一种大横梁和高立柱预制拼装框架墩及施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁建造领域，尤其涉及一种大横梁和高立柱预制拼装框架墩及施工方法。

背景技术

铁路、市政、公路等工程常常与既有铁路、道路等小角度交叉，若采用梁部一跨跨越往往需要较大的跨度，而若采用框架型桥墩，利用框架墩跨越障碍物，再在框架墩上方设置简支梁等小跨度梁体，避免了大跨度结构的设置，具有较好的经济性。

以往框架墩常采用现浇施工，墩柱和横梁采用支架法施工，当框架墩墩高较高时，支架搭设高度高、施工风险大、施工干扰大；墩柱横梁有时也采用钢结构吊装施工，但存在成本高、后期养护工作量大、维修困难，且当横梁长度长、墩高高时，横梁与墩柱间的接头处受力复杂，钢混连接构造处理难度大。同时，框架墩横桥向受到上部结构恒载、活载、混凝土收缩徐变、温度作用等，常处于大偏心受拉状态，特别是当框架墩横梁跨度大、立柱高度高时，拼接缝处受力较大，往往为薄弱部位，一旦出现开裂，在上部结构恒载及反复活载作用下宜造成裂缝张开，裂缝扩展到一定宽度则影响接缝处的耐久性，从而削弱连接能力，影响结构安全。目前常用的套筒灌浆等连接方式可无法解决拼接缝开裂问题，无法保证拼接缝处的耐久性。因此，研发一种大横梁和高立柱预制拼装框架墩及施工方法是个亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种大横梁和高立柱预制拼装框架墩及施工方法，现场施工速度快，对下方铁路、道路影响小，施工安全风险小，成本低、养护维修工作量小。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种大横梁和高立柱预制拼装框架墩，包括基础、底节墩柱和横梁，基础施工时，设置多个基础钢筋预埋管和多条预埋粗钢筋，所述预埋粗钢筋一部分预埋在基础内部，一部分伸出基础表面，在所述基础顶面开设接缝槽口；所述底节墩柱预制时下方设置过渡段，在所述过渡段内设置粗钢筋预留孔道，在所述底节墩柱内设有主筋，所述主筋一部分伸出底节墩柱下表面，所述主筋与基础钢筋预埋管一一对应，所述粗钢筋预留孔道与预埋粗钢筋一一对应，在所述底节墩柱内设有多条底节墩柱连接钢筋，所述底节墩柱连接钢筋一部分伸出底节墩柱顶部；所述横梁预制时对应墩柱位置设置伸出柱，并预埋横梁钢筋预埋管。

进一步的，当立柱较高时设置一个或多个中间节墩柱，所述中间节墩柱预制时底部设置中间节墩柱钢筋预埋管，顶部设置中间节墩柱连接钢筋，所述中间节墩柱连接钢筋一部分伸出中间节墩柱顶部，所述中间节墩柱钢筋预埋管与底节墩柱连接钢筋一一对应，所述中间节墩柱连接钢筋与横梁钢筋预埋管一一对应。所述基础与底节墩柱间通过预埋粗钢筋和主筋共同连接，所述底节墩柱与中间节墩柱间通过底节墩柱连接钢筋和钢板连接件共同连接，所述多个中间节墩柱之间、中间节墩柱与横梁间通过中间节墩柱连接钢筋和钢板连接件共同连接。

进一步的，所述钢板连接件设置在底节墩柱、中间节墩柱和伸出柱的拼接位置的内外两侧或者四周，所述钢板连接件包括预埋钢板、预埋套筒、防护垫、连接钢板和高强螺栓，所述连接钢板和高强螺栓采用耐候钢，无需涂装，避免后期养护维修。所述预埋钢板埋设在底节墩柱、中间节墩柱和伸出柱内的拼接位置，与顶面顶部或底面底部平齐，节段内的预埋钢板与主筋焊接，焊缝强度不低于主筋强度，保证该连接处不先于主筋破坏；在所述预埋钢板上焊接有预埋套筒，预埋套筒位置与主筋错开；预埋钢板上可设置栓钉或者与墩柱内普通钢筋焊接固定，保证与墩柱混凝土结合良好。在拼接处的预埋钢板上设有防护垫，防护垫保证预埋钢板和连接钢板间的平整度，起到密封和防水的作用，保证接缝的耐久。在所述防护垫上设有连接钢板，在所述防护垫和连接钢板相对位置处根据高强螺栓位置预留开孔，所述高强螺栓依次穿过连接钢板、防护垫上的开孔，拧入预埋钢板上的预埋套筒中，所述防护垫、连接钢板上的预留开孔待节段间拼装完后再在现场后开孔。通过高强螺栓连接上、下节预埋钢板，且连接钢板通过上、下节段间的拼接缝。

