CN117488661A - 一种适用于高寒地区的组合桥墩及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于高寒地区的组合桥墩，包括桥墩内芯和桥墩外环，桥墩外环包裹桥墩内芯，桥墩外环由超高强度混凝土制成，桥墩内芯由普通混凝土现场浇注而成，桥墩外环在加工厂预制；这种组合桥墩仅在桥墩外环使用价格更高的超高强度混凝土，既能满足桥墩抗冻融的需求，也能减少超高强度混凝土的用量，兼顾工程成本；同时，桥墩外环在加工厂预制，预制成型的桥墩外环在施工现场直接用作桥墩模板，省去了传统施工中桥墩模板的材料费和桥墩模板的安装拆卸施工费。

Description

一种适用于高寒地区的组合桥墩及施工方法

技术领域

本发明涉及建筑领域，尤其涉及一种适用于高寒地区的组合桥墩及施工方法。

背景技术

混凝土在饱水状态下因冻融循环产生的破坏作用称为冻融破坏，一般认为,冻融破坏主要是因为在某一冻结温度下,水结冰产生体积膨胀,过冷水发生迁移，引起各种压力；当压力超过混凝土能承受的应力时,混凝土内部孔隙及微裂缝逐渐增大、扩展并互相连通，强度逐渐降低，造成混凝土破坏。

冻融引起的混凝土结构破坏是气温较低的北方高纬度寒冷地区的桥梁结构中的常见病害，当桥墩立柱受冻融影响时，会产生严重缩颈，危及桥梁安全。

在当前，超高性能混凝土(UHPC)是根据颗粒最紧密堆织和纤维增等原则进行设计的水泥基结构材料具有较高的抗压强度和抗拉强度。同时，UHPC极低的孔隙率和内部结构致密的特点，使其展现出优良的抗渗性、抗冻性能和抗化学侵蚀能力，非常适合抵抗高寒地区的冻融伤害。但是超高性能混凝土的价格相对高昂，全部使用超高性能混凝土浇注桥墩会显著提高工程造价。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有技术中在高寒地区使用普通混凝土浇注桥墩容易受到冻融伤害，使用超高性能混凝土浇注桥墩则增加成本。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种适用于高寒地区的组合桥墩，包括桥墩内芯和桥墩外环，桥墩外环包裹桥墩内芯，所述桥墩外环由超高强度混凝土制成，所述桥墩内芯由普通混凝土现场浇注而成，所述桥墩外环在加工厂预制。

这种组合桥墩仅在桥墩外环使用价格更高的超高强度混凝土，既能满足桥墩抗冻融的需求，也能减少超高强度混凝土的用量，兼顾工程成本；同时，桥墩外环在加工厂预制，预制成型的桥墩外环在施工现场直接用作桥墩模板，省去了传统施工中桥墩模板的材料费和桥墩模板的安装拆卸施工费。

为了增加桥墩内芯和桥墩外环之间的连接可靠性，所述桥墩外环的内表面设置有凹坑。

本发明还公开了一种适用于高寒地区的组合桥墩的施工方法，包括如下步骤：

步骤1：在加工厂使用超高强度混凝土预制桥墩外环；

步骤2：将预制的桥墩外环运输至施工现场安装固定；

步骤3：在桥墩外环内部布置钢筋笼，然后浇注普通混凝土形成桥墩内芯，桥墩外环用作桥墩内芯的浇注模板。

桥墩外环本质上也是一种混凝土管，与现有技术中的混凝土管的预制方法一致，主要是在内模和外模之中安装钢筋笼、浇注混凝土并养护后拆卸模具得到；在现有技术的混凝土管的预制过程中，内模的脱模方式是从混凝土管的内部横向抽出。本发明的桥墩外环内表面需要设置凹坑，但是考虑到脱模过程，本发明中所使用的内模不可简单的在内模表面设置凸点，否则脱模困难。本发明将提供两种在桥墩外环的内表面预制凹坑的方法，第一种方法是在所述步骤1中，预制桥墩外环的内模表面包裹均匀的气泡膜，气泡膜是包装行业常用的物品，可以直接购买且价格低廉，利用气泡膜可以在桥墩外环的内表面形成凹坑。这种方法无需改变现有技术的混凝土管生产模具，成本低。但是这种方法涉及大量的气泡膜的包裹操作和清理操作，并且气泡膜本身内部充满的是可压缩的空气，这将导致桥墩外环内表面的凹坑的质量不稳定。

