CN114164749A - 一种高抗裂抗侵蚀桥墩结构及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高抗裂抗侵蚀桥墩结构，其包括机制砂超高性能混凝土层、普通混凝土墩、箍筋、纵筋；所述机制砂超高性能混凝土层围设在普通混凝土墩上；所述机制砂超高性能混凝土层的内表面设有齿块，齿块嵌入普通混凝土墩内；所述机制砂超高性能混凝土层内掺有高抗裂抗侵蚀纤维；所述箍筋、纵筋相连接，并置于机制砂超高性能混凝土层内。本发明还提供上述高抗裂抗侵蚀桥墩结构的施工方法。本发明能对跨海大桥的混凝土桥墩进行保护，防止其因海水侵蚀而导致桥墩内部钢筋锈蚀和面层混凝土剥落开裂现象的发生，提高了混凝土桥墩的耐久性，进而提高跨海大桥的安全性。
Description
技术领域
本发明属于桥梁工程领域，具体涉及一种高抗裂抗侵蚀桥墩结构及其施工方法。
背景技术
近年来，横跨海峡和海湾的跨海大桥建设蓬勃发展。跨海大桥的耐久性问题是影响桥梁运营安全的重要因素，跨海大桥的混凝土桥墩长期浸泡海水中，一旦海水侵蚀结构内部，将导致桥墩内部钢筋锈蚀和面层混凝土剥落开裂，严重点会影响跨海大桥的结构，带来安全隐患。因此，我们迫切需要一种对跨海大桥的混凝土桥墩进行保护的装置，以确保跨海大桥的耐久性、安全性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高抗裂抗侵蚀桥墩结构及其施工方法，该结构和方法能对跨海大桥的混凝土桥墩进行保护，防止其因海水侵蚀而导致桥墩内部钢筋锈蚀和面层混凝土剥落开裂现象的发生，提高了混凝土桥墩的耐久性，进而提高跨海大桥的安全性。
本发明所采用的技术方案是：
一种高抗裂抗侵蚀桥墩结构，其包括机制砂超高性能混凝土层、普通混凝土墩、箍筋、纵筋；
所述机制砂超高性能混凝土层围设在普通混凝土墩上；所述机制砂超高性能混凝土层的内表面设有齿块，齿块嵌入普通混凝土墩内，以增强连接性能；
所述机制砂超高性能混凝土层内掺有高抗裂抗侵蚀纤维，以提高桥墩抗裂抗侵蚀性能；
所述箍筋、纵筋相连接，并置于机制砂超高性能混凝土层内。
按上述方案，所述高抗裂抗侵蚀纤维为聚甲醛纤维；聚甲醛纤维的掺入进一步提高了超高性能混凝土的致密性。
按上述方案，所述机制砂超高性能混凝土层的各组分及其含量为：水泥760-800kg/m3，硅灰180-220kg/m3，微珠130-170kg/m3，机制砂980-1100kg/m3，水150-200kg/m3，减水剂质量掺量为2-4％，聚甲醛纤维体积掺量为2-4％，CaO膨胀剂按体积掺量为5-8％，高钛重渣砂按体积掺量为10-20％。
按上述方案，当普通混凝土墩的墩顶设计标高与承台标高之差小于15m时，所述机制砂超高性能混凝土层沿普通混凝土墩高度方向布置在承台与浪溅区上界之间，厚度为50-150mm；
当普通混凝土墩的墩顶设计标高与承台标高之差大于15m时，所述机制砂超高性能混凝土层沿普通混凝土墩高度方向布置在浪溅区及浪溅区下界以下1.0m位置，厚度为50-150mm。
按上述方案，所述箍筋、纵筋采用耐腐蚀的纤维复合材料(FRP)制成，显著提高桥墩的抗裂抗侵蚀性能。
按上述方案，所述箍筋、纵筋采用环氧树脂涂层钢筋，所述纵筋采用公称直径12-25mm的热轧钢筋，最小配筋率为0.2％-0.75％，显著提高桥墩的抗裂抗侵蚀性能。
按上述方案，所述齿块与机制砂超高性能混凝土层一体成型，既方便施工，提高施工效率，又便于提高强度，更好的对桥墩进行保护。
按上述方案，所述齿块的竖截面为三角形、矩形或齿块的横截面为弧形；
