CN106049259A - 一种桥梁整体装配式桥墩及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桥梁整体装配式桥墩及施工方法，其结构体系由装配式PHC管桩、装配式承台、装配式系梁、节段预制墩身及装配式盖梁等构件组成。所述装配式承台、装配式系梁、节段预制墩身及装配式盖梁各构件采用钢管+预应力体系连接。安装过程中各构件先穿预应力束，在自重条件下由钢管套筒完成定位及连接后统一张拉预应力钢束形成体系。本发明各构件均采用工厂化生产、装配化安装工艺，缩短施工周期且利于环保；部分构件采用高强度混凝土利于节材降低造价，可拆卸可更换可重复利用，利于节能减排；体系抗震性能优越。

Description

一种桥梁整体装配式桥墩及施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁工程建设领域，特别是涉及一种桥梁整体装配式桥墩的构造形式及施工方法。

背景技术

装配式桥墩是将桥墩沿竖向模块化拆分为数个构件，如盖梁(墩帽)、墩身、承台、桩基等，在工厂或者预制场地上进行制作，然后运输至施工场地进行现场拼装。与现浇构件相比，其优点主要有：工厂化预制与现场其他阶段施工可同时进行，缩短工期；工厂标准化制作，利于质量保证，降低人力成本；利于环保且复杂气候及环境下适应性更强。这与现代桥梁工程的发展相符。

目前，关于装配化桥梁下部结构的应用报道，主要局限于跨海大桥及城市高架桥等应用领域。传统的桥梁下部结构预制构件混凝土及钢材用量与现浇结构相当，考虑运输及吊装成本后经济性处于劣势。其次，既有的预制构件拼装连接方式包括法兰焊接、现浇嵌入式及钢筋锚固式等，其工艺相对繁杂、施工难度较高且抗震性能不足。

发明内容

本发明所要求解决的技术问题是针对上述现有问题的不足，提供一种桥梁整体装配式桥墩及施工方法，采用高强度混凝土管桩柱以利于节材降低造价，简化预制构件拼装连接工艺以提高工程效率及可靠性，同时提升装配化桥梁下部结构的抗震性能。

一种桥梁整体装配式桥墩，包括2组装配式PHC管桩1、2个装配式承台2、1个装配式系梁3、2个节段预制墩身4、1个装配式盖梁5、2个墩身锚固端基座7。其中，装配式PHC管桩1为群桩体系结构。在每个装配式PHC管桩1的顶部连接一个装配式承台2。2个装配式承台2之间由装配式系梁3连接。

在每个装配式承台2的顶部均设有一个墩身锚固端基座7。通过预应力将节段预制墩身4及装配式盖梁5安装在墩身锚固端基座7的顶部。

采用本发明所述的一种桥梁整体装配式桥墩的施工方法，按如下步骤进行：

步骤1：采用静压法、锤击法或植入法进行装配式PHC管桩1的现场安装。桩体按垂度不大于1％且桩位坐标偏差不大于2cm控制精度。

步骤2：装配式PHC管桩1成桩后，吊装装配式承台2及装配式系梁3，通过装配式承台2底板预留管桩接孔8定位并现场焊接调平。

步骤3：逐个安装节段预制墩身4，穿束后在重力作用下由钢管套筒6自动完成定位连接。

步骤4：预制墩身吊装完成后，架设装配式盖梁5，最后统一张拉预应力钢束形成体系。

优选地，所述装配式PHC管桩1及节段预制墩身4均采用离心工艺，经过高压高温蒸养护，制成一种空心圆筒型混疑土预制构件。上述构件混凝土等效强度达C70级以上。装配式PHC管桩1采用静压法、锤击法或植入法进行施工。

所述装配式承台2、装配式系梁3、节段预制墩身4及装配式盖梁5的连接方式采用钢管+柔性预应力束体系，所述体系由钢管套筒6及柔性预应力钢束构成。优选地，钢管+柔性预应力束体系不采用注浆工艺，使得节段预制墩身4及装配式盖梁5可拆卸可更换可重复利用。

