一种采用UTFC的预制管桩与预制盖梁连接构造及其施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁工程领域的装配式桥梁下部结构，具体涉及一种采用UTFC的预制管桩与预制盖梁连接构造及其施工方法。

背景技术

近年来，预制节段拼装技术在桥梁工程中得到了广泛的应用，预制装配式桥梁结构主要优势为：缩短工期，保证施工质量，保障桥梁施工中危险地带施工人员的安全，保障施工附近环境及交通少受干扰。大直径预制管桩单桩承载力高，采用大直径预制管桩能够避免现场钻孔灌注桩，减少现浇作业，省去浇筑混凝土的时间，大幅度节约工期。预制盖梁同样能够减少现场作业量，节约工期。因此主要设计难点为：如何保证预制盖梁与预制管桩连接处的受力性能可以满足其所需达到的要求，且可以在施工中便于实现，构造简单，最大限度减少场地占用和现场作业时间。

预制装配式结构遵循“强节点、弱构件”的原则，对连接结点的质量和性能有很高的要求，大直径预制管桩薄壁空心的结构特点决定了连接结点处不可避免的需要混凝土填芯增强力学性能。目前插槽式连接和承插式连接等常用的连接方式都需要现场浇筑填芯混凝土，比如申请号为CN202120323642.0的专利申请公开了一种采用UHPC预制波纹板节段拼装的实腹式拱桥体系，各预制节段间通过精轧螺纹钢筋及环氧树脂砂浆拼接形成整体；UHPC波纹板主拱圈先进行预拼装，预拼装合格后采用吊装施工，主拱圈吊装到位后在满堂支架上进行主拱圈合拢，然后需要进行浇筑，浇筑工作量大且形成养护耗时较长，限制了桥梁下部结构快速建造的速度。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种采用UTFC的预制管桩与预制盖梁连接构造及其施工方法，具有抗震性能好，耐久性能优越，预制装配式施工速度快，对施工现场交通及周围环境影响小，对施工精度要求较低，构件工厂化生产，质量易于控制等优点。

为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：

一种采用UTFC的预制管桩与预制盖梁连接构造，包括预制盖梁1、预制管桩3和预制填芯2；

预制盖梁1中预埋金属波纹管4；

预制管桩3上开有管桩开孔18和管桩端板19；

预制填芯2内设有预留连接钢筋5；预制填芯2顶部设置钢托板9，连接钢筋5与钢托板9焊接成为一体；

预制填芯2放置于预制管桩3的管桩开孔18内，预制填芯2与预制管桩3之间的装配间隙20采用注浆连接；

预制盖梁1置于预制填芯2上，金属波纹管4和预留连接钢筋5数量和位置相对应，两者对接并采用灌浆的方式将预制盖梁1与预制填芯2连接。

所述预制填芯2底部设置的凹槽内安装橡胶止浆圈11，橡胶止浆圈11断面为梯形与矩形组合的形状。

所述注浆和灌浆材料均采用超韧性纤维混凝土UTFC。

所述钢托板9为圆形且直径与预制管桩3外径相同，钢托板9上对称设置一个注浆孔12和一个出浆孔13。

一种采用UTFC的预制管桩与预制盖梁连接构造的施工方法，包括以下步骤：首先将预制管桩3插入地基中，再将套好橡胶止浆圈11的预制填芯2放入管桩开孔18内，此后向预制填芯2与预制管桩3之间的装配间隙注浆完成连接；然后在预制填芯2顶部的钢托板9上设置调平砂浆层7，再将预制盖梁1置于预制填芯2上，采用灌浆金属波纹管的方式将金属波纹管4和预留连接钢筋5对接并灌浆，实现预制盖梁1与预制填芯2连接；注浆和灌浆材料均采用超韧性纤维混凝土UTFC。

所述预制填芯2与预制管桩3之间的装配间隙注浆具体为：预制填芯2顶部的钢托板9与预制管桩3的管桩端板19对应，调整好连接钢筋5的位置与预埋金属波纹管4位置对应，将钢托板9与管桩端板19焊接成一体，向预制填芯2顶部钢托板9上的注浆孔12注入UTFC6填充预制填芯2与预制管桩3的装配间隙20，直至UTFC6从出浆孔13溢出，完成预制填芯2与预制管桩3的装配间隙注浆连接。

