CN109183607A - 预制拼接uhpc管-混凝土超高桥墩及施工方法 - Google Patents

Abstract

预制拼接UHPC管‑混凝土超高桥墩，包括若干节UHPC管预制节段以及浇筑在该UHPC空心管预制节段内的普通混凝土，所述UHPC管预制节段为采用UHPC浇筑成型的UHPC空心管本体，所述空心管本体的上部管壁内预留有植筋孔，其下部管壁内预埋有高强钢筋，所述高强钢筋外伸长度与植筋孔深度相匹配；空心管本体的内侧壁间隔设有齿块，相邻齿块之间铺设有高强钢筋网。该超高桥墩中的UHPC管使普通混凝土（NSC）处于三向受压的状态，大幅提高了普通混凝土（NSC）的抗压强度，该超高桥墩的耐久性良好，受力性能优良，本发明还公开了预制拼接UHPC管‑混凝土超高桥墩的施工方法，施工工序简单，周期短，且设备投资成本低，施工效率高。

Description

预制拼接UHPC管-混凝土超高桥墩及施工方法

技术领域

本发明属于桥梁工程领域，尤其是涉及预制拼接UHPC管-混凝土超高桥墩及施工方法。

背景技术

目前，国内外超高桥墩普遍存在施工周期过长、施工便捷性较差、搭架与爬模等费用投入过大，以及墩身受力性能不佳等问题。且超高桥墩施工过程中，随着桥墩墩身高度的增加，施工周期也相应变长，从而导致的施工成本与安全风险因素也会增大，尤其是市政桥梁，施工周期过长，对城市交通影响极大，造成居民出行不便，甚至会引发交通事故。

现行超高桥墩采用爬模、滑模等施工方法模板投入量很大，受起吊能力的限制，超高桥墩必须配备大吨位的吊车或者塔吊，如CN107675610A公开了一种预制拼装桥墩节段连接的构造和作法，属于桥梁工程领域。该连接构造为基于超高性能混凝土(UHPC)、内套连接钢管和高强螺栓连接的预制拼装钢管混凝土桥墩。该连接构造中的预制钢管混凝土节段需要大吨位吊车吊装，若为了加快工期采用平行作业，将增加更多机械设备的投入，由此带来的高昂费用使得超高桥墩的经济效益大幅下降。

此外，钢筋混凝土超高桥墩易处于大偏心的弯压受力状态，桥墩偏心受压时，墩身容易产生裂缝，内部受力钢筋暴露于外部环境中更易于锈蚀，使得桥墩的承载能力和耐久性明显下降。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种施工简单，结构受力性能优良、耐久性好的预制拼接UHPC（超高性能混凝土，Ultra-High PerformanceConcrete，UHPC）管-混凝土超高桥墩及其施工方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

预制拼接UHPC管-混凝土超高桥墩，包括若干节UHPC管预制节段以及浇筑在该UHPC空心管预制节段内的普通混凝土，所述UHPC管预制节段为采用UHPC浇筑成型的UHPC空心管本体，所述空心管本体的上部管壁内预留有植筋孔，其下部管壁内预埋有高强钢筋，所述高强钢筋外伸长度与植筋孔深度相匹配；空心管本体的内侧壁间隔设有齿块，相邻齿块之间铺设有高强钢筋网。

在某一示范实施例中，所述高强钢筋网的横向钢筋植入空心管本体管壁内。

由于超高性能混凝土（UHPC）管对内部普通混凝土（NSC）的约束作用，使普通混凝土（NSC）处于三向受压的状态，大幅提高了普通混凝土（NSC）的抗压强度，同时超高性能混凝土（UHPC）超高的抗拉能力提高了桥墩的抗裂性能。在水平动荷载或地震作用下，超高性能混凝土（UHPC）管内部普通混凝土（NSC）的破坏由脆性破坏变成塑性破坏，构件延性性能得到极大改善，耗能能力明显提高，具有极好的抗震性能。

位于UHPC管预制节段接缝处的齿块有利于高强螺栓的安装定位，并通过高强钢筋网的横向钢筋植入空心管本体管壁内，使上下节段结合紧密，提高了UHPC空心管本体接缝处的抗弯抗剪能力，并提高整个预制拼接超高性能混凝土（UHPC）管的抗拉强度。

在某一示范实施例中，所述空心管本体的内侧壁设有凹槽，凹槽增大了预制拼接超高性能混凝土（UHPC）管内的普通混凝土（NSC）与UHPC管壁之间的咬合力，使两者结合紧密，共同工作，而且可以避免因普通混凝土（NSC）收缩而造成的结合面处的混凝土脱空等破坏现象，提高了UHPC管-混凝土超高桥墩结构的整体性并加强空心管本体接缝处的抗弯抗剪能力。