所述钢管套筒6采用高强耐候钢，全截面均为环形截面，其中插入端内径D₁壁厚t＝2～5mm，被插入端内径D₂＝D₁+10mm壁厚t＝2～5mm，插入端预留接头不小于20cm。所述钢管套筒6兼顾预应力孔道、预制墩柱节段抗弯剪连接构件、预制墩柱节段骨架纵向主筋等多重功能。

所述装配式承台2，内置墩身锚固端基座7，采用工厂化整体制作，其内部预留后浇部分，便于装配式PHC管桩1、装配式承台2、装配式系梁3三种预制构件的有效连接。其中，装配式承台2底板预留管桩接孔8，承台预制过程不截断底板主筋，满足规范构造要求同时利于承台对接桩顶的安装定位。

本发明的桥梁整体装配式桥墩的主要优点有：

一、本发明所有构件均采用工厂标准化制作后，统一装配形成体系，利于质量保证并缩短工期，同时降低人力成本。部分构件装配式PHC管桩1及节段预制墩身4采用高强度混凝土利于节材且降低造价。

二、本发明对于承台以上构件引入钢管+柔性预应力束的连接方式，简化了构件连接工艺，承台调平及吊装对孔后在重力作用下可自动完成连接，克服了施工过程墩身垂直度难以控制的问题。同时实现了节段预制墩身4及装配式盖梁5可拆卸可更换可重复利用，利于节能减材及环境保护。

三、本发明引入的钢管+柔性预应力束体系，相比较与现浇钢筋混凝土墩柱，其理论含钢量无需增加，同时钢管套筒与预应力束协同工作对于预制构件关键部位的连接及抗震性能提供保障。体系的抗震工作原理分为四个阶段：阶段①接缝面9受压至消压→阶段②接缝张开+预应力束弹性拉伸→阶段③接缝张开+预应力束弹性拉伸阶段+钢管弹性压弯联合受力→阶段④体系极限破坏。

其中阶段②和阶段③为预应力束弹性拉伸阶段，可理解为将地震产生的动能转化为柔性预应力拉索伸长及节段拼装构件位移的可控势能。对于阶段③，钢管本身参与协调受力，并对柔性预应力束提供有效保护及约束，有效弥补了传统的节段拼装构件连接方式的不足，同时提升了整个体系的抗震性能。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明中节段预制墩身4及其内置钢管套筒6的立体结构示意图。

图3为图2中内置钢管套筒6的立体结构示意图。

图4为图1中设有底板预留管桩接孔8的装配式承台2、装配式系梁3、及墩身锚固端基座7连接关系的立体示意图。

图5为图1的主视图。

图6为图1的俯视图。

图7为移去装配式盖梁5、装配式PHC管桩1后的图1的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施进一步说明本发明的实质内容，但本发明的内容并不限于此。

参见图1和5，一种桥梁整体装配式桥墩：包括2组装配式PHC管桩1、2个装配式承台2、1个装配式系梁3、2个节段预制墩身4、1个装配式盖梁5、2个墩身锚固端基座7。其中，装配式PHC管桩1为群桩体系结构，如图2和3所示。在每个装配式PHC管桩1的顶部连接一个装配式承台2。2个装配式承台2之间由装配式系梁3连接。

在每个装配式承台2的顶部均设有一个墩身锚固端基座7，如图4所示。通过预应力将节段预制墩身4及装配式盖梁5安装在墩身锚固端基座7的顶部，如图1、5所示。

参见图2和3，进一步说，所述节段预制墩身4呈圆柱状。在节段预制墩身4内埋设有钢管套筒6。在钢管套筒6内设有预应力钢束。

参见图2和3，进一步说，沿着节段预制墩身4的圆周方向，在节段预制墩身4内均布有12根以上的钢管套筒6。进一步说，所述钢管套筒6呈上部凸起连接端小、下部被插入端大的形状布置。其特点是所述钢管套筒6的水平截面为环形。

参见图3、4和6，进一步说，装配式承台2呈矩形块状。在装配式承台2的顶部设有矩形凹槽。在装配式承台2的矩形凹槽内设有墩身锚固端基座7。所述装配式承台2与墩身锚固端基座7固定连接。

