一种带插槽的UHPC灌浆双波纹管预制桥墩及其施工方法

技术领域

本发明涉及装配式桥梁技术领域，具体而言，涉及一种带插槽的UHPC灌浆双波纹管预制桥墩及其施工方法。

背景技术

装配式桥梁技术是一种将桥梁结构分为若干个节段分别预制，再运输到现场，通过连接形成桥梁主体的施工方法，能够极大地减少现场施工湿作业，降低对地面交通的影响，减少碳排放，降低能耗，具有缩短工期，绿色环保的优点，符合我国“双碳”目标，近年来成为桥梁建设发展的必然趋势。桥梁下部结构的预制装配式技术在我国尚未广泛应用，构件之间的连接是桥墩整体受力的关键，传力可靠，抗震性能好、施工便捷的新型连接方式急待探索。

装配式桥墩各个构件之间能否通过连接进行力的有效传递达到整体受力、墩柱与承台、盖梁之间连接节点的抗震性能是工程领域最关注的安全问题。目前装配式桥墩实际工程中的连接技术存在对精度要求高、预埋套筒内的灌浆饱满度检测难度大，无法补浆的缺陷，对于构件之间的整体受力存在安全隐患。另一方面，墩柱根部与承台上表面之间的连接部位是抗震最薄弱的位置，现有工程中装配式桥墩通常在此位置设置连接界面，采用坐浆料或灌浆料进行界面连接，但这两种材料硬化快，与上下构件之间的界面粘结强度不高，地震荷载下，极易发生连接界面的脆性破坏，大大降低桥墩的抗震性能。

一种新型致密性的水泥基工程材料——超高性能混凝土(Ultra-HighPerformance Concrete，简称UHPC)，具有高强高韧、自密实、与普通混凝土、与钢筋的粘结性能更强的优势。发明人发现，若能将该材料用于装配式桥梁连接，既能增强钢筋的锚固，又能提高连接界面之间的粘结力，对于构件之间的力的有效传递以及装配式桥墩的抗震十分有利。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种粘结性能强，防止构件之间连接界面脆性破坏、保证灌浆密实、对承台结构受力影响小、施工便捷的带插槽的UHPC灌浆双波纹管预制桥墩及其施工方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种带插槽的UHPC灌浆双波纹管预制桥墩，包括现场浇筑的钢筋混凝土承台、预制的钢筋混凝土墩柱、预制的钢筋混凝土盖梁；墩柱的上下两端均伸出有纵筋；承台的上部预埋一根大口径金属波纹管以形成插槽，预埋多根与墩柱下端纵筋配合的小口径金属波纹管，墩柱的下端置入插槽内；盖梁内预埋多根与墩柱上端纵筋配合的小口径金属波纹管，该小口径金属波纹管上下贯穿盖梁；小口径金属波纹管和大口径金属波纹管内均灌注UHPC。

作为一种优选，承台内设有网格式钢筋，网格式钢筋与承台的钢筋骨架连接，小口径金属波纹管固定在网格式钢筋上；盖梁内设有网格式钢筋，网格式钢筋与盖梁的钢筋骨架通过绑扎或焊接连接，小口径金属波纹管固定在网格式钢筋上。

作为一种优选，网格式钢筋包括多根定位钢筋，多根定位钢筋在水平面上纵横交错形成一层平面网格，多层平面网格在高度方向上依次排列形成空间网格。

作为一种优选，承台内设有多根连接钢筋，连接钢筋与承台的钢筋骨架通过绑扎或焊接连接，多根连接钢筋环绕大口径金属波纹管设置，大口径金属波纹管固定在连接钢筋上；连接钢筋包括水平段和向下弯折的弯折段，水平段的内侧与大口径金属波纹管相接，弯折段位于水平段的外侧。

作为一种优选，墩柱的横截面为圆形或矩形；大口径金属波纹管为圆管或矩形管；小口径金属波纹管成圆环形排列或矩形环排列。

一种带插槽的UHPC灌浆双波纹管预制桥墩的施工方法，包括如下步骤：a.预制钢筋混凝土墩柱和钢筋混凝土盖梁；b.现场浇筑钢筋混凝土承台；c.用吊机将墩柱吊起，墩柱下端伸出的纵筋插入承台内预埋的小口径金属波纹管内，调平定位后，往小口径金属波纹管和大口径金属波纹管灌注UHPC，养护，完成墩柱的下节点的拼装；d.吊装盖梁，将墩柱上端伸出的纵筋插入盖梁内预埋的小口径金属波纹管内，调平定位后，从上端往小口径金属波纹管灌注UHPC，养护，完成墩柱的上节点的拼装。

作为一种优选，步骤b中，为了避免承台混凝土浇筑时，混凝土浆液流入到插槽内，大口径金属波纹管的上端高出承台上表面，小口径金属波纹管的上端高出大口径金属波纹管的下端，且大口径金属波纹管和小口径金属波纹管的上下管口要进行临时封闭，拼接前再切除上端多余管段；步骤a中，预制盖梁时，为了避免承台混凝土浇筑时，混凝土浆液流入，小口径金属波纹管的上端高出盖梁的上表面，且小口径金属波纹管的上下管口要进行临时封闭，拼接前再切除上端多余管段。