在某一示范实施例中，所述齿块内预留有放置高强螺栓的螺栓孔，所述高强螺栓穿设在相邻UHPC空心管预制节段的齿块的螺栓孔内，用于相邻齿块的连接。

在某一示范实施例中，齿块所处的空心管本体管壁顶部设有预埋钢板，所述预埋钢板设有坡口，空心管本体上下端面上的预埋钢板分别设有用于相邻空心管拼接的剪力键槽及对应匹配的剪力键。下方UHPC管预制节段顶部预埋钢板上的剪力键与上方UHPC管预制节段底部预埋钢板上的剪力键槽配合限位，并将上、下UHPC管预制节段的预埋钢板的坡口焊接。

预制拼接UHPC管-混凝土超高桥墩的施工方法，包括以下步骤：

1）UHPC管预制节段的预制：UHPC管预制节段的一端预留植筋孔，其另一端预埋高强钢筋，且高强钢筋的外伸部分长度与植筋孔的深度相匹配；

2）UHPC管预制节段的吊装拼接：从下往上将步骤1）中预制好的多个超高性能混凝土UHPC管预制节段依次拼装，在下方的UHPC管预制节段管壁上的植筋孔内注入适量无收缩速凝超高性能混凝土（UHPC）灌浆料，将上方的UHPC管预制节段管壁上的高强钢筋的外伸部分插入下方的UHPC管预制节段的植筋孔内，再将上、下UHPC管预制节段上的预留钢板的剪力键与剪力键槽配合限位，并将上、下UHPC管预制节段上的预埋钢板的坡口焊接；

然后，将高强螺栓穿过上、下UHPC管预制节段接缝处的齿块内的螺栓孔并拧紧，再在上、下UHPC管预制节段接缝处的相邻齿块之间的管壁内侧布设一层高强钢筋网，并将高强钢筋网的横向钢筋植入空心管内壁，使上下节段结合紧密，同时提高空心管的抗弯抗剪能力；

3）UHPC管内浇筑普通混凝土；

4）养护。

本发明预制拼接UHPC管-混凝土超高桥墩的有益效果：

1）与现有的普通钢-混混凝土桥墩相比，预制拼接UHPC管（超高性能混凝土管）-混凝土超高桥墩外部UHPC管基本上没有碱骨料反应和冻融循环破坏，其防水性能，抗渗性，抗化学腐蚀能力强，对桥墩本身起到了较好的保护作用，使超高桥墩内的高强钢筋免遭腐蚀；与现有的底部采用UHPC套筒和普通预制节段的组合桥墩相比，其整理受力分布更均匀，避免了超高桥墩中部接缝处耗能钢筋出现应力集中的现象，具有超强的耐久性，其耐久时间长达200年以上。

2）由于UHPC管（超高性能混凝土管）对内部普通混凝土（NSC）的约束作用，使普通混凝土（NSC）处于三向受压的状态，大幅提高了普通混凝土（NSC）的抗压强度，同时，UHPC管（超高性能混凝土管）超高的抗拉能力提高了桥墩的抗裂性能。在水平动荷载或地震作用下，超高性能混凝土（UHPC）管内部普通混凝土（NSC）的破坏由脆性破坏变成塑性破坏，构件延性性能得到极大改善，耗能能力明显提高，具有极好的抗震性能。

3）UHPC管（超高性能混凝土管）预制节段在工厂预制而成，在施工现场只需将空心管本体拼接并在空心管内浇筑普通混凝土（NSC），无需支模与拆模，施工便捷，只需短时间封闭交通，故对桥面交通基本没有影响；且由于UHPC管预制节段的自重轻，在施工时不需要大型的吊装设备，施工速度加快，施工费用大幅减少。

4）UHPC管预制节段的预制在工厂进行，基本不会对施工现场周围的环境造成污染；且与其他混凝土材料相比，超高桥墩利用超高性能混凝土（UHPC）制作UHPC管预制节段构件节能超过50％，CO2排放量也减少了一半左右，环境污染明显降低。

5）预制拼接超高性能混凝土（UHPC）管混凝土超高桥墩因其具有优良的力学性能和超强的耐久性，全寿命周期成本低于钢管混凝土与钢筋混凝土超高桥墩，后期桥墩维修所需费用最少。

