一种超高性能混凝土的门式墩结构及施工方法与流程

1.本技术涉及但不限于桥梁技术领域，尤其涉及一种超高性能混凝土的门式墩结构及施工方法。


背景技术：

2.伴随着铁路跨越式发展，既有公路、铁路的路网密度逐渐增大，新建一条铁路与既有线、市政的交汇频率逐渐增加，例如福建铁路全线门式墩72个，江苏南沿江铁路全线门式墩57个等。
3.现有的门式墩结构主要分为两种，分别为钢盖梁门式墩结构和普通钢筋混凝土门式墩结构，刚盖梁门式墩结构建设成本高昂且运营维护成本高昂，到期必须进行防腐涂装养护，尤其在冬季时，排水设计不顺畅、且刚度小导致挠度大，列车行驶舒适度指标差等问题；普通钢筋混凝土门式墩结构常用于跨度为25m以下的地方，多设计成等截面实心矩形截面，当跨度进一步增长时，则普通钢筋混凝土门式墩结构则需要搭设设置支架或者贝雷梁现浇条件时采用，限制了该结构的进一步运用。
4.为此，本技术提供了一种超性能混凝土的门式墩结构及施工方法。


技术实现要素：

5.本技术实施例提供一种超高性能混凝土的门式墩结构及施工方法，解决了常规门式墩结构无法运用在跨越正运营的既有线问题的同时降低了工程造价，节省施工周期。
6.为了达到上述目的，本技术实施例的技术方案是这样实现的：
7.第一方面，本技术提供的一种超高性能混凝土的门式墩结构及施工方法，包括墩柱和盖梁，其中，墩柱竖立在地基上，数量为多个；盖梁，设置在多个墩柱的上端与墩柱连接，盖梁用于承载桥面，盖梁由超高性能混凝土制成，盖梁的内部设置为腔体。
8.本技术实施例提供的超高性能混凝土的门式墩结构，包括墩柱和盖梁，盖梁设置在多个墩柱的上端与墩柱连接，其中，盖梁由超高性能混凝土制成，盖梁的内部设置为腔体，可以减少盖梁自身的重量，在进行超高性能混凝土的门门式墩结构整体吊装时可以降低施工难度，且盖梁整体由超高性能混凝土制成，超高性能混凝土中的超高包括两个方面为超高的耐久性和超高的力学性能，超高性能混凝土在抗压强度、抗冻融性能、抗表面剥蚀性能、弹性模量等方面均优于普通钢筋混凝土，虽然盖梁的内部设置为腔体，减小了盖梁的截面尺寸，在减少盖梁自身重量的同时，选用由超高性能混凝土材料制成的盖梁，可以实现整体吊装跨越正在运营的铁路干线，不用局限于跨度因素，相比于相关技术中由普通钢筋混凝土门式墩结构，其常用于跨度25m，由于自身刚度不足，为了保证安全系数，大多设计为等截面实心矩形，当跨度进一步增长时，虽然可以设计为空心界面，担心其刚度不够，普通钢筋混凝土门式墩结构多跨越非既有运营线且下方具备搭设支架或贝雷梁现浇条件下采用，对空心截面的使用作了进一步限制，而本技术实施例提供的超高性能混凝土的门式墩结构，既可以跨越正在运营的铁路干线，也可以跨越非既有运营的铁路干线，且在使用的过
程中，不再在下方搭设支架或者贝雷梁，施工步骤简单的同时提高了安全系数。相比于刚盖梁门式墩结构，虽然自身重量轻，可以实现跨越正在运营的铁路干线且不受跨度的影响，但刚盖梁门式墩结构建设成本高昂，随着跨度的增长，造价急剧增长，且运营维护成本高昂，需要定期维护，刚盖梁门式墩结构不适用于气温较为寒冷的地方，由于其排水设计不通畅且刚度小导致挠度大，列车行驶舒适度指标差的问题，而本技术提供的超高性能混凝土结构造价成本较低，且几乎不需要维护修养，同时不受环境温度的影响。即本技术提供的超高性能混凝土的门式墩结构解决了常规门式墩结构无法运用在跨越正运营的既有线问题的同时降低了工程造价，节省施工周期。
9.在本技术的一种可能实现方式中，盖梁包括多个支柱，多个支柱首尾固定连接使盖梁的内壁为四方形，盖梁既可以一体成型，也可以设置为多个支柱，多个支柱首尾固定连接使盖梁的内壁形成四方体结构，将盖梁设置为多个支柱相比于一体成型，操作难度较小且加快了施工的速度。