作为一种优选，墩柱置入插槽时，在插槽底部铺满UHPC，实现UHPC座浆的作用；盖梁与墩柱拼接时，在墩柱上端面铺满UHPC，实现UHPC座浆的作用。

作为一种优选，为了增强连接界面的粘结力，连接之前，凿毛墩柱所有的连接界面；清理预制桥墩连接界面的浮尘和清洁表面。

作为一种优选，UHPC的养护为：根据施工场地的温度条件，选择采用自然条件养护或蒸汽养护；当现场温度超过10℃，采用及时洒水、薄膜覆盖的自然养护；当现场温度低于10℃，采用蒸汽养护。

本发明具有如下优点：

1)灌浆饱满度有保证。采用开口式灌入UHPC材料，即从波纹管管口直接灌浆，利用UHPC材料的自密实特点，确保灌浆饱满度。

2)界面之间的粘结力更强，避免发生界面脆性破坏。主要体现在以下几个方面：

①双波纹管的设置防止出现墩柱因锚固不足发生的拔出破坏。目前预制墩柱连接与承台的连接界面，仅仅采用凿毛或齿键处理方式，容易发生粘结破坏；针对抗震最薄弱的下节点，设置双波纹管，充分利用波纹管与混凝土粘结力更强的优势，增强墩柱与承台之间的竖向连接界面的粘结力，保证锚固可靠。

②UHPC材料与钢筋粘结性能比普通混凝土更强，可以增强纵向钢筋的锚固性能，加强墩柱与承台、盖梁的钢筋传力效果，实现构件之间力的有效传递。

③UHPC材料与普通混凝土之间的粘结力更强，UHPC作为坐浆层，保证了墩柱底部与承台、墩柱顶部和盖梁之间连接界面的充分接触，连接界面的粘结力更强。

3)抗震性能更好。下节点采用插槽结合灌浆波纹管方式连接，墩柱与承台的连接界面位于插槽底部，避开抗震最薄弱的位置(墩柱与承台上表面交界处)，利用钢筋在UHPC中较强的锚固性能，减少插槽深度，降低对承台结构受力的不利影响，提高抗震性能(插槽越深，承台钢筋断开，受力不利)。

4)施工更便捷。

①波纹管的连接钢筋、格网式定位钢筋为短钢筋，施工方便，对承台、盖梁本身的钢筋骨架设计和施工影响小，通过绑扎或焊接，与承台或盖梁的钢筋形成整体，整体受力效果好。

②插槽及纵筋插入波纹管的施工对精度要求低，方便快捷，更适合现场条件。

附图说明

图1是预制桥墩的拼装效果图。

图2是预制桥墩的构件示意图。

图3是实施例一在图1中A-A方向的剖视图。

图4是实施例一在图1中B-B方向的剖视图。

图5是实施例一在图1中C-C方向的剖视图。

图6是实施例二在图1中A-A方向的剖视图。

图7是实施例二在图1中B-B方向的剖视图。

图8是实施例二在图1中C-C方向的剖视图。

图9是两个试件的滞回曲线。

其中，1为墩柱，2为承台，3为盖梁，4为墩柱纵筋，5为小口径金属波纹管，6为大口径金属波纹管，7为UHPC，8为连接钢筋，9为定位钢筋。

具体实施方式

下面将结合具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。

实施例一

一种带插槽的UHPC灌浆双波纹管预制桥墩，包括现场浇筑的钢筋混凝土承台、预制的钢筋混凝土墩柱、预制的钢筋混凝土盖梁；墩柱的上下两端均伸出有纵筋；承台的上部预埋一根大口径金属波纹管以形成插槽，预埋多根与墩柱下端纵筋配合的小口径金属波纹管，墩柱的下端置入插槽内；盖梁内预埋多根与墩柱上端纵筋配合的小口径金属波纹管，该小口径金属波纹管上下贯穿盖梁；小口径金属波纹管和大口径金属波纹管内均灌注UHPC。

承台内设有网格式钢筋，网格式钢筋与承台的钢筋骨架连接，小口径金属波纹管固定在网格式钢筋上；盖梁内设有网格式钢筋，网格式钢筋与盖梁的钢筋骨架连接，小口径金属波纹管固定在网格式钢筋上。

网格式钢筋包括多根定位钢筋，多根定位钢筋在水平面上纵横交错形成一层平面网格，多层平面网格在高度方向上依次排列形成空间网格。

承台内设有多根连接钢筋，连接钢筋与承台的钢筋骨架连接，多根连接钢筋环绕大口径金属波纹管设置，大口径金属波纹管固定在连接钢筋上；连接钢筋包括水平段和向下弯折的弯折段，水平段的内侧与大口径金属波纹管相接，弯折段位于水平段的外侧。