第二种方法则是在所述步骤1中，使用专用内模预制桥墩外环；所述专用内模包括模外环、模内环、伸缩柱和弹簧，所述模内环与模外环同心并且位于模外环内部，模外环的表面设置有多个环形分布的通孔，每个通孔内均安装一个伸缩柱，伸缩柱的一端呈圆球形另一端设置有第一弧面，伸缩柱上设置有凸肩并套有弹簧，弹簧的两端分别抵住凸肩和模外环的内壁；所述模内环的外表面设置有多个与伸缩柱对应的凸柱，凸柱的表面设置有第二弧面，第一弧面与第二弧面接触；当模内环相对模外环正行程旋转时，凸柱驱动伸缩柱从通孔处向外伸出；需要补充说明的是，此处的正行程旋转并不特指顺时针或者逆时针旋转，模内环相对比模外环只有两个旋转方向，能够使得伸缩柱向外伸出的即为正行程旋转方向，另一个则为反行程旋转方向。

专用内模设置了伸缩柱，在桥墩外环浇注之前，伸缩柱向外伸出，用于形成桥墩外环内表面的凹坑；当桥墩外环养护成型之后，伸缩柱缩回通孔内部，整个专用内模可以像普通内模一样从桥墩外环中横向抽出实现脱模。

在本发明中，伸缩柱缩回通孔内部依靠弹簧的弹力，这种缩回方式具有一定的不可靠性，因为混凝土浇注并干燥后，伸缩柱和桥墩外环可能产生粘附；为了避免少量伸缩柱无法依靠弹簧缩回，本发明所述伸缩柱的侧面设置有第三弧面，所述凸柱的侧面设置有第四弧面，当模内环相对模外环反行程旋转时，凸柱的第四弧面与相邻的伸缩柱的第三弧面接触并且驱动伸缩柱向内缩回通孔内；这意味着，即使有些伸缩柱与桥墩外环产生粘附，通过第三弧面与第四弧面的撞击，也能促使伸缩柱与桥墩外环分离。

进一步的，所述专用内模还包括端板和内轴，端板安装在模外环的两端，内轴与模内环和模外环同心，内轴通过支杆与模内环连接，内轴的两端插入端板中，通过驱动内轴旋转即可驱动模内环旋转。

具体的，所述专用内模还包括气缸和套管，所述气缸固定在端板的内表面，内轴的一端设置有径向的套杆，套管套在套杆上并且套管的末端与气缸的伸缩杆铰接，气缸通过套管和套杆驱动内轴和模内环正行程旋转和反行程旋转一定的角度。

进一步的，所述模内环表面的凸柱有两种，分别是一类凸柱和二类凸柱，一类凸柱和二类凸柱的区别在于第二弧面具体形状不同；

一类凸柱的第二弧面满足：当模内环旋转使得伸缩柱伸出最远位置后，如果模内环继续旋转，伸缩柱不再伸出；

二类凸柱的第二弧面满足：当模内环旋转使得伸缩柱伸出最远位置后，如果模内环继续旋转，伸缩柱继续伸出；最远位置是指在浇筑桥墩外环时，为了形成凹坑伸缩柱所应到达的位置；

所述模内环表面的凸柱有连续N个为二类凸柱，其余为一类凸柱；N大于等于3且小于等于5；

本发明的模内环正行程旋转一定角度即可驱动伸缩柱伸出，反行程旋转一定角度即可驱动伸缩柱缩回；虽然在理论上，每次浇注过程中模内环只需要执行一次正行程旋转和一次反行程旋转即可，但是在实际应用中并非如此；在脱模的时候，通过反复的旋转模内环可以实现整个专用内模振动，使得专用内模与桥墩外环在振动中分离的更加彻底，方便脱模；为了强化这种脱模能力，本发明将凸柱分为一类凸柱和二类凸柱，在脱模时，模内环的每一次正行程旋转都会适当增加行程角度，这种操作将导致二类凸柱所对应的伸缩柱进一步上顶桥墩外环，促进桥墩外环与模外环之间产生间隙，有利于脱模。

