CN113106843A - 一种预制墩柱与基座间组合嵌固式连接构造及施工方法 - Google Patents
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Abstract
一种预制墩柱与基座间组合的嵌固式连接结构及其施工方法，具有预制墩柱和基座，基座的上部设有嵌固槽，嵌固槽和嵌固柱的侧壁均预埋有剪力钉和连接钢筋，预制墩柱由墩柱本体和嵌固柱组成，墩柱主筋沿墩柱本体外侧壁分布从墩柱本体底部穿出，嵌固槽和嵌固柱的内部均预埋连接钢筋，嵌固柱和嵌固槽间进行坐浆或灌浆法连接，在嵌固槽和嵌固柱周圈浇筑后浇带混凝土，实现预制墩柱与基座间的嵌固式连接，本发明显著减小预制墩柱嵌固深度，无需额外增厚基座；连接构造传递轴力、剪力、弯矩机制明确，受力可靠；嵌固槽和嵌固柱间连接较强、整体性好，施工浇筑方便、质量便于控制；同时，连接构造施工速度极快、接缝耐久性好、成本低。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁建造领域，尤其涉及一种预制墩柱与基座间组合的嵌固式连接构造及施工方法。
背景技术
桥梁下部结构工程预制拼装建造技术在国外历经几十年发展，技术上不断进步；近年来，随着建设理念转变和智能建造需要，国内节段预制拼装式桥墩在铁路、城市轨道交通、市政工程、公路工程中得到较多应用，因各领域工程结构构造、设计方法、抗震理论等方面的不同，预制拼装桥墩采用的接缝构造方案不同，常用的连接方式包括套管灌浆连接、预应力连接、嵌固式连接等，各方案特点不同，适用条件和范围不同。
其中传统嵌固式连接指在基础施工时预留嵌固槽，嵌固槽比预制墩柱一侧大5～10cm，将预制墩柱***嵌固槽中，再向预制墩柱和嵌固槽间的间隙中灌注高强混凝土，形成墩柱和基础的连接，该连接主要缺点如下：
1.预制墩柱嵌固深度大，因受力需要，墩柱嵌固深度一般需要墩柱尺寸的1倍以上，桥梁工程墩柱尺寸较大，墩身尺寸一般需要2m左右甚至更大，如果采用传统嵌固式，需要很大的嵌固深度，基础厚度需要相应增加，造成工程量增大，同时对墩柱、基础的施工带来不便；
2.墩柱和嵌固槽间后灌注高强混凝土，当墩柱受力特别是地震作用下，墩柱产生的“撬动”效应对后灌注混凝土薄层不利，其受力状态和抗震效果不明确，限制了该连接形式的适用性；
3.墩柱和嵌固槽间后灌注高强混凝土薄层，其与预制墩柱间、与现浇基础间形成两道施工缝，因不同材料间收缩徐变影响，该连接面存在开裂风险，将影响嵌固式连接的整体性，对墩柱刚度等不利。
发明内容
本发明提供一种预制墩柱与基座间组合的嵌固式连接构造及施工方法，目的是解决现有技术问题，提供一种预制墩柱嵌固深度小，连接结构强、整体性好，施工浇筑方便、质量便于控制；同时，连接构造施工速度极快、接缝耐久性好、成本低的预制墩柱与基座间的嵌固式连接结构及其施工方法。
本发明解决问题采用的技术方案是：
