用h型混凝土樁改善整體式橋臺支撐樁受力性能的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用H型超高韌性混凝土樁改善整體式無縫橋梁橋臺樁基礎(chǔ)受力 性能的方法，其可用于支撐整體式無縫橋梁橋臺，屬于橋梁領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 國內(nèi)外對整體式橋梁橋臺支撐樁的研究成果主要集中在常規(guī)荷載(如溫度等變 形)作用下普通樁的受力變形性能分析和計(jì)算方法的探討，如預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土樁和H型鋼 樁等，這些研究為其在正常使用荷載作用下的合理設(shè)計(jì)和施工起到了鋪墊作用。因整體式 無縫橋臺橋梁不僅能省去價格昂貴的支座，免去維修和更換支座的費(fèi)用，而且整體性和抗 震性能好，能有效防止車跳現(xiàn)象，行車更舒適。因此近年來整體式無縫橋臺橋梁一直很受工 程界所親賴。然而，整體式無縫橋臺橋梁上部結(jié)構(gòu)的溫度變化、混凝土收縮變形、汽車制動 力會使樁產(chǎn)生很大的變形，這些變形都需要橋臺下部支承的樁來吸收。因此整體橋設(shè)計(jì)的 最關(guān)鍵部位是橋臺下的支撐樁體系。在保證堅(jiān)向承載能力的前提下，支撐樁要求具有足夠 的水平變位能力，以適應(yīng)橋梁的溫變。如此樁的水平變位能力（同時要滿足堅(jiān)向承載能力） 決定最大無縫橋可允許橋長。目前支承整體式無縫橋臺的樁有木樁(只用于小的橋體)、普 通混凝土樁、鋼樁、組合樁。一般鋼樁都為H型鋼樁或鋼管樁。
[0003] 最常見的用來支撐橋體基礎(chǔ)的樁為鋼樁和預(yù)制的預(yù)應(yīng)力混凝土樁。但是從耐久性 和使用性來講，這兩種樁都有一定的局限性。H型鋼樁不僅成本高，且易腐蝕，耐久性差，鋼 管樁易腐蝕，水平抗推剛度大。預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土樁抗推剛度大，在往復(fù)變形以后極易開裂 而導(dǎo)致鋼筋銹蝕。支撐樁的鋼筋一旦銹蝕，會影響樁的壽命，對橋梁的安全也帶來很大隱 患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明是針對普通混凝土支撐樁的水平抗推剛度大，當(dāng)整體式橋臺在溫差、荷載 等作用下產(chǎn)生較大縱向位移時樁體出現(xiàn)裂縫甚至鋼筋銹蝕，最終導(dǎo)致橋梁失效等問題提供 的一種用H型混凝土樁改善整體式橋臺支撐樁受力性能的方法，其設(shè)計(jì)和施工方便，且能 有效降低樁的水平抗推剛度、顯著增加樁的耐久性，并能省去高額的維護(hù)費(fèi)用。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案在于：一種用超高韌性混凝土樁改善整體式橋臺支撐樁受力的 方法，包括以下步驟： 1) 通過有限元軟件模擬支撐樁并與實(shí)驗(yàn)樁對比，在兩者相符的情況下將支撐樁截面設(shè) 計(jì)成使樁體受力性能最優(yōu)的H型截面，該H型截面強(qiáng)弱軸分明； 2) 制備超高韌性混凝土； 3) 制模、布筋，并將超高韌性混凝土支承樁分成多單元預(yù)制，且每段單元的端部截面為 矩形，中部截面為H型； 4) 將各單元通過連接鋼板和螺釘連接成一體，連接部位由實(shí)體的矩形截面段漸變成H 型截面段，并外伸若干根螺紋桿且至少伸入到下一單元約1/4處； 5)于支撐樁樁頭布置若干螺紋剪力釘并現(xiàn)澆整體式橋臺。
[0006] 優(yōu)選的，所述步驟2中超高韌性混凝土由預(yù)拌料、水、聚乙烯醇纖維、高效減水劑 按照配合比攪拌制得。
[0007] 優(yōu)選的，所述預(yù)拌料為水泥、粉煤灰、硅灰、磨細(xì)沙等。每立方超高韌性混凝土中各 成分參量為：磨細(xì)沙490~1390 %/戰(zhàn)3 ,水泥610~1080 ,硅灰50~334 .tg/m3 ,粉煤灰 0~410 Ag/W ,聚乙烯醇纖維 40~250 AgZm3,高效減水劑 9~71 %/m3 ,水 126~261 %/挪3。
