一种圆形断面预制桥墩与桩基的连接装置及其安装方法
技术领域
本发明涉及预制混凝土拼装技术领域，具体涉及一种圆形断面预制桥墩与桩基的连接装置及其安装方法。
背景技术
节段预制拼装桥墩相对于传统的现浇混凝土桥墩有以下几点优势：①墩柱节段的工厂化预制，可以提高墩柱质量，缩短工地组装施工时间，对于处在交通枢纽地区的桥梁可以减小对桥位处的交通干扰；②一些桥墩的施工通常需要施工人员处在高空、海上、高速公路或接近输电线等危险的地带，而节段预制拼装桥墩施工可极大程度地减少施工人员在这些危险地带的时间，从而提高了施工场地的安全保障；③节段预制拼装桥墩能减小跨海、湿地及其他环境敏感地区对桥墩施工的影响。
目前工程实际应用有东海大桥、杭州湾跨海大桥、上海长江大桥、上海S6公路和上海嘉闵高架路、长沙湘府路改造工程等。这些桥梁的预制结构的连接采用了灌浆套筒连接、灌浆金属波纹管连接、承插式连接、后张预应力筋连接、灌浆口连接、湿接缝连接等技术。目前推广应用的这些桥梁以跨海、跨江和市政等平摊地区桥梁为主，并下部结构均为群桩基础。
但山区桥梁和公路桥梁的下部结构大部分以圆形断面桩柱式桥墩为主，目前的连接技术不适合直接应用于此类结构，预制结构的连接尚处于空白。因此，本发明中巧妙地利用了桩基和桥墩之间的直径差异，发明了一种新型连接装置。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是开发一种圆形断面预制桥墩与桩基的连接装置及其安装方法，提供一种构造简单，安装、受力可靠，加工制造方便，造价低的装置，以解决目前的预制结构的连接技术不适合直接应用于以圆形断面桩柱式桥墩为主的结构，预制结构的连接尚处于空白的问题。
一种圆形断面预制桥墩与桩基的连接装置，用于桩柱式桥墩的装配化设计和施工，包括：
桥墩主筋，一端埋设于预制桥墩内，另一端露出预制桥墩的连接端面向外延伸；
桩基主筋，一端埋设于桩基内，另一端露出桩基的连接端面向外延伸；
法兰连接件，包括钢管及与所述钢管两端固定连接的法兰盘，两个所述法兰盘平行设置，所述法兰盘上开设有多个内侧钢筋孔和多个外侧钢筋孔，所述内侧钢筋孔位于所述钢管的内侧，两所述法兰盘上的所述内侧钢筋孔一一对应且同轴心，所述桥墩主筋与所述内侧钢筋孔一一对应且通过所述内侧钢筋孔与所述法兰连接件连接；所述外侧钢筋孔位于所述钢管的外侧，两所述法兰盘上的所述外侧钢筋孔一一对应且同轴心，所述桩基主筋与外侧钢筋孔一一对应且通过所述外侧钢筋孔与所述法兰连接件连接，从而使得预制桥墩与桩基连接在一起；及
钢筋套筒，待所述桥墩主筋及所述桩基主筋穿过所述法兰连接件后，所述钢筋套筒套设于所述桥墩主筋及所述桩基主筋的端部，防止所述桥墩主筋及所述桩基主筋与所述法兰连接件间被拉扯分离开。
进一步地，还包括垫圈，所述垫圈设于所述钢筋套筒和所述法兰盘之间。垫圈可扩散大应力分布。
进一步地，所述法兰连接件还包括加劲肋，所述加劲肋设于所述钢管的内外侧与所述法兰盘间，所述加劲肋位于所述内侧钢筋孔及所述外侧钢筋孔的两侧。加劲肋的设置进一步提高了法兰连接件的结构强度。
进一步地，所述法兰连接件还包括剪力钉，所述剪力钉固设于所述钢管的圆周外侧。提高了法兰连接件与包覆法兰连接件的混凝土间的连接的结构强度，进而提高了预制桥墩与现场浇筑的桩基间的连接强度。
一种圆形断面预制桥墩与桩基的连接装置的安装方法，采用上述的圆形断面预制桥墩与桩基的连接装置，包括以下步骤：
法兰连接件与预制桥墩在工厂内一起预制成形，将桥墩主筋穿过两个法兰盘上的内侧钢筋孔，并穿过钢管的内侧；法兰连接件的一法兰盘与预制桥墩的连接端面贴紧在一起；然后将钢筋套筒套设于桥墩主筋的端部并进行固定，通过钢筋套筒将法兰连接件与预制桥墩形成整体；
将预制桥墩运输到安装现场；
安装前，桩基先进行坡头，使得桩基主筋露出连接端面；
采用吊装工具将预制桥墩及法兰连接件悬吊；
将法兰盘朝下，并使得法兰盘上的外侧钢筋孔对准桩基主筋；
