CN108374332A - 一种采用超韧性纤维混凝土的桥梁下部结构及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种桥梁减隔震体系，具体公开了一种采用超韧性纤维混凝土的桥梁下部结构及其施工方法，该桥梁下部结构的基础形式为群桩基础，群桩上方覆设有砂砾层，砂砾层上方放置承台，承台上方连接预制拼装桥墩，桥墩顶部设有盖梁。其施工方法为首先进行群桩施工，上方铺设砂砾层，在砂砾层上浇筑承台；拼装桥墩，吊装盖梁，然后在预留的孔道内穿设预应力筋，并对预应力筋进行张拉锚固，此后对所有预留预应力孔道进行注浆封闭，封锚；对基础进行回填和压实即完成整个施工。本发明所述的采用超韧性纤维混凝土的桥梁下部结构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、对周围环境影响小，构件工厂化生产，质量易于控制等优点。

Description

一种采用超韧性纤维混凝土的桥梁下部结构及其施工方法

技术领域

本发明涉及桥梁减震领域，特别涉及一种采用超韧性纤维混凝土的桥梁下部结构及其施工方法。

背景技术

桥梁是交通工程中的关键性枢纽,是保障道路交通的重要节点。由于桥梁工程自身的结构特点,在地震等极端条件下极易遭受破坏，在近二十年来国内外的历次大地震中桥梁结构均破坏严重，造成极大的经济损失。其中存在大量的桥梁在经历地震作用后虽然没有倒塌，但由于桥梁下部结构中部分构件破坏位置的特殊和破坏程度的严重，震后难以对其加固修复，导致整座桥梁只能推倒重建，造成巨大的材料浪费和经济损失，也极大影响了道路运输的恢复运营。采取何种措施提高桥梁抗震性能，减轻震害，特别是有效避免桥梁下部结构中关键部位的局部损坏，是当前桥梁工程抗震研究中的一个关键性问题。

传统的桩基础高墩桥梁在强震作用下，较大的墩身质量引起承台底部的地震作用非常大，桥墩可能会形成两个以上的塑性铰区，同时承台和桩基础之间也会形成塑性铰区，导致延性抗震设计比较困难。为解决该难题，国外学者提出一种考虑桥墩与桩基础之间、桩基础与桥梁墩台之间分离设计的构想，并在桩基础与桥梁墩台之间铺设砾石层形成滑移隔震层，利用承台与砾石层二者发生相对滑移达到耗能和隔震，减少能量向上传递；同时该方式可延长桥梁结构的自振周期，避开地震能量集中的频域范围，使得地震反应大大减小，最终达到减隔震效果。然而上述分离式桥梁基础在地震荷载作用下承台与砂砾层发生相对滑移，将使承台底部产生较大的冲击应力和局部应力集中。普通混凝土的强度和抗冲击性能均较低，难以抵抗上述复杂应力，承台很容易出现撞击损坏，威胁整个桥梁结构的安全。同时，单纯提高混凝土强度将导致承台脆性增加，亦不能解决此问题。这也是分离式桥梁基础体系推广运用于实际工程所面临的难点。

近年来，预制节段拼装技术以其施工工期短、交通影响量小、预制构件工厂批量化生产、质量易于控制、耐久性好等优点，在桥梁工程的梁段施工中得到了广泛的应用。将预制节段拼装技术运用于桥墩施工，设计适合于该技术的预制节段拼装式桥墩成为桥梁工程研究的一个重要方向。目前关于预制节段拼装式桥墩的研究，大都是将桥墩沿竖向分为若干预制节段，通过无粘结预应力筋施加预应力将各桥墩预制节段竖向拼装为桥墩整体，利用相邻桥墩预制节段间接缝的张开与闭合产生的变形能力来改善桥墩的抗震性能。此类墩柱体系具有预制节段拼装施工相应的优点，而且具有自复位能力强的特点。然而上述节段预制拼装式桥墩在地震作用下，承台与桥墩接缝处以及桥墩各预制节段接缝处会由于相对变形而产生应力集中现象。而普通混凝土难以抵抗上述较高的局部应力，各预制节段构件很可能出现撞击损坏、混凝土剥落、墩柱表面混凝土开裂、塑性铰区域震后难以修复等问题，正是这些问题的存在导致上述各研究成果难以在实际桥梁工程中推广使用。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种采用超韧性纤维混凝土的桥梁下部结构及其施工方法，由其预制节段上下表层采用超韧性纤维混凝土加强，具有自复位能力、减隔震性能好、能够承受较高的局部应力和冲击应力、抗裂性能好、耐久性能好、施工具有现实可行性等优点。

