CN113123219A - 一种基于uhpc接缝的预制拼装桥墩结构及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于UHPC接缝的预制拼装桥墩结构及施工方法，预制拼装桥墩结构包括预制墩柱和UHPC接缝，预制墩柱包括第一预制墩柱和第二预制墩柱，两个预制墩柱形状为倒L型，在其水平部分端面设置有剪力键，剪力键设置在截面中部，在其水平部分分别设有第一预埋钢筋和第二预埋钢筋，第一预埋钢筋和第二预埋钢筋布置在端面四周，伸出端面一定长度，相互交错布置，且在截面横向每列相互错开；在第一预制墩柱和第二预制墩柱中间浇筑UHPC接缝，完成拼装施工。该连接结构帽梁与墩柱间拼接处受力牢靠、拼装精度要求低、施工速度快、施工质量高，解决单个帽梁尺寸大、重量重，运输、吊装困难等问题，为帽梁和墩柱间提供一种新型高效拼装方案。

Description

一种基于UHPC接缝的预制拼装桥墩结构及施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁建造领域，尤其涉及一种基于UHPC接缝的预制拼装桥墩结构及施工方法。

背景技术

桥梁工程节段预制拼装建造作为未来智能建造主要发展方向之一，其预制节段间的安全、快速拼装成为研究热点。框架式门型墩广泛应用于铁路、城市轨道交通、公路、市政等工程中，其基本形式由墩柱和帽梁组成，一般将其划分为墩柱节段、帽梁节段，在工厂内进行预制，现场拼装时先将墩柱节段和基础进行拼装，再将帽梁节段与墩柱节段进行拼装，形成整体结构。墩柱节段和基础之间、帽梁节段与墩柱节段之间常用的连接形式为套筒灌浆连接、波纹管连接等。

常用的上述连接形式存在以下问题：

1.帽梁节段与墩柱节段间存在两个拼接缝，施工时需要先将墩柱预留钢筋一一插入帽梁中的套筒或者波纹管，进行坐浆法安装，再进行套筒或者波纹管灌浆，工序较多。

2.存在较多的钢筋接头，钢筋与套筒或波纹管间一一对孔穿入精度要求高，控制难度大，特别是帽梁需要在两个墩柱上同时安装，其水平度、高程控制难度大，当帽梁需要姿态调整时较为困难。

3.帽梁和墩柱间存在较多的钢筋接头，且需逐一进行灌浆，施工速度慢。

4.帽梁因上部需要布置支座，尺寸大、重量重，造成单个帽梁的运输、吊装难度增大。

超高性能混凝土(UHPC)作为一种具有超高的力学性能和超高的耐久性能的水泥基复合材料，成为工程研究和应用热点。因此，研发一种基于UHPC接缝的预制拼装桥墩结构及施工方法是个亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种基于UHPC接缝的预制拼装桥墩结构及施工方法，本连接结构通过将部分帽梁与墩柱共同预制，形成倒L型墩柱节段，再将两个倒L型墩柱节段通过UHPC相连，完成拼装施工。该连接结构中帽梁与墩柱间拼接处受力牢靠、拼装精度要求低、施工速度快、施工质量高，解决单个帽梁尺寸大、重量重，运输、吊装困难等问题，为帽梁和墩柱间提供一种新型高效拼装方案。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于UHPC接缝的预制拼装桥墩结构，包括预制墩柱和UHPC接缝，所述预制墩柱包括第一预制墩柱和第二预制墩柱，所述第一预制墩柱和第二预制墩柱的形状为倒L型，所述第一预制墩柱和第二预制墩柱的开口向内相对设置，在所述第一预制墩柱和第二预制墩柱的水平部分相对的端面上设置有剪力键，在所述第一预制墩柱的水平部分设有第一预埋钢筋，在所述第二预制墩柱的水平部分设有第二预埋钢筋，所述第一预制墩柱和第二预制墩柱通过UHPC接缝连接，所述第一预埋钢筋和第二预埋钢筋分别伸出各自端面一定长度在UHPC接缝内相互搭接，使预埋钢筋间相互搭接传力，在所述第一预埋钢筋和第二预埋钢筋的周圈设有箍筋，两个预制墩柱就位后，用箍筋绑扎住预埋钢筋，增强结构抗扭能力。

