CN104612142A - 一种基于复合柔性桩的整体式桥台桥梁构造及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及桥梁领域，尤其涉及一种基于复合柔性桩的整体式桥台桥梁构造及其施工方法，包括沿护坡卧放设置的桥台，所述桥台由埋设于护坡内的若干竖直柔性桩支撑，所述柔性桩由埋设于地表线下地质中的普通混凝土区域和连接于其上的超高性能纤维混凝土复合材料区域组成，所述桥台及柔性桩与岸边地面之间的空间里堆设有填土，所述填土上铺设有搭板，所述搭板的近台端与放置于桥台上的主梁端部相搭接。来消除因普通混凝土桩水平刚度大，纵桥向变形能力差，普通混凝土抗拉强度设计值小，在外界作用下容易产生混凝土开裂，甚至最终导致桩基结构截面断裂失效等问题。

Description

一种基于复合柔性桩的整体式桥台桥梁构造及其施工方法
技术领域
本发明涉及桥梁领域，尤其涉及一种基于复合柔性桩的整体式桥台桥梁构造及其施工方法。
背景技术
由于整体式桥台桥梁的桥台与主梁梁端整体浇筑，取消了桥梁支座，并取消了桥梁的伸缩缝，从而节省了桥梁的养护费用；改善了行车状况；提高了桥梁的耐久性。因此整体式桥台桥梁的设计方案受到国内外广大工程师的认可。但是由于整体式桥台桥梁的上部结构和下部结构被浇筑成整体，取消了伸缩装置，这使得主梁的任何一个微小的伸缩变形，都将影响下部结构的受力状况。为了适应上部结构的变形，桥台处的桩基础的纵桥向抗弯刚度不能过大，设计时通常采用柔性桩，国外一般以H型钢桩为主。
虽然H型钢桩的纵桥向抗推柔度大，能够很好的适应整体式桥台桥梁上部结构的纵向变形，但是H型钢桩在地质条件恶劣的情形下容易腐蚀失效，耐久性较差。另外，我国桥梁设计基本以普通混凝土桩为主，而常规的普通钢筋混凝土桩在纵桥向的抗弯刚度大，变形能力差，并且整体式桥台桥梁在受力时产生的桩基截面拉应力往往超过了混凝土的抗拉强度设计值，导致混凝土开裂，甚至桩基在使用过程中出现断桩的现象，极大的影响了桥梁的安全性能。再者，钢桩价格高，钢桩在施工捶击时桩头常常屈曲；桩底遇到孤石时，钢桩也会发生屈曲。对软土地基或者液化砂土区，H型钢桩因为截面单薄，更容易在地震作用力下发生屈曲。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于复合柔性桩的整体式桥台桥梁构造及其施工方法，来消除因普通混凝土桩水平刚度大，纵桥向变形能力差，普通混凝土抗拉强度设计值小，在外界作用下容易产生混凝土开裂，甚至最终导致桩基结构截面断裂失效的问题。
本发明的技术方案在于：一种基于复合柔性桩的整体式桥台桥梁构造，包括沿护坡卧放设置的桥台，所述桥台由埋设于护坡内的若干竖直柔性桩支撑，所述柔性桩由埋设于地表线下地质中的普通混凝土区域和连接于其上的超高性能纤维混凝土复合材料区域组成，所述桥台及柔性桩与岸边地面之间的空间里堆设有填土，所述填土上铺设有搭板，所述搭板的近台端与放置于桥台上的主梁端部相搭接。
优选的，所述主梁端部设置有塌陷部，所述搭板与主梁端部的塌陷部相搭接，所述主梁、搭板及土堆的上表面还铺设有铺装层。
优选的，所述超高性能纤维混凝土复合材料区域的下部埋设于地质中与普通混凝土区域相连接。
优选的，所述超高性能纤维混凝土复合材料区域的混凝土材料为ECC混凝土材料、UHPC混凝土材料或UHPFRC。
一种基于复合柔性桩的整体式桥台桥梁构造的施工方法，包括以下步骤：
1）通过整体式桥台桥梁的结构受力性能分析，求出柔性桩的内力图，并计算出桩身截面的应力值，以确定超高性能纤维混凝土复合材料区域的长度；
2）根据步骤1计算所得施工柔性桩基：从柔性桩底部的普通混凝土区域开始往上施工，继而施工超高性能混凝土区域；
3）于柔性桩上端浇筑桥台；
4）吊装主梁，并将桥台与主梁梁端整体浇筑成一体；
5）依次砌筑翼墙、回填桥台后填土、砌筑桥台护坡及浇筑搭板；
6）于搭板及主梁上表面浇筑铺装层。
优选的，所述步骤1中取柔性桩弯矩值第一个零点处作为超高性能纤维混凝土复合材料区域和普通混凝土区域的分界点。
优选的，当柔性桩根据弯矩第一个零点处求得的超高性能纤维混凝土复合材料区域长度较大时，通过对柔性桩应力计算求得分界点；当柔性桩的拉应力小于普通混凝土抗拉强度设计值时，该处作为超高性能纤维混凝土复合材料区域和普通混凝土区域的分界点。
优选的，所述超高性能纤维混凝土复合材料区域的长度取桥台以下L≤3m。