所述的采用灌浆金属波纹管的方式将金属波纹管4和预留连接钢筋5对接并灌浆具体为：连接钢筋5与预埋金属波纹管4对应并深入预埋金属波纹管4中，预制盖梁1放置调整完成后从其顶部向预埋金属波纹管4开孔注入UTFC 6，振捣密实，完成预制盖梁1与预制管桩3的连接。

在灌浆方式中，所述预留连接钢筋5的长度L1应满足如下公式：

式中：L

c

c

f

f

所述的预制填芯2的高度L

L

式中：L

D

l：预制管桩计算高度(m)，当预制管桩不露出地表时，l取值为4，当预制管桩作为桩柱一体式的桥墩时，l按实际墩高取值。

所述预制管桩3为桩身混凝土强度等级为C80及以上的高强混凝土管桩(PHC管桩)或主筋配筋形式为预应力钢棒和普通钢筋组合配置的高强混凝土管桩(PRC管桩)。

本发明相比现有技术优势：

1、本发明提供了一种预制盖梁与预制管桩的连接结构，预制填芯使预制管桩和预制盖梁连接部分得到了增强，提高了预制管桩潜在塑性铰区域的抗震耗能能力，相较于现有的安放钢筋笼并现浇填芯混凝土的方法，预制填芯避免了施工现场的大量现浇作业，工厂预制保证填芯的质量可靠。

2、预制管桩与预制填芯间的装配间隙采用注浆方式处理，再通过预制填芯上的预留连接钢筋与预制盖梁灌浆波纹管使预制构件连成一体，施工便捷，可快速形成连接强度，对施工精度要求较低，连接质量可靠。

附图说明

图1为采用UTFC的预制管桩与预制盖梁连接构造示意图。

图2为预制盖梁与预制管桩连接构造具体说明图。

图3为预制管桩示意图，其中：图3(b)是图3(a)的剖视图。

图4为预制盖梁顶部预埋金属波纹管布置示意图。

图5为预制填芯示意图。

图6为预制填芯配筋示意图。

图7为预制盖梁钢筋布置示意图。

图8为预制填芯顶部示意图。

图9为预制填芯底部橡胶止浆圈细部示意图。

图中：1、预制盖梁；2、预制填芯；3、预制管桩；4、预埋金属波纹管；5、预留连接钢筋；6、UTFC；7、调平砂浆层；8、盖梁混凝土外圈；9、钢托板；10、桩顶套箍；11、橡胶止浆圈；12、注浆孔；13、出浆孔；14、顶部钢筋；15、分布钢筋；16、盖箍筋；17、底部钢筋；18、管桩开孔；19、管桩端板；20、装配间隙；21、管桩配筋。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

本发明的任务在于解决预制管桩与预制盖梁的连接问题，提供一种采用UTFC的预制管桩与预制盖梁连接构造，如图1、2所示，包括预制盖梁1、预制管桩3和预制填芯2；预制盖梁1、预制填芯2和预制管桩3在工厂完成预制，运输到施工现场。

预制盖梁1中预埋金属波纹管4；预制盖梁1的宽度为1.6m，高度为1.2m，长度随工程实际需要取值，预制盖梁1与预制填芯2均采用C50混凝土。

预制盖梁1顶部钢筋14采用HRB400的Ф28mm的钢筋。预制盖梁1的分布钢筋15采用HRB400的Ф28mm钢筋，钢筋间距为85mm-135mm。预制盖梁1箍筋16采用HRB400的Ф12mm的钢筋，在预制盖梁1跨中2m范围内间距为150mm，其余位置间距为100mm。预制盖梁1底部钢筋17采用HRB400的Ф28mm的钢筋，具体配筋图见配图7。预埋金属波纹管4直径为65mm，长度与预制盖梁1高度相同，按照与预制填芯2上方纵向钢筋相同的布置方式环状布置，参照图4，用扎丝将预埋金属波纹管4与预制盖梁1钢筋绑定。

如图3，预制管桩3具体为采用离心和预应力工艺成型的圆环型截面的预应力混凝土桩，内部有管桩配筋21，采用焊接或机械接桩，即预制管桩3上开有管桩开孔18；管桩开孔18为圆形开孔，孔洞的直径为900mm，预制管桩3的厚度为150mm，预制管桩3的外径为1200mm。桩身混凝土标号不低于C80。

