樁柱式連續剛構橋梁的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種適用于水位線高的蓄水庫區的連續剛構橋梁。既不需要設置常規橋墩，又能滿足強度和柔性要求的樁柱式連續剛構橋梁，包括主梁、兩跨主梁之間的主梁連接部、由一組灌注樁構成的群樁基礎，灌注樁與主梁連接部之間采用剛性連接；所述灌注樁分為與主梁連接部連接的上柱和注入到基巖中的下樁；所述上柱按照下列承載能力極限狀態計算和正常使用極限狀態計算后配置縱向鋼筋；所述下樁按照樁基要求配置縱向鋼筋；在所述的下樁與上柱之間設置有樁柱過渡段，所述的樁柱過渡段內的縱向鋼筋與其上柱的縱向配筋相同。本實用新型具有滿足抗震需要，施工便利，節約工程造價，節省工期等優點。
【專利說明】粧柱式連續剛構橋梁
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種連續剛構橋梁，尤其是一種適用于水位線高的蓄水庫區的連續剛構橋梁。
【背景技術】
[0002]連續剛構橋由T型剛構橋演變而來，其結構特點是梁體連續、梁墩固結，其既保持了連續梁無伸縮縫、行車平順的優點，又保持了 T型剛構橋不設支座、施工時無需臨時固結的優點，且具有很大的順橋向抗彎剛度和橫向抗扭剛度。因此，連續剛構橋的跨越能力大，受力合理，結構整體性能好，抗震能力強，抗扭潛力大，造型簡單，維護方便，常用在跨越U形谷地等地形的長大跨徑、高墩橋梁上。
[0003]隨著西部大開發的深入實施，西部山區水庫建設進入高潮，山區水庫庫區修建橋梁的需求也在日益增加。山區水庫庫區橋梁具有水深、水位波動大，庫水和河岸高差小的特點，由于大跨的懸索橋、拱橋造價高,而且后期養護成本高，因此建設成本和后期養護成本均較低的大跨徑連續剛構橋梁成為山區水庫庫區橋梁的主要橋型。
[0004]如圖1所示，常規連續剛構橋梁為高墩式，其下部構造由灌注樁、承臺和橋墩組成，連續剛構橋梁的橋墩形式通常有雙肢薄壁墩、空心墩兩種主要形式，還有個別采用單肢薄壁墩、Y型墩、V型墩等形式，橋墩與樁基之間設置承臺進行結構過渡，樁基和橋墩受力模式和采用的規范各不不同，樁基是主要承受豎向壓力的結構，其設計主要考慮樁周地基土是否能承受其豎向壓力、樁身材料能否承受其豎向壓力，其設計主要依據上述的《公路橋涵地基與基礎設計規范》(JTG D63-2006)的相關條款進行，而橋墩則要承受豎向壓力、彎矩和剪力的組合作用，采用《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG D62-2004)進行設計。連續剛構橋梁的優點是使橋墩高柔而降低橋墩對主梁的嵌固作用，使其主梁內力分布近似于連續梁，但又省去了連續梁橋的支座以及施工過程中所需的墩梁臨時固結，節省了造價、方便了施工且橋梁跨徑比連續梁大，另外，橋墩的高柔性還使在地震時相當多的地震能量轉化為結構的動能而減少了橋梁的變性能，因此，橋墩高柔、抗推剛度小是發揮連續剛構橋梁優勢的關鍵因素。但在山區水庫庫區蓄水后修建橋梁，由于水深大，水位高，水、陸高差小，使得在合理的主梁標高下，橋墩高度受到限制，甚至沒有設置橋墩的空間，如圖2所示，由于水位線高，受到主梁和承臺的限制，連續剛構橋利用橋墩的高度來增加橋墩柔性的需求難以得到滿足，同時，山區水庫位置偏僻，交通條件差，承臺圍水施工的臨時構筑物如鋼圍堰、鋼吊箱等所需要的大型深水施工設備難以進入施工現場。要將連續剛構橋應用于這一特殊條件，必須另辟蹊徑，引入新的適應主梁溫度變形和抗震需要的機制，創新結構體系。
實用新型內容
[0005]本實用新型提供了一種既不需要設置常規橋墩，又能滿足強度和柔性要求的樁柱式連續剛構橋梁。[0006]本實用新型所采用的樁柱式連續剛構橋梁，包括主梁、兩跨主梁之間的主梁連接部、由一組灌注樁構成的群樁基礎，灌注樁與主梁連接部之間采用剛性連接；所述灌注樁分為與主梁連接部連接的上柱和注入到基巖中的下樁；所述上柱按照下列承載能力極限狀態計算和正常使用極限狀態計算后配置縱向鋼筋；所述下樁按照樁基要求配置縱向鋼筋；在所述的下樁與上柱之間設置有樁柱過渡段，所述的樁柱過渡段內的縱向鋼筋與其上柱的縱向配筋相同。