当齿块的竖截面为三角形时，边长为35-50mm，齿块的厚度为15-25mm；
当齿块的竖截面为矩形时，边长为30-50mm，齿块的厚度为15-25mm；
当齿块的横截面为弧形时，直径为30-50mm，齿块的厚度为15-25mm；
当然，齿块也可以为其他形状，只要能确保机制砂超高性能混凝土层与普通混凝土墩的粘接性，使机制砂超高性能混凝土层与普通混凝土墩更能形成一个整体即可。
按上述方案，所述齿块有多个，并按矩形布置，横、纵向间距为300-600mm；或
所述齿块有多个，并按梅花形布置，横、纵向间距为400-600mm，斜向相邻齿块间距为300-400mm；提高了与普通混凝土墩的粘结性能。
按上述方案，所述普通混凝土墩的横截面为椭圆形、圆形或方形，当然也可以为其他形状，只要符合力学和方便施工即可。
本发明还提供上述高抗裂抗侵蚀桥墩结构的施工方法，其包括如下步骤：
1)根据桥梁设计的洪水位与浪溅区，确定机制砂超高性能混凝土层的高度和厚度；
2)根据机制砂超高性能混凝土层的高度和厚度，以及齿块的形状、尺寸，搭设模板，绑扎箍筋、纵筋；
3)浇筑机制砂超高性能混凝土，形成机制砂超高性能混凝土层和齿块；
4)在机制砂超高性能混凝土层内浇筑普通混凝土墩。
本发明的有益效果在于：
采用机制砂超高性能混凝土层对普通混凝土墩浪溅区进行防护，在机制砂超高性能混凝土层内配置耐腐蚀的箍筋、纵筋，能将混凝土与外界侵蚀环境隔离开来，克服了海洋环境下桥墩受海水侵蚀引起的钢筋锈蚀和面层混凝土易剥落开裂的缺点，提高了桥墩结构的高抗裂、抗侵蚀功能，显著提升桥墩的耐久性；
通过采用机制砂超高性能混凝土层使桥墩具有高抗裂、耐侵蚀的特点，提高了桥墩的使用寿命，增加了跨海大桥的安全性；克服了海洋环境下桥墩受海水侵蚀引起的钢筋锈蚀和面层混凝土易剥落开裂的缺点，为海洋环境混凝土桥墩结构的设计提供了技术支撑；
通过在机制砂超高性能混凝土层的内表面设齿块，并将齿块嵌入普通混凝土墩中，加强了与普通混凝土墩身的粘结性能，使机制砂超高性能混凝土层与普通混凝土墩连接性能好，力学性能优越，从而提升了桥墩结构的耐久性；
机制砂超高性能混凝土层作为普通混凝土墩的浇筑模板，即直接在机制砂超高性能混凝土层内浇筑普通混凝土墩，施工方便快捷，节省大量施工材料，提高了施工效率，显著缩短施工周期；
在机制砂超高性能混凝土层内掺有高抗裂抗侵蚀纤维，提高了桥墩抗裂抗侵蚀性能，提高了桥墩的使用寿命。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为实施例1的高抗裂抗侵蚀桥墩结构的结构示意图；
图2为实施例2的高抗裂抗侵蚀桥墩结构的结构示意图；
图3为实施例1的高抗裂抗侵蚀桥墩结构的横截面示意图；
图4为实施例2的高抗裂抗侵蚀桥墩结构的横截面示意图；
图5为齿块的梅花形分布示意图；
图6为齿块的矩形分布示意图；
图中：1、机制砂超高性能混凝土层；2、箍筋；3、纵筋；4、普通混凝土墩；5、齿块；6、承台。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
参见图1、图3和图5，一种高抗裂抗侵蚀桥墩结构，其包括机制砂超高性能混凝土层1、普通混凝土墩4、箍筋2、纵筋3。机制砂超高性能混凝土层1围设在普通混凝土墩4上。机制砂超高性能混凝土层1的内表面设有齿块5，且齿块5与机制砂超高性能混凝土层1一体成型，齿块5嵌入普通混凝土墩4内；为了提高桥墩抗裂抗侵蚀性，在机制砂超高性能混凝土层内掺有聚甲醛纤维(当然，也可以为其他高抗裂抗侵蚀纤维)，箍筋2、纵筋3采用耐腐蚀材料(纤维复合材料FRP)。箍筋2、纵筋3相连接，并置于机制砂超高性能混凝土层1内。
