一种预制拼装桥墩及其连接方法

1.本发明涉及桥梁建造技术领域，尤其是涉及一种预制拼装桥墩及其连接方法。


背景技术：

2.桥墩是支撑桥梁结构的重要承重构件，对桥梁结构的安全性至关重要，桥墩常被设计为在墩底处产生塑性铰以提升桥梁结构整体的抗震性能。近年来，桥墩结构预制拼装技术发展迅速，极大地提高了施工现场的作业效率并有效地改善了施工环境。
3.灌浆套筒和灌浆波纹管连接是比较常用的两种预制桥墩连接方式，如公开号为cn106869017a的中国发明专利公开的一种墩底设置柔性层的预制拼装桥墩—承台节点连接方式及其作法。但是，预制拼装桥墩的接缝位置是其天然的薄弱部位，往往导致损伤和破坏的集中。大量灌浆套筒连接桥墩的试验研究已证实：相比现浇桥墩，在相同的配筋条件下其延性能力下降10％～30％，因此不推荐在强震区采用，这在很大程度上限制了预制拼装技术的发展和应用。灌浆波纹管的延性能力优于灌浆套筒，但是即便是灌浆波纹管，其延性能力也只能近似等同现浇桥墩。
4.此外，所有预制拼装桥墩的接缝处也是结构耐久性的易损部位，大量实验已证实各类新老混凝土的接缝也是各类侵蚀质便捷的侵入通道，相比现浇结构，预制拼装桥墩的耐腐蚀性明显降低，并且预制拼装桥墩在墩底处的接缝一般都位于地面线以下，有的还处于地下水位的波动区，同时墩底又往往是各种水平活载导致的最大弯矩处，耐久性问题尤为突出。
5.再者，尽管大量试验研究已证实在灌浆质量有保证的前提下，套筒的连接强度是显著高于筋材的，但在工程实践中，出现漏灌和灌浆质量不能保证的情况也是屡见不鲜，由于灌浆属于隐蔽工程，施工管理中并不易控制，无形中给工程质量带来很大的风险。


技术实现要素：

6.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种预制拼装桥墩及其连接方法，在主筋上包覆套管，套管为粘结绝缘涂层或粘结绝缘涂层套管，套管一部分预埋在墩柱中，一部分随主筋插入承台，套管形成的无粘接段可以使主筋应变在一段区域内均匀分布，显著提高主筋的变形能力，进而提高墩柱的延性，显著提升了预制拼装桥墩的抗震性能，提供了可应用于高烈度地区的预制拼装桥墩；套管跨越墩柱和承台的新旧混凝土界面，能够阻断侵蚀质或延长了侵蚀质到达主筋的路径长度，显著提高了结构的抗腐蚀性能和耐久性。
7.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
8.一种预制拼装桥墩，包括墩柱和承台，所述墩柱内预埋有主筋，所述主筋自墩柱底部伸出一段长度，主筋上包覆有套管，所述套管一部分预埋在墩柱中，另一部分暴露在主筋伸出墩柱的部分上；
9.所述承台内预埋有灌浆波纹管，所述灌浆波纹管的顶部与承台的顶面齐平，灌浆
波纹管中插有导向装置，所述导向装置用于引导主筋及包覆在主筋上的套管插入灌浆波纹管，所述灌浆波纹管内灌满混凝土浆料，所述混凝土浆料溢出并形成高于承台顶面的坐浆层。
10.优选的，主筋和灌浆波纹管的数量相同，是根据实际工程需要设定的。
11.优选的，灌浆波纹管是单根分别埋设在承台中的。
12.优选的，灌浆波纹管是连接成组后整体吊装埋设在承台中的。
13.优选的，所述套管为粘结绝缘涂层，用于阻断侵蚀质接近主筋，如涂覆在主筋上的环氧树脂涂层等。
