CN115595873A - 一种采用外包uhpc钢管连接的装配式混凝土桥墩及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于桥梁工程技术领域，尤其涉及一种采用外包UHPC钢管连接的装配式混凝土桥墩及其施工方法。本发明通过在开槽承台单元上设置底部节段单元、外包UHPC钢管单元，以及锚固件单元的方式，使得装配式混凝土桥墩中，节段与承台之间的连接结构强度更大，受力部位更加分散，桥墩整体抗冲击能力更强。此外，本发明还提供一种上述装配式混凝土桥墩的施工方法，保证该装配式混凝土桥墩得以高效施工制得。

Description

一种采用外包UHPC钢管连接的装配式混凝土桥墩及其施工 方法

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，尤其涉及一种采用外包UHPC钢管连接的装配式混凝土桥墩及其施工方法。

背景技术

装配式混凝土桥墩，其结构特点是至少所有桥墩节段都是在工厂预制的。因此，在施工现场一般仅需：1、连接承台和底部桥墩节段；2、依次连接剩余所有桥墩节段。而在目前装配式混凝土桥墩行业中，桥墩节段之间的连接技术相对成熟。换言之，承台与底部桥墩节段之间连接结构的强度，是装配式混凝土桥墩质量的关键。

底部桥墩节段与承台的拼装方法，最常见的就是插槽式连接。该方法的大体步骤为：

首先、底部桥墩节段的下端面上专门设置锚固板，承台上预留安装槽，并露出锚固杆；

其次，底部桥墩节段插入安装槽，锚固杆插入锚固板并拧紧；

最后，安装槽内再填满混凝土，整个拼装连接过程就全部完成了。

专利公告号为CN206941372U、公告日为2018.01.30的中国实用新型专利，公开了一种哑铃型钢管混凝土组合桥墩及与承台的连接结构，包括由两个圆形钢管及焊接于两个圆钢管之间的双层钢板构成的哑铃型钢管，其底部焊接有端板、内部填充有混凝土，桥墩与承台之间采用灌浆波纹套筒埋入式连接。

该实用新型专利中的桥墩与承台连接结构，由端板的锚固功能和灌浆波纹套筒的环向支撑功能，来保证基本的连接强度。

但是，该连接结构存在的最大一个缺陷，即本发明所要解决的技术问题，就是：桥墩的连接部位全部在下端头上，受力过于集中，因此连接强度、结构整体性都不高，桥墩一旦受到较大横向冲击时，该连接部位就容易断裂、解体。

所以综上所述，现在急需一种底部桥墩与承台之间的安装结构受力区域相对分散、连接强度更大、不易断裂的高强度装配式混凝土桥墩。

发明内容

本发明提供一种采用外包UHPC钢管连接的装配式混凝土桥墩，其能通过在开槽承台单元上设置底部节段单元、外包UHPC钢管单元，以及锚固件单元的方式，使得装配式混凝土桥墩中，节段与承台之间的连接结构强度更大，受力部位更加分散，桥墩整体抗冲击能力更强。

此外，本发明还提供一种上述装配式混凝土桥墩的施工方法，依次包括以下步骤：S1、制得外包UHPC钢管单元；S2、在外包UHPC钢管单元内，布置钢筋笼、浇筑混凝土，固化形成底部节段单元，得到完整的桥墩节段；S3、通过布置钢筋笼、浇筑混凝土的方式，制得开槽承台单元；S4、先起吊桥墩节段，再在开槽承台单元上插接桥墩节段，得到桥墩主体；S5、最后在桥墩主体上拧紧、浇筑形成锚固件单元，单个桥墩节段样式的装配式混凝土桥墩的施工方法全部完成，最终保证该装配式混凝土桥墩得以高效施工制得。

本发明解决上述问题采用的技术方案是：一种采用外包UHPC钢管连接的装配式混凝土桥墩，结构包括开槽承台单元，插接设置在所述开槽承台单元上的底部节段单元，套接设置在所述底部节段单元上，且与所述开槽承台单元插接的外包UHPC钢管单元，以及设置在所述开槽承台单元上，并用于安装所述外包UHPC钢管单元的锚固件单元。