[0007]上柱的縱向鋼筋分為上柱連續縱向鋼筋和上柱分段縱向鋼筋；所述上柱連續縱向鋼筋與下樁的下樁縱向鋼筋配置相同，并連續鋼筋貫通上柱、樁柱過渡段和下樁；所述上柱分段縱向鋼筋的下段設置在樁柱過渡段的樁柱過渡段下截面處。
[0008]所述樁柱過渡段的樁柱過渡段箍筋之間的間距小于下樁的下樁箍筋的間距，且至少與上柱的上柱箍筋的間距相等。
[0009]對于高裂度地震區，樁柱過渡段箍筋之間的間距小于上柱箍筋的間距。
[0010]所述的樁柱過渡段設置在基巖中風化界限以上1.0d和基巖2中風化界限以下
3.0d范圍內，其中d為灌注樁直徑。
[0011]在所述主梁連接部的下部設置有一體的底板；所述的底板的配筋結構采用與常規連續剛構橋梁的承臺相同的配筋結構。
[0012]主梁連接部與底板的厚度之和不小于常規連續剛構橋的承臺的厚度。
[0013]當主梁寬度小于一組群樁基礎橫截面寬度時，在群樁基礎上部設置有承臺，在承臺(6)與主梁連接部之間設置有上承臺。
[0014]所述的上承臺高度為I?1.5M。
[0015]采用本實用新型樁柱式連續剛構橋梁，特別是對于高烈度山區水庫庫區橋梁，本實用新型具有如下有益效果:
[0016](I)通過下樁、上柱一體的高樁變形適應主梁溫度變形，有效解決了大跨連續剛構橋中跨由于溫度變化造成的主梁變形大的問題，使得這一橋型較好地適應了西部庫區水位聞，水、陸聞差小，橋壤聞度受:限的問題。
[0017](2)在地震荷載作用下，高樁變形增大主梁位移量，將更多的地震能量轉化為結構動能，釋放了上部結構地震效應，使連續剛構自振周期長，下部結構彎矩小的優點得以繼承，滿足山區高烈度區的抗震需求。
[0018](3)不設置承臺或設置的承臺位置高的優點很好地適應了庫區水位周期性變化、變化幅度大、不可預見因素多的特點，使施工的便利性大于提高，水位基本上不會成為控制施工的關鍵因素。
[0019](4)本實用新型節省了常規連續剛構橋梁的承臺施工所需要的鋼吊箱工藝，極大地節約了工程造價，節省了工期，且不需要鋼吊箱施工所需要的大型施工機械，經濟效益極為顯著。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是現有技術的常規連續剛構橋梁示意圖；
[0021]圖2是現有技術的常規連續剛構橋梁在水位線較高時的示意圖
[0022]圖3本實用新型第一種實施例的連續剛構橋梁示意圖；[0023]圖4是本實用新型第二種實施例的連續剛構橋梁示意圖；
[0024]圖5是圖4中的主梁與群樁基礎連接處的俯視圖；
[0025]圖6是本實用新型的樁柱式連續剛構橋無預應力效應狀態下恒載主梁彎矩；
[0026]圖7是常規連續剛構橋梁無預應力效應狀態下恒載主梁彎矩；
[0027]圖8是本實用新型的樁柱式連續剛構橋整體升溫橋梁變形圖；
[0028]圖9是常規連續剛構橋梁整體升溫橋梁變形圖；
[0029]圖10是本實用新型的樁柱式連續剛構橋整體降溫橋梁變形圖；
[0030]圖11是常規連續剛構橋梁整體降溫橋梁變形圖；
[0031]圖12是樁柱之間鋼筋布置示意圖。
[0032]圖中標記:1-主梁，2-基巖，3-灌注樁，31-下樁，311-下樁縱向鋼筋，312-下樁箍筋，32-上柱，321-上柱連續縱向鋼筋，322-上柱箍筋，323-上柱分段縱向鋼筋，33-樁柱過渡段，332-樁柱過渡段箍筋，333-樁柱過渡段下截面，4-橋墩，5-主梁連接部，6-承臺，7-上承臺，8-底板，9-水位線，30-群樁基礎。
【具體實施方式】