10.在本技术的一种可能实现方式中，盖梁的内壁上设置多个倒角，使腔体的内壁为多边菱形，避免操作人员在操作的过程中被划伤，其尖角处也为应力薄弱点，为此，可在盖梁的内壁的多处设置圆弧倒角，使其受力薄弱点可平滑过渡，降低操作人员受伤的风险。
11.在本技术的一种可能实现方式中盖梁为多个节段，每相邻的两个盖梁的拼接处均设有密键齿结构，密键齿结构处用于灌设环氧树脂胶，密键齿结构处用于灌设环氧树脂胶，将盖梁分为多个节段，多个节段可同时进行预制，减少加工时间，相邻的盖梁的拼接处均设有密齿键结构，拼接处一侧为凹槽，一侧为凸起，凹槽与凸起配合，保持了盖梁整体的线性，同时，凹槽与凸起配合的地方可灌设环氧树脂胶，用于将盖梁连接成整体。
12.在本技术的一种可能实现方式中，相邻的两个盖梁的拼接处张拉多个预应力刚束，预应力钢束的端部用预应力锚固板进行锚固，用于使多个节段盖梁的拼接界面上的摩檫力进一步增大，加强盖梁节段间的联系。
13.在本技术的一种可能实现方式中，墩柱上设置有连接件，盖梁上设置有灌浆套管，连接件伸入灌浆套管内，浆体灌设在灌浆套管内，用于将盖梁和墩柱固定连接，盖梁与墩柱固定连接，避免桥梁在长期的使用过程中出现受力不均衡的现象。
14.在本技术的一种可能实现方式中还包括基础，基础位于地表以下的地基层中，用于支撑墩柱和盖梁，用于支撑墩柱和盖梁，墩柱、盖梁、桥面以及桥面上运行的车辆均作用于地面，如不进行地基的处理，则会出现整个桥体下沉的现象，因此需要在地表以下设置基础，用于支撑墩柱和盖梁。
15.第二方面，本技术实施例提供了一种施工方法，用于搭建第一方面提供的超高性能混凝土的门式墩结构结构。
16.本技术实施例提供了一种施工方法，用于搭建第一方面提供的超高性能混凝土的门式墩结构，因此具有同样的技术效果，即，解决了常规门式墩结构无法运用在跨越正运营的既有线问题的同时降低了工程造价，节省施工周期。
17.在本技术的一种可实现方式中，施工方法包括：在现场搭建墩柱；在工厂预制由超高性能混凝土制成的盖梁；将盖梁固定在墩柱上。
18.在本技术的一种可实现方式中，将盖梁固定在墩柱上的步骤包括：将在工厂预制的由超高性能混凝土制成的盖梁吊装到现场；在现场进行盖梁的拼装；将拼装后的盖梁固
定在墩柱上。
19.在本技术的一种可实现方式中，在现场进行盖梁的拼装的步骤包括：在每相邻的两个盖梁的密键齿内挤压环氧树脂胶；张拉盖梁的预应力钢束；清理张拉完成后盖梁挤压出的环氧树脂胶。
20.在本技术的一种可实现方式中，在现场搭建墩柱的步骤之前，施工方法包括：处理基础。
附图说明
21.图1为本技术提供的超高性能混凝土的门式墩结构的正视示意图；
22.图2为本技术提供的超高性能混凝土的门式墩结构中盖梁的截面示意图；
23.图3为本技术提供的超高性能混凝土的门式墩结构中盖梁拼接的划分示意图；
24.图4为本技术提供的超高性能混凝土的门式墩结构中盖梁的密键齿布置示意图；
25.图5为本技术提供的超高性能混凝土的门式墩结构中盖梁的端部预应力布置示意图；
26.图6为本技术提供的超高性能混凝土的门式墩结构中盖梁跨中的预应力锚固示意图；
27.图7为本技术提供的搭建超高性能混凝土的门式墩结构中的施工方法示意图之一；
28.图8为本技术提供的搭建超高性能混凝土的门式墩结构的施工方法示意图之二；
29.图9为本技术提供的搭建超高性能混凝土的门式墩结构的施工方法示意图之三；
30.图10为本技术提供的搭建超高性能混凝土的门式墩结构的施工方法示意图之四。
31.附图标记
32.1-墩柱；2-盖梁；21-支柱；22-腔体；23-密键齿；24-预应力钢束；25-预应力锚固板；3-基础。
具体实施方式
33.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本技术宗旨的解释说明，不应视为对本技术的不当限制。
