一种基于UHPC接缝的预制拼装空心桥墩及施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁建造领域，尤其涉及一种基于UHPC接缝的预制拼装空心桥墩及施工方法。

背景技术

节段预制拼装式桥墩建造作为桥梁快速施工技术之一，在国内外公路市政工程、跨海长桥工程中得到应用，特别是跨海工程中，施工条件较差，钢筋绑扎、混凝土浇筑与养护较困难，采用预制拼装建造具有较大优势。空心墩作为桥墩结构中最基本的墩型之一，具有刚度大、节段重量轻等优点，在预制拼装桥墩中应用较多。

目前，节段预制拼装式空心桥墩一般采用后浇混凝土接缝或预应力连接两种方法拼装，后浇混凝土接缝指将节段在工厂内预制，在节段连接面预留一字型或U型钢筋接头，节段间设置一段后浇混凝土接缝，现场对接焊或绑扎预留钢筋接头，再后浇混凝土，实现各预制节段间的连接。该方案存在的主要不足如下：

1.钢筋接头间对位和连接困难，采用焊接一字型钢筋需要对钢筋进行一一对接焊接，钢筋精确对位难度大，焊接工序复杂；绑扎U型钢筋接头需要设置较强的加强钢筋。同时，节段内接头钢筋需要预留较长的长度，不便于制造。

2.后浇混凝土接缝需要高度高，为实现后浇混凝土对钢筋的握裹及传力，且钢筋接头间需要错开，接缝高度一般需要被连接钢筋直径的35倍以上，大大增加了接缝的高度，造成后浇混凝土数量大。

3.后浇混凝土接缝需要振捣、养护，混凝土施工工艺较复杂，与预制混凝土之间连接面强度低，易引起收缩裂缝，裂缝可能成为腐蚀通道，影响结构耐久性。

4.后浇混凝土接缝因存在钢筋对位连接等工序，混凝土浇筑量大，接缝作业时间稍长、效率稍低。

节段预制拼装式空心桥墩预应力连接指在工厂内预制节段，现场拼接采用粗钢筋或高强钢棒等，节段拼装后，在节段上张拉粗钢筋或高强钢棒，通过预应力实现节段间的连接和传力，该方案存在的主要不足如下：

1.节段制造精度要求高，各节段间必须完全匹配，施工容差小，节段间一般设置2～3mm的环氧树脂胶，厚度较小，不利于节段连接面误差调整，对于尺寸较大截面增加了施工难度。

2.预应力采用粗钢筋或高强钢棒，需要张拉预应力，预应力张拉及压浆工艺要求高，预应力后期存在损失甚至失效风险，该连接形式延性差、耗能不足，不适宜于高震区。

3.预应力连接总体质量控制难度大，所用连接材料如预应力束、环氧树脂胶等对耐久性要求高，应用于跨海工程等恶劣腐蚀环境时对防护措施要求较高。

发明内容

本发明提供一种基于UHPC接缝的预制拼装空心桥墩及施工方法，目的是解决现有技术问题，提供一种施工简单快捷、效率高、抗震性能好、使用寿命长的预制拼装空心桥墩及施工方法。

本发明解决问题采用的技术方案是：

一种基于UHPC接缝的预制拼装空心桥墩，具有墩柱和基座，所述墩柱为空心墩柱，其特征在于：所述墩柱从下至上依次由墩底节段、中间节段、顶帽节段组成，墩底节段位于基座顶部，墩底节段与基座之间、墩底节段与中间节段之间、中间节段与顶帽节段之间均预埋钢筋接头，钢筋接头外设有加强箍筋，所述基座、墩底节段、中间节段、顶帽节段内均预埋有连接钢筋，所述墩底节段底部为实体段，顶部为空心段，墩底节段的实体段与基座连接，墩底节段的空心段与中间节段连接，所述基座顶部预埋墩底节段的实体段钢筋，在预埋的墩底节段的实体段钢筋上绑扎钢筋笼，墩底节段的实体段钢筋和钢筋笼位于墩底节段的实体段内，与墩底节段的实体段之间通过现场混凝土浇筑固定连接。

