一种采用局部现浇-灌浆套筒-预应力组合连接的装配式RC超高墩的制作方法

一种采用局部现浇-灌浆套筒-预应力组合连接的装配式rc超高墩
技术领域
1.本发明涉及一种具有施工难度小、拼装速度快、抗震性能优等优点的采用局部现浇-灌浆套筒-预应力组合连接的装配式rc超高墩，属于桥梁工程技术领域。


背景技术：

2.西部大开发战略的实施带动了桥梁等基础设施的发展。而这些地区受地形地貌等环境的影响，多采用现浇高墩(》40m)或超高墩(》100)桥梁。现浇式超高墩桥梁在建设过程中普遍存在着高空作业安全系数低、施工成本高、施工复杂、受季节影响大等问题。现场施工周期长、难度大、质量难保证是制约其进一步发展的重要因素。因此，如何降低现场施工的周期，减少现场施工难度，提高现场养护质量是超高墩桥梁结构发展和应用过程中亟待解决的问题。
3.装配式技术的出现为解决或缓解上述问题提供了基础。但是如今的装配式桥墩普遍应用于设防烈度较低地区的中低墩，在中高烈度区，尤其是中高烈度区的超高墩的应用无迹可寻。由于超高墩应用场景的限制，如果采用传统中低墩的装配式技术会造成：(1)节段混凝土重量大。由于超高墩的尺寸很大，相同节段长度条件下超高墩的节段重量会显著大于中低墩；而为了降低节段质量采用相同的装配技术就意味着节段的长度要显著降低，装配式节点数会显著增多；(2)施工难度、运输和吊装难度都显著增大。由于超高墩多应用于山区，而山区装配式结构的重要难点就包括运输和吊装难度大。而对于超高墩而言，由于其本身的施工周期较长，施工体量也较大，因此可以将预制场设置于超高墩位置处，以降低运输和吊装能力的限制。(3)抗震性能和连接性能要求高。受限于节段吊装质量，装配式超高墩的拼接接缝更多，抗震性能和连接性能难保证是限制其推广应用的又一重要因素。综上，现阶段缺少适用于超高墩的装配式节点和装配式技术。
4.鉴于此，本发明提出了一种采用局部现浇-灌浆套筒-预应力组合连接的装配式rc超高墩，其具有施工便捷、抗震性能优、质量轻、构造简单等优点。该新型装配式超高墩的提出可为装配式桥墩，尤其是在山区等复杂恶劣环境中的装配式超高墩的进一步推广与应用提供基础，具有显著的理论意义和实际应用价值。


技术实现要素：

5.为了解决装配式混凝土超高墩针对性装配式技术匮乏、施工时吊装能力有限、施工工序复杂、施工周期长以及抗震性能要求高等难题，本发明提供了一种具备连接构造简单、施工便捷、对吊装能力要求较低以及抗震性能优的采用局部现浇-灌浆套筒-预应力组合连接的装配式rc超高墩，适用于桥梁结构中的装配式超高墩。
6.为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
7.一种采用局部现浇-灌浆套筒-预应力组合连接的装配式rc超高墩，包括预制rc盖梁(1)、多构型预制rc墩墩壁(2)、现浇rc承台(3)、局部现浇节点(4)、灌浆套筒(5)、水平接