优选的，所述超高性能纤维混凝土复合材料区域浇筑的混凝土经常规搅拌工艺，将水泥、硅灰、磨细沙、钢纤维、水、高效减水剂按0.50~0.60：0.40~0.50：1.20~1.50：1.50~2.00：0.10~0.25：0.007~0.010的配合比搅拌制得。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：该发明设计合理、施工方便，通过对整体式桥台桥梁结构受力性能分析，运用不同性能的混凝土材料来满足柔性桩基复杂的结构受力形式，可以有效地解决整体式桥台桥梁中使用混凝土桩基在结构受力下混凝土容易开裂的问题，从而提高整体式桥台桥梁的受力性能。在不开裂（即不降低耐久性和竖向承载能力情况下）提高温度吸纳性能（也就可增加无缝桥的桥梁总长），特别适用于整体无缝桥。正常使用或地震作用下，此结构都是有很大的优点。
附图说明                                                                                                   
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的侧视图；
图3为本发明的柔性桩桩身弯矩示意图；
图4为本发明的柔性桩桩身截面应力示意图；
图5为本发明的施工过程示意图一；
图6为本发明的施工过程示意图二；
图7为本发明的施工过程示意图三；
图8为本发明的施工过程示意图四；
    图中：1-主梁  2-桥台  3-柔性桩  4-超高性能纤维混凝土复合材料区域  5-普通混凝土区域  6-桥台护坡  7-搭板  8-填土  9-地表线  10-地质  11-桩长  12-桩身应力  13-桩长弯矩  14-拉压力  15-压应力  16-普通混凝土抗拉强度设计值  17-弯矩第一反弯点  18-铺装层。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本发明并不限于此。
参考图1至图8
一种基于复合柔性桩的整体式桥台桥梁构造，包括沿护坡6卧放设置的桥台2，所述桥台由埋设于护坡内的若干竖直柔性桩3支撑，所述柔性桩由埋设于地表线9下地质10中的普通混凝土区域5和连接于其上的超高性能纤维混凝土复合材料区域4组成，所述桥台及柔性桩与岸边地面之间的空间里堆设有填土8，所述填土上铺设有搭板7，所述搭板的近台端与放置于桥台上的主梁1端部相搭接。
本实施例中，所述普通混凝土区域的径向截面呈矩形，所述超高性能纤维混凝土复合材料区域的径向截面呈H型且其下部设置有穿出其下端的竖向钢筋，所述竖向钢筋伸出段与普通混凝土桩段浇筑成一体；所述竖向钢筋布设于超高性能纤维混凝土复合材料桩段的H型截面的翼缘处，且H型截面的翼缘处分别布设有4根竖向钢筋。
本实施例中，为了便于搭板与主梁的搭接，所述主梁端部设置有塌陷部，所述搭板与主梁端部的塌陷部相搭接，所述主梁、搭板及土堆的上表面还铺设有铺装层18。
本实施例中，所述超高性能纤维混凝土复合材料区域的下部埋设于地质中与普通混凝土区域相连接。
本实施例中，所述超高性能纤维混凝土复合材料区域的混凝土材料为ECC混凝土材料、UHPC混凝土材料或UHPFRC。到底采用何种高韧性或抗拉强度材料，具体可根据整体式桥台桥梁上部结构纵桥向位移大小、拉应力大小、环境腐蚀性、经济性等决定。
实际施工过程中，根据柔性桩不同区域受力性能的差异，采用不同的材料浇筑，形成沿桩长方向上基于混凝土材料不同的复合型结构。柔性桩在桥梁上部结构恒载、车辆和人群活载以及温度等作用下产生的内力通过主梁及桥台传递到柔性桩吸收。柔性桩在结构受力性能上表现为超高性能纤维混凝土复合材料区域以压弯为主，产生较大的拉应力，由高韧性、高抗拉压、高抗裂、高耐久性的超高性能纤维混凝土复合材料承担；普通混凝土区域以轴向受压为主，产生较大的压应力，可由经济性好的、抗压性能好的普通混凝土承担。
一种基于复合柔性桩的整体式桥台桥梁构造的施工方法，包括以下步骤：
1）通过整体式桥台桥梁的结构受力性能分析，求出柔性桩的内力图，并计算出桩身截面的应力值，以确定超高性能纤维混凝土复合材料区域的长度；
2）根据步骤1计算所得施工柔性桩基：从柔性桩底部的普通混凝土区域开始往上施工，该区域与常规桥梁桩基的施工方法一样，可使用钻孔灌注桩和人工挖孔桩，继而施工超高性能混凝土区域，当超高性能混凝土区域在地表线以上时，施工比较方便，可立模板浇筑；当该区域进入地表线以下时，在施工中要保证超高性能混凝土浇筑的质量，防止超高性能混凝土收到泥浆等物体的污染；
