一种预制节段桥墩及其在桥梁建设中的应用

摘要

本发明公开了一种预制节段桥墩及其在桥梁建设中的应用，预制节段桥墩包括桥墩本体和护套；桥墩本体为柱状件，其两端分别为钢质内胆和连接件，连接件包括固定在桥墩本体端部的连接钢板和从连接钢板穿过的PBL连接筒，PBL连接筒上开设有剪力连接孔，PBL连接筒插入桥墩本体内部一端的剪力连接孔内穿插有第一穿孔筋，伸出桥墩本体外部一端的剪力连接孔配备有第二穿孔筋；钢质内胆的侧壁上开设有立壁孔，桥墩本体的侧壁开设有安装孔；护套包括两块护套板，护套板上设置有正对立壁孔的固定孔。本发明中的节段桥墩能够以较低的施工风险进行快速拼装，且初始缺陷小、承载安全有保证、资源利用率高、环境污染少、经济耐久。

说明书

技术领域

本发明属于桥梁工程技术领域，具体涉及一种预制节段桥墩及其在桥梁建设中的应用。

背景技术

随着经济的发展，社会的进步，对公铁交通网络建设速度的要求越来越高，在环境保护方面的要求越来越严，同时对安全性、经济性、施工风险可控性、耐久性等方面也愈发重视。桥墩作为路网中大量桥梁的关键一环，更是如此。

通常的桥墩在施工现场绑扎钢筋、满布支架和模板，然后浇筑混凝土，待达到强度要求后拆模建成。受工序及施工要求，建设速度较慢，且钢筋、模板、支架和大量浇筑混凝土存在较大的资源浪费和环境污染。鉴于此，节段预制拼装桥墩应运而生，它将桥墩分为若干节段，桥墩节段在工厂预制，在施工现场采用连接构造将桥墩节段连接为整体，成为桥墩。

现有的节段预制拼装桥墩大致有四种：

一、在预制桥墩节段上预留孔道，在现场将预埋钢筋穿入孔道，在预留孔道内灌入水泥灌浆料，水泥灌浆料硬化后将钢筋与预制节段粘结在一起，通过钢筋将桥墩节段连接为整体。这种构造布置简单，施工比较便捷，但节段间交界面较为薄弱；

二、预制桥墩节段一端凸出或不凸出，钢筋或(及)其它连接构造伸出端面。连接时将凸出段插入另一桥墩或承台端部凹槽内，或采用灌浆套筒，通过预留压浆管或灌浆孔灌入水泥灌浆料，水泥灌浆料硬化后即连接为整体，实现预制桥墩节段间钢筋的连通，通过钢筋或(及)其它连接构造将预制节段连接起来，形成桥墩。这种构造受力明确，理论上施工简便。但凹凸连接采用压浆管或灌浆孔灌入水泥灌浆料时容易堵管，导致浇筑不实，产生缺陷，施工质量难以保证。同时，当无其它加强措施时，新旧水泥灌浆料交界面也是初始就存在的薄弱界面，荷载作用时容易出现开裂等不安全行为。此外，若采用贯穿预制桥墩节段的钢构件，用钢量将会很大，造价高；

三、在预制桥墩节段上预留孔道，在现场将预应力钢束穿入孔道，张拉预应力钢束，通过钢束产生的预压力和预应力钢束将桥墩节段连接为整体，形成桥墩。这种构造承载能力较好，构造比较简单，但在多数情况下很难布置施加预应力，连接效果难以保证，且施工风险大。

四、预制桥墩节段一端凸出、另一端为凹槽，在凸出段和凹槽段对应位置设有连接孔，通过贯穿凸出段和凹槽段连接孔的连接杆将相邻预制桥墩节段连接。这种构造方式简单高效，但连接杆多，连接杆和连接孔间难免存在空隙，存在耐久性问题，后期维护成本高。

发明内容

本发明为了解决以上问题，提出一种初始缺陷小、承载安全有保证、资源利用率高、环境污染少、经济耐久，且能够以较低的施工风险进行快速拼装的新型预制节段桥墩。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种预制节段桥墩，包括桥墩本体和护套；桥墩本体为柱状件，其一端嵌装有钢质内胆，另一端设置有连接件，连接件包括连接钢板和PBL连接筒，连接钢板固定在桥墩本体的端部，其中部开设有与PBL连接筒形状相同的通孔，PBL连接筒从通孔中穿过并与连接钢板焊接，其筒身上开设有剪力连接孔，PBL连接筒插入桥墩本体内部一端的剪力连接孔内穿插有第一穿孔筋，伸出桥墩本体外部一端的剪力连接孔内穿插有第二穿孔筋，第一穿孔筋和第二穿孔筋穿出剪力连接孔的长度不小于300mm，且剪力连接孔的孔径与第一穿孔筋或第二穿孔筋的直径之比为3:1；钢质内胆的侧壁上开设有立壁孔，立壁孔的位置以PBL连接筒插入钢质内胆后立壁孔正对剪力连接孔为准，桥墩本体的侧壁上正对立壁孔的位置开设有安装孔；护套包括两块护套板，护套板可围合成与桥墩本体形状相同的套筒，且护套板上设置有正对安装孔的固定孔。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，桥墩本体(500)为空心或实心水泥柱，整体呈圆形或方形，其内部设置有若干纵向加强筋，纵向加强筋一端从设置于钢质内胆底部的底孔中穿出，另一端从设置于连接钢板上的钢筋孔中穿出；纵向加强筋的长度与桥墩本体的长度相当。