本实施例中，墩柱的横截面为矩形；大口径金属波纹管为矩形管；小口径金属波纹管成矩形环排列。

一种带插槽的UHPC灌浆双波纹管预制桥墩的施工方法，包括如下步骤：

a.预制钢筋混凝土墩柱和钢筋混凝土盖梁：预制钢筋混凝土墩柱时，两端的纵筋各伸出一定的长度La(La≥30d，d为墩柱纵筋的直径)，为了防止钢筋生锈或损坏，可采用塑料薄膜包裹以进行保护。盖梁预制时，在墩柱纵筋对应位置，预埋入相应数量的小口径金属波纹管，波纹管长度与盖梁等高，为了避免承台混凝土浇筑时，混凝土浆液流入波纹管，波纹管顶面高出盖梁上表面，上下管口要进行临时封闭。采用网格式钢筋固定小口径金属波纹管，并与盖梁本身的钢筋骨架相连。

b.现场浇筑钢筋混凝土承台：在承台与墩柱相连接部位设置与墩柱横截面形状相应的插槽(深度H

c.用吊机将墩柱吊起，墩柱下端伸出的纵筋插入承台内预埋的小口径金属波纹管内，往小口径金属波纹管和大口径金属波纹管灌注UHPC，养护，完成墩柱的下节点的拼装，具体为：预制墩柱与承台拼接前，采用高压空气泵或吸尘器将插槽内部和小口径金属波纹管内部清理干净，切除小口径金属波纹管高出的部分，保持与槽底部平齐。借助吊机，吊起墩柱，将底部伸出的纵筋插入到承台内部的小口径金属波纹管内，从小口径金属波纹管管口处慢慢灌入UHPC，直到溢出管口，流到插槽内一半深度。调整好墩柱的垂直度和标高，将墩柱临时固定，继续往插槽内灌入UHPC，直至灌满为止。

d.吊装盖梁，将墩柱上端伸出的纵筋插入盖梁内预埋的小口径金属波纹管内，从上端往小口径金属波纹管灌注UHPC，养护，完成墩柱的上节点的拼装，具体为：待下节点处的UHPC抗压强度达到60MPa以上(常温养护约需48h，蒸汽养护约需24h)，进行上节点拼接；拼接前采用高压空气泵或吸尘器将墩顶及盖梁底面拼接位置的浮尘清理干净，切除小口径金属波纹管高出的部分，保持与盖梁顶面、底面平齐。在墩顶周围采用钢或木模板，高2cm，墩柱先均匀抹上一层2cm厚的UHPC；吊装盖梁，将墩柱伸出的钢筋插入到对应小口径金属波纹管内，慢慢放到墩顶，压到UHPC上；调整好盖梁的垂直度和标高，临时固定住。从盖梁顶部的小口径金属波纹管管口处，灌入UHPC，直至溢出，灌注过程中，采用细钢筋进行轻微搅动，以确保UHPC的流动性和密实性。

步骤b中，为了避免承台混凝土浇筑时，混凝土浆液流入，大口径金属波纹管的上端高出承台上表面，小口径金属波纹管的上端高出大口径金属波纹管的下端，且大口径金属波纹管和小口径金属波纹管的上下管口要进行临时封闭，浇筑完成后再切除上端多余管段；步骤a中，预制盖梁时，为了避免承台混凝土浇筑时，混凝土浆液流入，小口径金属波纹管的上端高出盖梁的上表面，且小口径金属波纹管的上下管口要进行临时封闭，浇筑完成后再切除上端多余管段。

为了增强界面的粘结强度，以上各个波纹管均采用金属材质。

墩柱置入插槽时，在插槽底部铺满UHPC，实现UHPC座浆的作用；盖梁搭在墩柱上时，在墩柱上端面铺满UHPC，实现UHPC座浆的作用。拼接时，上面的构件落下时，底面确保压到UHPC直到溢出。

为了增强连接界面的粘结力，连接之前，凿毛墩柱所有的连接界面；清理预制桥墩连接界面的浮尘和清洁表面。

UHPC的养护为：根据施工场地的温度条件，选择采用自然条件养护或蒸汽养护；当现场温度超过10℃，采用及时洒水、薄膜覆盖的自然养护；当现场温度低于10℃，采用蒸汽养护。测量同批UHPC材料的抗压强度，达到60MPa以上，即可拆掉临时固定措施，进行下一步的拼接。

可通过局部放置钢垫块实现墩柱的调平和定位，尺寸不宜过大。

通过试验研究，验证了采用本发明的装配式技术可以达到现浇连接的效果。

设计两个相同尺寸和配筋的墩柱缩尺模型，A1采用整体现浇连接，B3采用本发明提出的插槽结合灌浆UHPC金属波纹管连接，进行拟静力实验，结果表明，两个试件的滞回曲线基本重合，可见，采用本发明的技术连接装配式桥墩可达到与现浇等同的抗震效果。

本发明利用UHPC与钢筋、波纹管粘结性能更强，增强传力效果，减少插槽深度，降低对承台结构的损伤；通过定位钢筋、连接钢筋与承台、盖梁的钢筋骨架相连，整体受力更可靠；波纹管对中精度要求低，施工便捷。

实施例二

本实施例中，墩柱的横截面为圆形；大口径金属波纹管为圆管；小口径金属波纹管成圆环形排列。

本实施例未提及部分同实施例一。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。