装配式桥墩的钢支承抱箍式混凝土桩柱接头及施工方法

装配式桥墩的钢支承抱箍式混凝土桩柱接头及施工方法
1.技术领域
2.本发明涉及桥梁工程建设领域，特别是涉及一种装配式桥墩的钢支承抱箍式混凝土桩柱接头及施工方法。
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背景技术：

4.在我国交通部大力倡导交通基础设施建造的快速化、标准化背景下，装配式桥梁在实际工程应用中得到越来越广泛的认可。相比于传统的混凝土桥梁，装配式结构具有加快施工速度、减少现场污染、实现低碳化建设、提高建设质量等优点。因此，这类装配式结构形式及相应的施工方法将会成为未来桥梁建设的大趋势。
5.目前国内外关于拼装式桥墩连接方式，可以分为承插式连接、钢筋加预应力筋连接、无粘结预应力筋连接、金属波纹管连接等。
6.承插式连接是将预制桥墩提前安装到位，然后布置桥台钢筋并进行现场浇筑，墩台最终形成一体并通过相互贯穿钢筋共同受力。该方法施工速度快，工艺简单，但是受力主钢筋连接施工复杂，现浇作业面较小，难以有效保证施工质量。
7.无粘结预应力筋连接方式主要采用了预应力混凝土梁的技术，通过布置由上至下的预应力筋或精轧螺纹钢，在桥墩现场临时安装完成后，对预应力筋或精轧螺纹钢进行张拉使桥墩与基础通过预压力相互连接。该方法现场施工快捷可靠，结构整体性强，抗震性能好，然而预应力钢筋的安装和张拉工艺复杂，预制节段的结构设计复杂，制作精度要求高。
8.钢筋加预应力筋连接是分别在桥墩和桥台内预埋常规结构钢筋，通过特殊连接接头以及u型预应力筋将墩台连接，该方式工艺程序多，对预应力张拉控制精度要求。
9.金属波纹管连接型墩台是用金属波纹管作为灌浆套筒将桥墩与桥台的受力钢筋现场连接形成整体，根据连接位置可以分为承台内套筒和桥墩内套筒。该种形式不仅能够满足墩台预制拼装的便易性、可行性要求，同时与传统现浇钢筋混凝土桥墩具有相近的抗震性能，但套筒安装精度要求高，后续墩柱吊装时钢筋须准确放入套筒内，因此墩台对接精度控制要求较高。
10.我国正处于大规模交通建设时期，城市高架、高铁和跨海桥墩等正是下部结构节段拼装施工技术的适用领域。因此，本领域急需一种步骤简单，施工便捷，成本低且性能良好的新型桥墩拼接方案。
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技术实现要素：

12.本发明所要求解决的技术问题是针对上述现有问题的不足，提供一种装配式桥墩的墩柱接头构造及其施工方法。本发明采用预制桥墩墩柱、现浇桩基础和抱箍式混凝土连接段等组成的装配式桥墩构造形式，通过十字形钢支承、外伸钢筋及抱箍式混凝土现浇带
对桥墩底端塑性铰区域进行局部加强，并利用高强螺栓连接十字形钢支承与桩基础外伸钢筋，提升了装配式桥墩结构的整体性，稳定性以及抗震性能；采用先预制桥墩和现浇桩基础，再后浇抱箍式混凝土现浇带以及为方便安装钢支承倒立浇筑墩柱的新型施工方法，简化预制构件拼装连接工艺以提高工程效率及可靠性。
13.本发明的技术方案：一种装配式桥墩的钢支承抱箍式混凝土桩柱接头，包括预制桥墩墩柱，现浇桩基础，抱箍式混凝土连接段，预制桥墩墩柱通过抱箍式混凝土连接段与现浇桩基础固定连接；预制桥墩墩柱包括十字形钢支承，墩柱混凝土，墩柱纵筋，十字形钢支承和墩柱纵筋部分嵌于墩柱混凝土内，十字形钢支承位于墩柱混凝土底部中心位置，多根墩柱纵筋沿墩柱混凝土底部靠边缘一周布置；现浇桩基础由基础混凝土和桩基础纵筋组成，现浇桩基础整体呈圆柱形，桩基础纵筋部分嵌于基础混凝土内，多根桩基础纵筋沿基础混凝土上部靠边缘一周布置；抱箍式混凝土连接段由现浇混凝土和环形钢筋笼组成，环形钢筋笼位于现浇混凝土内，处于墩柱混凝土外的十字形钢支承和墩柱纵筋位于现浇混凝土中，处于基础混凝土外的桩基础纵筋位于现浇混凝土中。