预制填芯2混凝土高度为2m，直径为880mm，钢托板9为直径1200mm，厚度20mm的圆形钢板。参照图9，预制填芯2底部设置安装橡胶止浆圈11的凹槽，凹槽宽2cm，深度为2cm，距离预制填芯2底面3.2cm。

参照图5、6、8，预制填芯2设有预留连接钢筋5，制作预制填芯2时首先将纵向钢筋和箍筋绑扎成钢筋笼，纵筋为10根HRB400的Ф20mm钢筋，箍筋采用HRB400的Ф8mm的钢筋，纵筋按照700mm直径的圆环形布置，箍筋间距为150mm。钢托板9使用Q235钢材，围绕钢托板9中心对称设置一个注浆孔12和一个出浆孔13，两孔中心距为890mm。采用倒置浇筑的方式，将钢托板9置于平整地面上作为底模，再将钢筋笼上的纵筋与钢托板9焊接成整体，套好模板浇筑混凝土完成预制填芯2的预制。养护形成强度后拆模，调整预制填芯2使钢托板9朝上，在钢托板9焊接10根HRB400的Ф20mm连接钢筋5，连接钢筋5长度为L1，连接钢筋5的位置与预埋金属波纹管4位置对应。

所述橡胶止浆圈11断面为梯形与矩形组合的形状，矩形各边长均为2cm，梯形长边为1.5cm，短边为0.75cm，高3cm，橡胶止浆圈11内径为840mm，圈体中矩形部分与预制填芯2底部的凹槽契合，结构细节见配图9。所述预制填芯2底部设置安装所述橡胶止浆圈11的凹槽，凹槽的截面形状为矩形，凹槽的宽度和深度与橡胶止浆圈11断面形状中矩形部分吻合一致，所述橡胶止浆圈11安装时1断面形状中矩形部分嵌入1凹槽，直角梯形部分的较长的一条底边朝向靠近所述钢托板9的一侧，较短的一条底边朝向远离所述钢托板9的一侧，当橡胶止浆圈11安装到所述预制填芯上后形成一个直角梯形凸出部，为保证密闭性，所述直角梯形凸出部的凸出高度略大于装配间隙20，梯形凸出减小摩擦阻力便于预制填芯2的安放。

一种采用UTFC的预制管桩与预制盖梁连接构造的施工方法，包括以下步骤：

使用时，先在工厂完成预制盖梁1、预制填芯2和预制管桩3的施工，预制盖梁1和预制填芯2需按照配筋要求制作，橡胶止浆圈11同样在工厂完成预制。

运到施工现场后，首先将预制管桩3插入地基中，再将套好橡胶止浆圈11的预制填芯2放入管桩开孔18内，之间留有1cm的装配间隙20，预制填芯2的钢托板9与预制管桩3的管桩端板19对应，调整好连接钢筋5的位置以便与预埋金属波纹管4位置对应，通过桩顶套箍10将钢托板9与管桩端板19固定并焊接成一体，向预制填芯2顶部钢托板9上的注浆孔12注入UTFC 6填充预制填芯2与预制管桩3的装配间隙20，直至UTFC 6从出浆孔13溢出，完成预制填芯2与预制管桩3的装配间隙注浆连接。

在预制填芯2顶部钢托板9上设置一层3cm厚的调平砂浆层7，然后将预制盖梁1置于预制填芯2上方，连接钢筋5与预埋金属波纹管4对应并深入波纹管中。预制盖梁1放置调整完成后从其顶部向预埋金属波纹管4开孔注入UTFC 6，振捣密实，完成预制盖梁1与预制管桩3的连接。

在灌浆方式中，所述预留连接钢筋5的长度L1应满足如下公式：

式中：L

c

c

f

f

所述的预制填芯2的高度L

L

式中：L

D

l：预制管桩计算高度(m)，当预制管桩不露出地表时，l取值为4，当预制管桩作为桩柱一体式的桥墩时，l按实际墩高取值。

另外，本发明中所涉及的UTFC是超韧性纤维混凝土UTFC(Ultra-highToughnessFiberConcrete,UTFC)，为本领域内的超韧性纤维混凝土为一专有名称，在本发明中一般是指具有超高强度、高延性、高和易性、耐久性的密实增强复合材料，该材料相对于普通混凝土材料，其极大的提高材料的强度及韧性，且由于其自密实性优异，与钢筋的粘结性能更好，极大的减小了连接处的钢筋连接长度和盖梁高度，且连接性能较好。