34.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术的具体技术方案做进一步详细描述。以下实施例用于说明本技术，但不用来限制本技术的范围。
35.在本技术实施例中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
36.此外，在本技术实施例中，“上”、“下”、“左”以及“右”等方位术语是相对于附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。
37.在本技术实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。
38.在本技术实施例中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
39.在本技术实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本技术实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
40.本技术提供的一种超高性能混凝土的门式墩结构，如图1和图2所示，包括墩柱1和盖梁2，盖梁2设置在多个墩柱1的上端与墩柱1连接，其中，盖梁2由超高性能混凝土制成，盖梁2的内部设置为腔体22，可以减少盖梁2自身的重量，在进行超高性能混凝土的门门式墩结构整体吊装时可以降低施工难度，且盖梁2整体由超高性能混凝土制成，超高性能混凝土中的超高包括两个方面为超高的耐久性和超高的力学性能，超高性能混凝土在抗压强度、抗冻融性能、抗表面剥蚀性能、弹性模量等方面均优于普通钢筋混凝土，虽然盖梁2的内部设置为腔体22，减小了盖梁2的截面尺寸，在减少盖梁2自身重量的同时，选用由超高性能混凝土材料制成的盖梁2，可以实现整体吊装跨越正在运营的铁路干线，不用局限于跨度因素，相比于相关技术中由普通钢筋混凝土门式墩结构，其常用于跨度25m，由于自身刚度不足，为了保证安全系数，大多设计为等截面实心矩形，当跨度进一步增长时，虽然可以设计为空心界面，担心其刚度不够，普通钢筋混凝土门式墩结构多跨越非既有运营线且下方具备搭设支架或贝雷梁现浇条件下采用，对空心截面的使用作了进一步限制，而本技术实施例提供的超高性能混凝土的门式墩结构，既可以跨越正在运营的铁路干线，也可以跨越非既有运营的铁路干线，且在使用的过程中，不再在下方搭设支架或者贝雷梁，施工步骤简单的同时提高了安全系数。相比于刚盖梁2门式墩结构，虽然自身重量轻，可以实现跨越正在运营的铁路干线且不受跨度的影响，但刚盖梁2门式墩结构建设成本高昂，随着跨度的增长，造价急剧增长，且运营维护成本高昂，需要定期维护，刚盖梁2门式墩结构不适用于气温较为寒冷的地方，由于其排水设计不通畅且刚度小导致挠度大，列车行驶舒适度指标差的问题，而本技术提供的超高性能混凝土结构造价成本较低，且几乎不需要维护修养，同时不受环境温度的影响。即本技术提供的超高性能混凝土的门式墩结构解决了常规门式墩结构无法运用在跨越正运营的既有线问题的同时降低了工程造价，节省施工周期。
41.其中，超高性能混凝土，简称uhpc(ultra-high performance concrete),也称活性粉末混凝土，简称rpc(reactive powder concrete),超高性能混凝土中的超高包括两个方面为超高的耐久性和超高的力学性能，超高性能混凝土的设计理论为最大堆积密度理论，其组成材料不同粒径颗粒以最佳比例形成最紧密堆积，即毫米级颗粒(骨料)堆积的间隙由微米级颗粒(水泥、粉煤灰、矿粉)填充，微米级颗粒堆积的间隙由亚微米级颗粒(硅灰)填充，超高性能混凝土的基本成分包括水泥、硅灰、磨细石英砂、细砂、金属纤维、高效减水