进一步的，在所述中间节墩柱和横梁内均设有主筋，所述底节墩柱、中间节墩柱和横梁内的主筋一一对应，且焊接在节段内的预埋钢板上。

进一步的，所述预埋粗钢筋采用缓粘结钢棒，缓粘结钢棒将粗钢筋锚固端直接预埋在基础内。预埋部分无需再设置预埋孔道，避免后期灌浆，施工便捷、效率高。

进一步的，所述接缝槽口的尺寸比过渡段一侧大510cm，拼装时直接在接缝槽口内铺设坐浆层，无需再设置挡浆钢板。

进一步的，所述过渡段设置在底节墩柱底部，一侧较底节墩柱尺寸大2030cm，并在其内预埋粗钢筋孔道，所述预埋粗钢筋孔道顶部设置粗钢筋张拉端槽口，张拉完成后进行封锚，过渡段顶部与底节墩柱间采用斜角过渡，避免应力集中。

进一步的，所述底节墩柱连接钢筋、中间节墩柱连接钢筋采用束筋布置，即由24根钢筋并置而成，单根钢筋间焊连为整体。

进一步的，所述伸出柱在横梁与墩柱拼接位置伸出，截面与墩柱截面完全一致，伸出柱与横梁共同预制，通过伸出柱与墩柱的拼接实现横梁与墩柱的拼接。

进一步的，所述中间节墩柱钢筋预埋管、横梁钢筋预埋管采用下细上粗的形式，其中设一部分喇叭形过渡。

一种采用上述大横梁和高立柱预制拼装框架墩的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、基础施工，底节墩柱、中间节墩柱和横梁预制完成。

步骤二、基础的接缝槽口铺设拼接缝浆料，吊装底节段墩柱，将过渡段上的粗钢筋预留孔道穿入预埋粗钢筋中，同时将底节段墩柱的主筋穿入基础钢筋预埋管中；张拉预埋粗钢筋，并向基础钢筋预埋管中注入灌浆料，施工封锚。

步骤三、在底节墩柱顶面铺设拼接缝浆料，吊装中间节墩柱，将中间节墩柱上的中间节墩柱钢筋预埋管穿入底节墩柱顶部的底节墩柱连接钢筋上，向钢筋预埋管中注入灌浆料。

步骤四、在中间节墩柱顶面铺设拼接缝浆料，吊装横梁，将横梁上伸出柱内的横梁钢筋预埋管穿入中间节墩柱顶部的中间节墩柱连接钢筋上，向横梁钢筋预埋管中注入灌浆料。

步骤五、施工防护垫和连接钢板开孔，并安装在预埋钢板上，将高强螺栓拧入预埋套筒中。

步骤六、张拉横梁预应力束，施工完成。

相对于现有技术，本发明所述的大横梁和高立柱预制拼装框架墩及施工方法具有以下优势：

1.通过连接钢板连接拼接缝，提供接缝间的抗拉能力，并提高拼接缝处的抗剪能力，连接钢板抗拉能力强，通过连接钢板承担节段间的拉力，与连接钢筋的共同作用下，保证拼接缝处不开裂，且采用的防护垫可起到防水作用，从而有效保证接缝处的耐久性；连接钢板通过高强螺栓连接，可拆卸，方便日常拼接缝的检查和维护。

2.通过在基础与底节墩柱间设置粗钢筋，保证对拼接缝处施加一定的压应力，保证拼接缝在最不利状态下仍处于受压状态，保证接缝不开裂，同时粗钢筋增强了接缝处的抗弯强度；底节墩柱主筋伸入基础内，连接可靠、成本低，保证两者间共同受力。

3.通过在节段间设置连接钢筋，提高接缝处的抗弯和抗剪能力，连接钢筋连接可靠、成本低，采用束筋布置，减小孔道数，减少施工难度。

4.通过在横梁下方设置伸出柱，使拼接缝不设置在横梁与立柱的变截面处，从而增强了横梁与墩柱间节点的整体性；横梁需要设置预应力钢绞线，在与墩柱连接处钢绞线的波纹管较密集，当不设置伸出柱时，横梁与墩柱连接钢筋的预埋管与钢绞线的波纹管干扰较大，通过设伸出柱避免了两者干扰，且便于连接钢筋的预埋管灌浆施工。