参见图4和7，进一步说，在装配式承台2的底部设有底板预留管桩接孔8。

参见图1、6和7，进一步说，装配式承台2呈矩形块状。在装配式承台2的底部设有4个以上的底板预留管桩接孔8。在每个底板预留管桩接孔8内均安装一个装配式PHC管桩1。

进一步说，装配式PHC管桩1及节段预制墩身4均采用离心工艺制作，且均经过高压高温蒸养。装配式PHC管桩1及节段预制墩身4均为空心圆筒型的混疑土预制结构。

进一步说，钢管套筒6采用Q345及以上耐候钢材质。钢管套筒6为锥形管。所述钢管套筒6的底部端面的大、顶部端面的小。令顶部端面的内径为D₁，底部端面内径为D₂，则：D₂＝D₁+10mm。钢管套筒6的壁厚t＝2～5mm，插入端预留接头不小于20cm。

参见图1，进一步说，在装配式盖梁5的两端均设有钢管套筒6。在装配式盖梁5端部的钢管套筒6的数量及安装位置，与相邻节段预制墩身4内的钢管套筒6的数量与位置相对应。在墩身锚固端基座7内设有钢管套筒6。墩身锚固端基座7内钢管套筒6的数量及安装位置，与相邻节段预制墩身4内的钢管套筒6的数量与位置相对应。

预应力钢束依次穿过墩身锚固端基座7内的钢管套筒6、节段预制墩身4内的钢管套筒6、装配式盖梁5内的钢管套筒6，在自重条件下实现装配式承台2、墩身锚固端基座7、节段预制墩身4、和装配式盖梁5之间的定位及连接，最后将实现装配式承台2、墩身锚固端基座7、节段预制墩身4、和装配式盖梁5统一张拉形成体系。

采用本发明所述的一种桥梁整体装配式桥墩的施工方法，按如下步骤进行：

步骤1：采用静压法、锤击法或植入法进行装配式PHC管桩1的现场安装。桩体按垂度不大于1％且桩位坐标偏差不大于2cm控制精度。

步骤2：装配式PHC管桩1成桩后，吊装装配式承台2及装配式系梁3，通过装配式承台2底板预留管桩接孔8定位并现场焊接调平。

步骤3：逐个安装节段预制墩身4，穿束后在重力作用下由钢管套筒6自动完成定位连接。

步骤4：预制墩身吊装完成后，架设装配式盖梁5，最后统一张拉预应力钢束形成体系。

本发明提出的桥梁整体装配式桥墩由装配式PHC管桩1、装配式承台2、装配式系梁3、节段预制墩身4及装配式盖梁5等构件相结合共同构成的。各构件均采用工厂化生产、装配化安装工艺。节段预制墩身4及装配式盖梁5构件采用高强度混凝土材料，可拆卸可更换可重复利用。具有经济性良好、可缩短施工周期、利于环保及抗震性能优越等优点，可广泛用于对常规各类桥梁的下部结构。

本实施例的施工过程：阶段一：所述PHC管桩1采用PHC600(130)型，桩尖类型为开口型，桩身混凝土强度等级为C80。采用静压法、锤击法或植入法进行PHC管桩1的现场安装。桩体按垂度不大于1％且桩位坐标偏差不大于2cm控制精度。阶段二：PHC管桩1成桩后，吊装装配式承台2及装配式系梁3，吊装过程推荐采用PE缠绕法对内置墩身锚固端基座7伸出部分预置预应力束的保护，通过装配式承台2底板预留管桩接孔8定位并现场焊接调平。阶段三：逐个安装节段预制墩身4，穿束后在重力作用下由钢管套筒6自动完成定位连接。钢管套筒(6)采用高强耐候钢，全截面均为环形截面，其中插入端内径60mm(壁厚t＝3mm)，被插入端内径D₂＝70mm(壁厚t＝3mm)，插入端预留接头25cm。阶段四：预制墩身吊装完成后，架设装配式盖梁5，最后统一张拉柔性预应力钢束形成体系。

Claims (10)

1.一种桥梁整体装配式桥墩，其特征在于：包括2组装配式PHC管桩(1)、2个装配式承台(2)、1个装配式系梁(3)、2个节段预制墩身(4)、1个装配式盖梁(5)、2个墩身锚固端基座(7)；其中，装配式PHC管桩(1)为群桩体系结构；在每个装配式PHC管桩(1)的顶部连接一个装配式承台(2)；2个装配式承台(2)之间由装配式系梁(3)连接；