进一步，PBL连接筒由四块厚度不小于12mm的钢板围合而成。

进一步，PBL连接筒内部设置有加强板，加强板的长度与PBL连接筒的长度相同。

进一步，剪力连接孔贯穿PBL连接筒，其以两对为一组，总共设置有八组，平均分布在连接钢板的两侧，且每组内的两对剪力连接孔之间的距离大于等于十倍第一穿孔筋或第二穿孔筋的直径，小于等于500mm。

进一步，剪力连接孔交叉错层设置于PBL连接筒上。

进一步，钢制内胆顶部边缘设置有连接翻边。

进一步，弧形钢板的两端设置有扳边，扳边上设置有螺纹孔，螺纹孔内配备有螺栓。

本发明的有益效果是：

1.本发明中的PBL连接筒承载力高、刚度大、延性好、抗疲劳性能佳。

2.采用本发明中的预制节段桥墩，连接密实性好，能够显著降低初始浇筑缺陷，而且连接后不存在薄弱界面，不会出现开裂问题，施工质量可以得到保证。

3.本发明中的预制节段桥墩以筒形PBL为主要受力连接构件，在施工现场拼装简单，连接效果好，施工风险小。而且本发明仅在连接段采用一定数量的钢结构，且分离拼装式钢护套可重复利用，实际用钢量大幅减少，有效降低成本。

4.节段墩柱和盖梁均在工厂预制，现场只有少量的节段连接作业，预制拼装化程度高，施工现场工作量小。

5.受施工环境干扰小，缩短工期、降低综合施工成本。墩柱的预制工作都在在工厂内完成的，不受施工环境影响；桥墩基础、承台施工和墩柱、盖梁预制可以并行作业，加快施工速度。

6.占用场地空间小。只有承台是在现场浇筑施工，墩身节段在工厂预制，故不用搭设用于浇筑墩身和盖梁的模板，减小了施工场地的面积。

附图说明

图1为桥墩本体的立体视图；

图2为桥墩本体内部立体视图；

图3连接件的立体视图；

图4为连接钢板的立体视图；

图5为PBL连接筒的立体视图；

图6为钢制内胆的立体视图；

图7为护套的立体视图；

图8为桥墩修建完成拆除护套后的连接示意图；

图9为两个桥墩本体相互连接时的示意图；

其中，100、PBL连接筒；101、钢板；102、剪力连接孔；103、第一穿孔筋；104、第二穿孔筋；200、连接钢板；201、通孔；202、钢筋孔；300、钢质内胆；301、连接翻边；302、立壁孔；303、底孔；400、护套；401、护套板；402、固定孔；500、桥墩本体；501、安装孔；600、纵向加强筋。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

本发明的实施例中，如图1～9所示，提供一种预制节段桥墩，该预制节段桥墩包括桥墩本体500和护套400。其中，桥墩本体500为空心或实心水泥柱，整体形状为圆形或方形等，其规格根据修建需求可以做适当调整；为了增加桥墩本体支撑强度，在桥墩本体500内部设置有若干根纵向加强筋600，纵向加强筋600的长度与桥墩本体500的长度相同。

桥墩本体500一端安装有钢质内胆300，钢质内胆300整体上呈桶状，其截面形状与桥墩本体500的截面形状相同，钢质内胆300的壁厚为12～20mm，其尺寸小于桥墩本体500的尺寸，钢质内胆300以内嵌的形式安装在桥墩本体500的端部，钢质内胆300的侧壁上开设有立壁孔302，桥墩本体500的侧壁上正对立壁孔302的位置开设有安装孔501；钢质内胆300的底部设置有与纵向加强筋600数量相同的底孔303，纵向加强筋600从底孔303中穿出，并与钢质内胆300的顶部保持平齐。另外，为了便于桥墩本体500进行连接，在钢质内胆300的顶部边缘设置有连接翻边301，翻边301的边部刚好与桥墩本体500平齐。