5.底节墩柱设过渡段，过渡段上预埋粗钢筋孔道，粗钢筋张拉端设置在过渡段上方，张拉完成后进行封锚，解决了粗钢筋张拉问题，仅在接缝局部设置粗钢筋，避免沿墩柱通长设置，减少了工程量；框架墩跨越下方铁路、道路，过渡段同时起到防撞作用，保护墩柱。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明主视图；

图2是本发明侧视图；

图3基础结构示意图，其中3-a是预埋基础钢筋预埋管后的示意图，3-b是预埋基础钢筋预埋管前的示意图，3-c是3-b中III-III部分剖视图；

图4底节墩柱结构示意图，其中4-a是主视图，4-b是侧视图，4-c是4-b中II-II部分剖视图；

图5中间节墩柱结构示意图，其中5-a是主视图，5-b是侧视图；

图6横梁结构示意图，其中6-a是主视图，6-b是侧视图，6-c是6-a中I-I部分剖视图；

图7基础与底节墩柱拼装示意图；

图8横梁与中间节墩柱拼装示意图。

附图标记说明：

1.基础；101.基础钢筋预埋管；102.预埋粗钢筋；103.接缝槽口；

2.底节墩柱；201.过渡段；202.粗钢筋孔道；203.封锚；204.底节墩柱连接钢筋；

3.中间节墩柱；301.中间节墩柱钢筋预埋管；302.中间节墩柱连接钢筋；

4.横梁；401.伸出柱；402.横梁钢筋预埋管；403.横梁预应力束；

5.拼接缝；

6.主筋；

7.预埋钢板；701.预埋套筒；702.防护垫；703.连接钢板；704.高强螺栓；8.灌浆料

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-6所示，一种大横梁和高立柱预制拼装框架墩，包括基础1、底节墩柱2和横梁4，基础1施工时，设置多个基础钢筋预埋管101和多条预埋粗钢筋102，所述预埋粗钢筋102一部分预埋在基础1内部，一部分伸出基础1表面，在所述基础1顶面开设接缝槽口103；所述底节墩柱2预制时下方设置过渡段201，所述过渡段201设置在底节墩柱2底部，一侧较底节墩柱2尺寸大20-30cm，并在其内预埋粗钢筋孔道202，所述预埋粗钢筋孔道202顶部设置粗钢筋102张拉端槽口，张拉完成后进行封锚203，过渡段201顶部与底节墩柱2间采用斜角过渡，避免应力集中。在所述底节墩柱2内设有主筋6，所述主筋6一部分伸出底节墩柱2下表面，所述主筋6与基础钢筋预埋管101一一对应，所述粗钢筋预留孔道202与预埋粗钢筋102一一对应，在所述底节墩柱2内设有多条底节墩柱连接钢筋204，所述底节墩柱连接钢筋204一部分伸出底节墩柱2顶部；所述横梁4预制时对应墩柱位置设置伸出柱401，并预埋横梁钢筋预埋管402。所述伸出柱401在横梁4与墩柱拼接位置伸出，截面与墩柱截面完全一致，伸出柱401与横梁4共同预制，通过伸出柱401与墩柱的拼接实现横梁与墩柱的拼接。所述预埋粗钢筋102采用缓粘结钢棒，缓粘结钢棒将粗钢筋锚固端直接预埋在基础1内。预埋部分无需再设置预埋孔道，避免后期灌浆，施工便捷、效率高。所述接缝槽口103的尺寸比过渡段201一侧大510cm，拼装时直接在接缝槽口内铺设坐浆层，无需再设置挡浆钢板。