一种预制墩柱与基座间组合的嵌固式连接构造，具有预制墩柱和基座，其特征在于：所述基座的上部设有嵌固槽，嵌固槽的侧壁预埋有剪力钉，剪力钉向嵌固槽的内部突出于嵌固槽的侧壁，所述预制墩柱由墩柱本体和嵌固柱组成，墩柱本***于嵌固柱的顶部，墩柱本体内预埋有墩柱主筋，墩柱主筋位于墩柱本体内靠近外侧壁的位置，墩柱主筋由上至下贯穿墩柱本体，墩柱主筋从墩柱本体的底部穿出，包围嵌固柱的外侧壁，所述嵌固柱的外侧壁预埋剪力钉，剪力钉突出于嵌固柱的外侧壁，嵌固槽和嵌固柱的内部分别沿水平方向预埋连接钢筋，连接钢筋分别伸出嵌固槽的内侧壁和嵌固柱的外侧壁，所述预制墩柱位于基座上方与基座间嵌固式固定连接。
所述基座内靠近嵌固槽的位置预埋定位钢板，嵌固柱靠近外侧壁的位置预埋定位钢板，埋入基座和埋入嵌固柱的剪力钉一端分别与基座内预埋的定位钢板和嵌固柱内预埋的定位钢板固定连接，剪力钉的数量为多个，所述剪力钉为焊钉，与定位钢板之间焊接。
所述基座内靠近嵌固槽的位置的周围布设有环形箍筋和竖向分布筋。所述嵌固槽的底部设有不规则分布的橡胶垫。
所述橡胶垫的为减震橡胶垫，数量为多个。
所述墩柱本体底部与嵌固柱连接的侧边为斜向切口。
所述墩柱主筋的游离端设有锚固板。
所述嵌固槽的内侧壁和嵌固柱的外侧壁位于连接钢筋伸出的位置分别预埋套筒，伸出嵌固槽内侧壁和嵌固柱外侧壁的连接钢筋通过预埋套筒固定连接。
所述嵌固槽与嵌固柱底部之间采用坐浆或灌浆法连接，嵌固槽与嵌固柱侧壁之间通过浇筑后浇带混凝土的方式嵌固式连接。
所述与墩柱主筋垂直的水平方向设有加强箍筋。
进一步的，所述墩柱主筋可不设加强箍筋,所述嵌固槽和嵌固柱的内部分别沿水平方向预埋连接钢筋，连接钢筋分别伸出嵌固槽的内侧壁和嵌固柱的外侧壁，且预埋连接钢筋与墩柱主筋交错布置,连接时将嵌固槽的连接钢筋***嵌固柱的连接钢筋、墩柱主筋的间隙中。
进一步的，所述墩柱主筋可不设加强箍筋,仅所述嵌固槽或所述嵌固柱的内部沿水平方向预埋连接钢筋，相对应所述嵌固柱或嵌固槽的内部不设预埋连接钢筋。
进一步的，所述嵌固槽的侧壁可做成斜坡型或台阶型。
一种预制墩柱与基座间组合的嵌固式连接构造的施工方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤一、施工基座，基座的上部预留嵌固槽，将焊接在一起的剪力钉与定位钢板、连接钢筋预埋在嵌固槽侧壁内部，绑扎环形箍筋和竖向分布筋，凿毛嵌固槽侧壁；
步骤二、预制墩柱本体和嵌固柱时，将焊接在一起的剪力钉与定位钢板、连接钢筋预埋在嵌固柱侧壁内部，再将数根墩柱主筋底部游离端连接锚固板后沿墩柱主体侧壁预埋入墩柱本体内，墩柱主筋从墩柱本体底部穿出的游离端包围嵌固柱的外侧壁，并在包围嵌固柱的墩柱主筋外沿垂直墩柱主筋的水平方向设加强箍筋；
步骤三、将预制墩柱运输至现场就位，在嵌固槽底部设置橡胶垫，并嵌固槽底部铺设连接浆料，吊装预制墩柱与嵌固槽进行坐浆法安装，通过临时装置调整预制墩柱姿态并临时支撑；或者将预制墩柱临时支撑在橡胶垫上，再通过灌浆法灌注连接浆料，实现嵌固柱与嵌固槽间的连接；
步骤四、在基座的嵌固槽与嵌固柱周围间隙内浇筑后浇带混凝土，并填满墩柱本体的斜向切口；
步骤五、待连接浆料和后浇带混凝土养护到位后，完成施工。
本发明的有益效果：