剂、水以及水/胶凝材料比等，因此，超高性能混凝土在抗压强度、抗冻融性能、抗表面剥蚀性能、弹性模量等方面均优于普通钢筋混凝土，为此，参照图1和图2，盖梁2由超高性能混凝土制成，其余部件由普通钢筋混凝土制成，其他部件也可由超高混凝土制成，具体其他部件的材料根据施工环境以及所达到的施工要求决定。
42.参照图1和图2，具体地，盖梁2由超高性能混凝土制成，且盖梁2的内壁为腔体22设置，盖梁2在预制过程中，如需要一体成型，则需要为其准备专门的预制模具，且预制模具的体积较大，增加了施工成本，为此，本技术提供了一种优选方案，盖梁2包括多个支柱21，多个支柱21首尾固定连接使盖梁2的内壁为四方体，在预制的过程中，预制模具的形状大小与支柱21相同，且多个支柱21可同时预制，当盖梁2的截面为正方形时，多个支柱21的形状和大小均相同，不用考虑安装的方向，加快了安装的进程，且多个支柱21固定安装完成后，盖梁2自动形成腔体22结构。需要补充说明的是，与桥墩连接的支柱21靠近腔体22内壁的一侧既可以设置为平面也可以设置为凸起结构，在盖梁2的端部或者墩柱1支撑的地方，可将其设置为平面，腔体22的空间较大，当盖梁2位于跨中或者受力较大的地方，则可将其设置为凸起结构，腔体22的空间较小，盖梁2的刚度增强，与桥墩连接的支柱21的内壁的设置可根据盖梁2具体所处的位置与受力情况决定，也可以多个支柱21也如此设置，相比多个支柱21根据情况调整其自身的形状，本技术提供的技术方案操作更加简单，且降低了施工难度。
43.参照图2，无论盖梁2选择一体成型设计还是设计多个支柱21，多个支柱21首尾相连使腔体22的内壁形成四方体结构，在预制的过程中，会出现多处尖角，在盖梁2拼装或者吊装的过程中，可能会划伤工作人员，且尖角处也有可能为应力薄弱点，因此，盖梁2的内壁上设置多个倒角，使腔体22的内壁为多边菱形，避免操作人员在操作的过程中被划伤，降低操作人员受伤的风险。
44.参照图1和图2，盖梁2设置在多个墩柱1的上端与墩柱1连接，因此，墩柱1上设置有连接件(图中未示出)梁体上设置有灌浆套管(图中未示出)，连接件伸入灌浆套管内，浆体灌设在灌浆套管内，使所述梁体与墩柱1固定连接，避免桥梁在长期的使用过程中出现受力不均衡的现象，连接件可以为任意形式，如用于连接混凝土结构的胶体，将其涂抹在墩柱1与盖梁2的连接处，即可将其固定为一体，也可设置为钢筋，为此，本技术提供了一种参考方案，连接件也选为环状钢筋，环状钢筋的部分可深入到灌浆套管的内部，，将连接件设置为环状钢筋，环状钢筋易于取材，环状钢筋只需要将一部分提前预制到墩柱1上，在盖梁2上只需要提前设置灌浆套管，将浆料灌设在灌浆套管内即可完成盖梁2和墩柱1的纵向连接，操作简单且成本低廉。
45.参照图1，其中，在浆料灌设在灌浆套管内时，可能会有气泡的出现，因此，可在套管的外壁上设置多个细小的排气孔，避免浆体出现气孔，影响盖梁2和墩柱1的连接刚度，排气孔的数量根据灌浆套管的大小以及浆体的状态决定，排气孔既可以设置为一个，也可以设置为多个，当排气孔设置为多个时，排气孔在灌浆套管的外壁沿灌浆套管的轴线方向圆周分布。
46.参照图1和图2，此外，超高性能混凝土的门式墩结构，除了盖梁2，墩柱1外，还包括基础3，基础3是桥梁结构直接于地基接触的最下部分，承受桥体如墩柱1和盖梁2、桥墩、盖梁2、桥面以及桥面上运行的车辆均作用于地面，如不进行地基的处理，则会出现整个桥体下沉的现象，为了桥体的安全和正常使用，需要在地表以下的地基层中设置基础3，用于支
撑组合门式墩结构以及桥面和在桥面上运行的车辆，因此不仅只要求设置基础3，且还要求基础3需要由足够的强度、刚度和整体稳定性，使得桥梁整体不产生过大水平变位或者不均匀沉降。