所述基座、墩底节段、中间节段、顶帽节段内预埋的连接钢筋一部分为内侧连接钢筋，一部分为外侧连接钢筋，所述墩底节段、中间节段、顶帽节段的底部设有支撑柱和护板，支撑柱的高度大于预埋钢筋接头的高度，所述护板设置在墩壁外边缘，与节段共同预制，所述支撑柱沿护板的内侧向墩底节段、中间节段、顶帽节段内侧壁延伸至墩底节段、中间节段、顶帽节段内侧壁的边缘。

所述支撑柱上预埋有上预埋钢板，下方节段对应支撑柱位置预埋有下预埋钢板，连接钢板焊接在上预埋钢板和下预埋钢板上，通过拼接缝。

所述基座、墩底节段、中间节段的顶部与支撑柱对应的位置分别设有缓冲垫。

所述预埋内侧连接钢筋和外侧连接钢筋，两者长短不同，内侧连接钢筋位于基座、墩底节段、中间节段、顶帽节段内侧，外侧连接钢筋位于基座、墩底节段、中间节段、顶帽节段的外侧，预埋在基座、墩底节段、中间节段、顶帽节段内一定长度，内侧连接钢筋和外侧连接钢筋平面位置相互交错分布，所述内侧连接钢筋和外侧连接钢筋预留的钢筋接头长度要求可搭接。

进一步的，所述预埋内侧连接钢筋和外侧连接钢筋可通过短钢筋连接再一起，形成U型布置。

所述中间节段为标准中间节段，数量为多个，标准中间节段与标准中间节段之间预埋钢筋接头，钢筋接头外绑扎加强箍筋，并通过后浇UHPC接缝实现连接。

所述基座的顶部设有止水带，所述墩底节段的底部设有支撑柱和护板，护板上设有止水带槽口，所述止水带槽口与止水带相配合使用，止水带槽口与止水带的大小形状相匹配。

进一步的，所述墩底节段向外侧局部加厚，起到防撞击保护结构的作用。

进一步的，所述基座与墩底节段之间、墩底节段与中间节段之间、各中间节段之间、中间节段与顶帽节段之间通过浇筑UHPC接缝实现连接，所述UHPC接缝在上部设置斜坡，UHPC从斜坡处浇筑和出浆，有利于浇筑及密实度。

一种基于UHPC接缝的预制拼装空心桥墩的施工方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤一：在预定的地方对基座进行施工，先在基座内预埋连接钢筋，预埋墩底节段的实体段钢筋，在预埋的墩底节段的实体段钢筋上绑扎钢筋笼，再安装位于基座顶部的止水带，并将基座顶部与墩底节段的实体段相接区域进行凿毛；

步骤二：墩底节段在工厂内预制，凿毛连接区域，在设置支撑柱和护板对应的基座顶部设置缓冲垫，吊装墩底节段与基座进行拼接并支承在缓冲垫上；墩底节段止水带槽口和基座上的止水带对位，通过重力压紧止水带，完成止水构造安装；将墩底节段内预埋的连接钢筋与基座内预埋的连接钢筋对位，连接钢筋交错布置，在连接钢筋外沿水平方向绑扎加强箍筋，并在接缝的侧壁搭设内侧模板，侧模板固定在上下节段内壁上，与上下节段、墩壁上的护板结构共同形成后浇接缝区域，浇筑UHPC并养护；

步骤三：浇筑墩底实体段混凝土，并养护；

步骤四：在工厂内预制中间节段，并将中间节段与墩底节段连接的区域凿毛，在墩底节段顶部与中间节段的支撑柱、护板对应的部位设置缓冲垫，吊装中间节段，与墩底节段进行拼接并支承在缓冲垫上；将上预埋钢板和下预埋钢板通过连接钢板焊接；将中间节段内预埋的连接钢筋与墩底节段内预埋的连接钢筋对位，连接钢筋交错布置，并在连接钢筋外沿水平方向绑扎加强箍筋，搭设接缝模板，并在接缝内浇筑UHPC并养护；