1.预制墩柱与基座间组合嵌固式连接结构显著减小墩柱嵌固深度，墩柱主筋伸出墩柱底部、布设在嵌固柱周围，主筋伸入到基座的嵌固槽中，当墩柱受弯时，通过主筋承担弯矩，嵌固柱受力较小，嵌固深度显著减小，无需额外增厚基座；
2.预制墩柱下方设置嵌固柱与基座间通过坐浆或灌浆法连接，有效传递竖向力，同时嵌固柱可作为临时支撑便于预制墩柱在预制场内存放；
3.预制墩柱与基座间的拼接缝位于嵌固柱底部，抗剪能力强,避免一般连接时拼接缝位于墩柱底即承台顶处造成抗剪薄弱；
4.在墩柱主筋端部设置锚固板、设置加强箍筋，同时后浇周圈混凝土采用超高性能混凝土，利用其超强的握裹力，显著减小墩柱主筋的锚固长度，进而也减小了嵌固柱高度；
5.在嵌固槽、嵌固柱周边交替预埋剪力钉、连接钢筋，剪力钉、连接钢筋与后浇带混凝土间形成较强的握裹和抗拔作用，使得后浇带混凝土与嵌固槽、嵌固柱之间两道接缝面形成较强连接，避免接缝面收缩裂缝的发生，增强了连接的整体性和可靠性；同时嵌固槽周围布设有环形箍筋和竖向分布筋，对后浇带混凝土形成约束和套箍作用，提高后浇带混凝土抗拔能力；
6.利用嵌固槽、嵌固柱周边交替预埋的剪力钉、连接钢筋与后浇带混凝土间的抗剪作用，有效防止结构受力时后浇带混凝土被整体拔出；
7.后浇带混凝土具有较强的抗压、抗拉强度效果，可实现自流平、自密实和免振捣，施工方便快捷，便于质量控制；
8.施工速度极快，施工工序少，效率高，将嵌固柱与基座先进行坐浆法连接，再后浇带混凝土，养护完即可完成连接；或当嵌固柱与基座间采用灌浆法连接时，墩柱就位后进行临时固定，灌注嵌固柱与基座间浆料，灌浆完成后浇筑后浇带混凝土，待灌浆料和后浇带混凝土养护完成后即可形成连接；
9.预制墩柱和基座间接缝位于基座内部，耐久性好；预制墩柱和基座间后浇区域较小，材料用量少，成本低，有利于工程推广应用。
附图说明
图1是本发明立面结构示意图；
图2是本发明平面结构示意图；
图3是基座及嵌固槽立面结构示意图；
图4是图3的Ⅰ-Ⅰ截面示意图；
图5是墩柱本体及嵌固柱立面结构示意图；
图6是图5的Ⅱ-Ⅱ截面示意图；
图7是本发明另一实施例平面结构示意图；
图8是本发明另一实施例立面结构示意图。
其中：1.基座；2.嵌固槽；3.墩柱本体；4.嵌固柱；5.橡胶垫；6.连接浆料；7.后浇带混凝土；8.墩柱主筋；9.锚固板；10.加强箍筋； 11.剪力钉；12.连接钢筋；13.定位钢板；14.斜向切口；15.环形箍筋；16.竖向分布筋。
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1-6所示一种预制墩柱与基座间组合的嵌固式连接构造，具有预制墩柱和基座1，所述基座的上部设有嵌固槽2，所述嵌固槽的形状为竖直型、斜坡型或台阶型。