进一步优选的技术方案在于：所述开槽承台单元包括承台主体，设置在所述承台主体上表面上，并用于设置所述锚固件单元的高位槽，设置在所述高位槽内底面上，并用于插入所述底部节段单元的低位槽，以及设置在所述承台主体上，且在所述高位槽内上端露出，并用于插接所述外包UHPC钢管单元的锚固杆。

进一步优选的技术方案在于：所述底部节段单元包括下端插入所述低位槽的节段主体，以及设置在所述节段主体上，且上端露出，并用于连接上部桥墩节段的节段钢筋。

进一步优选的技术方案在于：所述外包UHPC钢管单元包括套接设置在所述节段主体上的钢管，设置在所述钢管外环面上，并用于插接所述锚固杆上的开孔圆环，以及设置在所述钢管外环面和开孔圆环上表面上的环形UHPC层。

进一步优选的技术方案在于：所述外包UHPC钢管单元还包括设置在所述钢管内外环形面上，并分别用于加固连接所述节段主体和环形UHPC层的剪力键。

进一步优选的技术方案在于：所述外包UHPC钢管单元还包括设置在所述环形UHPC层内的环向钢筋。

进一步优选的技术方案在于：所述锚固件单元包括设置在所述锚固杆上的锚固螺母，以及设置在所述高位槽内，并用于覆盖所述锚固杆和锚固螺母的防锈层。

进一步优选的技术方案在于：所述开槽承台单元还包括设置在所述承台主体上，且在所述低位槽内底面上露出的承台钢筋；所述底部节段单元还包括设置在所述外包UHPC钢管单元内，且位于所述节段主体下方位置处，并用于容纳所述承台钢筋的内缩区，以及设置在所述节段主体上，并在连接、浇筑所述节段钢筋时，用于向所述内缩区处添加混凝土的竖向孔道。

进一步优选的技术方案在于：所述底部节段单元还包括设置在所述节段主体内，并用于连接所述节段钢筋的第二环向钢筋，所述竖向孔道设置在径向相邻两圈所述第二环向钢筋之间。

一种采用外包UHPC钢管连接的装配式混凝土桥墩的施工方法，依次包括以下步骤：

S1、通过钢材焊接的方式，制得所述外包UHPC钢管单元；

S2、在所述外包UHPC钢管单元内，布置钢筋笼、浇筑混凝土，固化形成所述底部节段单元，得到完整的桥墩节段；

S3、通过布置钢筋笼、浇筑混凝土的方式，制得所述开槽承台单元；

S4、先起吊所述桥墩节段，再在所述开槽承台单元上插接所述桥墩节段，得到桥墩主体；

S5、最后在所述桥墩主体上拧紧、浇筑形成所述锚固件单元，单个所述桥墩节段样式的装配式混凝土桥墩的施工方法全部完成。

附图说明

图1为本发明中装配式混凝土桥墩的结构示意图。

图2为本发明中开槽承台单元的结构示意图。

图3为本发明中外包UHPC钢管单元的位置结构示意图。

图4为本发明中节段钢筋的位置结构示意图。

图5为本发明中锚固件单元的位置结构示意图。

图6为本发明中承台钢筋和内缩区的位置结构示意图。

图7为本发明中锚固杆、承台钢筋在俯视角度下的位置示意图。

图8为本发明中竖向孔道的位置结构示意图。

附图中，各标号所代表的含义如下。

开槽承台单元1、底部节段单元2、外包UHPC钢管单元3、锚固件单元4；

承台主体101、高位槽102、低位槽103、锚固杆104、节段主体201、节段钢筋202、钢管301、开孔圆环302、环形UHPC层303、剪力键304、环向钢筋305、锚固螺母401、防锈层402、承台钢筋105、内缩区203、竖向孔道204、第二环向钢筋205。

具体实施方式

以下所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的范围进行限定。

如附图1-8所示，一种采用外包UHPC钢管连接的装配式混凝土桥墩，结构包括开槽承台单元1，插接设置在所述开槽承台单元1上的底部节段单元2，套接设置在所述底部节段单元2上，且与所述开槽承台单元1插接的外包UHPC钢管单元3，以及设置在所述开槽承台单元1上，并用于安装所述外包UHPC钢管单元3的锚固件单元4。

