段(33)的桩柱过渡段下截面(333)处。
3.如权利要求2所述的桩柱式连续刚构桥梁，其特征在于:所述桩柱过渡段(33)的桩柱过渡段箍筋(332)之间的间距小于下桩(31)的下桩箍筋(312)的间距，且至少与上柱(32)的上柱箍筋(322)的间距`相等。
4.如权利要求3所述的桩柱式连续刚构桥梁，其特征在于:对于高裂度地震区，桩柱过渡段箍筋(332)之间的间距小于上柱箍筋(322)的间距。
5.如权利要求1所述的桩柱式连续刚构桥梁，其特征在于:所述的桩柱过渡段(33)设置在基岩(2)中风化界限以上1.0d和基岩2中风化界限以下3.0d范围内，其中d为灌注桩(3)直径。
6.如权利要求1所述的桩柱式连续刚构桥梁，其特征在于:在所述主梁连接部(5)的下部设置有一体的底板(8);所述的底板(8)的配筋结构采用与常规连续刚构桥梁的承台(6)相同的配筋结构。
7.如权利要求6所述的桩柱式连续刚构桥梁，其特征在于:主梁连接部(5)与底板(8)的厚度之和不小于常规连续刚构桥的承台(6)的厚度。
8.如权利要求1所述的桩柱式连续刚构桥梁，其特征在于:当主梁(I)宽度小于一组群桩基础(30 )横截面宽度时，在群桩基础(30 )上部设置有承台(6 )，在承台(6 )与主梁连接部(5)之间设置有上承台(7)。
9.如权利要求6所述的桩柱式连续刚构桥梁，其特征在于:所述的上承台(7)高度为I ~1.5M。
10.如权利要求1所述的桩柱式连续刚构桥梁的施工方法，其步骤包括: (1)在岸边拼装浮箱，并在浮箱上拼装龙门架； (2)将拼装好的浮箱龙门架系统，使用如小型船只、卷扬机等牵引装置牵引，将浮箱龙门架系统牵引到桥梁群桩基础位置就位，设置拉缆索调整和固定浮箱龙门架系统形成第一次施工平台； (3)在龙门架上安装起重系统形成浮箱龙门架吊装系统；(4)利用浮箱龙门架吊装系统下放桩基钢护筒，并采用护筒跟进及振动沉桩技术使护筒可靠嵌入基岩内，其后将第一次施工平台转换至桩基钢护筒上形成第二次施工平台； (5)在第二次施工平台上安装钻孔机械施工灌注桩及河床以上灌注桩，下桩和上柱浇筑完成后截桩并接长钢护筒，上移第二次施工平台施工其余灌注桩，直至群桩基础位置的所有灌注桩浇筑施工完成； (6)最后与常规连续刚构桥梁相同工艺施工主梁。
11.如权利要求10所述的桩柱式连续刚构桥梁的施工方法，其特征在于，在步骤(6)中增加对承台(6)和上承台(7) 的施工步骤。
【文档编号】E02D5/38GK103510458SQ201310438398
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年9月24日 优先权日:2013年9月24日
【发明者】胡德贵, 汪军, 李本伟, 庄卫林, 宋恒扬, 刘蕾蕾, 吴涤, 冮大兴, 吉随旺, 贺智功, 卢小锋, 任德庆, 肖德仁, 陈应忠 申请人:四川省交通运输厅公路规划勘察设计研究院