为实现上述目的，本发明的技术方案为包括设置在地基土层的群桩，所述群桩上方覆设有砂砾层，所述砂砾层上方放置承台，所述承台上方连接有预制拼装桥墩，所述桥墩顶部设有盖梁，所述承台和桥墩由普通混凝土和超韧性纤维混凝土构成。

所述承台、盖梁以及桥墩预制节段内均设置有普通钢筋、箍筋，并设置有预应力孔道。

所述承台底部和盖梁顶部设有预应力筋锚固预留坑道。

所述桥墩预制节段的拼接以及所述桥墩与承台、盖梁的连接通过预应力筋施加预应力完成。

基于上述超韧性纤维混凝土的桥梁下部结构的施工方法：

步骤一：进行群桩施工，群桩施工完成后，在其上方铺设厚度0.5～1.0m的砂砾层，砂砾层铺设后压实，在砂砾层上浇筑承台；

步骤二：吊装各桥墩预制节段拼装组成桥墩，吊装盖梁就位，然后穿设预应力筋于各预留预应力孔道，然后在预应力筋锚固预留坑道内对预应力筋进行张拉锚固，然后对所有预留预应力孔道进行注浆封闭，封锚；

步骤三：对基础进行回填和压实，形成基础回填土。整个采用超韧性纤维混凝土的桥梁下部结构施工完成。

基于上述超韧性纤维混凝土的桥梁下部结构的施工方法：

步骤一：进行群桩施工，群桩施工完成后，在其上方铺设厚度0.5～1.0m的砂砾层，砂砾层铺设后压实，砂砾层施工完成后，在砂砾层上浇筑承台，并将耗能钢筋一端预埋入承台内；

步骤二：依次吊装桥墩底部预制节段，使耗能钢筋对应穿过耗能钢筋孔道，吊装完成后，对各耗能钢筋孔道注满由超韧性纤维混凝土配置的砂浆，使耗能钢筋与桥墩预制节段成为整体，然后吊装桥墩中上部预制节段，之后吊装盖梁，穿设预应力筋于各预留预应力孔道，在预应力筋锚固预留坑道内对预应力筋进行张拉锚固，然后对所有预留预应力孔道进行注浆封闭，封锚；

步骤三：对基础进行回填和压实，形成基础回填土。整个采用超韧性纤维混凝土的桥梁下部结构施工完成。

由于本发明将减隔震的思想同时引入桥墩和基础部位，通过多个环节的隔震减震提高桥梁结构抗震性能。通过群桩与承台分离设计，利用在地震作用下承台与砾石层的相对滑移达到隔震耗能、减少地震作用向上传递的目的，同时避免了群桩与承台连接处塑性铰的产生，保护了群桩基础；采用预制节段拼装式桥墩，通过各预制节段间接缝的张开与闭合增大在地震作用下的能量耗散，同时该结构回复变位能力强，对震后结构的完整性有很好的保证，并且该结构体系能有效延长桥梁结构的自振周期，避开地震能量集中的频域范围，进一步减小地震作用，相比于目前的桥墩现浇施工还具有施工速度快、施工条件要求低、对周围环境影响小等优点；且由于本发明采用超韧性纤维混凝土对各桥墩预制节段和承台进行局部加强，既能保证构件在正常工作状态下的各项性能，又能承受地震作用下产生的复杂应力，能够有效防止各构件发生撞击损坏以及混凝土的开裂和剥落等震害；同时，局部有限的使用价格偏高的超韧性纤维混凝土使得工程造价得到了很好的控制，为本发明的实际应用提供了经济可行性。