[0033]如圖1所示的現 有常規連續剛構橋梁，灌注樁3注入安裝在中風化基巖2以下，并由多根灌注樁3形成的群樁基礎30上部設置一個承臺6，承臺6上有設置一段高度較高的橋墩4，橋墩4與主梁I上的主梁連接部5相連接，最終形成主梁的支撐結構。在這種常規的支撐結構中，對于主梁受力時所發生的震動、變形等，是由具有柔性變形功能的橋墩4來吸收、抵消，灌注樁3主要是承受其壓力作用。如圖2所示，在山區水庫等場合，由于水位線9較高，受到施工條件等限制，相應的灌注樁3、承臺6的高度要高于水位線9的高度，在橋梁整體高度不變時，使橋墩4的高度也就受到限制變得較低，橋墩4起到的柔性變形作用降低，對整體橋梁的安全、使用造成影響。
[0034]在現有常規的剛構橋梁的灌注樁的配筋要求是根據《公路橋涵地基與基礎設計規范》(JTG 063-2007)中的規范條文5.3.4款，單樁軸向受壓承載力容許值[Ra]，按下式計算:
m，Iη，
[0035][^β] = ClApZrk + cIlhJrk,
/:1上 !=1
[0036][Ra]是單樁軸向受壓承載力容許值(kN)；
[0037]C1是根據清空情況、巖石破碎程度等因素而定的端阻力發揮系數；
[0038]Ap是樁端截面面積(m2)；
[0039]frk是樁端巖石飽和單軸抗壓強度(kPa)；
[0040]u是樁身周長(m);
[0041]C2i是側阻發揮系數；
[0042]hi是樁嵌入各巖層的厚度(m)；
[0043]ζ s是覆蓋層土的側阻發揮系數；
[0044]Ii是樁身各土層厚度；
[0045]qik是樁側第i層土的極限側摩阻力(kPa)。[0046]中風化基巖以下的樁是承受壓應力構件，上述規范條文5.2.2要求按照構造要求配筋:樁內主筋直徑不小于16mm，每根樁的主筋數量不少于8根，其凈距不應小于80mm，也不應大于350mm ;閉合式箍筋或螺旋筋直徑不應小于主筋直徑的1/4，且不應小于8mm，其中距不應大于主筋直徑的15倍且不應大于300mm ;鋼筋籠骨架上每隔2.0m~2.5m設置直徑為16_~32_的加勁箍一道。
[0047]以下結合附圖對本實用新型作詳細說明。
[0048]本實用新型的柱樁式連續剛構橋梁包括主梁1、兩跨主梁I之間的主梁連接部5、在上述主梁連接部5下面設置有一組灌注樁3構成的群樁基礎30，灌注樁3與主梁連接部5之間沒有采用常規連續剛構橋梁中的具有柔性的橋墩4，而是采用直接的剛性連接。一個群樁基礎30 —般包括4~9根灌注樁3，且灌注樁3采用對稱、均布方式排列，如4根灌注樁3為矩形排列，5根灌注樁為如圖5所示的帶中心柱的矩形交叉排列，6根灌注樁為雙列排列，9根灌注樁為三列排列。
[0049]灌注樁3在高度方向分為在基巖2之上并與主梁連接部5直接連接的上柱32，以及注入到基巖中的下樁31，這種采用樁柱一體結構是本實用新型的關鍵所在。在本實用新型中，將灌注樁一直向上延伸，承臺的位置也隨之上升直至與主梁直接連接，隨之而來的是連續剛構橋梁灌注樁設計思路的突破，其不再是單純的承受豎向壓力的結構，需要分為上下兩段分開設計，下段，即灌注樁3在基巖2以下的下樁31，其受力模式是樁，其配筋、施工方式與常規連續剛構橋梁的樁基相同，仍然采用《公路橋涵地基與基礎設計規范》(JTGD63-2006)的相關條款進行設計；而灌注樁上段，即灌注樁3在基巖2以上至主梁連接部5的上柱32段的受力模式則是柱，應該根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG D62-2004)按照承受彎矩和剪力的結構進行承載能力極限狀態計算和正常使用極限狀態計算，具體如下。
[0050]1.上柱的承載能力極限狀態計算
[0051]本實用新型的上柱是沿周邊均勻配置縱向鋼筋的圓形截面鋼筋砼偏心受壓構件，其配筋首先應該滿足承載能力極限狀態的要求，按照規范《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG D62-2004)第5.3.9款，圓形截面偏心構件承載能力的要求配置縱向鋼筋:
[0052]r0Nd ≤ Ar2fcd+Cp r2f; sd
[0053]r0Ndeo ≤Br3fcd+D P gr3f; sd
[0054]其中，
[0055]r0為橋梁結構的重要性系數；
[0056]Nd是軸向力組合設計值；