嵌固槽2的侧壁预埋有剪力钉11，剪力钉11向嵌固槽2的内部突出于嵌固槽2的侧壁，所述预制墩柱由墩柱本体3和嵌固柱4组成，墩柱本体3位于嵌固柱4的顶部，墩柱本体3底部与嵌固柱4连接的侧边为斜向切口14，墩柱本体3内预埋有墩柱主筋8，墩柱主筋8位于墩柱本体3内靠近外侧壁的位置，墩柱主筋8由上至下贯穿墩柱本体3，墩柱主筋8从墩柱本体3的底部穿出，包围嵌固柱4的外侧壁，墩柱主筋8的游离端设有锚固板9，与墩柱主筋8垂直的水平方向设有加强箍筋10，所述嵌固柱4的外侧壁预埋剪力钉11，剪力钉11突出于嵌固柱4的外侧壁，嵌固槽2 和嵌固柱4的内部分别沿水平方向预埋连接钢筋12，连接钢筋12分别伸出嵌固槽2的内侧壁和嵌固柱4的外侧壁，所述预制墩柱位于基座1上方与基座间嵌固式固定连接，嵌固槽和嵌固柱内预埋的连接钢筋与剪力钉之间交错排列。
所述基座1内靠近嵌固槽2的位置预埋定位钢板13，嵌固柱4 靠近外侧壁的位置预埋定位钢板13，埋入基座1和埋入嵌固柱4的剪力钉11一端分别与基座内预埋的定位钢板13和嵌固柱内预埋的定位钢板13固定连接，剪力钉11的另一端分别伸出嵌固槽2和嵌固柱 4的侧壁，剪力钉的数量为多个，所述剪力钉为焊钉，与定位钢板之间焊接。
所述基座1内靠近嵌固槽2的位置的周围布设有环形箍筋15和竖向分布筋16。所述嵌固槽2的底部设有不规则分布的橡胶垫5，橡胶垫5为减震橡胶垫，数量为多个。
所述嵌固槽2的内侧壁和嵌固柱4的外侧壁位于连接钢筋伸出的位置分别预埋套筒(图未视)，伸出嵌固槽内侧壁和嵌固柱外侧壁的连接钢筋通过预埋套筒固定连接。
所述嵌固槽与嵌固柱底部之间采用坐浆或灌浆法连接，嵌固槽与嵌固柱侧壁之间通过浇筑后浇带混凝土的方式嵌固式连接。
施工过程中，在基座上设置嵌固槽，嵌固槽周边预埋剪力钉、连接钢筋，在墩柱本体下方设置嵌固柱，在嵌固柱预埋剪力钉、连接钢筋，墩柱本体内预埋墩柱主筋，墩柱主筋伸出墩柱本体底面包围在嵌固柱周边，并在墩柱主筋的游离端设置锚固板，在墩柱主筋的游离端外设加强箍筋等进行加强，墩柱本体和基座施工连接时先通过嵌固柱和嵌固槽间进行坐浆或灌浆法连接，连接浆料采用高强砂浆或超高性能混凝土，再在嵌固槽和嵌固柱周圈浇筑后浇带混凝土，待后浇带混凝土养护完成后，完成预制墩柱与基座间组合嵌固式连接施工完成。
剪力钉在嵌固槽施工和嵌固柱预制时，预埋在其中，剪力钉焊接在定位钢板上，并通过定位钢板与嵌固槽和嵌固柱连接在一起，剪力钉可采用栓钉。
连接钢筋在嵌固槽施工和嵌固柱预制时，预埋在其中，并与定位钢板与嵌固槽和嵌固柱连接在一起；也可在连接钢筋对应位置预埋套筒，在嵌固槽施工和嵌固柱预制完成后，将外露部分连接钢筋拧入预埋套筒中，连接钢筋为普通钢筋。
如图3、图4所示，基座施工时设置嵌固槽，嵌固槽根据预制墩柱形状可为圆形和方形，嵌固槽侧面交错设置剪力钉、连接钢筋，嵌固槽尺寸和深度根据嵌固柱来确定，两者形状相匹配，嵌固槽侧面和底面应进行凿毛。
如图5、图6所示，预制墩柱在工厂内预制，预制墩柱由墩柱本体和嵌固柱组成，墩柱本体可为圆形或方形等，采用实心或空心截面，其下方设置嵌固柱，与嵌固柱相接处设置局部切口，局部切口为斜向切口，嵌固柱和墩柱本体一体预制，嵌固柱轮廓较墩柱本体尺寸一侧小10～20cm左右，截面形状为圆形或方形等，采用实心截面，嵌固柱侧面交错设置剪力钉、连接钢筋，嵌固柱4侧面应进行凿毛。墩柱主筋在预制墩柱时预埋在墩柱本体内部，并延伸出墩柱底面，延伸部分包围在嵌固柱周围；延伸部分的游离端焊接锚固板，可以起到加强锚固并缩短主筋锚固长度的作用，并在墩柱主筋的周围绑扎加强箍筋。