步骤五：在工厂内预制顶帽节段，并将顶帽节段与中间节段连接的区域凿毛，在中间节段顶部与顶帽节段的支撑柱、护板对应的部位设置缓冲垫，吊装顶帽节段，与中间节段进行拼接并支承在缓冲垫上；将上预埋钢板和下预埋钢板通过连接钢板焊接；将顶帽节段内预埋的连接钢筋与中间节段内预埋的连接钢筋对位，连接钢筋交错布置，并在连接钢筋外沿水平方向绑扎加强箍筋，搭设接缝模板，并在接缝内浇筑UHPC并养护；

步骤六：待所有接缝内浇筑UHPC养护完成后，拆除施工辅助措施，完成基于UHPC接缝的预制拼装空心桥墩的施工。

一种基于UHPC接缝的预制拼装空心桥墩的施工方法，其特征在于：当需要增加多个中间节段时，在步骤四和步骤五之间增加步骤b，在工厂内预制多个中间节段，并将中间节段与中间节段间连接的区域凿毛，在下部的中间节段顶部与上部的中间节段的支撑柱、护板对应的部位设置缓冲垫，吊装上部的中间节段，与下部的中间节段进行拼接并支承在缓冲垫上；将下部的中间节段内预埋的连接钢筋与上部的中间节段内预埋的连接钢筋对位，连接钢筋交错布置，并在连接钢筋外沿水平方向绑扎加强箍筋，搭设接缝模板，并在接缝内浇筑UHPC并养护。

本发明的有益效果：

1.预制节段在接缝处预埋连接钢筋接头，钢筋接头长度短，且平面上相互错开，拼装时钢筋不用一一对位，便于钢筋的定位、预埋；钢筋间通过UHPC进行间接搭接，钢筋无需一一对接焊，钢筋连接简单、可靠，显著减小施工难度；

2.后浇UHPC混凝土接缝高度小，一般需要被连接钢筋直径10倍左右的搭接长度即可满足要求，混凝土浇筑方量少；对节段制造精度要求低，无需对节段进行匹配制造，节段短线法制造速度快，节段间制造偏差可通过后浇接缝进行调节，特别适用节段断面较大时，避免施工误差累加，易于保证拼装墩整体线形和高程；

3.后浇UHPC混凝土可实现免振捣、自流平、自密实，且接缝利用结构本身提供模板，可不受恶劣天气影响，浇筑和养护方便；

4.UHPC自身体积稳定性好，抗拉强度高，后期干燥收缩小，与预制混凝土界面间连接强度高，能避免收缩裂缝的发生；UHPC自身耐久性强，内部结构致密，后浇接缝耐久性好，特别适用于跨海工程等恶劣腐蚀环境；

5.UHPC自身强度高，通过较强的锚固作用和钢筋间形成可靠连接，实现节段间钢筋有效传力，使得拼装墩整体性能优良，可应用于高震区，适用范围更广；

6.预制节段断面下部设支撑柱，支撑柱高度大于预埋钢筋接头，节段在工厂内存放时可通过支承柱临时支承，而不影响预埋钢筋接头；节段拼接时支承柱可作为上节段的临时支撑结构，无需采用临时千斤顶或体外支承构造，施工方便；支撑柱可作为断面上的剪力键齿，增强节段间抗剪能力。

7.在支撑柱上预埋有上预埋钢板，下方节段对应支撑柱位置预埋有下预埋钢板，连接钢板焊接在上预埋钢板和下预埋钢板上，通过拼接缝，作为拼装施工过程中节段的防倾覆及稳定措施，并在运营阶段增强了节段间的抗剪能力。8.在节段周围设置护板结构，护板结构与下节段拼装后可作为后浇接缝的模板，浇筑接缝混凝土时无需在墩柱外另立模板；护板结构为受力钢筋提供防护，增强了结构耐久性；同时起到一定的施工防护作用，避免外部恶劣天气影响，为结构内部提供有利的作业环境。