[0008] 優(yōu)選的，所述支撐樁的多單元分為頭部單元、中部單元和尾部單元三部分，該三部 分在安裝時通過連接鋼板和螺釘將各個單元連接成一體，且連接部位兩側(cè)分別設(shè)置連接鋼 板，預(yù)制支撐樁樁體時用螺栓拴住兩連接鋼板。
[0009] 優(yōu)選的，所述步驟3中在預(yù)制支撐樁單元時，在H型截面的翼緣和腹板處穿插10 根鋼絞線，然后進(jìn)行張拉，達(dá)到預(yù)應(yīng)力值后錨固并進(jìn)行混凝土澆搗。
[0010] 優(yōu)選的，所述鋼絞線在H型截面處的排布為上下翼緣各布置4根，腹板布置2根。
[0011] 優(yōu)選的，在預(yù)制支撐樁時將支撐樁樁頭由H型截面突變成矩形截面實(shí)體段，并于 實(shí)體段兩側(cè)各布置6根雙頭螺栓。
[0012] 優(yōu)選的，在預(yù)制支撐樁時于支撐樁樁頭處對稱布置有圓形提吊環(huán)，所述提吊環(huán)為 直徑20-30mm的鋼筋制作。
[0013] 優(yōu)選的，所述步驟5中在支撐樁的樁頭上端還布置有4個用以安裝螺紋剪力釘或 螺紋桿的螺帽或螺紋孔，當(dāng)完成微型樁的打入后再安裝螺紋剪力釘并現(xiàn)澆整體式橋臺。
[0014] 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1. 該支撐樁的設(shè)計(jì)和施工方便，且能有效降低樁的水平抗推剛度、顯著增加樁的耐久 性，并能省去高額的維護(hù)費(fèi)用；采用此種方法制成的H型超高韌性混凝土樁支撐整體式無 縫橋梁橋臺，可使支撐樁沿橋的縱向（H形截面的弱軸方向)水平抗推柔度小，使樁具有較好 的變形能力，能夠很好的適應(yīng)上部結(jié)構(gòu)的位移和變形； 2. 混泥土中加有聚乙烯醇纖維，運(yùn)用聚乙烯醇纖維的高韌性、高抗拉和強(qiáng)抗腐蝕等優(yōu) 良性能有效增增加樁的韌性、水平抗柔剛度以及抗腐蝕性能； 3. 應(yīng)用超高韌性混凝土材料特性，使得樁具有很好的耐久性和抗腐蝕性；同時超高韌 性混凝土在抗壓強(qiáng)度方面具有比普通混凝土高出幾倍的優(yōu)點(diǎn)，可以在上部結(jié)構(gòu)自重不變的 情況下減少截面尺寸、節(jié)省材料，進(jìn)一步減少費(fèi)用；且樁體分為多單元節(jié)預(yù)制，單元與單元 之間通過連接件連接，可以方便樁的運(yùn)輸和安裝。
[0015] 4.有效運(yùn)用了最大堆積密度理論，使混凝土組成材料不同粒徑顆粒以最佳比例形 成最緊密堆積，即毫米級骨料(磨細(xì)沙）堆積的間隙由微米級水泥、粉煤灰、礦粉等來填充， 加有聚乙烯醇纖維和高效減水劑，在一定配合比下制作成超高韌性混凝土樁。
[0016] 5.通過將樁設(shè)計(jì)成H型截面，利用H型截面強(qiáng)弱軸受彎、剪的工作機(jī)理，在滿足樁 的抗彎、抗剪能力的同時在縱向（H型截面的弱軸方向）有更低的抗推剛度且節(jié)約材料。
【附圖說明】
[0017] 圖1為本發(fā)明的使用狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的支撐樁的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明的支撐樁連接部位示意圖； 圖4為本發(fā)明的支撐樁連接部位側(cè)視示意圖； 圖5為本發(fā)明的支撐樁單元頭部截面示意圖； 圖6為本發(fā)明的支撐樁單元中部截面示意圖； 圖7為本發(fā)明的支撐樁單元尾部截面示意圖； 圖中：1-主梁2-整體式橋臺3-梁端橋面板4-樁周土 5-H型超高韌性混凝土 支撐樁6-連接鋼板7-螺紋釘(帽）8-螺紋桿9-鋼絞線10-雙頭螺釘11-螺紋 剪力釘12-提吊環(huán)。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖，作詳 細(xì)說明如下，但本發(fā)明并不限于此。
[0019] 參考圖1至圖7 一種用超高韌性混凝土樁改善整體式橋臺支撐樁受力的方法，包括以下步驟： 1) 通過有限元軟件模擬支撐樁并與實(shí)驗(yàn)樁對比，在兩者相符的情況下將支撐樁截面設(shè) 計(jì)成使樁體受力性能最優(yōu)的H型截面，該H型截面強(qiáng)弱軸分明； 2) 制備超高韌性混凝土； 3) 制模、布筋，并將超高韌性混凝土支承樁分成多單元預(yù)制，且每段單元的端部截面為