所述连接浆料指嵌固柱底面与嵌固槽底面间的连接材料，采用高强砂浆或UHPC，两者之间通过坐浆或灌浆法施工，后浇带混凝土填充在嵌固槽和嵌固柱之间的间隙内，在嵌固柱和嵌固槽拼接完成后进行浇筑。
如图7所示，所述墩柱主筋8可不设加强箍筋10,所述嵌固槽2 和嵌固柱4的内部分别沿水平方向预埋连接钢筋12，连接钢筋12分别伸出嵌固槽2的内侧壁和嵌固柱4的外侧壁，且预埋连接钢筋与墩柱主筋8交错布置,连接时将嵌固槽2的连接钢筋***嵌固柱4的连接钢筋、墩柱主筋8的间隙中。
如图7所示，所述墩柱主筋8可不设加强箍筋10,仅所述嵌固槽 2或所述嵌固柱4的内部沿水平方向预埋连接钢筋，相对应所述嵌固柱4或嵌固槽2的内部不设预埋连接钢筋。
如图8所示，所述嵌固槽2的侧壁可做成斜坡型或台阶型。一种预制墩柱与基座间组合的嵌固式连接构造的施工方法，包括以下步骤，
步骤一、施工基座，基座的上部预留嵌固槽，将焊接在一起的剪力钉与定位钢板、连接钢筋预埋在嵌固槽侧壁内部，绑扎环形箍筋和竖向分布筋，凿毛嵌固槽侧壁；
步骤二、预制墩柱本体和嵌固柱时，将焊接在一起的剪力钉与定位钢板、连接钢筋预埋在嵌固柱侧壁内部，再将数根墩柱主筋底部游离端连接锚固板后沿墩柱主体侧壁预埋入墩柱本体内，墩柱主筋从墩柱本体底部穿出的游离端包围嵌固柱的外侧壁，并在包围嵌固柱的墩柱主筋外沿垂直墩柱主筋的水平方向设加强箍筋；
步骤三、将预制墩柱运输至现场就位，在嵌固槽底部设置橡胶垫，并嵌固槽底部铺设连接浆料，吊装预制墩柱与嵌固槽进行坐浆法安装，通过临时装置调整预制墩柱姿态并临时支撑；或者将预制墩柱临时支撑在橡胶垫上，再通过灌浆法灌注连接浆料，实现嵌固柱与嵌固槽间的连接；
步骤四、在基座的嵌固槽与嵌固柱周围间隙内浇筑后浇带混凝土，并填满墩柱本体的斜向切口；
步骤五、待连接浆料和后浇带混凝土养护到位后，完成施工。
通过在嵌固槽周边预埋剪力钉、连接钢筋，在墩柱本体下方设置嵌固柱，并在嵌固柱上设置剪力钉、连接钢筋，基座和嵌固柱周圈浇筑后浇带混凝土实现固定连接，该连接结构显著减小墩柱嵌固深度，无需额外增厚基础；连接构造传递轴力、剪力、弯矩机制明确，受力可靠；主筋锚固长度短，后浇周圈混凝土采用超高性能混凝土或微膨胀混凝土，其自身强度高，与基础和墩柱间连接较强、整体性好，施工浇筑方便、质量便于控制；同时，连接构造施工速度极快、接缝耐久性好、成本低，有利于工程推广应用。。
Claims (10)
1.一种预制墩柱与基座间组合的嵌固式连接构造，具有预制墩柱和基座，其特征在于：所述基座的上部设有嵌固槽，嵌固槽的侧壁预埋有剪力钉，剪力钉向嵌固槽的内部突出于嵌固槽的侧壁，所述预制墩柱由墩柱本体和嵌固柱组成，墩柱本***于嵌固柱的顶部，墩柱本体内预埋有墩柱主筋，墩柱主筋位于墩柱本体内靠近外侧壁的位置，墩柱主筋由上至下贯穿墩柱本体，墩柱主筋从墩柱本体的底部穿出，包围嵌固柱的外侧壁，所述嵌固柱的外侧壁预埋剪力钉，剪力钉突出于嵌固柱的外侧壁，嵌固槽和嵌固柱的内部分别沿水平方向预埋连接钢筋，连接钢筋分别伸出嵌固槽的内侧壁和嵌固柱的外侧壁，所述预制墩柱位于基座上方与基座间嵌固式固定连接。