综上，本发明将基础分离设计、节段预制拼装、超韧性纤维混凝土三者有效的结合，将减隔震思想贯穿始终，从多个层面提高结构的抗震性能、改善结构的工作性能，能有效的减轻或避免在地震作用下发生的各类震害，具有广阔的应用前景和推广价值。

附图说明

图1为本发明结构示意简图。

图2为本发明实施例1示意详图。

图3为本发明实施例1的桥墩预制节段构件示意图(横断面图)。

图4为本发明实施例1的桥墩预制节段构件示意图(立面投影图)。

图5为本发明实施例1的承台结构示意图(俯视投影图)。

图6为本发明实施例1的承台结构示意图(立面投影图)。

图7为本发明实施例1的承台结构示意图(三维立体图)。

图8为本发明实施例2示意详图。

图9为本发明实施例2桥墩中上部的桥墩预制节段构件示意图(横断面图)。

图10为本发明实施例2桥墩中上部的桥墩预制节段构件示意图(立面投影图)。

图11为本发明实施例2桥墩底部的桥墩预制节段构件示意图(横断面图)。

图12为本发明实施例2桥墩底部的桥墩预制节段构件示意图(立面投影图)。

图13为本发明实施例2的承台结构示意图(俯视投影图)。

图14为本发明实施例2的承台结构示意图(立面投影图)。

图15为本发明实施例2的承台结构示意图(三维立体图)。

图16为本发明实施例1结构体系在模拟地震作用下结构位移变形图。

其中：1.群桩；2.砂砾层；3.回填土；4.承台；5.桥墩；6.盖梁；7.主梁；8.预应力筋锚固预留坑道；9.桥墩预制节段；10.普通混凝土；11.预应力筋；12.桥墩预制节段间接缝；13.预应力筋锚固端；14.超韧性纤维混凝土；15.预应力孔道；16.桥墩预制节段主筋；17.桥墩预制节段箍筋；18.耗能钢筋孔道；19.耗能钢筋；20.桥墩预制节段空心部分。

具体实施方式

本发明提出的一种采用超韧性纤维混凝土桥梁下部结构及其施工方法结合了可摇摆式分离基础思想和节段预制拼装桥墩思想以及超韧性纤维混凝土技术。利用承台与群桩的相对滑移以及各桥墩预制节段间接缝的张开与闭合变形耗能隔震、提高桥梁抗震性能；利用超韧性纤维混凝土对承台、桥墩预制节段构件进行局部加强，不仅能够有效避免构件因地震作用所产生的冲击应力和应力集中而破坏，而且可以有效改善混凝土剥落、墩柱表面混凝土开裂、塑性铰区域震后难以修复等问题。

上述的采用超韧性纤维混凝土的桥梁下部结构中，所述超韧性纤维混凝土(UTFC)是本领域内一专有名称，在本发明中一般是指采用毫米级颗粒(骨料)并添加钢纤维的水泥基混凝土，其是相对普通混凝土、高性能混凝土而言的另一类力学综合性能更加优异的混凝土材料，例如超高性能纤维增强混凝土、注浆纤维混凝土、活性粉末混凝土、密实配筋复合材料等，但优选为超高性能钢纤维增强混凝土。

在本发明的桥梁下部结构中，所述各桥墩预制节段规格和尺寸相同，由普通混凝土和超韧性纤维混凝土预制而成，所述普通混凝土处于所述桥墩预制节段的竖向中部，所述超韧性纤维混凝土处于所述桥墩预制节段底部和顶部；所述承台由普通混凝土和超韧性纤维混凝土浇筑而成，所述超韧性纤维混凝土浇筑于所述承台底部，以及顶部与所述桥墩相接部位，所述承台其余部分由所述普通混凝土浇筑而成。

