CN110847018A - 一种装配式混凝土桥墩及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种装配式混凝土桥墩,该桥墩包括基座部分、墩身部分和预制梁部分,墩身部分是由标准预制块堆砌而成的,且所述标准预制块上具有至少一个菱形结构,该菱形结构具有120度角和60度角,每一所述菱形结构上有六个穿孔,六个穿孔按以下规律布置,钢绞线自下而上穿过虚拟圆Ⅱ上的穿孔后上端与预制梁固定连接;钢销沿虚拟圆Ⅰ上的穿孔进行固定。并公开了一种施工方法,将上述的标准预制块进行自下而上的堆砌,并使用钢销和钢绞线进行固定,在堆砌的过程中使用粘结砂浆进行填缝,最后在桥墩的外表面缠绕碳纤维网格布,并使用粘接剂粘接,养护固化。该技术简化了结构设计和结构施工,降低了施工成本。

Description

一种装配式混凝土桥墩及其施工方法
技术领域
该发明涉及一种装配式施工方法的混凝土桥墩,尤其是一种标准化模块化的,小型化的,便于施工的混凝土桥墩以及施工方法技术领域。
背景技术
目前的混凝土桥墩的施工过程中,有一种施工技术叫装配式施工技术。该技术以工厂预制构件为主要构件,进行现场的组装施工。该技术中,在设计阶段,通常将桥墩的设计高度上,将桥墩分分割,形成柱状或者饼状的预制构件,以设计高度为10米的,直径1米的独桥墩为例,在高度方向上设计为三段结构,则,每一段预制桥墩构件的自重达到9吨。如果直径为2米,则,每一段预制桥墩构件的自重将高达36吨。而一般的农村普通公路和桥梁的限行等级为15吨或者30吨。在实际中,运输车辆的自重也通常在8到10吨,因此,运输一块预制桥墩构件就回造成超载,超出道路限重。
针对这一问题,目前的解决方案之一是将预制模块小型化设计,例如中国专利文献,CN 201910160829.0中公开了一种模块化预制节段拼装铁路实心桥墩,该实心桥墩由三种类型的节段堆叠而成,第一种节段是完整的一块,第二种节段包括三个模块,第三种节段包括四个模块,模块之间利用榫卯连接的方式紧紧咬合。在节段接触面和模块的榫卯部位涂抹环氧粘结剂。该技术的研发单位为北京工业大学课题组,该技术的实施,可以将预制桥墩模块小型化、标准化,但是由于在一个桥墩中需要使用三中不同样式、不同规格、不同尺寸的子模块、子节段组成,在工厂预制阶段,需要设计和制造三套不同的模具,进行三种规格的节段制造。
再如,中国专利文献CN 201510295150.4公开了一种预制桥墩,公开了一种适用于积木堆叠概念的预铸节块,该发明可通过卡榫接合方式,以积木堆叠概念将预铸节块组立成桥柱结构,参考该文献的实施例,可知,该技术中,积木堆叠过程中,每一层之间需要使用至少8块积木结构的堆叠体,且每一个堆叠体在上上下下方位上需要使用钢绞线或者钢筋进行连接,以便形成一个整体。其不利的一面是,该技术的实施,使得堆叠体施工过程中穿钢绞线的工作比较繁琐,且该文献中,仅仅说明,该积木方式仅仅适合于方形的桥墩的施工,技术人员认为,该技术无法复制到圆柱形桥墩、多棱柱桥墩中,因此,存在使用限制。
因此,本发明基于上述问题,提出一种适用于六棱柱、圆柱桥墩的混凝土装配式桥墩。
发明内容
为了解决现有技术的不足,本发明提供一种装配式混凝土桥墩及其施工方法,用于解决现有的圆柱桥墩、六棱柱桥墩没有合适的装配式施工方案的难题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为:
一种装配式混凝土桥墩,该桥墩为六棱柱结构,该桥墩包括基座部分、墩身部分和预制梁部分,其特征在于,