[0057]fcd是砼的軸心抗壓強度設計值；
[0058]f' sd是縱向普通鋼筋抗壓強度設計值；
[0059]e0是軸向力的偏心距；
[0060]A、B是有關砼承載力的計算系數；
[0061]C、D是有關縱向鋼筋承載力的計算系數；
[0062]r是圓形截面的半徑；
[0063]g是縱向鋼筋所在圓周的半徑rs與圓截面鋼筋之比；[0064]P是縱向鋼筋配筋率。
[0065]對于高烈度地震區，還應該按照規范《公路橋梁抗震設計細則》(JTG/TB02-2008)的要求考慮El、E2地震作用進行全橋反應譜分析和時程分析，將地震作用與恒載、活載組合進行承載能力極限狀態計算。
[0066]2.上柱的正常使用極限狀態計算
[0067]本實用新型的上柱是普通鋼筋砼構件，其配筋還應該滿足正常使用極限狀態的要求，按照規范《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG D62-2004)第6.4.5款中裂縫寬度不得大于上限值的要求配置縱向鋼筋:
【權利要求】
1.樁柱式連續剛構橋梁，包括主梁(I)、兩跨主梁之間的主梁連接部(5)、由一組灌注樁(3)構成的群樁基礎(30)，其特征在于: 灌注樁(3)與主梁連接部(5)之間采用剛性連接； 所述灌注樁(3)分為與主梁連接部(5)連接的上柱(32)和注入到基巖中的下樁(31); 所述上柱(32)按照下列承載能力極限狀態計算和正常使用極限狀態計算后配置縱向鋼筋； 所述下樁(31)按照樁基要求配置縱向鋼筋； 在所述的下樁(31)與上柱(32)之間設置有樁柱過渡段(33)，所述的樁柱過渡段(33)內的縱向鋼筋與其上柱(32)的縱向配筋相同。
2.如權利要求1所述的樁柱式連續剛構橋梁，其特征在于:上柱(32)的縱向鋼筋分為上柱連續縱向鋼筋(321)和上柱分段縱向鋼筋(323)； 所述上柱連續縱向鋼筋(321)與下樁(31)的下樁縱向鋼筋(311)配置相同，并連續鋼筋貫通上柱(32)、樁柱過渡段(33)和下樁(31)； 所述上柱分段縱向鋼筋(323)的下段設置在樁柱過渡段(33)的樁柱過渡段下截面(333)處。
3.如權利要求2所述的樁柱式連續剛構橋梁，其特征在于:所述樁柱過渡段(33)的樁柱過渡段箍筋(332)之間的間距小于下樁(31)的下樁箍筋(312)的間距，且至少與上柱(32)的上柱箍筋(322)的間距相等。
4.如權利要求3所述的樁柱式連續剛構橋梁，其特征在于:對于高裂度地震區，樁柱過渡段箍筋(332)之間的間距小于上柱箍筋(322)的間距。
5.如權利要求1所述的樁柱式連續剛構橋梁，其特征在于:所述的樁柱過渡段(33)設置在基巖(2)中風化界限以上1.0d和基巖2中風化界限以下3.0d范圍內，其中d為灌注樁(3)直徑。
6.如權利要求1所述的樁柱式連續剛構橋梁，其特征在于:在所述主梁連接部(5)的下部設置有一體的底板(8);所述的底板(8)的配筋結構采用與常規連續剛構橋梁的承臺(6)相同的配筋結構。
7.如權利要求6所述的樁柱式連續剛構橋梁，其特征在于:主梁連接部(5)與底板(8)的厚度之和不小于常規連續剛構橋的承臺(6)的厚度。
8.如權利要求1所述的樁柱式連續剛構橋梁，其特征在于:當主梁(I)寬度小于一組群樁基礎(30 )橫截面寬度時，在群樁基礎(30 )上部設置有承臺(6 )，在承臺(6 )與主梁連接部(5)之間設置有上承臺(7)。
9.如權利要求8所述的樁柱式連續剛構橋梁，其特征在于:所述的上承臺(7)高度為I?1.5M。
【文檔編號】E01D1/00GK203475289SQ201320592279
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年9月24日 優先權日:2013年9月24日
【發明者】胡德貴, 汪軍, 李本偉, 莊衛林, 宋恒揚, 劉蕾蕾, 吳滌, 冮大興, 吉隨旺, 賀智功, 盧小鋒, 任德慶, 肖德仁, 陳應忠 申請人:四川省交通運輸廳公路規劃勘察設計研究院