上述桥梁下部结构中，所述桥墩预制节段截面可采用矩形、圆形、哑铃形等多种类型，可采用实心截面或内部空心截面形式，应结合工程实际确定其类型。本发明分别以矩形墩空心截面和矩形墩实心截面为例。

上述结构体系中，所述普通钢筋和所述预应力筋的配置应根据工程实际情况计算确定。根据设计需要，所述预应力筋可采用钢绞线、钢丝束或精轧预应力螺纹钢筋，当所述节段预制拼装桥墩较高时，所述预应力筋可采用分段张拉。此外，可在所述节段预制拼装桥墩墩底段设置耗能钢筋。

实施例1

如图1和图2所示，一种采用超韧性纤维混凝土的桥梁下部结构，该桥梁下部结构包括设置在地基土层的群桩1，群桩1上方覆设有砾石层2，砾石层2上方放置有承台4，承台4上方及四周覆盖有回填土3，承台4上方中心区域连接有桥墩5，桥墩5由各桥墩预制节段9拼接而成，桥墩5墩顶设有盖梁6；

如图3、图4所示，桥墩预制节段9由普通混凝土10和超韧性纤维混凝土14预制而成，中部为桥墩预制节段空心部分20，所述桥墩预制节段9内部设有预应力孔道15、桥墩预制节段主筋16和桥墩预制节段箍筋17；

如图5、图6和图7所示，承台4由普通混凝土10和超韧性纤维混凝土14浇筑而成，承台4中预设有预应力孔道15；

如图16所示，在模拟地震作用下该结构体系的位移变形图；上述本实施例的采用超韧性纤维混凝土的桥梁下部结构的施工步骤为：

步骤一：进行群桩1施工，群桩1施工完成后，在其上方铺设厚度0.5～1.0m的砂砾层2，砂砾层2铺设后必须压实，以保证结构的沉降满足要求，并能承受在地震作用下与承台4的反复挤压；砂砾层2施工完成后，在砂砾层2上浇筑承台4；

步骤二：吊装各桥墩预制节段9拼装组成桥墩5，吊装盖梁6就位，然后穿设预应力筋11于各预留预应力孔道15，然后在预应力筋锚固预留坑道8内对预应力筋11进行张拉锚固，然后对所有预留预应力孔道15进行注浆封闭，封锚；

步骤三：对基础进行回填和压实，形成基础回填土3。整个采用超韧性纤维混凝土的桥梁下部结构施工完成。

实施例2

如图1和图8所示的一种采用超韧性纤维混凝土的桥梁下部结构。该桥梁下部结构包括设置在地基土层的群桩1，群桩1上方覆设有砾石层2，砾石层2上方放置有承台4，承台4上方及四周覆盖有回填土3，承台4上方中心区域连接有桥墩5，桥墩5由各桥墩预制节段9拼接而成，桥墩5墩顶设有盖梁6；

如图9、图10、图11和图12所示，桥墩预制节段9分为桥墩中上部预制节段和桥墩底部预制节段两类，桥墩预制节段9由普通混凝土10和超韧性纤维混凝土14预制而成，所述桥墩预制节段9内部设有预应力孔道15、桥墩预制节段主筋16和桥墩预制节段箍筋17，所述桥墩底部预制节段还留有用于设置耗能钢筋19的耗能钢筋孔道18；

如图13、图14和图15所示，承台4由普通混凝土10和超韧性纤维混凝土14浇筑而成，承台4中预设有预应力孔道15，并预埋有耗能钢筋19；上述本实施例的采用超韧性纤维混凝土的桥梁下部结构的施工步骤为：

步骤一：进行群桩1施工，群桩1施工完成后，在其上方铺设厚度0.5～1.0m的砂砾层2，砂砾层2铺设后必须压实，以保证结构的沉降满足要求，并能承受在地震作用下与承台4的反复挤压；砂砾层4施工完成后，在砂砾层2上浇筑承台4，并将耗能钢筋19一端预埋入承台4内；