进一步的，在所述第一预制墩柱和第二预制墩柱上预埋螺栓，第一预制墩柱和第二预制墩柱拼装完成后通过螺栓将定型模板固定在这两个预制墩柱上。

进一步的，在所述第一预制墩柱和第二预制墩柱的水平部分端面的两侧面和底面设置外护板，两个预制墩柱的外护板预留25cm的间隙，从节段顶部浇筑UHPC接缝时，对间隙进行塞缝处理，可利用外护板作为施工模板，从而可不设置定型模板。

进一步的，所述剪力键为钢剪力键或凹凸型混凝土剪力键，所述钢剪力键采用普通钢筋接头或者栓钉，两个预制墩柱的钢剪力键交错布置，普通钢筋接头或者栓钉伸出端面一定长度，锚固于UHPC接缝中，通过UHPC较强的锚固能力，减小了钢剪力键伸出长度。所述凹凸型混凝土剪力键设置在第一预制墩柱和第二预制墩柱水平部分端面的截面中部，增强预制墩柱和UHPC接缝间的抗剪能力和墩柱整体性，减少了UHPC接缝浇筑量。

进一步的，当帽梁长度过长时，可在第一预制墩柱和第二预制墩柱之间设置帽梁中间节段，在所述帽梁中间节段端面四周设置中间预埋钢筋，在所述帽梁中间节段的两个端面位于中间预埋钢筋的中间设置混凝土剪力键或钢剪力键，所述帽梁中间节段与第一预制墩柱和第二预制墩柱拼装，并在帽梁中间节段与第一预制墩柱、第二预制墩柱之间浇筑UHPC接缝材料进行连接。

进一步的，根据上部结构支座的位置及帽梁受力需要，可在所述第一预制墩柱、帽梁中间节段和第二预制墩柱内预埋预应力管道，在所述预埋预应力管道内设置预应力筋。预应力筋承担上部荷载，并使UHPC接缝承担预压力，受力更加牢靠；当设置预应力时，可在浇筑UHPC接缝后张拉一批预应力，对接缝进行预压；再张拉其余预应力。

进一步的，所述第一预埋钢筋和第二预埋钢筋布置在端面四周，且在截面横向每列相互交错布置。

进一步的，所述第一预埋钢筋和第二预埋钢筋在UHPC接缝内相互交错布置，相互搭接长度为10倍钢筋直径以上。

进一步的，所述UHPC接缝浇筑在第一预制墩柱和第二预制墩柱之间，所述UHPC接缝采用免振捣、自流平、自密实的超高性能混凝土。UHPC接缝浇筑时可根据需要在其上下方设置临时预应力束，施加临时预压力，待UHPC接缝养护完成后进行拆除，UHPC接缝浇筑体积较小，利用小型吊车等工具，无需搭设支架。

一种上述基于UHPC接缝的预制拼装桥墩结构的施工方法，包括以下步骤，

步骤一、墩柱预制，第一预制墩柱和第二预制墩柱水平部分端面布设剪力键，剪力键采用混凝土剪力键或钢剪力键，在第一预制墩柱水平部分端面周边布设第一预埋钢筋，在第二预制墩柱水平部分端面周边布设第二预埋钢筋；可在第一预制墩柱和第二预制墩柱水平部分端面的两侧面和底面设置外护板。

步骤二、第一预制墩柱与基础拼接完成，吊装第二预制墩柱，调整其纵向、横向水平位置，保证第一预埋钢筋和第二预埋钢筋横向互不干扰，便于节段下落；下落第二预制墩柱，与基础进行拼接；当存在帽梁中间节段时，吊装帽梁中间节段，中间预埋钢筋与相接的第一预埋钢筋、第二预埋钢筋相互错开，下落就位后，将其与第一预制墩柱和第二预制墩柱通过临时锁定装置进行固定。

步骤三、安装定型模板或者对外护板，对定型模板或者对外护板与第一预制墩柱、第二预制墩柱之间的间隙进行塞缝处理。

步骤四、自顶部浇筑各个预制节段间的UHPC接缝，并养护。

步骤五、当帽梁需要布设预应力时，张拉预应力钢束并灌浆。

步骤六、拆除相关附属设施，完整拼装施工。

相对于现有技术，本发明所述的基于UHPC接缝的预制拼装桥墩结构及施工方法具有以下优势：

1.本连接结构无需设置帽梁节段，避免了帽梁与墩柱间的拼接缝，提高了帽梁与墩柱连接处的抗剪强度；接缝距墩柱具有一定距离，帽梁与墩柱间受力复杂的节点处采用了整体预制，受力好；当上部支座位于墩柱上方时，接缝处不直接承担上部荷载，接缝受力更加安全可靠。