当立柱较高时设置一个或多个中间节墩柱3，所述中间节墩柱3预制时底部设置中间节墩柱钢筋预埋管301，顶部设置中间节墩柱连接钢筋302，所述中间节墩柱连接钢筋302一部分伸出中间节墩柱3顶部，所述中间节墩柱钢筋预埋管301与底节墩柱连接钢筋204一一对应，所述中间节墩柱连接钢筋302与横梁钢筋预埋管402一一对应。所述基础1与底节墩柱2间通过预埋粗钢筋102和主筋6共同连接，所述底节墩柱2与中间节墩柱3间通过底节墩柱连接钢筋204和钢板连接件共同连接，所述多个中间节墩柱3之间、中间节墩柱3与横梁4间通过中间节墩柱连接钢筋302和钢板连接件共同连接。所述底节墩柱连接钢筋204、中间节墩柱连接钢筋302采用束筋布置，即由24根钢筋并置而成，单根钢筋间焊连为整体，有利于增强伸出部分的刚度、保证垂直度，减少钢筋预埋管的个数。所述中间节墩柱钢筋预埋管301、横梁钢筋预埋管402采用下细上粗的形式，其中设一部分喇叭形过渡，避免全部采用喇叭形造成根部间距过小，可减小预埋管长度和增强钢筋的锚固强度。

所述钢板连接件设置在底节墩柱2、中间节墩柱3和伸出柱401的拼接位置的内外两侧或者四周，所述钢板连接件包括预埋钢板7、预埋套筒701、防护垫702、连接钢板703和高强螺栓704，所述连接钢板7和高强螺栓704采用耐候钢，无需涂装，避免后期养护维修。所述预埋钢板7埋设在底节墩柱2、中间节墩柱3和伸出柱401内的拼接位置，与顶面顶部或底面底部平齐，节段内的预埋钢板7与主筋6焊接，焊缝强度不低于主筋6强度，保证该连接处不先于主筋破坏；在所述预埋钢板7上焊接有预埋套筒701，预埋套筒701位置与主筋6错开；预埋钢板7上可设置栓钉或者与墩柱内普通钢筋焊接固定，保证与墩柱混凝土结合良好。在拼接处的预埋钢板7上设有防护垫702，防护垫保证预埋钢板和连接钢板间的平整度，起到密封和防水的作用，保证接缝的耐久。在所述防护垫702上设有连接钢板703，在所述防护垫702和连接钢板703相对位置处根据高强螺栓位置预留开孔，所述高强螺栓704依次穿过连接钢板703、防护垫702上的开孔，拧入预埋钢板7上的预埋套筒701中，所述防护垫702、连接钢板703上的预留开孔待节段间拼装完后再在现场后开孔。通过高强螺栓704连接预埋钢板7和连接钢板703，节段内的主筋6通过焊接连接在预埋钢板7上，预埋钢板7通过高强螺栓704与连接钢板703相连，连接钢板703通过上、下节段间的拼接缝，从而实现上、下节段间主筋间的传力。在所述中间节墩柱3和横梁4内均设有主筋，所述底节墩柱2、中间节墩柱3和横梁4内的主筋6一一对应，且焊接在节段内的预埋钢板上。

一种采用上述大横梁和高立柱预制拼装框架墩的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、基础1施工，底节墩柱2、中间节墩柱3和横梁4预制完成。

步骤二、如图7所示，基础1的接缝槽口103铺设拼接缝5浆料，吊装底节段墩柱2，将过渡段201上的粗钢筋预留孔道202穿入预埋粗钢筋102中，同时将底节段墩柱2的主筋6穿入基础钢筋预埋管101中；张拉预埋粗钢筋102，并向基础钢筋预埋管101中注入灌浆料8，施工封锚203。

步骤三、如图8所示，在底节墩柱2顶面铺设拼接缝5浆料，吊装中间节墩柱3，将中间节墩柱3上的中间节墩柱钢筋预埋管301一一穿入底节墩柱2顶部的底节墩柱连接钢筋204上，向钢筋预埋管301中注入灌浆料8。

步骤四、在中间节墩柱3顶面铺设拼接缝5浆料，吊装横梁4，将横梁4上伸出柱401内的横梁钢筋预埋管402一一穿入中间节墩柱3顶部的中间节墩柱连接钢筋302上，向横梁钢筋预埋管402中注入灌浆料8。

步骤五、施工防护垫702和连接钢板703开孔，并安装在预埋钢板7上，将高强螺栓704拧入预埋套筒701中。

步骤六、张拉横梁预应力束403，施工完成。

本专利的框架墩横梁、立柱均采用预制混凝土构件，在工厂内完成制造，运送至现场进行拼装，现场施工速度快，对下方铁路、道路影响小，施工时无需搭设支架、安全风险小，成本低、养护维修工作量小，通过对横梁与立柱、立柱与基础间进行可靠连接，可适应于大横梁和高立柱。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。