有益效果：(1)本发明的组合桥墩仅在桥墩外环使用价格更高的超高强度混凝土，既能满足桥墩抗冻融的需求，也能减少超高强度混凝土的用量，兼顾工程成本。(2)本发明的组合桥墩中的预制成型的桥墩外环在施工现场直接用作桥墩模板，省去了传统施工中桥墩模板的材料费和桥墩模板的安装拆卸施工费，既能节约成本也能缩短工期。(3)本发明的桥墩外环的内表面设置有凹坑，提高了组合桥墩的强度。(4)本发明提供了一种在传统内模上包裹气泡膜生产包含凹坑的桥墩外环的方法，无需更改现有的生产模具，成本低廉。(5)本发明提供了一种带有伸缩柱的专用内模，使得预制桥墩外环的凹坑质量更加稳定可控且不影响脱模。(6)本发明在模内环中设置两种凸柱，促使桥墩外环产生偏向的振动，以便桥墩外环和模外环之间产生间隙，有利于脱模。

附图说明

图1是实施例1组合桥墩的剖面图。

图2是实施例2中专用内模的立体图。

图3是实施例2中专用内模的剖面图。

图4是图3的A放大图。

图5是实施例2中专用内模的工作原理图(其一)。

图6是实施例2中专用内模的工作原理图(其二)。

图7是实施例2中专用内模的工作原理图(其三)。

图8是实施例2中专用内模的应用状态图。

其中：100、桥墩内芯；200、桥墩外环；210、凹坑；300、专用内模；310、模外环；311、通孔；320、模内环；321、凸柱；321A、一类凸柱；321B、二类凸柱；321-1、第二弧面；321-2、第四弧面；330、伸缩柱；331、第一弧面；332、凸肩；333、第三弧面；340、弹簧；350、端板；360、内轴；361、支杆；362、套杆；370、气缸；380、套管；400、外模。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

实施例1

如图1所示，本实施例的适用于高寒地区的组合桥墩包括桥墩内芯100和桥墩外环200，桥墩外环200包裹桥墩内芯100，桥墩外环200由超高强度混凝土制成，桥墩内芯100由普通混凝土现场浇注而成，桥墩外环200在加工厂预制。桥墩外环200的内表面设置有多个凹坑210，桥墩内芯100在浇筑时则对应形成凸点嵌入凹坑210内，使得桥墩外环200和桥墩内芯100的整体性更强。

本实施例的组合桥墩仅在桥墩外环200使用价格更高的超高强度混凝土，既能满足桥墩抗冻融的需求，也能减少超高强度混凝土的用量，兼顾工程成本；同时，桥墩外环200在加工厂预制，预制成型的桥墩外环200在施工现场直接用作桥墩模板，省去了传统施工中桥墩模板的材料费和桥墩模板的安装拆卸施工费。

本实施例的适用于高寒地区的组合桥墩的施工方法，包括如下步骤：

步骤1：在加工厂使用超高强度混凝土预制桥墩外环200；

步骤2：将预制的桥墩外环200运输至施工现场安装固定；

步骤3：在桥墩外环200内部布置钢筋笼，然后浇注普通混凝土形成桥墩内芯100，桥墩外环200用作桥墩内芯100的浇注模板。

本实施例在预制桥墩外环200时使用的模具与现有技术预制混凝土管的模具一致，但是在预制桥墩外环200时，模具内模的表面应包裹均匀的气泡膜，以便在桥墩外环200的内表面形成多个凹坑210。