14.作为更进一步的优选方案，十字形钢支承包括腹板以及位于腹板上端的顶板和下端的底板，顶板位于墩柱混凝土内，底板处于现浇混凝土上端，腹板的横截面为十字形结构，腹板的四个端部上具有侧板，底板上开有连续的弧形槽，连续的弧形槽呈圆形，多根桩基础纵筋沿连续的弧形槽布置，桩基础纵筋贯穿于弧形槽，桩基础纵筋上具有高强螺栓，通过高强螺栓将十字形钢支承包与现浇桩基础固定连接。
15.作为更进一步的优选方案，顶板和底板均为圆形钢板，底板的直径大于顶板，顶板的直径与腹板的宽度相同；连续的弧形槽位于腹板外围一周。
16.作为更进一步的优选方案，顶板的直径大于预制桥墩墩柱直径的三分之一，保证十字型钢支承有较大的横截面积，从而有足够的承载力；底板的直径大于预制桥墩墩柱直径；使得底板能够一部分嵌入抱箍式混凝土中，增强结构的整体性。
17.作为更进一步的优选方案，底板所开弧形槽数量大于三个，且开槽宽度比桩基础纵筋直径大4-8mm，便于外伸纵筋在伸入弧形槽时有适当的容差，便于装配。
18.作为更进一步的优选方案，十字形钢支承的嵌入段长度大于预制桥墩墩柱直径的二分之一，使得有足够的嵌入段长度，增强结构的整体性；十字形钢支承的伸长段长度大于35倍的墩柱纵筋直径，墩柱纵筋的伸长段长度和纵筋的伸长段长度均大于十字形钢支承伸长段长度的三分之二，此处借鉴钢筋搭接的规范，保证了钢支承与混凝土有足够的接触面积，同时使得外伸钢筋有足够的搭接空间。
19.作为更进一步的优选方案，相邻两根墩柱纵筋的间距与相邻两根桩基础纵筋的间距相等。
20.作为更进一步的优选方案，所述预制桥墩墩柱和现浇桩基础部分处于抱箍式混凝土连接段内，预制桥墩墩柱和现浇桩基础处于抱箍式混凝土连接段内的高度均大于20cm；抱箍式混凝土连接段为圆柱结构，其直径大于四分之五倍的预制桥墩墩柱的直径。
21.一种装配式桥墩的钢支承抱箍式混凝土桩柱接头的施工方法，步骤如下：步骤一：预制桥墩墩柱预制施工时采用倒立法浇筑混凝土，浇筑时十字形钢支承
位于预制桥墩上部；首先制作十字形钢支承，将顶板底板和腹板通过焊接方式固定在一起；绑扎预制桥墩墩柱内的钢筋笼之后，放入十字形钢支承并与钢筋笼焊接固定；最后在钢筋笼外侧架立模板，浇筑混凝土并养护完成，预制桥墩墩柱制作完成；步骤二：现浇桩基础完成后，按照设计要求把桩基础桩头一定高度范围内的混凝土破开，裸露处主钢筋，同时把桩头清理整平，以便下一步安放预制桥墩墩柱；步骤三：吊装预制桥墩墩柱并浇筑抱箍式混凝土连接段，完成桥墩结构的装配：首先将绑扎好的环形钢筋笼精准定位后套在现浇柱桩基础外侧，然后将预制桥墩墩柱垂直吊装至现浇桩基础位置，带有十字形钢支承的一端朝下，十字形钢支承的底板的弧形槽对准穿过现浇桩基础的桩基础纵筋钢筋伸长段并放置好，用高强螺栓连接固定；在环形钢筋笼外侧架立模板，浇筑现浇混凝土，完成桥墩装配施工。
22.与现有装配式桥墩技术相比，本发明的效果和益处是：（1） 本发明引入预制桥墩墩柱、现浇桩基础和抱箍式混凝土连接段三部分组成的装配式体系，解决了现有装配式桥墩中桥墩与基础支承连接困难的问题，保证构件装配质量的可靠性。在装配施工时，十字形钢支承作为预制墩柱的临时支撑，便于浇筑抱箍式混凝土；另外此装配体系通过十字形钢支承将桩基础和预制桥墩墩柱连接成一个整体，比目前常见的预制节段拼装装配式桥墩连接更可靠。
23.（2） 在传力机制上，预制桥墩纵筋外伸段与现浇桩基础纵筋外伸段非接触式搭接连接，通过后浇混凝土的握裹力进行传力，现浇桩基础纵筋外伸段与十字形钢支承的底板通过螺栓连接，后浇抱箍式混凝土结构又进一步增大接头部分横截面积，对桥墩墩底塑性铰区域进行局部加强，在上述传力机制的共同作用下提高了桥墩的抗剪和耗能抗震能力。