墩身部分是由菱形结构的标准预制块堆砌而成的,且所述标准预制块上具有至少一个菱形结构,该菱形结构具有120度角和60度角,每一所述菱形结构上有六个穿孔,六个穿孔按以下规律布置:
A:两端的两个穿孔位于沿着长对角的中心线x-x上,剩余穿孔两两一组对称的位于中心线x-x两侧,且两侧的穿孔所在的虚拟圆Ⅰ与该桥墩的外接圆直径相等;
B:以短对角的中心线y-y,三个穿孔构成一个等边三角形,且两个等边三角形关于中心线y-y对称分布;
C:标准预制块中靠近桥墩中心的所述穿孔位于同一虚拟圆Ⅰ上,远离桥墩中心的四个穿孔位于另一个虚拟圆Ⅱ上,且两个虚拟圆为同心圆;
钢绞线自下而上穿过虚拟圆Ⅱ上的穿孔后上端与预制梁固定连接;
钢销沿虚拟圆Ⅰ上的穿孔进行固定。
所述标准预制块上具有两个位于不同层面上的菱形结构,且有一半重叠。
所述标准预制块上具有三个位于不同层面上的菱形结构,且每两个相邻的菱形结构一半重叠。
所述标准预制块为钢筋混泥土预制构件。
一种装配式混凝土桥墩,该桥墩为圆柱结构,该桥墩包括基座部分、墩身部分和预制梁部分,其特征在于,
墩身部分是由标准预制块堆砌而成的,且所述标准预制块上具有至少一个120度夹角的扇形结构,每一扇形结构上有六个穿孔,六个穿孔在该扇形结构的虚拟菱形中按以下规律布置:
A:两端的两个穿孔位于沿着长对角的中心线x-x上,剩余穿孔两两一组对称的位于中心线x-x两侧,且两侧的穿孔所在的虚拟圆Ⅰ与该桥墩的外接圆直径相等;
B:以短对角的中心线y-y,三个穿孔构成一个等边三角形,且两个等边三角形关于中心线y-y对称分布;
C:标准预制块中靠近桥墩中心的所述穿孔位于同一虚拟圆Ⅰ上,远离桥墩中心的四个穿孔位于另一个虚拟圆Ⅱ上,且两个虚拟圆为同心圆;
钢绞线自下而上穿过虚拟圆Ⅱ上的穿孔后上端与预制梁固定连接;
钢销沿虚拟圆Ⅰ上的穿孔进行固定。
所述标准预制块上具有两个位于不同层面上的扇形结构,且有一半重叠。
所述标准预制块上具有三个位于不同层面上的扇形结构,且每两个相邻的扇形结构一半重叠。
一种装配式混凝土桥墩的施工方法,将上述的标准预制块进行自下而上的堆砌,并使用钢销和钢绞线进行固定,在堆砌的过程中使用粘结砂浆进行填缝,最后在桥墩的外表面缠绕碳纤维网格布,并使用粘接剂粘接,养护固化。
每间隔一段距离设置过渡层,该过渡层内设置六棱柱凹槽,该六棱柱凹槽与预制块配合,且该过渡层中设置有与预制块上穿孔同样的通道。
每间隔一段距离设置过渡层,该过渡层内设置圆形凹槽,该圆形凹槽与预制块配合,且该过渡层中设置有与预制块上穿孔同样的通道。
本发明的有益效果是:
仅仅具有一种结构的预制块,简化了结构设计和结构施工,降低了施工成本。
本发明中的预制块由于由三块构成一个层,且各个层之间是交错设置,彼此咬合,结构紧凑,使得预制桥墩具有足够的刚度和抗震性能。
预制块的体积和自重较小,远小于一顿的自重,无论是制造、运输还是吊装施工,都具有极大的便利性,这对于装配式施工是具有积极意义的。
以下部分结合说明书实施例部分进行详细的说明。
附图说明
图1为本发明的设计原理图解一。
图2为本发明的设计原理图解二。
图3为本发明的设计原理图解三。
图4为本发明的设计原理图解四。
图5为实施例一中预制块的立体图。
图6为装配式桥墩的平面图。
图7为图6中A--A剖视图。
图8为奇数层平面图。
图9为偶数层平面图。
图10为过渡层的平面图。
图11为预制块的装配式施工示意图。
图12为穿孔结构。
图13为上下层之间的穿孔结构配合示意。
图14为实施例一装配式施工后的桥墩示意图。
图15为实施例二中预制块的立体图1。
图16为实施例二中预制块的立体图2。
图17为实施例二中预制块的平面图。