2.本连接结构无需设置帽梁节段，避免了帽梁与墩柱间拼装时对孔难度大、水平度和高程控制难度大、姿态调整难等问题。

3.本连接结构的倒L型墩柱节段间拼接缝采用定型模板，方便拆装，拼接缝施工仅需一次浇筑UHPC即可完成，浇筑时无需搭设现浇支架，且免振捣、自密实，无需钢筋逐一灌浆，显著提高拼装速度。

4.本连接结构解决了单个帽梁尺寸大、重量重，运输、吊装困难等问题；当帽梁长度过长时，可对帽梁设置中间节段，采用本构造通过多个拼接缝实现拼装。

5.本连接结构通过采用UHPC，减少了接缝长度及节段间钢筋预留长度，节省了工程量，成本低。

6.本连接结构特别适用于铁路、轨道交通等桥面较窄的桥梁工程，帽梁长短较短，倒L型墩柱伸出长度短，方便预制、运输。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例一的结构示意图，其中1-a是主视图，1-b是侧视图；

图2是本发明实施例一的俯视图；

图3是本发明实施例一中第一预制墩柱结构示意图，其中3-a是主视图，3-b是侧视图，3-c是3-a中I-I剖视图；

图4是本发明实施例一中第二预制墩柱结构示意图，其中4-a是主视图，4-b是侧视图，4-c是4-a中II-II剖视图；

图5是本发明实施例一两个预制墩柱拼装示意图；

图6是本发明实施例一接缝施工示意图。

图7是本发明实施例二结构示意图，其中7-a是主视图，7-b是侧视图；

图8是本发明实施例二中第一预制墩柱结构示意图，其中8-a是主视图，8-b是侧视图，8-c是8-a中III-III剖视图；

图9是本发明实施例二中第二预制墩柱结构示意图，其中9-a是主视图，9-b是侧视图，9-c是9-a中IV-IV剖视图；

图10是实施例三的结构示意图，其中10-a是主视图，10-b是侧视图。

附图标记说明：

1.基础；2.第一预制墩柱；3.第二预制墩柱；41.第一预埋钢筋；42.第二预埋钢筋；5.凹凸型混凝土剪力键；6.箍筋；7.UHPC接缝；8.定型模板；9.外护板；10.钢剪力键；11.帽梁中间节段；12.中间预埋钢筋；13.预应力管道；14预应力钢束；15临时锁定装置。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-6所示，一种基于UHPC接缝的预制拼装桥墩结构，包括预制墩柱和UHPC接缝7，所述预制墩柱包括第一预制墩柱2和第二预制墩柱3，所述第一预制墩柱2和第二预制墩柱3的形状为倒L型，所述第一预制墩柱2和第二预制墩柱3的开口向内相对设置，在所述第一预制墩柱2和第二预制墩柱3的水平部分相对的端面上设置有剪力键，所述剪力键为凹凸型混凝土剪力键5，所述凹凸型混凝土剪力键5设置在第一预制墩柱2和第二预制墩柱3水平部分端面的截面中部，增强预制墩柱和UHPC接缝间的抗剪能力和墩柱整体性，减少了UHPC接缝浇筑量。在所述第一预制墩柱2的水平部分设有第一预埋钢筋41，在所述第二预制墩柱3的水平部分设有第二预埋钢筋42，所述第一预埋钢筋41和第二预埋钢筋42布置在端面四周，且在截面横向每列相互交错布置。所述UHPC接缝7浇筑在第一预制墩柱2和第二预制墩柱3之间，所述UHPC接缝采用免振捣、自流平、自密实的超高性能混凝土。UHPC接缝浇筑时可根据需要在其上下方设置临时预应力束，施加临时预压力，待UHPC接缝养护完成后进行拆除，UHPC接缝浇筑体积较小，利用小型吊车等工具，无需搭设支架。所述第一预埋钢筋41和第二预埋钢筋42分别伸出各自端面一定长度在UHPC接缝7内相互交错搭接，相互搭接长度为10倍钢筋直径以上，使预埋钢筋间相互搭接传力。在所述第一预埋钢筋41和第二预埋钢筋42的周圈设有箍筋6，两个预制墩柱就位后，用箍筋6绑扎住预埋钢筋，增强结构抗扭能力。两个L型墩柱节段运送至现场后，可先在现场进行拼装，拼装成整体后利用大型吊机整体吊装与基础进行连接。在所述第一预制墩柱2和第二预制墩柱3上预埋螺栓，第一预制墩柱2和第二预制墩柱3拼装完成后通过螺栓将定型模板8固定在这两个预制墩柱上。UHPC接缝施工完成后拆除，并可在各个墩柱间相互倒用，拆装方便，也可利用临时装置悬吊固定定型模板8。在所述第一预制墩柱2和第二预制墩柱3的水平部分端面设置外护板9，所述外护板9设置在第一预制墩柱2和第二预制墩柱3的侧面和底面，两个预制墩柱的外护板预留2-5cm的间隙，从节段顶部浇筑UHPC接缝时，对间隙进行塞缝处理，可利用外护板9作为施工模板，从而可不设置定型模板8。