在本实施例中，该装配式混凝土桥墩想要提升结构强度，可以从3个方面入手：第一、提升承台自身强度；第二、提升节段自身强度；第三、提升承台和节段连接结构的强度。

其中，所述开槽承台单元1包括自身内部的钢筋网笼结构，其强度够用，所述底部节段单元2不仅有内部的钢筋网笼，还有外部的所述外包UHPC钢管单元3，其强度得以进一步提升，而最重要的第三点，靠的是所述底部节段单元2先与所述开槽承台单元1插接，再依靠所述外包UHPC钢管单元3来进行中部、大范围的连接受力。

最后的效果是，所述底部节段单元2受到横向冲击时，相较于现有的仅下端螺接式桥墩节段，其更加不易倾倒、断裂、解体。

所以，所述外包UHPC钢管单元3是至关重要的，其既可以加固所述底部节段单元2自身，又可以优化节段与承台之间的连接结构。

所述开槽承台单元1包括承台主体101，设置在所述承台主体101上表面上，并用于设置所述锚固件单元4的高位槽102，设置在所述高位槽102内底面上，并用于插入所述底部节段单元2的低位槽103，以及设置在所述承台主体101上，且在所述高位槽102内上端露出，并用于插接所述外包UHPC钢管单元3的锚固杆104。

在本实施例中，所述锚固杆104即为承台钢筋网笼的部分纵向钢筋，其上设有螺纹。另一方面，承台钢筋网笼在所述高位槽102、低位槽103处适当分开，或选用圆形钢筋，保证给槽口位置留出空间。

其中，所述高位槽102、低位槽103均为圆形槽，圆心位置竖向对齐，所述锚固杆104为5-10个，在所述高位槽102上均匀排成一圈。

所述底部节段单元2包括下端插入所述低位槽103的节段主体201，以及设置在所述节段主体201上，且上端露出，并用于连接上部桥墩节段的节段钢筋202。

在本实施例中，所述节段钢筋202即为节段钢筋网笼中的纵向钢筋，而对于非底部的绝大多数桥墩节段而言，其所述节段钢筋202的上下两端都需要露出，以用于连接相邻桥墩节段的所述节段钢筋202。

此外，所述节段钢筋网笼主要包括纵向钢筋、水平的圆形钢筋，以及径向连接钢筋，所述节段主体201即为桥墩节段浇筑用的混凝土。

所述外包UHPC钢管单元3包括套接设置在所述节段主体201上的钢管301，设置在所述钢管301外环面上，并用于插接所述锚固杆104上的开孔圆环302，以及设置在所述钢管301外环面和开孔圆环302上表面上的环形UHPC层303。

在本实施例中，所述UHPC指的是现有的超高性能混凝土，其浇筑一圈，与所述钢管301一起，可以套住所述底部节段单元2，给所述底部节段单元2提供一个径向向内的保护力。

此外，所述开孔圆环302在所述钢管301的相对中部位置，而不是端头处，保证所述开槽承台单元1对底部节段单元2的拉结作用力具有相对更大的分布区域，降低所述底部节段单元2形变或破裂的概率。

所述外包UHPC钢管单元3还包括设置在所述钢管301内外环形面上，并分别用于加固连接所述节段主体201和环形UHPC层303的剪力键304。

在本实施例中，所述剪力键304包括内外两圈，用于整体加固节段主体201、钢管301、环形UHPC层303这三者。

所述外包UHPC钢管单元3还包括设置在所述环形UHPC层303内的环向钢筋305。

在本实施例中，所述环向钢筋305可以适当提高所述环形UHPC层303的结构强度。

所述锚固件单元4包括设置在所述锚固杆104上的锚固螺母401，以及设置在所述高位槽102内，并用于覆盖所述锚固杆104和锚固螺母401的防锈层402。

在本实施例中，所述防锈层402的材质为UHPC或环氧砂浆，保证所述锚固螺母401和锚固杆104不会露出即可，最好是以平齐的方式，完全填补所述高位槽102。

所述开槽承台单元1还包括设置在所述承台主体101上，且在所述低位槽103内底面上露出的承台钢筋105；所述底部节段单元2还包括设置在所述外包UHPC钢管单元3内，且位于所述节段主体201下方位置处，并用于容纳所述承台钢筋105的内缩区203，以及设置在所述节段主体201上，并在连接、浇筑所述节段钢筋202时，用于向所述内缩区203处添加混凝土的竖向孔道204。