14.优选的，所述套管为直径大于等于主筋直径的粘结绝缘套管，用于阻断侵蚀质接近主筋，如pvc管或金属管或其他能够实现阻断侵蚀质的粘结绝缘套管。
15.优选的，所述墩柱的底部在中心处预留有向承台方向凸起的大锥体，所述墩柱的底部在主筋根部处预留有向承台方向凸起的小锥体，大锥体的凸起长度大于小锥体的凸起长度。
16.优选的，所述大锥体和小锥体的形状近似为向承台方向凸起的圆锥或圆台。
17.优选的，所述套管的长度是根据墩柱的延性需求和耐久性要求设定的。
18.优选的，所述套管的一半预埋在墩柱中，另一半暴露在主筋伸出墩柱的部分上。
19.优选的，所述坐浆层的四周设置有挡板，所述挡板用于阻拦混凝土浆料。
20.优选的，所述灌浆波纹管为金属波纹管。
21.优选的，所述导向装置包括多个导向筋和1个圆环，所述导向筋的顶部与圆环连接，圆环与承台的顶面平行，导向筋设于灌浆波纹管内，主筋及包覆在主筋上的套管通过所述圆环插入灌浆波纹管。
22.优选的，多个导向筋均匀分布，导向筋的底部向内收拢，以便于引导主筋及包覆于主筋上的套筒插入灌浆波纹管。
23.一种预制拼装桥墩的连接方法，包括以下步骤：
24.s1、预制墩柱，在主筋上包覆套管，在墩柱内预埋主筋，主筋自墩柱底部伸出一段长度，套管一部分预埋在墩柱中，另一部分暴露在主筋伸出墩柱的部分上，在墩柱底部的中心处预留向承台方向凸起的大锥体，在墩柱底部的主筋根部处预留向承台方向凸起的小锥体，大锥体的凸起长度大于小锥体的凸起长度；预制承台，在承台内预埋灌浆波纹管，灌浆波纹管的顶部与承台的顶面齐平；
25.s2、在灌浆波纹管中插入导向装置，向灌浆波纹管内灌注混凝土浆料，混凝土浆料溢出并形成高于承台顶面的坐浆层；
26.s3、墩柱下落，主筋通过导向装置插入灌浆波纹管中，包覆在主筋上的套管随主筋一起插入灌浆波纹管中，灌浆波纹管内的混凝土浆料被挤出，大锥体和小锥体与坐浆层接触并挤压坐浆层，直至墩柱下落至预设置的高度。
27.优选的，所述连接方法还包括步骤s4：在坐浆层的四周设置挡板，所述挡板用于阻拦被挤出的混凝土浆料，使用被挤出的混凝土浆料做成柱脚散水结构。
28.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
29.(1)在主筋上包覆套管，套管为粘结绝缘涂层或粘结绝缘涂层套管，套管一部分预埋在墩柱中，一部分随主筋插入承台，套管形成的无粘接段可以使主筋应变在一段区域内
均匀分布，显著提高主筋的变形能力，进而提高墩柱的延性，显著提升了预制拼装桥墩的抗震性能，提供了可应用于高烈度地区的预制拼装桥墩。
30.(2)在主筋上包覆套管，套管为粘结绝缘涂层或粘结绝缘涂层套管，跨越墩柱和承台的新旧混凝土界面，能够阻断侵蚀质或延长了侵蚀质到达主筋的路径长度，显著提高了结构的抗腐蚀性能和耐久性。
31.(3)在灌浆波纹管中先灌浆，再下落墩柱使得主筋插入灌浆波纹管，灌浆波纹管提前灌浆，便于施工和检查，可避免漏灌的风险，减小隐蔽工程质量风险。
32.(4)设置在墩柱底部的大锥体和小锥体保证了墩柱底部及主筋周围的混凝土浆料的密实性，避免了压浆工序，简化施工工序，提高施工效率。