图18为实施例三中预制块的立体图1。
图19为实施例三中预制块的立体图2。
图20为实施例三中预制块的平面图。
图21为实施例三中预制块的装配式施工过程图。
图22为实施例四中预制块的装配图(奇数层)。
图23为实施例四中预制块的装配图(偶数层)。
图24为实施例四中预制块设计图。
图25为实施例五中预制块的立体图。
图26为实施例六中预制块的立体图。
图中:
100预制块,110穿孔,100’菱形部,100”虚拟菱形结构,
200钢绞线,
300钢销或者短钢筋,
400过渡层,410六棱柱凹槽,420通道,
1基座,2预制梁。
具体实施方式
本发明旨在提供一种可快速施工的,小型化的,标准化的预制桥墩的施工工法,以及依靠该施工工法所搭建的桥墩,该工法通常只适用于圆柱桥墩和六棱柱桥墩的设计、建造。
实施例一
该实施例是基于六棱柱结构的桥墩的设计和建造展开的。本实施例中,参考图1至图14系列的附图,对本发明的积极价值进行说明。
图1至图3给出了本发明的原理和设计本质,整体上,从断面上开,该桥墩由三块相同结构、相同尺寸的预制块100堆积形成,且在每一块预制块上设置有相同结构的、相同布局的穿孔110。
本实施例中,每一预制块100从俯视角度看,为菱形结构的轮廓,具有厚的厚度,该厚度在桥墩结构中表现为高度,该菱形结构包括120度和60度角,且该角度的设置是唯一的,该角度的存在于预制块上的穿孔110的设置有着密切的关系,这将在以下的部分中进行详细的描述。
每一个预制块100中,设置有六个穿孔,参考图2,图2为组合使用后的桥墩的水平布置图,按照该预制块组合使用后的效果图2,将每一个预制块中的六个穿孔按照图2中两个同心圆的位置进行划分,将内侧的两个穿孔标记为b,该两个穿孔同时的位于内圆O3中上,将外侧的四个穿孔标记为a,该四个穿孔同时的位于外圆O1上,上述另个同心圆共同以桥墩的中心为圆心。
参考图1,上述的六个穿孔同时满足第二个条件,两端的两个穿孔a和两个穿孔b位于同一个虚拟圆O2上,且两个虚拟圆O1和O2等直径的存在。
参考图3,上述的六个穿孔同时满足第三个条件,即,两端的两个穿孔a同步的位于沿着长对角的中心线x-x上,剩余的两个穿孔a和两个穿孔b对称的位于中心线x-x两侧。
参考图4,以短对角的中心线y-y,两个的三个穿孔aab对称布置在该中心线的两侧,且,每次的三个穿孔aab构成一个等边三角形,即,共存在两个等边三角形,且两个等边三角形关于中心线y-y存在。
该预制块的立体图如图5所示。
三个预制块100同层布置后,形成图6所示的样子,三块预制块组装后,形成六棱柱桥墩结构。上下相临的两层预制块之间交叉设置、交错设置,对比图8和图9,分别代表了奇数层和偶数层预制块的布置图,两层之间的预制块之间形成交错的叠层存在。多层预制块叠合过程和效果参考图11。
进一步地,在相邻的预制块之间使用粘接剂或者粘接砂浆进行粘接或者填缝处理。
装配式施工过程中,虚拟外圈O1所在的穿孔110处对应的设置钢绞线200,进行连接,也就是说,钢绞线自下而上的将预制块连接成为一体,该钢绞线的下端预埋于基座1中,上端使用紧固件固定于预制梁2上,该钢绞线为预制件提供预紧力。在内虚拟圆O3上,对应的穿孔位置,使用钢销或者短钢筋300进行局部的连接,该处钢销或者短钢筋的设置,可以提高桥墩在水平方向上的抗剪切能力,参考图14,上述的钢绞线和钢销共同的将各个预制块连接为一体的构造。
图12示例了一种穿孔的构造样式,该穿孔的构造样式,为阶梯孔,为例如通过预埋的方式形成上述的穿孔,当然,该穿孔的存在样式,也可以为上下贯穿的直孔结构。图13示例了该穿孔结构对接后的一种样式。