9.在节段就位后，接缝施工只需进行箍筋绑扎和混凝土浇筑工序，无需钢筋一一对接及安装加强钢筋、浇筑大量普通混凝土并振捣养护，同时无需涂抹环氧树脂胶、安装和张拉预应力束、管道压浆等工序，接缝现场作业时间短、效率高。

附图说明

图1是本发明立面结构示意图；

图2是本发明基座结构示意图；

图3是本发明图2IV-IV截面的结构示意图；

图4是本发明墩底节段结构示意图；

图5是本发明图4III-III截面的结构示意图；

图6是本发明中间节段结构示意图；

图7是本发明图6II-II截面的结构示意图；

图8是本发明顶帽节段结构示意图；

图9是本发明图8I-I截面的结构示意图；

图10是本发明墩底节段与基座拼接断面(III-IV截面接缝)结构示意图；

图11是本发明顶帽节段与中间节段拼接断面(I-II截面接缝)结构示意图。

图12是本发明另一实施例立面结构示意图。

其中：1.基座；2.墩底节段；3.中间节段；4.顶帽节段；7.加强箍筋；8.UHPC接缝；91.墩底节段的实体段钢筋；92.钢筋笼；93.墩底实体段节段预埋钢筋；10.实体段；11.止水带；12.止水带槽口；51.内侧连接钢筋；52.内侧连接钢筋；53.内侧连接钢筋；54.内侧连接钢筋；61.外侧连接钢筋；62.外侧连接钢筋；63.外侧连接钢筋；21.支撑柱；31.支撑柱；41支撑柱；22.护板；32.护板；42.护板；71.上预埋钢板；72.下预埋钢板；73.连接钢板。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1-11所示一种基于UHPC接缝的预制拼装空心桥墩，具有墩柱和基座1，所述墩柱为空心墩柱，所述墩柱从下至上依次由墩底节段2、中间节段3、顶帽节段4组成，墩底节段2位于基座1顶部，墩底节段2与基座1之间、墩底节段2与中间节3段之间、中间节段3与顶帽节段4之间均预埋钢筋接头，钢筋接头外设有加强箍筋7，所述基座1、墩底节段2、中间节段3、顶帽节段4内均预埋有连接钢筋，所述墩底节段底部为实体段10，顶部为空心段，墩底节段的实体段10与基座1连接，墩底节段的空心段与中间节段3连接，所述基座1顶部预埋墩底节段的实体段钢筋91，在预埋的墩底节段的实体段钢筋91上绑扎钢筋笼92，墩底节段的实体段钢筋91和钢筋笼92位于墩底节段的实体段10内，与墩底节段的实体段10之间通过现场混凝土浇筑固定连接。所述墩底节段向外侧局部加厚，起到防撞击保护结构的作用。

所述基座1、墩底节段2、中间节段3、顶帽节段4内预埋的连接钢筋分别为内侧连接钢筋51、内侧连接钢筋52、内侧连接钢筋53、内侧连接钢筋54，外侧连接钢筋61、外侧连接钢筋62、外侧连接钢筋63，所述内侧连接钢筋52、内侧连接钢筋53分别贯穿墩底节段2、中间节段3，内侧连接钢筋51、内侧连接钢筋54的一端分别预埋在基座1和顶帽节段4内长度分别大于基座1和顶帽节段4的1/2；外侧连接钢筋61位于基座1顶部，墩底节段2、中间节段3、顶帽节段4的底部分别预埋有外侧连接钢筋62，墩底节段2、中间节段3的顶部分别预埋有外侧连接钢筋63，外侧连接钢筋61、外侧连接钢筋62、外侧连接钢筋63分别位于基座1与墩底节段2、墩底节段2与中间节段3、中间节段3与顶帽节段4的接缝处。所述基座与墩底节段之间、墩底节段与中间节段之间、各中间节段之间、中间节段与顶帽节段之间通过浇筑UHPC接缝实现连接，所述UHPC接缝在上部设置斜坡，UHPC从斜坡处浇筑和出浆。所述预埋内侧连接钢筋和外侧连接钢筋可通过短钢筋连接再一起，形成U型布置。