24.（3） 本发明在十字形钢支承底板开有弧形槽，使得桩基础纵筋外伸段不需要严格定位便可从中穿过，在装配时只需将预制墩柱吊装放置在桩基础之上，使桩基础纵筋外伸段穿过弧形槽并拧紧螺栓，然后浇筑抱箍式混凝土，这使得施工过程大大简化，方便标准化规模化施工，比起无粘结预应力筋连接方式还需张拉预应力筋以及灌浆套筒连接还需灌浆等大大提高了施工效率。
25.附图说明
26.图1为本发明的整体结构示意图；图2为本发明的结构内部剖面示意图；图3为本发明的墩柱上部截面处剖面示意图；图4为本发明的墩柱下部截面处剖面示意图；图5为本发明的十字形钢支承剖面示意图；图6为本发明的十字形钢支承底板处剖面示意图；图7为本发明的抱箍式混凝土现浇段剖面示意图；图8为本发明的整体结构装配施工示意图；图中，1预制桥墩墩柱；2现浇桩基础；3抱箍式混凝土连接段；4十字形钢支承；41顶板；42底板；43腹板；44侧板；5墩柱混凝土；6墩柱纵筋；7基础混凝土；8桩基础纵筋；9现浇混凝土；10环形钢筋笼；11高强螺栓。
27.具体实施方式
28.以下结合技术方案(和附图)详细叙述本发明的具体实施方式。
29.请参阅图1，一种装配式桥墩的钢支承抱箍式混凝土桩柱接头，包括预制桥墩墩柱1、现浇桩基础2和抱箍式混凝土连接段3。
30.请参阅图2，所述预制桥墩墩柱1包括十字形钢支承4，墩柱混凝土5，墩柱纵筋6，十字形钢支承4一部分嵌于预制桥墩墩柱1内部中心，一部分伸出墩柱，十字形钢支承4的顶板41为圆形钢板，底板42为开有弧形槽的钢板，腹板43为十字形钢板，腹板43的四个边设有侧板44，墩柱纵筋6呈环形分布，墩柱纵筋6沿预制桥墩墩柱1底部有一段伸长段。
31.十字形钢支承4的嵌入段长度不小于预制桥墩墩柱1直径的二分之一，伸长段长度不小于35倍的墩柱纵筋6直径，墩柱纵筋6伸长段长度和现浇桩基础2的纵筋8伸长段长度不小于十字形钢支承4伸长段的三分之二，墩柱纵筋6伸长段的纵筋间距与现浇柱墩基础2钢筋伸长段的钢筋间距相等。
32.请参阅图5，所述十字形钢支承顶板41的直径不小于预制桥墩墩柱1直径的三分之一，底板42的直径不小于预制桥墩墩柱1直径，腹板43宽度与顶板41直径一致。
33.请参阅图6，十字形钢支承底板42所开弧形型槽数量不少于3个，且开槽宽度比桩基础纵筋8直径大4-8mm。
34.十字形钢支承4、墩柱纵筋6位于预制桥墩墩柱1内的部分为嵌入段，外的部分为伸长段，同理，桩基础纵筋8位于现浇桩基础2内的部分为嵌入段，外的部分为伸长段。
35.该装配式桥墩构造施工方法，步骤如下：（1） 预制桥墩墩柱1：桥墩墩柱1预制施工时采用倒立法浇筑混凝土，浇筑时十字形钢支承4位于预制桥墩上部。首先制作十字形钢支承4，将顶板41底板42和腹板43通过焊接方式固定在一起；绑扎桥墩墩柱1内的钢筋笼之后，放入十字形钢支承并与钢筋笼焊接固定；最后在钢筋笼外侧架立模板，浇筑混凝土并养护完成，桥墩墩柱1制作完成；（2） 现浇桩基础施工2完成后，按照设计要求把桩基础2桩头一定高度范围内的混凝土破开，裸露处主钢筋8，同时把桩头清理整平，以便下一步安放预制墩柱；（3） 吊装预制墩柱1并浇筑抱箍式混凝土连接段3，完成桥墩结构的装配：首先将绑扎好的环形钢筋笼10精准定位后套在现浇柱桩基础2外侧，然后将预制桥墩墩柱1垂直吊装至桩基础2位置，带有十字形钢支承4的一端朝下，十字形钢支承底板的弧形槽对准穿过现浇桩基础2 的桩基础纵筋8钢筋伸长段并放置好，用高强螺栓11连接固定；在环形钢筋笼10外侧架立模板，浇筑现浇混凝土9，完成桥墩装配施工。