33.(5)主筋插入灌浆波纹管、大锥体和小锥体挤压坐浆层挤出的混凝土浆料被挡板阻拦，并最终做成柱脚散水构造，能够及时排走沿墩壁流入的雨水等，提高了结构的抗腐蚀性能和耐久性。
附图说明
34.图1为实施例中墩柱与承台连接前的示意图；
35.图2为实施例中墩柱与承台连接后的示意图；
36.图3为实施例中导向装置的安装示意图；
37.图4为实施例中导向装置的结构示意图；
38.附图标记：1、墩柱，2、主筋，3、套管，4、承台，5、灌浆波纹管，6、导向装置，7、坐浆层，8、小锥体，9、大锥体，10、挡板，11、柱脚散水构造。
具体实施方式
39.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
40.在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件。
41.实施例1：
42.一种预制拼装桥墩，如图1和图2所示，包括墩柱1和承台4，墩柱1内预埋有主筋2，主筋2自墩柱1底部伸出一段长度，主筋2上包覆有套管3，套管3一部分预埋在墩柱1中，另一部分暴露在主筋2伸出墩柱1的部分上，墩柱1的底部在中心处预留有向承台4方向凸起的大锥体9，墩柱1的底部在主筋2根部处预留有向承台4方向凸起的小锥体8，大锥体9的凸起长度大于小锥体8的凸起长度；
43.承台4内预埋有灌浆波纹管5，灌浆波纹管5的顶部与承台4的顶面齐平，灌浆波纹管5中插有导向装置6，导向装置6用于引导主筋2及包覆在主筋2上的套管3插入灌浆波纹管5，灌浆波纹管5内灌满混凝土浆料，混凝土浆料溢出并形成高于承台4顶面的坐浆层7。
44.一种预制拼装桥墩的连接方法，包括以下步骤：
45.s1、预制墩柱1，在主筋2上包覆套管3，在墩柱1内预埋主筋2，主筋2自墩柱1底部伸
出一段长度，套管3一部分预埋在墩柱1中，另一部分暴露在主筋2伸出墩柱1的部分上，在墩柱1底部的中心处预留向承台4方向凸起的大锥体9，在墩柱1底部的主筋2根部处预留向承台4方向凸起的小锥体8，大锥体9的凸起长度大于小锥体8的凸起长度；预制承台4，在承台4内预埋灌浆波纹管5，灌浆波纹管5的顶部与承台4的顶面齐平；
46.s2、在灌浆波纹管5中插入导向装置6，向灌浆波纹管5内灌注混凝土浆料，混凝土浆料溢出并形成高于承台4顶面的坐浆层7；
47.s3、墩柱1下落，主筋2通过导向装置6插入灌浆波纹管5中，包覆在主筋2上的套管3随主筋2一起插入灌浆波纹管5中，灌浆波纹管5内的混凝土浆料被挤出，大锥体9和小锥体8与坐浆层7接触并挤压坐浆层7，直至墩柱1下落至预设置的高度；
48.s4：坐浆层7的四周设置有挡板10，挡板10用于阻拦被挤出的混凝土浆料，使用被挤出的混凝土浆料做成柱脚散水结构11。
49.在墩柱1下落过程中，随着主筋2不断插入灌浆波纹管5，灌浆波纹管5内的混凝土浆料受压向上溢出，保证主筋2周围混凝土浆料的密实性。大锥体9和小锥体8的形状近似为向承台4方向凸起的圆锥或圆台，主筋2根部处的小锥体8可以进一步排除主筋2插入时的浆体凹液面可能导致的空气腔，大锥体9的凸起长度大于小锥体8的凸起长度，墩柱1底部中心处的大锥体9可保证墩柱1底面中心首先与坐浆层7接触，并挤压坐浆层7的混凝土浆料向四周溢出，以保证墩柱1底部与坐浆层7的连接密实性；主筋2插入灌浆波纹管5、大锥体9和小锥体8挤压坐浆层7挤出的混凝土浆料被挡板10阻拦，并最终做成柱脚散水构造11以及时排走沿墩壁流入的雨水等。