实施例2

如图2所示，本实施例提供了一种专用内模300用于预制桥墩外环200。

如图3和图4所示，专用内模300包括模外环310、模内环320、伸缩柱330、弹簧340、端板350、内轴360、气缸370和套管380，模内环320与模外环310同心并且位于模外环310内部，模外环310的表面设置有多个环形分布的通孔311，每个通孔311内均安装一个伸缩柱330，伸缩柱330的一端呈圆球形另一端设置有第一弧面331，伸缩柱330上设置有凸肩332并套有弹簧340，弹簧340的两端分别抵住凸肩332和模外环310的内壁；所述模内环320的外表面设置有多个与伸缩柱330对应的凸柱321，凸柱321的表面设置有第二弧面321-1，第一弧面331与第二弧面321-1接触；如图4所示，当模内环320相对模外环310正行程旋转时，凸柱321驱动伸缩柱330从通孔311处向外伸出。

如图5所示，当模内环320相对模外环310反行程旋转，即图5中顺时针旋转时，伸缩柱330依靠弹簧340的弹力缩回通孔311内部；这种缩回方式具有一定的不可靠性，因为混凝土浇注并干燥后，伸缩柱330和桥墩外环200可能产生粘附。为了避免少量伸缩柱330无法依靠弹簧340缩回，如图6所示，本实施例的伸缩柱330的侧面设置有第三弧面333，凸柱321的侧面设置有第四弧面321-2，当模内环320相对模外环310反行程旋转时，如果出现如图6所示的某个伸缩柱330未缩回的情况，则相邻凸柱321的第四弧面321-2将与伸缩柱330的第三弧面333接触并且驱动伸缩柱330向内缩回通孔311内。

如图2和图3所示，端板350安装在模外环310的两端，内轴360与模内环320和模外环310同心，内轴360通过支杆361与模内环320连接，内轴360的两端插入端板350中，通过驱动内轴360旋转即可驱动模内环320旋转；气缸370固定在端板350的内表面，内轴360的一端设置有径向的套杆362，套管380套在套杆362上并且套管380的末端与气缸370的伸缩杆铰接，气缸370通过套管380和套杆362驱动内轴360和模内环320正行程旋转和反行程旋转一定的角度。

如图7所示，模内环320表面的凸柱321有两种，分别是一类凸柱321A和二类凸柱321B，一类凸柱321A和二类凸柱321B的区别在于第二弧面321-1具体形状不同，一类凸柱321A的第二弧面321-1比二类凸柱321B的第二弧面321-1更加平缓；

一类凸柱321A的第二弧面321-1满足：当模内环320旋转使得伸缩柱330伸出最远位置后，如果模内环320继续旋转，伸缩柱330不再伸出；

二类凸柱321B的第二弧面321-1满足：当模内环320旋转使得伸缩柱330伸出最远位置后，如果模内环320继续旋转，伸缩柱330继续伸出；

本实施例中设置了如图7所示的三个连续的二类凸柱321B，其余均为一类凸柱321A，很显然，在图7所示的模内环继续逆时针旋转的情况下，只有二类凸柱321B所对应的伸缩柱330继续顶升，一类凸柱321A所对应的伸缩柱330则保持原位置。

本实施例的专用内模300在应用时布置在如图8所示的外模400中，气缸370驱动模内环320旋转使得所有伸缩柱330伸出，专用内模300和外模400之间放置钢筋笼并浇筑超高强度混凝土，养护完成后即可得到桥墩外环200。在桥墩外环200硬化之后，气缸370应驱动模内环320反复多次正转和反转，利用二类凸柱321B所对应的伸缩柱330驱动桥墩外环200偏向抖动，避免桥墩外环200与专用内模300和外模400粘附；最后气缸370驱动模内环320旋转使得所有伸缩柱330缩回，横向抽出专用内模300即可实现脱模。

虽然说明书中对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为提示，不应限定本发明的保护范围。在不脱离本发明宗旨的范围内进行各种省略、置换和变更均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种适用于高寒地区的组合桥墩，其特征在于：包括桥墩内芯(100)和桥墩外环(200)，桥墩外环(200)包裹桥墩内芯(100)，所述桥墩外环(200)由超高强度混凝土制成。