桥墩本体500的另一端设置有连接件，连接件包括连接钢板200和PBL连接筒100，连接钢板200的形状和尺寸与桥墩本体500截面的形状和尺寸相同，其边缘设置有供纵向加强筋600穿出的钢筋孔202，连接钢板200通过纵向加强筋600以及水泥浇筑的方式固定在桥墩本体500的端部。如图4所示，连接钢板200的中部开设有与PBL连接筒100形状相同的通孔201，PBL连接筒100从通孔201中穿过，调整两者的位置，使连接钢板200位于PBL连接筒100的中部，并将连接钢板200与PBL连接筒100焊接在一起，构成连接件整体，如图3所示。PBL连接筒100的筒身上开设有剪力连接孔102，如图5所示，剪力连接孔102贯穿PBL连接筒100，并且剪力连接孔102以两对为一组。PBL连接筒100插入桥墩本体500内部一端的剪力连接孔102内穿插有第一穿孔筋103，第一穿孔筋103的长度小于桥墩本体500的截面尺寸，并且穿出剪力连接孔的长度不得小于300mm；PBL连接筒100伸出桥墩本体500外部一端的剪力连接孔102内配备有第二穿孔筋104，第二穿孔筋104的长度等于桥墩本体500的截面尺寸。PBL连接筒100上的剪力连接孔102的位置以PBL连接筒100插入钢质内胆300后能正对立壁孔302和安装孔501为准。

本发明中的PBL连接筒100可以呈方形或圆形，并且为了增加PBL连接筒100的连接稳定性，还可以在PBL连接筒100的内部设置加强板，加强板交叉焊接在PBL连接筒100的内部。在本发明的一种优选实施例中，如图5所示，PBL连接筒100由四块厚度不小于12mm的钢板101围合而成，整体上呈方形，方形PBL连接筒100的内部设置有呈十字形的加强板，加强板的长度与PBL连接筒100的长度相同。

在本发明的另一种优选实施例中，PBL连接筒100筒体上的剪力连接孔102共设置八组，对称分布在连接钢板200的两侧，而且每组内两对剪力连接孔102之间的距离等于十倍第一穿孔筋103或第二穿孔筋104的直径；为了便于安装，同时又不对预制节段桥墩的承载力产生影响，本发明中剪力连接孔102的孔径与第一穿孔筋103或第二穿孔筋104的直径之比为3:1。另外，为了提升连接效果，剪力连接孔102交叉错层设置于PBL连接筒100上，此处交叉错层设置的意思是：将一组剪力连接孔102设置在PBL连接筒100的前后钢板上，然后将另一组剪力连接孔102设置在PBL连接筒100的左右钢板上，而且这两组剪力连接孔102不在同一水平面上，具体如图5所示。

本发明中的护套400包括两块护套板401，这两块护套板401可围合成与桥墩本体500形状相同的套筒。护套板401上设置有正对立壁孔的固定孔402，护套板401的两端设置有扳边，扳边上设置有螺纹孔，螺纹孔内配备有螺栓。

本发明中桥墩本体500的制备方法为：

S1:按照图2中所示的方式组装连接件，并将连接件和钢质内胆300分别放置于桥墩本体500两端，并使连接钢板200与钢质内胆300顶部的连接翻边301刚好外露于桥墩本体500的端面；然后将桥墩本体500中的纵向加强筋600穿出连接钢板200上的钢筋孔202和钢内胆300上的底孔303；

S2:在桥墩本体500与钢质内胆300的立壁孔302对应的位置预留与剪力连接孔102大小相同、贯穿对应桥墩本体500立壁的安装孔501；

S3:绑扎桥墩本体500中的钢筋，支设模板，浇筑混凝土，完成桥墩本体500的建造。

本发明中预制节段桥墩的拼装方式为：

S1:桥墩本体500竖立时钢质内胆300端位于上部，此时在桥墩钢质内胆300区段外表面包裹护套400，使护套400的固定孔402与桥墩本体500的安装孔501对齐；

S2:将混凝土灌满钢质内胆300，然后迅速将另一个桥墩本体500外露的PBL连接筒100及纵向加强筋600插入，快速调整对齐至标记好的拼装位置；拼装位置的标记是将一个桥墩本体500外露的PBL连接筒100及纵向加强筋600放入另一个桥墩本体500的钢质内胆300中，使PBL连接筒100的剪力连接孔102同钢质内胆300的立壁孔302和桥墩本体500的安装孔501完全对齐，在两个桥墩本体500上做上标记，若标记能重合，则表明相应的孔洞已经对齐；

S3:将第二穿孔筋104由护套400的固定孔402中穿入，依次穿过桥墩本体500的安装孔501、钢质内胆300的立壁孔302、PBL连接筒100的剪力连接孔102，再经对侧钢质内胆300的立壁孔302、桥墩本体500的安装孔501和护套400的固定孔402中穿出；

S4:待混凝土达到一定强度后，拆除护套400；

S5:沿桥墩环向，将连接钢板200和钢质内胆300顶部的连接翻边301焊接在一起，完成预制节段桥墩的拼装。

虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。