缝(6)、齿槽(7)、高强无收缩水泥砂浆(8)、环氧树脂胶(9)、纵向预应力筋(10)、环向预应力筋(11)。其装配方法为：多构型预制rc墩墩壁(2)与现浇rc承台(3)通过灌浆套筒(5)和纵向预应力筋(10)连接，不同节段多构型预制rc墩墩壁(2)之间亦通过灌浆套筒(5)和纵向预应力筋(10)连接；同一节段多构型预制rc墩墩壁(2)之间通过局部现浇节点(4)和环向预应力筋(11)连接，多节段局部现浇节点(4)可同时浇筑，预制rc盖梁(1)与多构型预制rc墩墩壁(2)之间通过灌浆套筒(5)和纵向预应力筋(10)连接，使整个桥墩形成整体。不同构件之间的接触面设置成齿槽(7)形式，接触面之间的水平接缝(6)采用高强无收缩水泥砂浆(8)或环氧树脂胶(9)黏结。由此拼接而成的局部现浇-灌浆套筒-预应力组合连接的装配式rc超高墩，可以有效降低施工难度、吊装需求和现场施工养护周期，并可以在很大程度上提高装配式桥墩的连接性能和抗震性能。
8.所述预制rc盖梁(1)、多构型预制rc墩墩壁(2)以及现浇rc承台(3)均按设计进行配筋，混凝土材料为普通混凝土。同预制rc盖梁(1)连接的多构型预制rc墩墩壁(2)的上界面和下界面均预埋灌浆套筒(5)，其余节段仅在多构型预制rc墩墩壁(2)下界面预留灌浆套筒(5)。多构型预制rc墩墩壁(2)的纵筋从上界面伸出一段长度，长度约为套筒长度的一半，同样地，预制rc盖梁(1)的纵向钢筋从下界面伸出一段长度，现浇rc承台(3)的纵筋从上界面伸出一段长度，长度均约为套筒长度的一半，伸出界面的纵筋均插入灌浆套筒(5)进行连接。
9.所述多构型预制rc墩墩壁节段由四个多构型预制rc墩墩壁(2)和局部现浇节点(4)组成，多构型预制rc墩墩壁(2)两个侧面伸出的钢筋作为局部现浇节点(4)的骨架钢筋。多构型预制rc墩墩壁(2)的连接界面均可设置齿槽(7)，在预制rc盖梁(1)的下界面和现浇rc承台(3)的上界面设置同样尺寸且相适配的齿槽(7)进行定位连接。多构型预制rc墩墩壁(2)各连接面接缝可设置成平接缝、榫槽缝、齿槽缝等，具体数量和大小需依据截面尺寸而定。多构型预制rc墩墩壁(2)纵向和环向均预留局部预应力筋孔道，用于纵、环向预应力筋的穿入。
10.所述的局部现浇节点(4)可采用uhpc、ecc、rc等材料。当多构型预制rc墩墩壁(2)与现浇rc承台(3)以及各自之间的纵筋与灌浆套筒连接完成，横向钢筋搭接施工(焊接或绑扎，搭接长度应满足规范要求)完成后，设置局部现浇节点(4)的施工模板，并浇筑现浇节点(4)。现浇节点(4)的浇筑可以根据需要在满足纵筋与灌浆套筒连接性能的前提下，多节段现浇节点(4)共同浇筑以加快施工养护周期，多节段现浇节点(4)的养护时间需要满足混凝土标准养护标准。
11.所述灌浆套筒(5)在底部设置有进浆口，顶部设置有出浆口，灌浆套筒(5)的长度与桥墩的纵筋型号相匹配，灌浆套筒(5)的具体尺寸需依据其所连接的纵向钢筋的直径以及墩身截面尺寸综合确定，灌浆套筒(5)的长度应不小于20倍的纵筋直径。灌浆套筒(5)的中心同预制rc盖梁(1)的纵向伸出钢筋、多构型预制rc墩墩壁(2)的纵向伸出钢筋、以及现浇rc承台(3)的纵向伸出钢筋的几何中心位置一一对应，灌浆套筒(5)的保护层厚度不低于20mm。
12.所述纵向预应力筋(10)用作多构型预制rc墩墩壁(2)竖向连接的补充措施，可采用cfrp筋或预应力钢绞线，亦可采用高强螺栓。环向预应力筋(11)设置在每一节段多构型预制rc墩墩壁(2)一半高度处，也可以根据需要按节段高度均匀布置，可采用整体一环或两
个半环形式，材料可采用cfrp筋或预应力钢绞线。纵向和环向预应力的附加轴压比均在0.05～0.15范围内。
13.所述接缝(6)是指预制rc盖梁(1)与多构型预制rc墩墩壁(2)之间、多构型预制rc墩墩壁(2)与多构型预制rc墩墩壁(2)之间、多构型预制rc墩墩壁(2)与现浇rc承台(3)之间的接缝。接缝材料可采用高强无收缩砂浆(8)或环氧树脂胶(9)，主要用于非现浇装配式节点的耐久性控制。