在本实施例中，所述承台钢筋105与锚固杆104本质上都是承台钢筋网笼的纵向钢筋，无非是前者更加居中、更加短，而后者又独有螺纹段。

此外，装配式混凝土桥墩不可能只有一个桥墩节段，所述节段钢筋202上端本身就是需要现浇混凝土，来连接另一个桥墩节段的，因此混凝土在所述竖向孔道204处先浇筑，直至填满所述内缩区203和竖向孔道204，最后再浇筑所述节段钢筋202上端处。

因此，对于所述底部节段单元2和开槽承台单元1而言，又增加了一个混凝土浇筑连接效果。

所述底部节段单元2还包括设置在所述节段主体201内，并用于连接所述节段钢筋202的第二环向钢筋205，所述竖向孔道204设置在径向相邻两圈所述第二环向钢筋205之间。

在本实施例中，所述竖向孔道204内没有露出钢筋，因此设置在径向相邻两圈所述第二环向钢筋205之间，保证所述竖向孔道204也不会显著降低所述底部节段单元2自身的结构强度。

此外，所述竖向孔道204不是后期开凿出来的，而是在浇筑所述节段主体201时，设置一圈网格布，预留一个圆形孔道。

一种采用外包UHPC钢管连接的装配式混凝土桥墩的施工方法，依次包括以下步骤：

S1、通过钢材焊接的方式，制得所述外包UHPC钢管单元3；

S2、在所述外包UHPC钢管单元3内，布置钢筋笼、浇筑混凝土，固化形成所述底部节段单元2，得到完整的桥墩节段；

S3、通过布置钢筋笼、浇筑混凝土的方式，制得所述开槽承台单元1；

S4、先起吊所述桥墩节段，再在所述开槽承台单元1上插接所述桥墩节段，得到桥墩主体；

S5、最后在所述桥墩主体上拧紧、浇筑形成所述锚固件单元4，单个所述桥墩节段样式的装配式混凝土桥墩的施工方法全部完成。

在本实施例的S1中，内外各一圈的所述剪力键304、开孔圆环302需要在所述钢管301上焊接，所述环向钢筋305再支模固定，最终浇筑形成所述环形UHPC层303。

S2中，节段的钢筋笼在制作时，要留出足够错位、露出长度的纵筋，即节段钢筋202。

最后，本实施例具有以下优点。

第一、底部节段与承台之间的连接关系，至少包括三个：两者自身插接、靠所述外包UHPC钢管单元3拉结、靠所述内缩区203处的混凝土和承台钢筋105连接为整体。因此，该桥墩在横向受力冲击时，桥墩节段不易倾倒、变形、破裂、解体，结构强度相对较大，结构完整度相对更好。

第二、该装配式混凝土桥墩本质上通过局部装配式的方法，在现浇工作量相对较少的前提下，保证该桥墩具有相对较高的结构强度。

第三、对于所述外包UHPC钢管单元3而言，其既可以直接加固所述底部节段单元2，又可以给节段和承台的连接结构提供一个相对居中、受力面积足够大的拉结位置，保证所述底部节段单元2不易倾倒。

第四、所述底部节段单元2自身与开槽承台单元1之间，既有一开始的插接效果，又有后续的混凝土浇筑连接成整体的效果，保证即使没有所述外包UHPC钢管单元3，所述底部节段单元2也能长期稳定支撑。

第五、所述外包UHPC钢管单元3在所述底部节段单元2上安装稳固，径向加固效果充分，使得所述底部节段单元2不易径向崩开、破裂。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种修改。这些都是不具有创造性的修改，只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种采用外包UHPC钢管连接的装配式混凝土桥墩，其特征在于：结构包括开槽承台单元（1），插接设置在所述开槽承台单元（1）上的底部节段单元（2），套接设置在所述底部节段单元（2）上，且与所述开槽承台单元（1）插接的外包UHPC钢管单元（3），以及设置在所述开槽承台单元（1）上，并用于安装所述外包UHPC钢管单元（3）的锚固件单元（4）。