如图7-9所示，所述第一预制墩柱2和第二预制墩柱3在其水平部分端面也可设置钢剪力键10，钢剪力键10采用普通钢筋接头或者栓钉，两个预制墩柱的钢剪力键交错布置，普通钢筋接头或者栓钉伸出端面一定长度，锚固于UHPC接缝中，通过UHPC较强的锚固能力，减小了钢剪力键伸出长度。

如图10所示，当帽梁长度过长时，可在第一预制墩柱2和第二预制墩柱3之间设置帽梁中间节段11，在所述帽梁中间节段11端面四周设置中间预埋钢筋12，在所述帽梁中间节段11的两个端面位于中间预埋钢筋12的中间设置混凝土剪力键5或钢剪力键10，两侧同第一预制墩柱2和第二预制墩柱3拼装，并在帽梁中间节段11与第一预制墩柱2、第二预制墩柱3之间浇筑UHPC接缝7材料进行连接。

根据上部结构支座的位置及帽梁受力需要，可在所述第一预制墩柱2、帽梁中间节段11和第二预制墩柱3内预埋预应力管道13，在所述预埋预应力管道13内设置预应力筋14。预应力筋14承担上部荷载，并使UHPC接缝承担预压力，受力更加牢靠；当设置预应力时，可在浇筑UHPC接缝后张拉一批预应力，对接缝进行预压；再张拉其余预应力。

一种上述基于UHPC接缝的预制拼装桥墩结构的施工方法，包括以下步骤，

步骤一、墩柱预制，第一预制墩柱2和第二预制墩柱3水平部分端面布设剪力键，剪力键采用混凝土剪力键5或钢剪力键10，在第一预制墩柱2水平部分端面周边布设第一预埋钢筋41，在第二预制墩柱3水平部分端面周边布设第二预埋钢筋42；可在第一预制墩柱2和第二预制墩柱3水平部分端面的两侧面和底面设置外护板9。

步骤二、第一预制墩柱2与基础1拼接完成，吊装第二预制墩柱3，调整其纵向、横向水平位置，保证第一预埋钢筋41和第二预埋钢筋42横向互不干扰，便于节段下落；下落第二预制墩柱3，与基础1进行拼接；当存在帽梁中间节段11时，吊装帽梁中间节段11，中间预埋钢筋12与相接的第一预埋钢筋41、第二预埋钢筋42相互错开，下落就位后，将其与第一预制墩柱2和第二预制墩柱3通过临时锁定装置15进行固定。

步骤三、安装定型模板8或者对外护板9，对定型模板8或者对外护板9与第一预制墩柱2、第二预制墩柱3之间的间隙进行塞缝处理。

步骤四、自顶部浇筑各个预制节段间的UHPC接缝7，并养护。

步骤五、当帽梁需要布设预应力时，张拉预应力钢束14并灌浆。

步骤六、拆除相关附属设施，完整拼装施工。

超高性能混凝土(UHPC)作为一种具有超高的力学性能和超高的耐久性能的水泥基复合材料，具有超高抗压抗拉强度、高韧性、低渗透性和高体积稳定性等优异性能，可实现免振捣、自流平、自密实等特性，其与预制混凝土之间连接强度高，对钢筋握裹锚固能力强，钢筋设置较小的搭接长度即可实现钢筋间传力，从而满足接缝连接的抗弯、抗剪等受力要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于UHPC接缝的预制拼装桥墩结构，其特征在于：包括预制墩柱和UHPC接缝，所述预制墩柱包括第一预制墩柱和第二预制墩柱，所述第一预制墩柱和第二预制墩柱的形状为倒L型，所述第一预制墩柱和第二预制墩柱的开口相对设置，在所述第一预制墩柱和第二预制墩柱的水平部分相对的端面上设置有剪力键，在所述第一预制墩柱的水平部分设有第一预埋钢筋，在所述第二预制墩柱的水平部分设有第二预埋钢筋，所述第一预制墩柱和第二预制墩柱通过UHPC接缝连接，所述第一预埋钢筋和第二预埋钢筋伸出端面并在UHPC接缝内相互搭接，在所述第一预埋钢筋和第二预埋钢筋的周圈设有箍筋。