14.与现有技术相比，本发明的优点如下：
15.(1)墩壁纵、横向分段预制的方式降低了超高墩大截面吊装能力要求高的难题，同时通过局部现浇-灌浆套筒-预应力组合连接的方式实现了预制墩壁的多构型(平接缝、榫槽缝、齿槽缝等)、多节点连接方式(纵、横向不同节点的组合)以及多节段共同浇筑养护的运用。
16.(2)局部现浇节点材料可用ecc、uhpc、rc等材料，为实现不同节点连接、抗震需求提供了多种选择；灌浆套筒连接的使用实现了桥墩纵向钢筋的有效连接和便捷连接；纵、横向局部预应力连接不仅提高了节点的连接有效性和装配式构件的整体性，同时降低了由于设置预应力对桥墩整体轴压比、抗震性能等参数的不利影响。
附图说明
17.图1为一种采用局部现浇-灌浆套筒-预应力组合连接的装配式rc超高墩的整体构造图；
18.图2为一种采用局部现浇-灌浆套筒-预应力组合连接的装配式rc超高墩的墩身节段示意图；
19.图3为一种采用局部现浇-灌浆套筒-预应力组合连接的装配式rc超高墩的环向预应力筋示意图；
20.图4为一种采用局部现浇-灌浆套筒-预应力组合连接的装配式rc超高墩的纵向预应力筋示意图；
21.图5为图1中a-a的截面示意图。
22.图6为图1中b-b的截面示意图。
23.图7为图1中局部放大的示意图。
24.图中，1-预制rc盖梁，2-多构型预制rc墩墩壁，2a-局部现浇节点骨架钢筋，3-现浇rc承台，4-局部现浇节点，5-灌浆套筒，6-接缝，6a-环氧树脂胶接缝，6b-高强无收缩水泥砂浆接缝，7-齿槽，7a-抗剪榫槽，7b-抗剪凸榫，8-高强无收缩水泥砂浆，9-环氧树脂胶，10-纵向预应力筋，11-环向预应力筋
具体实施方式
25.下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式：
26.如图1和图2所示，本实例提供了一种适用于高烈度山区等复杂恶劣环境的局部现浇-灌浆套筒-预应力组合连接的装配式rc超高墩，包括预制rc盖梁(1)、多构型预制rc墩墩壁(2)和现浇rc承台(3)。同一节段四面多构型预制rc墩墩壁(2)通过局部现浇节点(4)和环向预应力筋(11)连接，不同节段多构型预制rc墩墩壁(2)之间采用灌浆套筒(5)和纵向预应
力筋(10)连接，预制rc盖梁(1)与多构型预制rc墩墩壁(2)、多构型预制rc墩墩壁(2)与现浇rc承台(3)之间采用灌浆套筒(5)和纵向预应力筋(10)连接。所述预制rc盖梁(1)、多构型预制rc墩墩壁(2)和现浇rc承台(3)均按设计进行配筋，混凝土材料为c40混凝土。所述预制rc盖梁(1)的纵筋从盖梁的下界面伸出20cm长度，长度为灌浆套筒(5)长度的一半；与盖梁相连节段的多构型预制rc墩墩壁(2)的上界面和下界面均预留灌浆套筒(5)，其他节段多构型预制rc墩墩壁(2)的纵筋均从上界面伸出20cm，长度为灌浆套筒(5)长度的一半；现浇rc承台(3)的纵筋从承台上界面伸出20cm长度，长度亦为灌浆套筒(5)长度的一半。