本发明预制拼接UHPC管-混凝土超高桥墩的施工方法的有益效果：施工工序简单，周期短，且设备投资成本低，施工效率高。

附图说明

图1—为本发明预制拼接UHPC管-混凝土超高桥墩的主视图；

图2—为图1中UHPC管预制节段的剖面三维立体图；

图3—为本发明预制拼接UHPC管-混凝土超高桥墩拼接处截面放大图（A-B）；

图4—为本发明预制拼接UHPC管-混凝土超高桥墩的接缝平面图；

图5—为本发明预制拼接UHPC管-混凝土超高桥墩管壁接缝处齿块局部纵截面放大图；

图6—为本发明预制拼接UHPC管-混凝土超高桥墩管内壁接缝高强钢筋网局部纵截面放大图；

图7—为本发明预制拼接UHPC管-混凝土超高桥墩管内壁接缝高强钢筋网局部横截面放大图；

图中：1—UHPC管预制节段， 2—普通混凝土，3—高强钢筋， 4—齿块，5—螺栓孔，6—植筋孔， 7—预埋钢板，8—剪力键，9—凹槽，10—高强螺栓，11—无收缩速凝超高性能混凝土（UHPC）灌浆料，12—高强钢筋网，13—坡口，14—坡口焊缝。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

参照图1~7，本发明的预制拼接UHPC管-混凝土超高桥墩，包括若干节UHPC管预制节段1以及浇筑在该UHPC空心管预制节段内的普通混凝土2，所述UHPC管预制节段1为采用UHPC浇筑成型的UHPC空心管本体，所述空心管本体的上部管壁内预留有植筋孔6，其下部管壁内预埋有高强钢筋3，所述高强钢筋3外伸长度与植筋孔6深度相匹配；空心管本体的内侧壁间隔设有齿块4，相邻齿块4之间铺设有高强钢筋网12。

所述高强钢筋网12的横向钢筋植入空心管本体管壁内，高强钢筋网12确保相邻的UHPC管预制节段1结合紧密，共同工作。

由于超高性能混凝土（UHPC）管对内部普通混凝土2（NSC）的约束作用，使普通混凝土2（NSC）处于三向受压的状态，大幅提高了普通混凝土2（NSC）的抗压强度，同时超高性能混凝土（UHPC）超高的抗拉能力提高了桥墩的抗裂性能。在水平动荷载或地震作用下，超高性能混凝土（UHPC）管内部普通混凝土2（NSC）的破坏由脆性破坏变成塑性破坏，构件延性性能得到极大改善，耗能能力明显提高，具有极好的抗震性能。

位于UHPC管预制节段1接缝处的齿块4有利于高强螺栓10的安装定位，并通过高强钢筋网12的横向钢筋植入空心管本体管壁内，使上下节段结合紧密，提高了UHPC空心管本体接缝处的抗弯抗剪能力，并提高整个预制拼接超高性能混凝土（UHPC）管的抗拉强度。

所述空心管本体的内侧壁设有凹槽9，凹槽9增大了预制拼接超高性能混凝土（UHPC）管内的普通混凝土2（NSC）与UHPC管壁之间的咬合力，使两者结合紧密，共同工作，而且可以避免因普通混凝土2（NSC）收缩而造成的结合面处的混凝土脱空等破坏现象，提高了UHPC管-混凝土超高桥墩结构的整体性并加强空心管本体接缝处的抗弯抗剪能力。

所述齿块4内预留有放置高强螺栓10的螺栓孔5，所述高强螺栓10穿设在相邻UHPC空心管预制节段的齿块4的螺栓孔5内，用于相邻齿块4的连接，增强UHPC空心管预制节段接缝处的抗弯抗剪能力，并提高整个预制拼接（超高性能混凝土）UHPC管的抗拉强度。

齿块4所处的空心管本体管壁顶部设有预埋钢板7，所述预埋钢板7设有坡口13，空心管本体上下端面上的预埋钢板7分别设有用于相邻空心管拼接的剪力键8槽及对应匹配的剪力键8。下方UHPC管预制节段1顶部预埋钢板7上的剪力键8与上方UHPC管预制节段1底部预埋钢板7上的剪力键8槽配合限位，并将上、下UHPC管预制节段1的预埋钢板7的坡口13焊接。

预制拼接UHPC管-混凝土超高桥墩的施工方法，包括以下步骤：

1）UHPC管预制节段1的预制：预制时，UHPC管预制节段1的一端预留植筋孔6，其另一端预埋高强钢筋3，且高强钢筋3的外伸部分长度与植筋孔6的深度相匹配；

2）UHPC管预制节段1的吊装拼接：从下往上将步骤1）中预制好的多个超高性能混凝土UHPC管预制节段1依次拼装，在下方的UHPC管预制节段1管壁上的植筋孔6内注入适量无收缩速凝超高性能混凝土（UHPC）灌浆料11，将上方的UHPC管预制节段1管壁上的高强钢筋3的外伸部分插入下方的UHPC管预制节段1的植筋孔6内，再将上、下UHPC管预制节段1上的预留钢板的剪力键8与剪力键8槽配合限位，并将上、下UHPC管预制节段1上的预埋钢板7的坡口13焊接；