3）于柔性桩上端浇筑桥台；
4）吊装主梁，并将桥台与主梁梁端整体浇筑成一体；
5）依次砌筑翼墙、回填桥台后填土、砌筑桥台护坡及浇筑搭板；
6）于搭板及主梁上表面浇筑铺装层。
本实施例中，所述步骤1中取柔性桩弯矩值第一个零点处作为超高性能纤维混凝土复合材料区域和普通混凝土区域的分界点。
本实施例中，当柔性桩根据弯矩第一个零点处求得的超高性能纤维混凝土复合材料区域长度较大时，通过对柔性桩应力计算求得分界点；当柔性桩的拉应力14小于普通混凝土抗拉强度设计值时，该处作为超高性能纤维混凝土复合材料区域和普通混凝土区域的分界点。
本实施例中，所述超高性能纤维混凝土复合材料区域的长度取桥台以下L≤3m即可满足设计要求，因此该施工难度不大，能保证本发明的实施。
本实施例中，所述超高性能纤维混凝土复合材料区域浇筑的混凝土经常规搅拌工艺，将水泥、硅灰、磨细沙、钢纤维、水、高效减水剂按0.50~0.60：0.40~0.50：1.20~1.50：1.50~2.00：0.10~0.25：0.007~0.010的配合比搅拌制得，自然养护7天的标准立方体试块，其抗压强度可达到143.6Mpa。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的基于高性能纤维混凝土复合材料制成的复合柔性桩基并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1. 一种基于复合柔性桩的整体式桥台桥梁构造，包括沿护坡卧放设置的桥台，其特征在于，所述桥台由埋设于护坡内的若干竖直柔性桩支撑，所述柔性桩由埋设于地表线下地质中的普通混凝土区域和连接于其上的超高性能纤维混凝土复合材料区域组成，所述桥台及柔性桩与岸边地面之间的空间里堆设有填土，所述填土上铺设有搭板，所述搭板的近台端与放置于桥台上的主梁端部相搭接。
2. 根据权利要求1所述的一种基于复合柔性桩的整体式桥台桥梁构造，其特征在于，所述主梁端部设置有塌陷部，所述搭板与主梁端部的塌陷部相搭接，所述主梁、搭板及土堆的上表面还铺设有铺装层。
3. 根据权利要求1所述的一种基于复合柔性桩的整体式桥台桥梁构造，其特征在于，所述超高性能纤维混凝土复合材料区域的下部埋设于地质中与普通混凝土区域相连接。
4. 根据权利要求1或3所述的一种基于复合柔性桩的整体式桥台桥梁构造，其特征在于，所述超高性能纤维混凝土复合材料区域的混凝土材料为ECC混凝土材料、UHPC混凝土材料或UHPFRC。
5. 一种如权利要求1所述的基于复合柔性桩的整体式桥台桥梁构造的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）通过整体式桥台桥梁的结构受力性能分析，求出柔性桩的内力图，并计算出桩身截面的应力值，以确定超高性能纤维混凝土复合材料区域的长度；
2）根据步骤1计算所得施工柔性桩基：从柔性桩底部的普通混凝土区域开始往上施工，继而施工超高性能混凝土区域；
3）于柔性桩上端浇筑桥台；
4）吊装主梁，并将桥台与主梁梁端整体浇筑成一体；
5）依次砌筑翼墙、回填桥台后填土、砌筑桥台护坡及浇筑搭板；
6）于搭板及主梁上表面浇筑铺装层。
6. 根据权利要求5所述的一种基于复合柔性桩的整体式桥台桥梁构造的施工方法，其特征在于，所述步骤1中取柔性桩弯矩值第一个零点处作为超高性能纤维混凝土复合材料区域和普通混凝土区域的分界点。
7. 根据权利要求6所述的一种基于复合柔性桩的整体式桥台桥梁构造的施工方法，其特征在于，当柔性桩根据弯矩第一个零点处求得的超高性能纤维混凝土复合材料区域长度较大时，通过对柔性桩应力计算求得分界点；当柔性桩的拉应力小于普通混凝土抗拉强度设计值时，该处作为超高性能纤维混凝土复合材料区域和普通混凝土区域的分界点。
8. 根据权利要求5或7所述的一种基于复合柔性桩的整体式桥台桥梁构造的施工方法，其特征在于，所述超高性能纤维混凝土复合材料区域的长度取桥台以下L≤3m。
9. 根据权利要求5所述的一种基于复合柔性桩的整体式桥台桥梁构造的施工方法，其特征在于，所述超高性能纤维混凝土复合材料区域浇筑的混凝土经常规搅拌工艺，将水泥、硅灰、磨细沙、钢纤维、水、高效减水剂按0.50~0.60：0.40~0.50：1.20~1.50：1.50~2.00：0.10~0.25：0.007~0.010的配合比搅拌制得。
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