2.根据权利要求1所述的一种基于UHPC接缝的预制拼装桥墩结构，其特征在于：在所述第一预制墩柱和第二预制墩柱上设有螺栓，第一预制墩柱和第二预制墩柱拼装完成后通过螺栓将定型模板固定在第一预制墩柱和第二预制墩柱上。

3.根据权利要求1所述的一种基于UHPC接缝的预制拼装桥墩结构，其特征在于：在所述第一预制墩柱和第二预制墩柱的水平部分端面的两侧面和底面设置外护板。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种基于UHPC接缝的预制拼装桥墩结构，其特征在于：所述剪力键为钢剪力键或凹凸型混凝土剪力键，所述钢剪力键为钢筋接头或者栓钉，第一预制墩柱和第二预制墩柱的钢剪力键交错布置，钢筋接头或者栓钉伸出端面，锚固于UHPC接缝中；所述凹凸型混凝土剪力键设置在第一预制墩柱和第二预制墩柱水平部分端面的截面中部。

5.根据权利要求4所述的一种基于UHPC接缝的预制拼装桥墩结构，其特征在于：在所述第一预制墩柱和第二预制墩柱之间设置帽梁中间节段，在所述帽梁中间节段端面四周设置中间预埋钢筋，在所述帽梁中间节段的两个端面位于中间预埋钢筋的中间设置混凝土剪力键或钢剪力键，所述帽梁中间节段与第一预制墩柱和第二预制墩柱拼装，并在帽梁中间节段与第一预制墩柱、第二预制墩柱之间浇筑UHPC接缝材料进行连接。

6.根据权利要求1所述的一种基于UHPC接缝的预制拼装桥墩结构，其特征在于：在所述第一预制墩柱、帽梁中间节段和第二预制墩柱内预埋预应力管道，在所述预埋预应力管道内设置预应力筋。

7.根据权利要求1所述的一种基于UHPC接缝的预制拼装桥墩结构，其特征在于：所述第一预埋钢筋和第二预埋钢筋布置在端面四周，且在截面横向每列相互交错布置。

8.根据权利要求1所述的一种基于UHPC接缝的预制拼装桥墩结构，其特征在于：所述第一预埋钢筋和第二预埋钢筋在UHPC接缝内相互交错布置，相互搭接长度为十倍第一/第二预埋钢筋直径以上。

9.根据权利要求1所述的一种基于UHPC接缝的预制拼装桥墩结构，其特征在于：所述UHPC接缝浇筑在第一预制墩柱和第二预制墩柱之间，所述UHPC接缝采用超高性能混凝土。

10.一种上述权利要求1-9所述基于UHPC接缝的预制拼装桥墩结构的施工方法，其特征在于，包括以下步骤，

步骤一、墩柱预制，第一预制墩柱和第二预制墩柱水平部分端面布设剪力键，剪力键采用混凝土剪力键或钢剪力键，在第一预制墩柱水平部分端面周边布设第一预埋钢筋，在第二预制墩柱水平部分端面周边布设第二预埋钢筋；可在第一预制墩柱和第二预制墩柱水平部分端面的两侧面和底面设置外护板；

步骤二、第一预制墩柱与基础拼接完成，吊装第二预制墩柱，调整其纵向、横向水平位置，保证第一预埋钢筋和第二预埋钢筋横向互不干扰；下落第二预制墩柱，与基础进行拼接；当存在帽梁中间节段时，吊装帽梁中间节段，中间预埋钢筋与相接的第一预埋钢筋、第二预埋钢筋相互错开，下落就位后，将其与第一预制墩柱和第二预制墩柱通过临时锁定装置进行固定；

步骤三、安装定型模板或者对外护板，对定型模板或者对外护板与第一预制墩柱、第二预制墩柱之间的间隙进行塞缝处理；

步骤四、自顶部浇筑各个预制节段间的UHPC接缝，并养护；

步骤五、当帽梁需要布设预应力时，张拉预应力钢束并灌浆；

步骤六、拆除附属设施，完整拼装施工。

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