所述墩底节段2底部设有支撑柱21和护板22，中间节段3底部设有支撑柱31和护板32、顶帽节段4底部设有支撑柱41和护板42，支撑柱21、支撑柱31、支撑柱41的高度大于预埋钢筋接头的高度，所述护板设置在墩壁内边缘，所述支撑柱21、支撑柱31、支撑柱41分别沿护板22、护板32、护板42的内侧向墩底节段、中间节段、顶帽节段内侧壁延伸至墩底节段、中间节段、顶帽节段内侧壁的边缘，基座、墩底节段、中间节段的顶部与支撑柱对应的位置分别设有缓冲垫(图未示)。所述支撑柱21上预埋有上预埋钢板71，下方节段对应支撑柱位置预埋有下预埋钢板72，连接钢板73焊接在上预埋钢板71和下预埋钢板72上，通过拼接缝。

所述内侧连接钢筋51、内侧连接钢筋52、内侧连接钢筋53、内侧连接钢筋54，外侧连接钢筋61、外侧连接钢筋62、外侧连接钢筋63，长短不同，所述内侧连接钢筋51、内侧连接钢筋52、内侧连接钢筋53、内侧连接钢筋54分别位于基座1、墩底节段2、中间节段3、顶帽节段4内侧，外侧连接钢筋61、外侧连接钢筋62、外侧连接钢筋63分别位于基座1、墩底节段2、中间节段3、顶帽节段4的外侧，预埋在基座、墩底节段、中间节段、顶帽节段内一定长度，内侧连接钢筋51、内侧连接钢筋52、内侧连接钢筋53、内侧连接钢筋54和外侧连接钢筋61、外侧连接钢筋62、外侧连接钢筋63平面位置相互交错分布，所述内侧连接钢筋51、内侧连接钢筋52、内侧连接钢筋53、内侧连接钢筋54，外侧连接钢筋61、外侧连接钢筋62、外侧连接钢筋63预留的钢筋接头长度要求可搭接。

所述中间节段3为标准中间节段，数量为多个，标准中间节段与标准中间节段之间预埋钢筋接头，钢筋接头外绑扎加强箍筋10，并通过后浇UHPC接缝实现连接。

所述基座1的顶部设有止水带11，所述墩底节段的底部设有支撑柱21和护板22，护板22上设有止水带槽口12，所述止水带槽口12与止水带11相配合使用，止水带槽口12与止水带11的大小形状相匹配。

所述支撑柱21、支撑柱31、支撑柱41分别分布在墩底节段、中间节段、顶帽节段的底部断面，高度大于预留钢筋接头，沿墩身截面方向每侧设置1～2个，分别于护板22、护板32、护板42连接在一起。

所述护板22、护板32、护板42在预制墩底节段、中间节段、顶帽节段的外侧设置周圈混凝土板，与墩底节段、中间节段、顶帽节段一起预制。

所述加强箍筋10为墩底节段、中间节段、顶帽节段拼装就位后，用以箍紧节段两侧的预埋内侧连接钢筋和外侧连接钢筋的水平钢筋。

所述UHPC接缝，为现场浇筑以实现节段间钢筋和混凝土的连接，材料采用超高性能混凝土，其上部可设置一定斜角，构件与UHPC接缝相接区域应凿毛处理。

所述超高性能混凝土(UHPC)作为一种具有超高的力学性能和超高的耐久性能的水泥基复合材料，具有超高抗压抗拉强度、高韧性、低渗透性和高体积稳定性等优异性能，可实现免振捣、自流平、自密实等特性，其与预制混凝土之间连接强度高，对钢筋握裹锚固能力强，钢筋设置较小的搭接长度即可实现钢筋间传力，从而满足接缝连接的抗弯、抗剪等受力要求。