47.参照图1，根据构造和施工方法的不同，基础3的类型可分为：明挖基础3、桩基础3、沉井基础3、沉箱基础3和管柱基础3，其中，桩基础3由许多根打入或沉入土中的钻孔桩和连接桩顶的承台所构成，墩柱1作用于承台上，通过承台将外力分配到各钻孔桩的桩头，紧接着通过钻孔桩桩身以及桩端传递到周围土层和钻孔桩的深层土中，桩基础3的方式相比于其他方式结构简单，施工的机械化程度较高，施工进度较快，为了节约成本，本技术选取桩基础3。
48.参照图2、图3和图4，将多个节段盖梁2预制完成后，需要将多个节段盖梁2连接成一个整体，因此在相邻的两个盖梁2的拼接处设有密键齿23结构，密键齿23结构用于灌设环氧树脂胶，盖梁2拼接处一侧为凹槽，另外一侧为凸起，凹槽与凸起配合，保持了盖梁2的线性，同时，凹槽与凸起配合的地方可灌设环氧树脂胶，用于将盖梁2连接成整体。为此，本技术提供一种具体的实施方案，在多个支柱21上均设置一定数量的键齿，与桥墩垂直的支柱21上的键齿可采用梯形，键顶宽5～15cm，根部宽25～40cm，键高5cm，为方便胶体顺利挤出，还设置了挤胶槽口，槽口深1cm，宽2cm。键齿在与桥墩平行的支柱21的内外侧设为通缝。
49.需要充说明的是，预应力处理是为了改善组合门式墩结构使用期间的表现，在施工期间给结构预先施加的压力，结构在使用期间预加的应力可全部或部分抵消载荷导致的拉应力，常用于混凝土结构，是在结构承受载荷之前，预先对其施加压力，使其在外载荷作用时的受拉区混凝土内力产生拉应力，用以抵消或减小外载荷产生的拉应力，使结构在正常使用的情况下不产生裂缝或者裂缝产生的比较晚，增加其耐久性，可以提高其本身的刚性，减少震动和弹性变形改善其弹性强度，参照图4、图5和图6，相应地，本技术对盖梁2也作了预应力处理，在每相邻的两个盖梁2的拼接处张拉多个预应力刚束24，预应力钢束24的端部用预应力锚固板25进行锚固，用于使盖梁2的多个拼接界面上的摩檫力进一步增大，加强盖梁2节段间的连系，预应力钢束24配合预应力锚固板25完成了对盖梁2预应力处理，布置简单，调整容易，大大的缩短了施工时间。
50.本技术还提供了一种施工方法，用于搭建超高性能的门式墩结构，如图7所示，施工方法包括：
51.步骤s2：在现场搭建墩柱；
52.步骤s3：在工厂预制由超高性能混凝土制成的盖梁；
53.步骤s4：将盖梁固定在墩柱上。
54.需要补充说明的是，步骤s2在现场搭建墩柱和步骤s3在工厂预制由超高性能混凝土制成的盖梁可同步进行，减少施工时间。同时在步骤s3在工厂预制由超高性能混凝土制成的盖梁预制完成后，可在工厂内进行高温蒸养，带其养护完成后，再进行步骤s4将盖梁固定在墩柱上。
55.基础是桥梁结构直接于地基接触的最下部分，承受桥体如墩柱和盖梁、桥面以及桥面上运行的车辆均作用于地面，为此，如图8所示，在进行步骤s2在现场搭建墩柱之前还包括步骤s1：处理基础。
56.具体地，参照图9，步骤s4将盖梁固定在墩柱上包括：
57.步骤s41：将在工厂预制的由超高性能混凝土制成的盖梁吊装到现场；
58.步骤s42：在现场进行盖梁的拼装；
59.步骤s43：将拼装后的盖梁固定在墩柱上。
60.在进行步骤s43将拼装后的盖梁吊装固定到墩柱上中，在其吊装的过程中盖梁与墩柱精确定位，使墩柱外伸的连接件伸入盖梁预埋的钢管套筒中，吊装完成后，采用吹气等方法对套筒进行清孔，并与构件的根部设置封模，准备完成后，将快硬无收缩的灌浆料倒入套筒中，实现了盖梁与现浇墩柱的固结。
61.其中，参照图10，步骤s42在现场进行盖梁的拼装包括：
62.步骤s421：在每相邻的两个盖梁的密键齿内挤压环氧树脂胶；
63.步骤s422：张拉盖梁的预应力钢束；
64.步骤s423：清理张拉完成后盖梁挤压出的环氧树脂胶。
65.在步骤s423清理张拉完成后盖梁挤压出的环氧树脂胶之后对盖梁的线形进行观测。待所有步骤完成后，在盖梁上设置支座并架设桥梁上部结构。
66.以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。