然后，将高强螺栓10穿过上、下UHPC管预制节段1接缝处的齿块4内的螺栓孔5并拧紧，再在上、下UHPC管预制节段1接缝处的相邻齿块4之间的管壁内侧布设一层高强钢筋网12，并将高强钢筋网12的横向钢筋植入空心管内壁，使上下节段结合紧密，同时提高空心管的抗弯抗剪能力；

3）UHPC管内浇筑普通混凝土2： 待UHPC管预制节段1拼接完成后，对UHPC管空心管内壁进行严格的清理，最后在管内浇筑普通混凝土2（NSC）；

4）养护：浇筑成型后，对普通混凝土2（NSC）进行养护，养护期间，普通混凝土2（NSC）与UHPC管以及周围大气的温差小于等于20℃，所用养护水的温度与普通混凝土2（NSC）表面温度之差小于等于15℃，避免普通混凝土2（NSC）产生塑性收缩裂缝。待普通混凝土2（NSC）达到预期强度后，预制的UHPC管预制节段1拼接形成的UHPC管与普通混凝土2（NSC）形成UHPC管-混凝土结构，预制拼接UHPC管（超高性能混凝土管）-混凝土超高桥墩建造完成。

Claims (8)

1.一种预制拼接UHPC管-混凝土超高桥墩，包括若干节UHPC管预制节段以及浇筑在该UHPC空心管预制节段内的普通混凝土，所述UHPC管预制节段为采用UHPC浇筑成型的UHPC空心管本体，其特征在于，所述空心管本体的上部管壁内预留有植筋孔，其下部管壁内预埋有高强钢筋，所述高强钢筋外伸长度与植筋孔深度相匹配；空心管本体的内侧壁间隔设有齿块，相邻齿块之间铺设有高强钢筋网。

2.如权利要求1所述预制拼接UHPC管-混凝土超高桥墩，其特征在于，所述高强钢筋网的横向钢筋植入空心管本体管壁内。

3.如权利要求1或2所述预制拼接UHPC管-混凝土超高桥墩，其特征在于，所述空心管本体的内侧壁设有凹槽。

4.如权利要求1或2所述预制拼接UHPC管-混凝土超高桥墩，其特征在于，所述齿块内预留有放置高强螺栓的螺栓孔，所述高强螺栓穿设在相邻UHPC空心管预制节段的齿块的螺栓孔内，用于相邻齿块的连接。

5.如权利要求1或2所述预制拼接UHPC管-混凝土超高桥墩，其特征在于，齿块所处的空心管本体管壁顶部设有预埋钢板，所述预埋钢板设有坡口，空心管本体上下端面上的预埋钢板分别设有用于相邻空心管拼接的剪力键槽及对应匹配的剪力键。

6.如权利要求5所述预制拼接UHPC管-混凝土超高桥墩，其特征在于，相邻预埋钢板的坡口焊接连接。

7.一种如权利要求1~6任一项所述预制拼接UHPC管-混凝土超高桥墩的施工方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）UHPC管预制节段的预制；

2）UHPC管预制节段的吊装拼接：从下往上将步骤1）中预制好的多个超高性能混凝土UHPC管预制节段依次拼装，在下方的UHPC管预制节段管壁上的植筋孔内注入适量无收缩速凝超高性能混凝土（UHPC）灌浆料，将上方的UHPC管预制节段管壁上的高强钢筋的外伸部分插入下方的UHPC管预制节段的植筋孔内，再将上、下UHPC管预制节段上的预留钢板的剪力键与剪力键槽配合限位，并将上、下UHPC管预制节段上的预埋钢板的坡口焊接；

然后，将高强螺栓穿过上、下UHPC管预制节段接缝处的齿块内的螺栓孔并拧紧，再在上、下UHPC管预制节段接缝处的相邻齿块之间的管壁内侧布设一层高强钢筋网，并将高强钢筋网的横向钢筋植入空心管内壁，使上下节段结合紧密，同时提高空心管的抗弯抗剪能力；

3）UHPC管内浇筑普通混凝土；

4）养护。

8.一种如权利要求7所述预制拼接UHPC管-混凝土超高桥墩的施工方法，其特征在于，步骤1）中，UHPC管预制节段的预制时，UHPC管预制节段的一端预留植筋孔，其另一端预埋高强钢筋，且高强钢筋的外伸部分长度与植筋孔的深度相匹配。