27.所述多构型预制rc墩墩壁节段由四个多构型预制rc墩墩壁(2)和局部现浇节点(4)组成，多构型预制rc墩墩壁(2)节段高度为5m(节段重约80吨)，两个侧面伸出的钢筋作为局部现浇节点(4)的骨架钢筋。多构型预制rc墩墩壁(2)的上下界面均设置齿槽(7)，在预制rc盖梁(1)的下界面和现浇rc承台(3)的上界面设置同样尺寸且相适配的齿槽(7)进行定位连接。同一节段多构型预制rc墩墩壁(2)之间采用局部现浇节点(4)连接，连接面均设置齿槽(7)；不同节段多构型预制rc墩墩壁(2)之间的各连接面接缝(6)设置成榫槽缝，数量为1个，根据施工进度要求本示例中的局部现浇节点(4)为三节段现浇节点共同浇筑养护，即多构型预制rc墩墩壁(2)三节段吊装完成后方实施此三节段的现浇节点(高15m)浇筑与养护工作。预制rc墩墩壁(2)纵向和环向均预留局部预应力筋孔道。
28.预制rc盖梁(1)与多构型预制rc墩墩壁(2)之间存在一个接缝(6a)，每两节段多构型预制rc墩墩壁(2)之间存在一个接缝(6a)；多构型预制rc墩墩壁(2)与现浇rc承台(3)之间存在一个接缝(6b)。多构型预制rc墩墩壁(2)与现浇rc承台(3)之间的接缝(6b)采用高强无收缩水泥砂浆(8)，不同节段多构型预制rc墩墩壁(2)之间以及预制rc盖梁(1)和多构型预制rc墩墩壁(2)之间的接缝(6a)采用环氧树脂胶(9)。
29.所述接缝(6)处设置齿槽(7)，即多构型预制rc墩墩壁(2)的上界面和下界面分别设置抗剪榫槽(7a)和抗剪凸榫(7b)，在预制rc盖梁(1)的下界面及现浇rc承台(3)的上界面设置同样尺寸的、且相适配的榫槽(7a)进行匹配连接。齿槽(7)的形状为梯形，齿槽(7)个数为1。考虑到地震荷载作用下底接缝(6b)破坏严重，故采用20mm厚的高强无收缩水泥砂浆(8)进行连接，同时考虑到施工的便捷性，预制rc盖梁(1)与多构型预制rc墩墩壁(2)以及各节段预制rc墩墩壁(2)之间的接缝(6a)采用2mm厚的环氧树脂胶(9)接缝，环氧树脂胶接缝由环氧树脂和固化剂按一定的比例混合而成。
30.如图2和图3所示，同一水平高度的多构型预制rc墩墩壁(2)之间采用局部现浇节点(4)和环向预应力筋(11)连接，局部现浇节点(4)采用uhpc混凝土，每一节段环向预应力筋(11)采用两个半环形式进行张拉。多构型预制rc墩墩壁(2)都会预留局部现浇节点(4)处的钢筋(2a)，相邻两个多构型预制rc墩墩壁(2)之间的钢筋(2a)进行焊接。
31.如图4所示，不同节段的多构型预制rc墩墩壁(2)之间采用纵向预应力筋(10)连接，纵向预应力筋(10)采用预应力钢绞线。纵、横向预应力筋提供的附加轴压比为0.05。
32.所述灌浆套筒(5)在底部设置有进浆口，顶部设置有出浆口，灌浆套筒(5)的长度与桥墩的纵筋型号相匹配，灌浆套筒(5)的具体尺寸需依据其所连接的纵向钢筋的直径以及墩身截面尺寸综合确定，套筒长度采用40cm(为20倍纵筋直径)。灌浆套筒(5)的中心同预制盖梁(1)下界面的纵向伸出钢筋、多构型预制rc墩墩壁(2)的纵向伸出钢筋、以及现浇rc承台(3)上界面的纵向伸出钢筋的几何中心位置一一对应。灌浆套筒(5)的保护层厚度为
30mm，灌浆料采用高强无收缩水泥砂浆(8)。
33.具体拼装实施步骤如下：
34.步骤一、根据桥墩试件的设计图纸，进行预制rc盖梁(1)、多构型预制rc墩墩壁(2)和现浇rc承台(3)的钢筋笼绑扎，绑扎钢筋时注意预留纵向预应力孔道和环向预应力孔道。纵筋接头段需要伸出接缝(6)所在截面20cm，用于插入灌浆套筒(5)进行灌浆连接。灌浆套筒(5)位置的固定应做到精准定位，做到纵筋中心与灌浆套筒(5)中心位置一致。灌浆套筒(5)的进浆口和出浆口需套上塑料软管，以方便后期灌浆。灌浆套筒(5)的钢筋插入口预先用密封环进行封堵，防止浇筑时混凝土进入套筒。