2.如权利要求1所述一种预制墩柱与基座间组合的嵌固式连接构造，其特征在于：所述基座内靠近嵌固槽的位置预埋定位钢板，嵌固柱靠近外侧壁的位置预埋定位钢板，埋入基座和埋入嵌固柱的剪力钉一端分别与基座内预埋的定位钢板和嵌固柱内预埋的定位钢板固定连接，剪力钉的数量为多个，所述剪力钉为焊钉，与定位钢板之间焊接。
3.如权利要求1所述一种预制墩柱与基座间组合的嵌固式连接构造，其特征在于：所述基座内靠近嵌固槽的位置的周围布设有环形箍筋和竖向分布筋，所述嵌固槽的底部设有不规则分布的减震橡胶垫，数量为多个。
4.如权利要求1所述一种预制墩柱与基座间组合的嵌固式连接构造，其特征在于：所述墩柱本体底部与嵌固柱连接的侧边为斜向切口。
5.如权利要求1所述一种预制墩柱与基座间组合的嵌固式连接构造，其特征在于：所述墩柱主筋的游离端设有锚固板。
6.如权利要求1或3所述一种预制墩柱与基座间组合的嵌固式连接构造，其特征在于：所述与墩柱主筋垂直的水平方向设有加强箍筋。
7.如权利要求1或3所述一种预制墩柱与基座间组合的嵌固式连接构造，其特征在于：所述嵌固槽和嵌固柱内部的连接钢筋与墩柱主筋交错布置，连接时将嵌固槽的连接钢筋***嵌固柱的连接钢筋、墩柱主筋的间隙中。
8.如权利要求1所述一种预制墩柱与基座间组合的嵌固式连接构造，其特征在于：所述嵌固槽与嵌固柱底部之间采用坐浆或灌浆法连接，嵌固槽与嵌固柱侧壁之间通过浇筑后浇带混凝土的方式嵌固式连接。
9.如权利要求1所述一种预制墩柱与基座间组合的嵌固式连接构造，其特征在于：所述嵌固槽的内侧壁和嵌固柱的外侧壁位于连接钢筋伸出的位置分别预埋套筒，伸出嵌固槽内侧壁和嵌固柱外侧壁的连接钢筋通过预埋套筒固定连接。
10.如权利要求1所述一种预制墩柱与基座间组合的嵌固式连接构造的施工方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤一、施工基座，基座的上部预留嵌固槽，将焊接在一起的剪力钉与定位钢板、连接钢筋预埋在嵌固槽侧壁内部，绑扎环形箍筋和竖向分布筋，凿毛嵌固槽侧壁；
步骤二、预制墩柱本体和嵌固柱时，将焊接在一起的剪力钉与定位钢板、连接钢筋预埋在嵌固柱侧壁内部，再将数根墩柱主筋底部游离端连接锚固板后沿墩柱主体侧壁预埋入墩柱本体内，墩柱主筋从墩柱本体底部穿出的游离端包围嵌固柱的外侧壁，并在包围嵌固柱的墩柱主筋外沿垂直墩柱主筋的水平方向设加强箍筋；
步骤三、将预制墩柱运输至现场就位，在嵌固槽底部设置橡胶垫，并嵌固槽底部铺设连接浆料，吊装预制墩柱与嵌固槽进行坐浆法安装，通过临时装置调整预制墩柱姿态并临时支撑；或者将预制墩柱临时支撑在橡胶垫上，再通过灌浆法灌注连接浆料，实现嵌固柱与嵌固槽间的连接；
步骤四、在基座的嵌固槽与嵌固柱周围间隙内浇筑后浇带混凝土，并填满墩柱本体的斜向切口；
步骤五、待连接浆料和后浇带混凝土养护到位后，完成施工。
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