步骤二：依次吊装桥墩底部预制节段9，使耗能钢筋19对应穿过耗能钢筋孔道18，吊装完成后，对各耗能钢筋孔道18注满由超韧性纤维混凝土配置的砂浆，使耗能钢筋19与桥墩预制节段9成为整体；然后吊装桥墩中上部预制节段9组成桥墩5，吊装盖梁6就位，穿设预应力筋11于各预留预应力孔道15；在预应力筋锚固预留坑道8内对预应力筋11进行张拉锚固，然后对所有预留预应力孔道15进行注浆封闭，封锚；

步骤三：对基础进行回填和压实，形成基础回填土3。整个采用超韧性纤维混凝土的桥梁下部结构施工完成。

Claims (6)

1.一种采用超韧性纤维混凝土的桥梁下部结构，其特征在于：包括设置在地基土层的群桩(1)，所述群桩(1)上方覆设有砂砾层(2)，所述砂砾层(2)上方放置承台(4)，所述承台(4)上方连接有桥墩(5)，所述桥墩(5)由各桥墩预制节段(9)拼接而成，所述桥墩(5)顶部设有盖梁(6)，所述承台(4)和桥墩(5)由普通混凝土(10)和超韧性纤维混凝土(14)构成。

2.根据权利要求1所述的一种采用超韧性纤维混凝土的桥梁下部结构，其特征在于：所述承台(4)、盖梁(6)以及桥墩预制节段(9)内均设置有普通钢筋、箍筋，并设置有预应力孔道(15)。

3.根据权利要求1所述的一种采用超韧性纤维混凝土的桥梁下部结构，其特征在于：所述承台(4)底部和盖梁(6)顶部设有预应力筋锚固预留坑道(8)。

4.根据权利要求1所述的一种采用超韧性纤维混凝土的桥梁下部结构，其特征在于：所述桥墩(5)预制节段的拼接以及所述桥墩(5)与承台(4)、盖梁(6)的连接通过预应力筋(11)施加预应力完成。

5.基于上述采用超韧性纤维混凝土的桥梁下部结构的施工方法：

步骤一：进行群桩(1)施工，群桩(1)施工完成后，在其上方铺设厚度0.5～1.0m的砂砾层(2)，砂砾层(2)铺设后压实，在砂砾层(2)上浇筑承台(4)；

步骤二：吊装各桥墩预制节段(9)拼装组成桥墩(5)，吊装盖梁(6)就位，然后穿设预应力筋(11)于各预留预应力孔道(15)，然后在预应力筋锚固预留坑道(8)内对预应力筋(11)进行张拉锚固，然后对各预留预应力孔道(15)进行注浆封闭，封锚；

步骤三：对基础进行回填和压实，形成基础回填土(3)。整个采用超韧性纤维混凝土的桥梁下部结构施工完成。

6.基于上述超韧性纤维混凝土的桥梁下部结构的施工方法：

步骤一：进行群桩(1)施工，群桩(1)施工完成后，在其上方铺设厚度0.5～1.0m的砂砾层(2)，砂砾层(2)铺设后压实，砂砾层(2)施工完成后，在砂砾层(2)上浇筑承台(4)，并将耗能钢筋(19)一端预埋入承台(4)内；

步骤二：依次吊装桥墩(5)底部预制节段(9)，使耗能钢筋(19)对应穿过耗能钢筋孔道(18)，吊装完成后，对各耗能钢筋孔道(18)注满由超韧性纤维混凝土配置的砂浆，使耗能钢筋(19)与桥墩预制节段(9)成为整体，然后吊装桥墩(5)中上部预制节段(9)，之后吊装盖梁(6)，穿设预应力筋(11)于各预留预应力孔道(15)，在预应力筋锚固预留坑道(8)内对预应力筋(11)进行张拉锚固，然后对所有预留预应力孔道(15)进行注浆封闭，封锚；

步骤三：对基础进行回填和压实，形成基础回填土(3)。整个采用超韧性纤维混凝土的桥梁下部结构施工完成。