2.根据权利要求1所述的适用于高寒地区的组合桥墩，其特征在于：所述桥墩内芯(100)由普通混凝土现场浇注而成，所述桥墩外环(200)在加工厂预制。

3.根据权利要求1所述的适用于高寒地区的组合桥墩，其特征在于：所述桥墩外环(200)的内表面设置有凹坑(210)。

4.一种如权利要求1所述适用于高寒地区的组合桥墩的施工方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：在加工厂使用超高强度混凝土预制桥墩外环(200)；

步骤2：将预制的桥墩外环(200)运输至施工现场安装固定；

步骤3：在桥墩外环(200)内部布置钢筋笼，然后浇注普通混凝土形成桥墩内芯(100)，桥墩外环(200)用作桥墩内芯(100)的浇注模板。

5.根据权利要求4所述的适用于高寒地区的组合桥墩的施工方法，其特征在于：在所述步骤1中，预制桥墩外环(200)的内模表面包裹均匀的气泡膜。

6.根据权利要求4所述的适用于高寒地区的组合桥墩的施工方法，其特征在于：在所述步骤1中，使用专用内模(300)预制桥墩外环(200)；所述专用内模(300)包括模外环(310)、模内环(320)、伸缩柱(330)和弹簧(340)，所述模内环(320)与模外环(310)同心并且位于模外环(310)内部，模外环(310)的表面设置有多个环形分布的通孔(311)，每个通孔(311)内均安装一个伸缩柱(330)，伸缩柱(330)的一端呈圆球形另一端设置有第一弧面(331)，伸缩柱(330)上设置有凸肩(332)并套有弹簧(340)，弹簧(340)的两端分别抵住凸肩(332)和模外环(310)的内壁；所述模内环(320)的外表面设置有多个与伸缩柱(330)对应的凸柱(321)，凸柱(321)的表面设置有第二弧面(321-1)，第一弧面(331)与第二弧面(321-1)接触；当模内环(320)相对模外环(310)正行程旋转时，凸柱(321)驱动伸缩柱(330)从通孔(311)处向外伸出。

7.根据权利要求6所述的适用于高寒地区的组合桥墩的施工方法，其特征在于：所述伸缩柱(330)的侧面设置有第三弧面(333)，所述凸柱(321)的侧面设置有第四弧面(321-2)，当模内环(320)相对模外环(310)反行程旋转时，凸柱(321)的第四弧面(321-2)与相邻的伸缩柱(330)的第三弧面(333)接触并且驱动伸缩柱(330)向内缩回通孔(311)内。

8.根据权利要求7所述的适用于高寒地区的组合桥墩的施工方法，其特征在于：所述专用内模(300)还包括端板(350)和内轴(360)，端板(350)安装在模外环(310)的两端，内轴(360)与模内环(320)和模外环(310)同心，内轴(360)通过支杆(361)与模内环(320)连接。

9.根据权利要求8所述的适用于高寒地区的组合桥墩的施工方法，其特征在于：所述专用内模(300)还包括气缸(370)和套管(380)，所述气缸(370)固定在端板(350)的内表面，内轴(360)的一端设置有径向的套杆(362)，套管(380)套在套杆(362)上并且套管(380)的末端与气缸(370)的伸缩杆铰接。

10.根据权利要求9所述的适用于高寒地区的组合桥墩的施工方法，其特征在于：所述模内环(320)表面的凸柱(321)有两种，分别是一类凸柱(321A)和二类凸柱(321B)，一类凸柱(321A)和二类凸柱(321B)的区别在于第二弧面(321-1)具体形状不同；

一类凸柱(321A)的第二弧面(321-1)满足：当模内环(320)旋转使得伸缩柱(330)伸出最远位置后，如果模内环(320)继续旋转，伸缩柱(330)不再伸出；

二类凸柱(321B)的第二弧面(321-1)满足：当模内环(320)旋转使得伸缩柱(330)伸出最远位置后，如果模内环(320)继续旋转，伸缩柱(330)继续伸出；

所述模内环(320)表面的凸柱(321)有连续N个为二类凸柱(321B)，其余为一类凸柱(321A)；N大于等于3且小于等于5。