50.墩柱1底部预埋的主筋2上标包覆有套管3，形成的无粘结段可以使主筋2应变在一段区域内均匀分布，显著提高主筋2的变形能力，进而提高墩柱1的延性。由于灌浆波纹管5连接可以具有近似现浇结构的延性能力，本技术在灌浆波纹管5的基础上增加了包覆在主筋2上的无粘接段，因此本连接方法可以提供高于现浇结构的延性能力，提高的幅值可通过调整无粘结段的长度来实现，显著提升了预制拼装桥墩的抗震性能。
51.包覆在主筋2上的套管3跨越墩柱1和承台4的新旧混凝土界面，能够阻断侵蚀质，延长了侵蚀质到达主筋2的路径长度，因此可以显著提高结构的抗腐蚀性能，使得其耐久性不低于现浇结构，显著提升预制拼装桥墩对不同环境条件的适应能力。
52.墩柱1的底部中心预留大锥体9，可以保证墩柱1底部混凝土浆料的密实性；墩柱1的底部在主筋2及套管3的根部预留有小锥体8，可以保证主筋2周围的混凝土浆料的密实性，排除主筋2插入灌浆波纹管5时的浆体凹液面可能导致的空气腔。挤出的混凝土浆料被挡板10阻拦，并最终做成柱脚散水构造11，可以进一步保证预制拼装桥墩结构的耐久性和抗腐蚀性。
53.从施工方面来看，灌浆波纹管5提前灌浆，便于施工和检查，可避免漏灌的风险，减小隐蔽工程质量风险，同时主筋2插入灌浆波纹管5、大锥体9和小锥体8挤压坐浆层7，还可完全避免压浆工序，简化施工工序，提高施工效率。此外，灌浆波纹管5中的混凝土浆料通过挤压排出，可保证灌浆波纹管5中的灌浆压实质量，保证主筋2的可靠锚固性。
54.主筋2和灌浆波纹管5的数量相同，是根据实际工程需要设定的，灌浆波纹管5可以单根分别埋设在承台4中，也可以连接成组后整体吊装埋设在承台4中。
55.套管3用于阻断侵蚀质接近主筋2，可以为粘结绝缘涂层，如涂覆在主筋2上的环氧
树脂涂层等，也可以为直径大于等于主筋2直径的粘结绝缘套管，如pvc管或金属管或其他能够实现阻断侵蚀质的粘结绝缘套管。套管3的长度可以根据对墩柱1的延性需求和耐久性要求进行调整。
56.本实施例中，灌浆波纹管5为金属波纹管，在其他实施方式中也可以采用其他材质的灌浆波纹管。
57.本实施例中，套管3的一半预埋在墩柱1中，另一半暴露在主筋2伸出墩柱1的部分上，这样能够使得无粘结段在墩柱1和承台4内的长度相同，主筋2应变均匀分布。在其他实施方式中，也可以单独调整套管3在墩柱1内的长度和套管3在承台4内的长度。
58.如图3所示，当向灌浆波纹管5内灌注混凝土浆料、浆料液面略高于承台4的顶面时，灌浆波纹管5的具体位置已不可见，通过插入灌浆波纹管5的导向装置6可以在墩柱1下落时引导主筋2顺利插入灌浆波纹管5中。
59.如图4所示，本实施例中，导向装置6包括3个导向筋和1个圆环，导向筋和圆环采用普通钢筋制成即可，导向筋的顶部与圆环连接，圆环与承台4的顶面平行，导向筋设于灌浆波纹管5内，主筋2及包覆在主筋2上的套管3通过圆环插入灌浆波纹管5。
60.3个导向筋按120
°
角均匀分布，导向筋的底部向内收拢，以便于引导主筋2及包覆在主筋2上的套管3插入灌浆波纹管5。
61.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。