35.步骤二、对现浇构件和预制构件进行模板的架设，借用激光水平仪保证试件尺寸与设计图纸一致，之后进行混凝土的浇筑。经过3d的养护，对构件的接缝接触面进行凿毛处理，待混凝土预制构件养护完成，进行拼装工作。
36.步骤三、先进行现浇rc承台(3)与最底部墩身节段的拼装工作。根据施工进度要求，本示例中的局部现浇节点(4)为三节段现浇节点共同浇筑养护，即多构型预制rc墩墩壁(2)三节段吊装完成后方在四面多构型预制rc墩墩壁(2)连接处设置模板，在模板内浇筑uhpc混凝土，形成局部现浇节点(4)，待这三节段局部现浇节点(4)形成一定强度后，进行这三节段灌浆套筒(5)的灌浆以及纵向预应力筋(10)和环向预应力筋(11)的张拉工作。详细操作如下：a)分别在最底部节段的四面多构型预制rc墩墩壁(2)的底部设置模板，在模板内浇筑20mm厚的高强无收缩水泥砂浆(8)，待砂浆初凝之后，将四面多构型预制rc墩壁(2)吊装于承台之上进行拼装，将现浇rc承台(3)上表面预留的钢筋插入多构型预制rc墩墩壁(2)底部预留的灌浆套筒(5)内。b)待四面多构型预制rc墩墩壁(2)均安装好，借用激光水平仪保证墩壁位置无误，为保证结构不发生偏移，需设置临时支撑。然后在多构型预制rc墩墩壁(2)的上表面涂抹2mm厚的环氧树脂胶(9)，将次底部多构型预制rc墩墩壁(2)吊装于底部多构型预制rc墩墩壁(2)之上进行拼装，将底部多构型预制rc墩墩壁(2)上表面预留的钢筋插入次底部多构型预制rc墩墩壁(2)底部预留的灌浆套筒(5)内。采用同样的方法对第三节段多构型预制rc墩墩壁(2)进行拼装。c)待这三段多构型预制rc墩墩壁(2)与现浇rc承台(3)拼接成整体后，对局部现浇节点骨架钢筋(2a)进行焊接，然后在多构型预制rc墩墩壁(2)连接处设置模板，在模板内浇筑uhpc混凝土，形成局部现浇节点(4)。d)待局部现浇节点(4)形成一定强度后，进行套筒的灌浆工作以及纵向预应力筋(10)和环向预应力筋(11)的张拉工作(纵横向预应力附加轴压比均为0.05)，使这三节段的墩身与现浇rc承台(3)形成整体。e)按上述方法，待前一阶段的拼装体形成一定强度后进行竖向其他二十四节段(共27节段，总高135m)多构型预制rc墩墩壁(2)的拼装工作，使墩身所有节段与承台形成整体。
37.步骤四、待完整墩身与承台拼装完成，并形成一定强度后，进行预制rc盖梁(1)与这一整体的拼装工作。在墩身顶部表面涂抹2mm厚的环氧树脂胶(9)，将预制rc盖梁(1)吊装于墩身之上进行拼装，将盖梁下界面突出的纵向钢筋插入顶部多构型预制rc墩壁(2)上界面预留的灌浆套筒(5)内，最后进行这一节段灌浆套筒(5)的灌浆以及纵向预应力筋(10)的张拉(附加轴压比为0.05)。由此拼装成一种采用局部现浇-灌浆套筒-预应力组合连接的装配式rc超高墩。
38.以上所述仅是本发明专利的优选实施方式，但本发明专利的实施不限于此。在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入
要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。