下放过程中按先穿过远离预制桥墩的法兰盘、后穿过靠近预制桥墩的法兰盘的顺序穿越；穿越后，法兰连接件的靠近桩基的法兰盘与桩基的连接端面间预留施工缝；然后将钢筋套筒套设于桩基主筋的端部并进行固定，通过钢筋套筒将桩基主筋及法兰连接件进行固定；
预制桥墩周向设置临时横向固定装置；
安装法兰连接件外侧的桩基主筋箍筋；
浇筑施工缝混凝土及外包层混凝土；
整个法兰盘埋入于混凝土中，防止后期腐蚀和生锈；
混凝土凝固后拆除临时横向固定装置，移走吊装工具；
通过上述步骤即完成了整个桥墩的安装。
采用上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明的圆形断面预制桥墩与桩基的连接装置，桥墩主筋通过钢管内侧，桩基主筋通过钢管外侧，巧妙解决了桩基直径大于桥墩直径，两者主筋不在同一条线上的问题，结构简单、加工制造简单，实用性强。
2、当结构受力时，压力由混凝土承担，拉力由钢筋承担；桥墩主筋拉力通过钢筋套筒传递到下部的法兰盘，然后再次传递到下部加劲肋，通过剪力方式再次传递到钢管底部；桩基主筋拉力通过钢筋套筒传递到上部的法兰盘，然后再次传递到上部加劲肋，通过剪力方式再次传递到钢管上部，与钢管下部受力相互平衡，受力状态明确。
3、本发明的圆形断面预制桥墩与桩基的连接装置的安装方法方便简单、可大规模推广应用于圆形断面桩基和圆形断面预制桥墩的连接。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明的圆形断面桩基和圆形断面预制桥墩连接示意图；
图2为本发明的法兰连接件结构图。
图3为图2中的A-A剖视图；
图4为图2中的B-B剖视图。
附图标记：
1-桥墩主筋；
2-桩基主筋；
3-法兰连接件，31-钢管，32-法兰盘，32a-内侧钢筋孔，32b-外侧钢筋孔，33-加劲肋，34-剪力钉；
4-钢筋套筒；
5-垫圈；
100-预制桥墩；
200-桩基；
300-施工缝混凝土；
400-外包层混凝土。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
请一并参阅图1及图2，本发明提供的一种圆形断面预制桥墩与桩基的连接装置，包括桥墩主筋1、桩基主筋2、法兰连接件3及钢筋套筒4。
桥墩主筋1，一端埋设于预制桥墩100内，另一端露出预制桥墩100的连接端面向外延伸。本实施例中，预制桥墩100为圆柱形。
桩基主筋2，一端埋设于桩基200内，另一端露出桩基200的连接端面向外延伸。本实施例中，桩基200为柱形。
法兰连接件3，包括钢管31及与钢管31两端固定连接的法兰盘32，两个法兰盘32平行设置，法兰盘32上开设有多个内侧钢筋孔32a和多个外侧钢筋孔32b，内侧钢筋孔32a位于钢管31的内侧，两法兰盘32上的内侧钢筋孔32a一一对应且同轴心，桥墩主筋1与内侧钢筋孔32a一一对应且通过内侧钢筋孔32a与法兰连接件3连接；外侧钢筋孔32b位于钢管31的外侧，两法兰盘32上的外侧钢筋孔32b一一对应且同轴心，桩基主筋2与外侧钢筋孔32b一一对应且通过外侧钢筋孔32b与法兰连接件3连接，从而使得预制桥墩100与桩基200连接在一起。具体地，法兰连接件3还可以设置加劲肋33，加劲肋33设于钢管31的内外侧与法兰盘32间，加劲肋33位于内侧钢筋孔32a及外侧钢筋孔32b的两侧。加劲肋33的设置进一步提高了法兰连接件3的结构强度。当然，作为进一步地优化，法兰连接件3还可以设置剪力钉34，剪力钉34固设于钢管31的圆周外侧。剪力钉34的设置提高了法兰连接件3与包覆法兰连接件3的混凝土间的连接的结构强度，进而提高了预制桥墩100与现场浇筑的桩基200间的连接强度。
钢筋套筒4，待桥墩主筋1及桩基主筋2穿过法兰连接件3后，钢筋套筒4套设于桥墩主筋1及桩基主筋2的端部，防止桥墩主筋1及桩基主筋2与法兰连接件3间被拉扯分离开。