本实施例中，机制砂超高性能混凝土层的各组分及其含量为：水泥780kg/m3，硅灰200kg/m3，微珠150kg/m3，机制砂1005kg/m3，水181kg/m3，减水剂质量掺量为3.1％，聚甲醛纤维按体积掺量为2％，CaO膨胀剂按体积掺量为6％，高钛重渣砂按体积掺量为15％。
本实施例的机制砂超高性能混凝土的扩展度为650mm，坍落度为265mm，28d抗压强度达到120MPa，轴拉强度10.2MPa；经电通量法以及RCM法测得电通量为90C，氯离子扩散系数为0.05×10-12；根据GBT50082《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，干湿循环次数为150，抗硫酸盐等级KS150；机制砂超高性能混凝土的28d平均碳化深度为0mm。
本实施例中，普通混凝土墩4的墩顶设计标高与承台6标高之差小于15m，机制砂超高性能混凝土层1沿普通混凝土墩4高度方向布置在承台6与浪溅区上界之间，厚度为100mm。齿块5的竖截面为三角形，边长为35mm，厚度为20mm；齿块5有多个，按梅花形布置，横、纵向间距均设为500mm，斜向相邻齿块的间距为355mm。普通混凝土墩4的横截面为椭圆形，当然也可以为其他形状，只要符合力学和方便施工即可。
本实施例中，在机制砂超高性能混凝土层1内配置耐腐蚀的FRP箍筋、FRP纵筋，将混凝土与外界侵蚀环境隔离开来，具有高抗裂，耐腐蚀的优点，克服海洋环境下桥墩表面混凝土因外界侵蚀易剥落开裂的缺点；在外层机制砂超高性能混凝土层1内表面设置三角形抗剪粘结齿块，进一步加强了内外层混凝土的粘结性能；利用机制砂超高性能混凝土良好的流动性，便于浇筑。
实施例2
参见图2、图4和图6，与实施例1所不同的是：
机制砂超高性能混凝土层1的各组分及其含量为：水泥790kg/m3，硅灰210kg/m3，微珠160kg/m3，机制砂990kg/m3，水162kg/m3，减水剂质量掺量为2.3％，聚甲醛纤维体积掺量为3％，CaO膨胀剂按体积掺量为7％，高钛重渣砂按体积掺量为18％。
本实施例中，机制砂超高性能混凝土扩展度为652mm，坍落度为264mm，28d抗压强度达到122MPa，轴拉强度10.1MPa；电通量为85C，氯离子扩散系数为0.03×10-12；干湿循环次数为150，抗硫酸盐等级KS150；机制砂超高性能混凝土28d平均碳化深度为0mm。
普通混凝土墩4的墩顶设计标高与承台6标高之差大于15m，机制砂超高性能混凝土层1沿普通混凝土墩高度方向布置在浪溅区及浪溅区下界以下1.0m位置，厚度为120mm。
箍筋2、纵筋3采用环氧树脂涂层钢筋，箍筋2采用环氧树脂涂层钢筋HRB235，直径为Φ8，纵筋3采用环氧树脂涂层钢筋HRB400，直径为Φ20，截面配筋率为1.5％。
齿块5的竖截面为三角形，边长为40mm，凸起的厚度为23mm；本实施例中，齿块5有多个，按矩形布置，横、纵向间距均设为500mm，斜向相邻齿块间距为380mm。
普通混凝土墩身4的截面为圆形。
实施例3
一种高抗裂抗侵蚀桥墩结构的施工方法，其包括如下步骤：
1)根据桥梁设计的洪水位与浪溅区，确定机制砂超高性能混凝土层的高度和厚度；
2)根据机制砂超高性能混凝土层的高度和厚度，以及齿块的形状、尺寸，搭设模板，绑扎箍筋、纵筋；
3)浇筑机制砂超高性能混凝土，形成机制砂超高性能混凝土层和齿块；
4)在机制砂超高性能混凝土层内浇筑普通混凝土墩；