进一步的,在桥墩的高度方向上,为增加整体的强度,每间隔一段距离设置各个过渡层400,该过渡层是一个整体,该整体是指一个完整的钢筋混凝土预制件,该过渡层400为六棱柱结构,为薄层结构,且在该过渡层内设置与六棱柱凹槽410,该六棱柱凹槽的大小与预制块拼接后的桥墩的轮廓相当,并具有一定深度,该深度的远远小于预制块的高度,也就是说,与预制块配合后,对装配式桥墩进行水平方向上的约束,增强其整体性。通用的,在该过渡层中设置有与预制块上穿孔同样的通道420,该通道与装配后的平面上的穿孔一一对应设置。
该技术实施后,上述的预制块具有互换性,也就是说,每一预制块在内外、上下方向上是对称相同的,每一个菱形的预制块作为装配式施工的主要构件,可以进行快速的进行堆砌。
本实施例中,穿孔a和穿孔b是结构相同的存在,进行是为了进行上述的描述而做的标记,事实上,它们在结构和位置上完全可以互换。这对于减少预制件的设计、开模和施工都具有积极的意义。
由于每一个预制块比较中,可以在预制块中设置吊装工位,也可以利用其上的穿孔进行吊装,关于如何使用吊车进行辅助作业,本发明不做详细的介绍。
实施例二
参考图15至图17,显示的为一个预制块的结构,该结构中,包括两个菱形部100’,每一个菱形部100’结构和尺寸上与实施例一中的预制块相当,本实施例中的两个菱形部100’是一个预制构件的两部分,且有一半存在重叠,也就是说,两个菱形部位于不同的层面上。
该预制块为钢筋混凝土预制构件,关于钢筋的布筋,按照建筑设计规范进行即可,不再赘述。本实施例中的预制块中,共设置有三组穿孔110,参考图17,穿孔的设置要求同样参考实施例一中的布置方式,满足装配后不同预制块之间的装配的要求。
本预制块装配后相对于实施例一,同一层次上的三个预制块之间形成锁扣,彼此咬合锁紧,在水平方向上的抗剪切能力进一步的增强。
实施例三
参考图18至图21,显示的为另一种结构的预制块结构,该结构中,包括三个菱形部100’,每一个菱形部结构和尺寸上与实施例一中的菱形块相当,本实施例中的每两个菱形部部分重叠,构成三层的立体结构,也就是说,三个菱形部位于不同的层面上。装配施工过程如同实施例二。
上述的三个实施例是针对六棱柱结构的设计及装配施工过程,且上述的过程中预制块作为一种标准模块使用,仅仅一套预制成型模具即可,且在施工阶段结构统一,大大的简化了施工过程,提高了施工效率。
以下实施例部分针对圆柱桥墩的装配式方案。
实施例四
本实施例中,预制块是一个扇形结构,该预制块相当于将一个圆柱体沿着轴线的轴向进行三等分形成的,即,每一个扇形部的对应的角度为120度,参考图22和图23,三个预制块装配后形成了一个完整的圆形结构,即,桥墩的平面轮廓。
在每一预制块中设置有六个穿孔,同样的,在每一预制块中有一个虚拟的菱形结构,参考图24,且六个穿孔的位置、布置同虚拟菱形结构100”的关系,与实施例一中穿孔与菱形结构的关系相同,同样要满足三个条件。
实施例五,
参考图25,该实施例中,与实施例二中的区别在于,本实施例中的预制块是由两个扇形部组成的,每一个扇形部对应实施例二中的一个菱形部,这种结构同样可是实现本圆柱桥墩的装配式施工。
实施例六
参考图26,该实施例中,与实施例三中的区别在于,本实施例中的预制块是由三个扇形部组成的,每一个扇形部对应实施例三中的一个菱形部。
该圆柱桥墩的实施,同样可以实现一种预制块进行全装配施工的目的。
以上举例说明了六棱柱结构的和圆柱结构的桥墩的装配式施工方案,进一步的,可以对装配后的方案进行优化,具体的一种后续处理方法:
在装配后的桥墩的外表面缠绕碳纤维网格布,并使用聚氨酯胶等粘接剂粘接,在桥墩的外表面形成一层保护层,同时该保护层与预制块、钢销和钢绞线,共同作用形成一个桥墩,且该桥墩具有良好的抗震性能,作为一个整体存在,同样尺寸下,该装配式桥墩的强度、高度和抗震性能均优于传统的现浇施工工法。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进,均应落入本发明权利要求书所限定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种装配式混凝土桥墩,该桥墩为六棱柱结构,该桥墩包括基座部分、墩身部分和预制梁部分,其特征在于,
墩身部分是由菱形结构的标准预制块堆砌而成的,且所述标准预制块上具有至少一个菱形结构,该菱形结构具有120度角和60度角,每一所述菱形结构上有六个穿孔,六个穿孔按以下规律布置:
A:两端的两个穿孔位于沿着长对角的中心线x-x上,剩余穿孔两两一组对称的位于中心线x-x两侧,且两侧的穿孔所在的虚拟圆Ⅰ与该桥墩的外接圆直径相等;
B:以短对角的中心线y-y,三个穿孔构成一个等边三角形,且两个等边三角形关于中心线y-y对称分布;
C:标准预制块中靠近桥墩中心的所述穿孔位于同一虚拟圆Ⅰ上,远离桥墩中心的四个穿孔位于另一个虚拟圆Ⅱ上,且两个虚拟圆为同心圆;
钢绞线自下而上穿过虚拟圆Ⅱ上的穿孔后上端与预制梁固定连接;
钢销沿虚拟圆Ⅰ上的穿孔进行固定。
2.根据权利要求1所述的一种装配式混凝土桥墩,其特征在于,所述标准预制块上具有两个位于不同层面上的菱形结构,且有一半重叠。
3.根据权利要求1所述的一种装配式混凝土桥墩,其特征在于,所述标准预制块上具有三个位于不同层面上的菱形结构,且每两个相邻的菱形结构一半重叠。
4.根据权利要求1所述的一种装配式混凝土桥墩,其特征在于,所述标准预制块为钢筋混泥土预制构件。
5.根据权利要求1所述的一种装配式混凝土桥墩,其特征在于,每间隔一段距离设置过渡层,该过渡层内设置六棱柱凹槽,该六棱柱凹槽与预制块配合,且该过渡层中设置有与预制块上穿孔同样的通道。
6.一种装配式混凝土桥墩,该桥墩为圆柱结构,该桥墩包括基座部分、墩身部分和预制梁部分,其特征在于,
墩身部分是由标准预制块堆砌而成的,且所述标准预制块上具有至少一个120度夹角的扇形结构,每一扇形结构上有六个穿孔,六个穿孔在该扇形结构的虚拟菱形中按以下规律布置:
A:两端的两个穿孔位于沿着长对角的中心线x-x上,剩余穿孔两两一组对称的位于中心线x-x两侧,且两侧的穿孔所在的虚拟圆Ⅰ与该桥墩的外接圆直径相等;
B:以短对角的中心线y-y,三个穿孔构成一个等边三角形,且两个等边三角形关于中心线y-y对称分布;
C:标准预制块中靠近桥墩中心的所述穿孔位于同一虚拟圆Ⅰ上,远离桥墩中心的四个穿孔位于另一个虚拟圆Ⅱ上,且两个虚拟圆为同心圆;
钢绞线自下而上穿过虚拟圆Ⅱ上的穿孔后上端与预制梁固定连接;
钢销沿虚拟圆Ⅰ上的穿孔进行固定。
7.根据权利要求6所述的一种装配式混凝土桥墩,其特征在于,所述标准预制块上具有两个位于不同层面上的扇形结构,且有一半重叠。
8.根据权利要求6所述的一种装配式混凝土桥墩,其特征在于,所述标准预制块上具有三个位于不同层面上的扇形结构,且每两个相邻的扇形结构一半重叠。
9.一种装配式混凝土桥墩的施工方法,将权利要求1或权利要求6中的任意一种标准预制块进行自下而上的堆砌,并使用钢销和钢绞线进行固定,在堆砌的过程中使用粘结砂浆进行填缝,最后在桥墩的外表面缠绕碳纤维网格布,并使用粘接剂粘接,养护固化。
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