在每个装配式承台(2)的顶部均设有一个墩身锚固端基座(7)；通过预应力将节段预制墩身(4)及装配式盖梁(5)安装在墩身锚固端基座(7)的顶部。

2.根据权利要求1所述的一种桥梁整体装配式桥墩，其特征在于：所述节段预制墩身(4)呈圆柱状；在节段预制墩身(4)内埋设有钢管套筒(6)；在钢管套筒(6)内设有预应力钢束。

3.根据权利要求2所述的一种桥梁整体装配式桥墩，其特征在于：沿着节段预制墩身(4)的圆周方向，在节段预制墩身(4)内均布有12根以上的钢管套筒(6)。

4.根据权利要求1所述的一种桥梁整体装配式桥墩，其特征在于：装配式承台(2)呈矩形块状；在装配式承台(2)的顶部设有矩形凹槽；在装配式承台(2)的矩形凹槽内设有墩身锚固端基座(7)；所述装配式承台(2)与墩身锚固端基座(7)固定连接。

5.根据权利要求1所述的一种桥梁整体装配式桥墩，其特征在于：在装配式承台(2)的底部设有底板预留管桩接孔(8)。

6.根据权利要求5所述的一种桥梁整体装配式桥墩，其特征在于：装配式承台(2)呈矩形块状；在装配式承台(2)的底部设有4个以上的底板预留管桩接孔(8)；在每个底板预留管桩接孔(8)内均安装一个装配式PHC管桩(1)。

7.根据权利要求1所述的一种桥梁整体装配式桥墩，其特征在于：装配式PHC管桩(1)及节段预制墩身(4)均采用离心工艺制作，且均经过高压高温蒸养；装配式PHC管桩(1)及节段预制墩身(4)均为空心圆筒型的混疑土预制结构。

8.根据权利要求2或3所述的一种桥梁整体装配式桥墩，其特征在于：钢管套筒(6)采用Q345及以上耐候钢材质；钢管套筒(6)为锥形管；所述钢管套筒(6)的底部端面的大、顶部端面的小；令顶部端面的内径为D₁，底部端面内径为D₂，则：D₂＝D₁+10mm；钢管套筒(6)的壁厚t＝2～5mm。

9.根据权利要求2或3所述的一种桥梁整体装配式桥墩，其特征在于：在装配式盖梁(5)的两端均设有钢管套筒(6)；在装配式盖梁(5)端部的钢管套筒(6)的数量及安装位置，与相邻节段预制墩身(4)内的钢管套筒(6)的数量与位置相对应；

在墩身锚固端基座(7)内设有钢管套筒(6)；墩身锚固端基座(7)内钢管套筒(6)的数量及安装位置，与相邻节段预制墩身(4)内的钢管套筒(6)的数量与位置相对应；

预应力钢束依次穿过墩身锚固端基座(7)内的钢管套筒(6)、节段预制墩身(4)内的钢管套筒(6)、装配式盖梁(5)内的钢管套筒(6)，在自重条件下实现装配式承台(2)、墩身锚固端基座(7)、节段预制墩身(4)、和装配式盖梁(5)之间的定位及连接，最后将实现装配式承台(2)、墩身锚固端基座(7)、节段预制墩身(4)、和装配式盖梁(5)统一张拉形成体系。

10.采用权利要求1至9所述的一种桥梁整体装配式桥墩的施工方法，其特征在于：按如下步骤进行：

步骤1：采用静压法、锤击法或植入法进行装配式PHC管桩(1)的现场安装。桩体按垂度不大于1％且桩位坐标偏差不大于2cm控制精度；

步骤2：装配式PHC管桩(1)成桩后，吊装装配式承台(2)及装配式系梁(3)，通过装配式承台(2)底板预留管桩接孔(8)定位并现场焊接调平；

步骤3：逐个安装节段预制墩身(4)，穿束后在重力作用下由钢管套筒(6)自动完成定位连接；

步骤4：预制墩身吊装完成后，架设装配式盖梁(5)，最后统一张拉预应力钢束形成体系。