一种基于UHPC接缝的预制拼装空心桥墩的施工方法，包括以下步骤，

步骤一：在预定的地方对基座进行施工，先在基座内预埋连接钢筋，预埋墩底节段的实体段钢筋，在预埋的墩底节段的实体段钢筋上绑扎钢筋笼，再安装位于基座顶部的止水带，并将基座顶部与墩底节段的实体段相接区域进行凿毛；

步骤二：墩底节段在工厂内预制，凿毛连接区域，在设置支承柱和护板对应的基座顶部设置缓冲垫，吊装墩底节段与基座进行拼接并支承在缓冲垫上；墩底节段止水带槽口和基座上的止水带对位，通过重力压紧止水带，完成止水构造安装；将墩底节段内预埋的连接钢筋与基座内预埋的连接钢筋对位，连接钢筋交错布置，在连接钢筋外沿水平方向绑扎加强箍筋，并在接缝的侧壁搭设侧模板，侧模板固定在上下节段内壁上，与上下节段、墩壁上的护板结构共同形成后浇接缝区域，浇筑UHPC并养护；

步骤三：浇筑墩底实体段混凝土，并养护；

步骤四：在工厂内预制中间节段，并将中间节段与墩底节段连接的区域凿毛，在墩底节段顶部与中间节段的支承柱、护板对应的部位设置缓冲垫，吊装中间节段，与墩底节段进行拼接并支承在缓冲垫上，将上预埋钢板和下预埋钢板通过连接钢板焊接；将中间节段内预埋的连接钢筋与墩底节段内预埋的连接钢筋对位，连接钢筋交错布置，并在连接钢筋外沿水平方向绑扎加强箍筋，搭设接缝模板，并在接缝内浇筑UHPC并养护；

步骤五：在工厂内预制顶帽节段，并将顶帽节段与中间节段连接的区域凿毛，在中间节段顶部与顶帽节段的支承柱、护板对应的部位设置缓冲垫，吊装顶帽节段，与中间节段进行拼接并支承在缓冲垫上，将上预埋钢板和下预埋钢板通过连接钢板焊接；将顶帽节段内预埋的连接钢筋与中间节段内预埋的连接钢筋对位，连接钢筋交错布置，并在连接钢筋外沿水平方向绑扎加强箍筋，搭设接缝模板，并在接缝内浇筑UHPC并养护；

步骤六：待所有接缝内浇筑UHPC养护完成后，拆除施工辅助措施，完成基于UHPC接缝的预制拼装空心桥墩的施工。

当需要增加多个中间节段时，在步骤四和步骤五之间增加步骤b，在工厂内预制多个中间节段，并将中间节段与中间节段间连接的区域凿毛，在下部的中间节段顶部与上部的中间节段的支承柱、护板对应的部位设置缓冲垫，吊装上部的中间节段，与下部的中间节段进行拼接并支承在缓冲垫上；将下部的中间节段内预埋的连接钢筋与上部的中间节段内预埋的连接钢筋对位，连接钢筋交错布置，并在连接钢筋外沿水平方向绑扎加强箍筋，搭设接缝模板，并在接缝内浇筑UHPC并养护。

通过上述结构在接缝处后浇UHPC，使节段间钢筋接头定位、连接简单，显著减小施工难度；接缝高度显著减小，混凝土用量小；节段施工容差大，精度要求低，便于制造；接缝免振捣、自密实便于浇筑，施工简单；拼装墩整体性能优良，可适用于高震区；接缝耐久性强，适用于跨海工程等恶劣腐蚀环境。同时，基于UHPC接缝的预制拼装空心桥墩接缝拼装快捷，现场施工作业时间短、效率高。