5)拆除模板，形成高抗裂抗侵蚀桥墩结构。
在桥墩混凝土浇筑期间，机制砂超高性能混凝土层起到了外模板的作用，能节省大量钢材模板，免除拆模工序，节省大量施工周期。
本发明中，减水剂为固含量为35％的高减水率、低引引气量的聚羧酸海工机制砂混凝土专用减水剂和UHPC专用减水剂；高钛重矿渣砂为快冷多孔高钛重矿渣砂和慢冷少孔砂高钛重矿渣砂。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (9)
1.一种高抗裂抗侵蚀桥墩结构，其特征在于：包括机制砂超高性能混凝土层、普通混凝土墩、箍筋、纵筋；
所述机制砂超高性能混凝土层围设在普通混凝土墩上；所述机制砂超高性能混凝土层的内表面设有齿块，齿块嵌入普通混凝土墩内；
所述机制砂超高性能混凝土层内掺有高抗裂抗侵蚀纤维；
所述箍筋、纵筋相连接，并置于机制砂超高性能混凝土层内。
2.根据权利要求1所述的高抗裂抗侵蚀桥墩结构，其特征在于：所述高抗裂抗侵蚀纤维为聚甲醛纤维。
3.根据权利要求2所述的高抗裂抗侵蚀桥墩结构，其特征在于：
所述机制砂超高性能混凝土层的各组分及其含量为：水泥760-800kg/m3，硅灰180-220kg/m3，微珠130-170kg/m3，机制砂980-1100kg/m3，水150-200kg/m3，减水剂质量掺量为2-4％，聚甲醛纤维体积掺量为2-4％，CaO膨胀剂按体积掺量为5-8％，高钛重渣砂按体积掺量为10-20％。
4.根据权利要求1或3所述的高抗裂抗侵蚀桥墩结构，其特征在于：
1)当普通混凝土墩的墩顶设计标高与承台标高之差小于15m时，所述机制砂超高性能混凝土层沿普通混凝土墩高度方向布置在承台与浪溅区上界之间，厚度为50-150mm；
2)当普通混凝土墩的墩顶设计标高与承台标高之差大于15m时，所述机制砂超高性能混凝土层沿普通混凝土墩高度方向布置在浪溅区及浪溅区下界以下1.0m位置，厚度为50-150mm。
5.根据权利要求1所述的高抗裂抗侵蚀桥墩结构，其特征在于：
所述箍筋、纵筋为耐腐蚀的纤维复合材料；或
所述箍筋、纵筋为环氧树脂涂层钢筋，所述纵筋采用公称直径12-25mm的热轧钢筋，最小配筋率为0.2％-0.75％。
6.根据权利要求1所述的高抗裂抗侵蚀桥墩结构，其特征在于：
所述齿块与机制砂超高性能混凝土层一体成型。
7.根据权利要求1或6所述的高抗裂抗侵蚀桥墩结构，其特征在于：
所述齿块的竖截面为三角形、矩形，或齿块的横截面为弧形；
当齿块的竖截面为三角形时，边长为35-50mm，齿块的厚度为15-25mm；
当齿块的竖截面为矩形时，边长为30-50mm，齿块的厚度为15-25mm；
当齿块的横截面为弧形时，直径为30-50mm，齿块的厚度为15-25mm。
8.根据权利要求1或6所述的高抗裂抗侵蚀桥墩结构，其特征在于：
所述齿块有多个，并按矩形布置，横、纵向间距为300-600mm；或
所述齿块有多个，并按梅花形布置，横、纵向间距为400-600mm，斜向相邻齿块间距为300-400mm。
9.一种权利要求1-8中任一所述的高抗裂抗侵蚀桥墩结构的施工方法，其特征在于包括如下步骤：
1)根据桥梁设计的洪水位与浪溅区，确定机制砂超高性能混凝土层的高度和厚度；
2)根据机制砂超高性能混凝土层的高度和厚度，以及齿块的形状、尺寸，搭设模板，绑扎箍筋、纵筋；
3)浇筑机制砂超高性能混凝土，形成机制砂超高性能混凝土层和齿块；
4)在机制砂超高性能混凝土层内浇筑普通混凝土墩。
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