作为进一步的优化方案，还包括垫圈5，垫圈5设于钢筋套筒4和法兰盘32之间。垫圈5可扩散大应力分布。
本发明还提供了一种圆形断面预制桥墩与桩基的连接装置的安装方法，为实现该安装方法，其采用上述桥墩主筋1、桩基主筋2、法兰连接件3、钢筋套筒4、垫圈5、预制桥墩100及桩基200。具体地，该安装方法包括以下步骤：
法兰连接件3与预制桥墩100在工厂内一起预制成形，将桥墩主筋1穿过两个法兰盘32上的内侧钢筋孔32a，并穿过钢管31的内侧；法兰连接件3的一法兰盘与预制桥墩的连接端面贴紧在一起；然后将钢筋套筒4套设于桥墩主筋1的端部并进行固定，通过钢筋套筒4将法兰连接件3与预制桥墩100形成整体。
具体地，先将法兰连接件3与预制桥墩100在工厂预制好，注意在预制桥墩100时，将桥墩主筋1穿过法兰连接件3的两个法兰盘32上的内侧钢筋孔32a，此时桥墩主筋1穿过法兰连接件3的钢管31的内侧，将预制桥墩100预制成形后，法兰连接件3的一法兰盘32与预制桥墩100的连接端面贴紧在一起，然后在桥墩主筋1的端头采用钢筋套筒4将法兰连接件3锚固在预制桥墩100上，将法兰连接件3与预制桥墩100预制成一个整体。
将预制桥墩100运输到安装现场。
具体地，将预制桥墩100及安装好的法兰连接件3整体运送到安装现场，注意对已经安装好的法兰连接件3进行防护。
安装前，桩基200先进行坡头，使得桩基主筋2露出连接端面。
具体地，在安装前，需对桩基200的连接端进行坡头，桩基200的连接一端需预留出足够长度的桩基主筋2。
采用吊装工具将预制桥墩100及法兰连接件3悬吊；
具体地，采用现场吊车将将预制桥墩100及法兰连接件3整体悬吊并运到桩基200的上方。
将法兰盘32朝下，并使得法兰盘32上的外侧钢筋孔32b对准桩基主筋2。
具体地，桩基主筋2位于法兰连接件3的钢管31的外侧。
下放过程中按先穿过远离预制桥墩100的法兰盘32、后穿过靠近预制桥墩100的法兰盘32的顺序穿越，穿越后，法兰连接件3的靠近桩基200的法兰盘32与桩基200的连接端面间预留施工缝；然后将钢筋套筒4套设于桩基主筋2的端部并进行固定，通过钢筋套筒4将桩基主筋2及法兰连接件3进行固定。
具体地，在桩基主筋1的端头采用钢筋套筒4将法兰连接件3锚固在桩基200上，在法兰盘32与桩基200的连接端面间预留施工缝以便在法兰盘32与桩基200的连接端面间填满混凝土，提高连接强度。
预制桥墩100侧向设置临时横向固定装置。
具体地，桩基200与预制桥墩100间没有混凝土支撑，设置临时横向固定装置将悬吊的预制桥墩100固定住，防止其沿径向运动。
安装法兰连接件3外侧的桩基主筋2箍筋；
具体地，由于桩基200与预制桥墩100间没有混凝土支撑，设置外侧箍筋防止桩基主筋在法兰连接件3处发生弯曲变形。
浇筑施工缝混凝土300及外包层混凝土400。
在法兰连接件3周围支模，将法兰盘32与桩基200的施工缝填满混凝土，然后将桥墩主筋1、桩基主筋2、法兰连接件3及钢筋套筒4等用混凝土全部包裹浇筑在一起。
整个法兰连接件3埋入于混凝土中，防止后期腐蚀和生锈。
混凝土凝固后拆除临时横向固定装置，移走吊装工具。
通过上述步骤即完成了整个桥墩的安装。
上述圆形断面预制桥墩与桩基的连接装置在安装后的受力情况为：
桥墩主筋1及桩基主筋2的拉力通过钢筋套筒4传递到垫圈5和法兰盘32；
然后，通过法兰盘32传递到加劲肋33；
最终，加劲肋33内力传递到钢管31，桩基主筋2和桥墩主筋1的拉力相互平衡。
采用上述圆形断面预制桥墩与桩基的连接装置，首次解决了不在同一条直线上钢筋连接问题，使得桩基200和预制桥墩100之间的连接主筋在连接处重叠交错，极大提高了连接处的结构强度及刚度、实用性强、受力状态明确、结构简单、安装方便、加工制造简单，可大规模推广应用于圆形断面桩基200和圆形断面预制桥墩100的连接。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