2.根据权利要求1所述的一种采用外包UHPC钢管连接的装配式混凝土桥墩，其特征在于：所述开槽承台单元（1）包括承台主体（101），设置在所述承台主体（101）上表面上，并用于设置所述锚固件单元（4）的高位槽（102），设置在所述高位槽（102）内底面上，并用于插入所述底部节段单元（2）的低位槽（103），以及设置在所述承台主体（101）上，且在所述高位槽（102）内上端露出，并用于插接所述外包UHPC钢管单元（3）的锚固杆（104）。

3.根据权利要求2所述的一种采用外包UHPC钢管连接的装配式混凝土桥墩，其特征在于：所述底部节段单元（2）包括下端插入所述低位槽（103）的节段主体（201），以及设置在所述节段主体（201）上，且上端露出，并用于连接上部桥墩节段的节段钢筋（202）。

4.根据权利要求3所述的一种采用外包UHPC钢管连接的装配式混凝土桥墩，其特征在于：所述外包UHPC钢管单元（3）包括套接设置在所述节段主体（201）上的钢管（301），设置在所述钢管（301）外环面上，并用于插接所述锚固杆（104）上的开孔圆环（302），以及设置在所述钢管（301）外环面和开孔圆环（302）上表面上的环形UHPC层（303）。

5.根据权利要求4所述的一种采用外包UHPC钢管连接的装配式混凝土桥墩，其特征在于：所述外包UHPC钢管单元（3）还包括设置在所述钢管（301）内外环形面上，并分别用于加固连接所述节段主体（201）和环形UHPC层（303）的剪力键（304）。

6.根据权利要求4所述的一种采用外包UHPC钢管连接的装配式混凝土桥墩，其特征在于：所述外包UHPC钢管单元（3）还包括设置在所述环形UHPC层（303）内的环向钢筋（305）。

7.根据权利要求4所述的一种采用外包UHPC钢管连接的装配式混凝土桥墩，其特征在于：所述锚固件单元（4）包括设置在所述锚固杆（104）上的锚固螺母（401），以及设置在所述高位槽（102）内，并用于覆盖所述锚固杆（104）和锚固螺母（401）的防锈层（402）。

8.根据权利要求3所述的一种采用外包UHPC钢管连接的装配式混凝土桥墩，其特征在于：所述开槽承台单元（1）还包括设置在所述承台主体（101）上，且在所述低位槽（103）内底面上露出的承台钢筋（105）；所述底部节段单元（2）还包括设置在所述外包UHPC钢管单元（3）内，且位于所述节段主体（201）下方位置处，并用于容纳所述承台钢筋（105）的内缩区（203），以及设置在所述节段主体（201）上，并在连接、浇筑所述节段钢筋（202）时，用于向所述内缩区（203）处添加混凝土的竖向孔道（204）。

9.根据权利要求8所述的一种采用外包UHPC钢管连接的装配式混凝土桥墩，其特征在于：所述底部节段单元（2）还包括设置在所述节段主体（201）内，并用于连接所述节段钢筋（202）的第二环向钢筋（205），所述竖向孔道（204）设置在径向相邻两圈所述第二环向钢筋（205）之间。

10.一种如权利要求1所述的采用外包UHPC钢管连接的装配式混凝土桥墩的施工方法，其特征在于依次包括以下步骤：

S1、通过钢材焊接的方式，制得所述外包UHPC钢管单元（3）；

S2、在所述外包UHPC钢管单元（3）内，布置钢筋笼、浇筑混凝土，固化形成所述底部节段单元（2），得到完整的桥墩节段；

S3、通过布置钢筋笼、浇筑混凝土的方式，制得所述开槽承台单元（1）；

S4、先起吊所述桥墩节段，再在所述开槽承台单元（1）上插接所述桥墩节段，得到桥墩主体；

S5、最后在所述桥墩主体上拧紧、浇筑形成所述锚固件单元（4），单个所述桥墩节段样式的装配式混凝土桥墩的施工方法全部完成。

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