现浇高桥墩混凝土内部蓄水养护结构及实施方法 |
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| 申请号 | CN202410256551.8 | 申请日 | 2024-03-06 | 公开(公告)号 | CN117904982A | 公开(公告)日 | 2024-04-19 |
| 申请人 | 金华市婺城区交智工程技术服务部; | 发明人 | 张坚; 钱志浩; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种现浇高桥墩 混凝土 内部蓄 水 养护结构及实施方法，其结构包括在多个桩基的承台上通过桥墩 钢 筋并结合桥墩模板而分段现浇 钢筋 混凝土 桥墩，并在每段桥墩内均设有沿轴心线设置的储水腔，各个分段的桥墩内的储水腔依次首尾相接连通，首段桥墩内的储水腔下端与承台内埋置的 排水管 连通，每段桥墩顶部表面均铺设储水土工布，以及由水 泵 供水并注满储水腔的水管和 滴灌 组件，并由该滴灌组件定时定量滴灌至储水土工布，每段桥墩拆除桥墩模板后外表面均包裹养护膜；因此，本发明是一种构造简单、安全经济、生态环保、节能减排的现浇高桥墩混凝土内部蓄水养护结构，其结合相应的实施方法，具有较高的经济效益、节能减排效益和社会效益。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种现浇高桥墩混凝土内部蓄水养护结构，包括在多个桩基（1）的承台（2）上通过桥墩钢筋（31）并结合桥墩模板（32）而分段现浇钢筋混凝土桥墩（3），其特征在于每段所述的桥墩（3）内均设有沿轴心线设置的储水腔（42），各个分段的桥墩（3）内的储水腔（42）依次首尾相接连通，首段桥墩（3）内的储水腔（42）下端与承台（2）内埋置的排水管（7）连通；所述的每段桥墩（3）顶部表面均铺设储水土工布（82），以及由水泵（61）供水并注满储水腔（42）的水管（62），该水管上设有滴灌组件（63），并由该滴灌组件定时定量滴灌至储水土工布（82）； |
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| 说明书全文 | 现浇高桥墩混凝土内部蓄水养护结构及实施方法技术领域背景技术[0002] 现浇高桥墩混凝土施工条件差、操作不便、质量难以保证，是高桥墩施工的重点、难点和关键之一。目前常见的现浇高桥墩混凝土养护方法是在桥墩顶端固定喷淋或墩身安装喷淋管、在墩身外侧粘贴养护膜或安装具有保水功能的组合养护膜、在墩身表面涂喷养护剂等，这些措施对于保障现浇高桥墩混凝土质量起到了一定作用。但由于现浇高桥墩混凝土所处环境条件复杂，现浇混凝土水分在高空条件下蒸发过快，不仅会导致墩身混凝土表面出现片状或粉状脱落而形成蜂窝、麻面等表观质量缺陷，还会使墩身混凝土产生较大的收缩变形，出现干缩裂缝，存在安全质量隐患；同时，为了保持现浇混凝土表面湿润，需要耗用的水量相当大，也不利于节约水资源和节能环保。 发明内容[0003] 本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷而提供一种构造简单、安全经济、生态环保、节能减排的现浇高桥墩混凝土内部蓄水养护结构及实施方法。 [0004] 本发明的技术问题通过以下技术方案实现：一种现浇高桥墩混凝土内部蓄水养护结构，包括在多个桩基的承台上通过桥墩钢筋并结合桥墩模板而分段现浇钢筋混凝土桥墩，每段桥墩内均设有沿轴心线的储水腔，各个分段的桥墩内的储水腔依次首尾相接连通，首段桥墩内的储水腔下端与承台内埋置的排水管连通，形成多段现浇高桥墩混凝土内部蓄水养护结构；所述的每段桥墩顶部表面均铺设储水土工布，以及由水泵供水并注满储水腔的水管，该水管上设有滴灌组件，并由该滴灌组件定时定量滴灌至储水土工布；所述的每段桥墩拆除桥墩模板后外表面均包裹养护膜。 [0005] 所述的每段桥墩竖向的桥墩钢筋内均沿轴心线设有定位安装的充气的橡胶气囊，并在该桥墩钢筋结合桥墩模板而分段现浇混凝土的桥墩后，将每段桥墩的橡胶气囊放气并取出，进而逐段在桥墩内竖向形成沿轴心线设置的各段储水腔；公式一、橡胶气囊受力计算 所述的橡胶气囊的壁厚为 、计算直径为 ，充气压强为 ，现浇每段施工高度的桥墩混凝土水平向压强为 ，现浇混凝土的水平向侧压力系数为 ，取单位高度计算薄壁橡胶气囊，受力计算公式如下： 公式二、储水腔注水时现浇混凝土受力计算 所述的每段桥墩施工高度 ，橡胶气囊的外壁直径为 ，储水腔内水高度为 ，储水腔内水压强为 ，注水养护时，取单位高度新浇混凝土，龄期为 天的新浇混凝土受力计算公式如下： 公式三、混凝土养护用水量计算 混凝土养护用水的估算方法较多，根据现行比较公认的混凝土养护理论，将水泥浆体中的水分分为化学结合水、凝胶水(物理结合水)和毛细孔水(游离水)。化学结合水是在水泥水化过程中，配合比中的一部分拌和水参与水化反应而形成的；凝胶水是另一部分拌和水按照固定比例吸附在水化产物表面而形成的，能够有条件参与水化，不足以补充水化用水时，混凝土产生自收缩现象；毛细孔水则是以自由水的形式储存在水泥石内部毛细孔和空气泡中。因此，混凝土养护用水量主要由混凝土中胶凝材料充分水化和克服自收缩耗用、混凝土孔隙内空气和水分迁移、外部蒸发消耗三部分组成，即 ； 1.混凝土中胶凝材料充分水化耗用水量 混凝土中胶凝材料充分水化和克服自收缩耗用水量 由水泥用量 、水泥的化 学收缩率 和单位水泥用量最大水化程度的用水量 组成，即 2.混凝土孔隙内空气和水分迁移水量 混凝土在水化反应过程中产生热量，混凝土内部高温产生向表面低温的压力梯度，将混凝土内部的毛细孔水从中排挤出来，当墩身包裹养护膜时，混凝土孔隙内水分迁移消耗量较小；当墩身不包裹养护膜时，单位体积混凝土孔隙内空气和水分迁移消耗量 由下式计算： 式中 为桥墩空腔调整系数；桥墩最高段混凝土养护时，假设任意 截面空腔外周边处的渗透水流速为 、桥墩外表面的渗透水流速为0， 为养护期内混凝土的平均渗透系数（ ），根据达西定律，得 3.外部蒸发消耗主要在桥墩顶部储水土工布处蒸发的水分，蒸发面积较小，忽略不计； 公式四、储水腔最大半径 计算 桥墩截面控制计算荷载为 ，偏心距 ，桥墩钢筋面积为 ，钢筋 重心半径为 ，钢筋惯性矩为 ，根据弹性力学原理，得 其中 得到桥墩的现浇混凝土和桥墩钢筋最大应力为 由此可得 公式一、公式二、公式三和公式四中的各符号定义为： ——分别为桥墩钢筋中心至现浇混凝土外边缘的距离、橡胶气囊的壁厚，单 位为 ； ——分别为橡胶气囊的计算半径、橡胶气囊的外壁半径、容许最 大储水腔半径、桥墩的半径，单位为 ； ——分别为每段桥墩的施工高度、储水腔内的储水高度、最高段桥墩 加强养护储水高度、桥墩施工段数，单位为 ； ——分别为现浇混凝土的重度、水的容重，单位为 ； ——分别为橡胶气囊的充气压强、储水腔内水压强，单位为 ； ——现浇混凝土的压强，单位为 ； ——现浇混凝土的侧压力系数，无量纲； ——分别为橡胶气囊上作用的最大拉力、现浇混凝土龄期 天所 受的最大拉力、现浇混凝土龄期 天所受的最大剪力，单位为 ； ——分别为橡胶气囊上所受的最大拉应力、现浇混凝土龄期 天 开始注水时的抗拉强度、现浇混凝土龄期 天开始注水时的剪切强度，单位均为 ； ——分别为橡胶气囊上的容许拉应力、现浇混凝土龄期 天开 始注水时的容许抗拉强度、现浇混凝土龄期 天开始注水时的容许剪切强度，单位为； ——分别为现浇混凝土的最大压应力、桥墩钢筋的最大拉 应力、现浇混凝土的容许拉应力、桥墩钢筋的容许拉应力或压应力，单位为 ； ——分别为由混凝土中胶凝材料充分水化和克服自收缩耗用水量 、混凝土 孔隙内水分迁移水量 、外部蒸发消耗水量 三部分组成的混凝土养护期总用水量，单位为 ； ——混凝土中胶凝材料充分水化和克服自收缩耗用水量，单位为 ； ——分别为单位体积混凝土孔隙内水分迁移水量、桥墩混凝土孔隙内水 分迁移水量，单位为 ； ——混凝土养护期内外部蒸发消耗水量，单位为 ； ——水泥用量，单位为 ； ——水泥的化学收缩率，无量纲； ——单位水泥用量最大水化程度的用水量，单位为 ； ——桥墩外表面积，单位为 ； ——任意 截面空腔外周边处的渗透水流速，单位为 ； ——混凝土养护时间，单位为 ； ——养护期内混凝土的平均渗透系数，通过试验或类比法确定，单位为 ； ——桥墩空腔调整系数，通过试验或类比法确定， ，无量纲； ——分别为桥墩截面控制计算弯矩和压力，单位为 ； ——偏心距，即桥墩截面控制计算弯矩和压力的比值， ，无量纲； ——分别为桥墩钢筋面积、钢筋重心半径、钢筋惯性矩 ，单 位为 ； ——受压区高度系数， ，无量纲； ——分别为钢筋与混凝土的弹性模量的比、储水腔半径与桥墩混凝土半径 的比，无量纲； ——有关系数， ，无量纲。 [0006] 所述的橡胶气囊是由气囊壁、气囊壁内的中心钢杆和设置在气囊壁上的气门组成；所述的气囊壁由中间的圆形空心壁和上下端部的圆台形空心壁构成；所述的中心钢杆的上下端分别穿过上下端部的圆台形空心壁形成紧固，进而构成橡胶气囊在桥墩钢筋内竖向沿轴心线的定位安装；所述的橡胶气囊也可采用不需充气的、与橡胶气囊充气后相同形状的其他固定模板，拆除固定模板后形成储水腔。 [0007] 所述的每段桥墩的现浇混凝土与该段储水腔由橡胶气囊同步预留形成，与承台直接相接的首段桥墩的现浇混凝土，该段储水腔顶部设有下固定盘，该下固定盘内设有底兜，并固定上一段桥墩现浇混凝土内预留该段储水腔的橡胶气囊底部，依此循环完成逐段桥墩的现浇混凝土与该段储水腔，即多段现浇高桥墩混凝土内部蓄水养护结构。 [0008] 所述的下固定盘为钢质或塑料质、圆形中空厚板，中心圆孔的直径比橡胶气囊的外径大1cm～2cm，采用连接钢筋与桥墩钢筋顶部焊接固定，下固定盘圆形中空处套入底兜，再在底兜内套入橡胶气囊下端的圆台形部分，橡胶气囊的中心钢杆从底兜的底部小钢筋环Ⅱ内穿出，起到固定橡胶气囊下部的作用；所述的底兜为上大下小圆台形网状结构，底兜的顶部为钢筋环，该钢筋环的内径与下固定盘的中心圆孔外径相同，底兜的底部外缘设小钢筋环Ⅰ，该小钢筋环Ⅰ内直径与之相接触的橡胶气囊圆台形部分外径相同，底部中心附近设小钢筋环Ⅱ，该小钢筋环Ⅱ的内直径比中心钢杆的外径大1cm～2cm，并由多股钢丝将钢筋环、小钢筋环Ⅰ、小钢筋环Ⅱ从上而下交叉缠绕编织成上大下小圆台形钢丝网结构。 [0009] 所述的分段施工桥墩的现浇混凝土和该段储水腔，首段桥墩的现浇混凝土和该段储水腔施工制作时，桥墩钢筋上端焊接一对竖向型钢和安装在一对竖向型钢上的水平型钢，承台内设有预埋的下置钢板，所述的中心钢杆的上端可拆式定位连接在水平型钢上，该中心钢杆的下端制成半球形的下端支点，并由该下端支点嵌入下置钢板上的预留凹槽内而形成定位安装。 [0010] 所述的每段桥墩的一对竖向型钢以桥墩截面中心形成对称并焊接在桥墩钢筋上端，每根竖向型钢的顶部均焊接螺杆，所述的水平型钢的两端经预留的螺栓孔分别套入一对竖向型钢顶部的螺杆后，由固定螺帽作可拆式安装；所述的水平型钢的中部设有定位孔，中心钢杆的上端设有分别位于水平型钢上侧的上螺帽和下侧的下螺帽，且中心钢杆的上端穿过水平型钢中部的定位孔后，由所述上螺帽和下螺帽作可拆式定位安装。 [0011] 所述的每段桥墩的橡胶气囊的中心钢杆上端经连接螺栓与吊钩形成可拆式连接，并由该吊钩起吊取出橡胶气囊；所述的橡胶气囊被起吊取出前，该下螺帽向下旋转退出水平型钢的下侧，以及上螺帽也向下旋转驱动中心钢杆带动橡胶气囊整体上移，并使所述中心钢杆下端的下端支点脱离下置钢板上的预留凹槽；所述的排水管为PVC管，该排水管的末端设有阀门，且养护现浇混凝土桥墩时关闭阀门，现浇混凝土桥墩养护结束后打开阀门排水。 [0012] 所述的分段施工桥墩的现浇混凝土和该段储水腔，最高段桥墩混凝土和储水腔施工制作完成后，为了提高养护水头增强养护效果，储水腔顶部的储水管下端的上固定盘与预留在下段储水腔顶部的下固定盘用底螺栓连接，并由多根支架钢筋焊接在最高段桥墩钢筋顶部与套住储水管上部的环形钢筋焊接，共同固定储水管；所述的储水腔截面形状为橡胶气囊充满气时的圆柱形外径孔洞，用于现浇高桥墩混凝土内部蓄水养护。 [0013] 所述的储水腔截面形状与桥墩截面的形状相似或相同，如矩形、菱形、椭圆形或其他异形形状，储水腔总截面积与桥墩截面积的最佳比例由试验或类比法确定；对于大体积桥梁墩台或其他大体积混凝土结构，储水腔的个数、储水腔总截面积与大体积桥梁墩台或其他大体积混凝土结构截面积的最佳比例以及在截面上的布置也由试验或类比法确定，装配式预制桥墩也可采用上述原理预留储水腔进行混凝土养护。 [0014] 一种现浇高桥墩混凝土内部蓄水养护结构的实施方法，包括如下步骤：步骤一、橡胶气囊结构设计 ①分析桥墩截面尺寸、桥墩高度和现浇混凝土养护存在的问题，提出桥墩的现浇混凝土内部蓄水养护结构初步设计方案； ②由公式一、公式二和公式四计算橡胶气囊截面、新施工混凝土的受力和储水腔的容许最大半径，分别确定橡胶气囊的材料技术指标和储水腔的容许储水高度 和容许最大半径 ，确定分段施工桥墩混凝土和预留储水腔方案； ③通过试验确定最佳橡胶气囊截面尺寸、壁厚和所用材料的技术指标； ④进行橡胶气囊施工图设计，委托专业橡胶气囊单位制作，质量符合设计要求； ⑤由公式三计算现浇高桥墩混凝土养护用水量，安排供水源、水泵型号、水管尺寸和滴灌规格，编制施工组织设计； 步骤二、现浇首段混凝土桥墩和留置该段储水腔 ①清扫承台表面混凝土杂物，凿毛承台表面混凝土； ②清理预埋在承台内的下置钢板，并对下置钢板上的预留凹槽清洁除锈，均匀涂抹黄油； ③安装桥墩钢筋，在桥墩钢筋的上端焊接一对以桥墩截面中心为对称的竖向型钢，每根竖向型钢的顶部均焊接螺杆； ④清除中心钢杆的下端支点上的锈蚀物，均匀涂抹黄油，将未充气的橡胶气囊吊进桥墩钢筋内，并使下端支点嵌入下置钢板上的预留凹槽而形成定位安装，中心钢杆的上端置于水平型钢的定位孔内，并将下固定盘套入橡胶气囊顶部，下固定盘用连接钢筋与桥墩钢筋上部焊接固定，橡胶气囊充气至设计气压； ⑤下放水平型钢，并通过水平型钢两端的固定螺帽将水平型钢固定在一对竖向型钢上，利用下螺帽和上螺帽将定位孔内的中心钢杆的上端进行定位安装； ⑥搭设桥墩模板，桥墩钢筋和橡胶气囊安装完成并检验合格后，安装桥墩模板，检验合格后用泵车浇筑水泥混凝土； ⑦待混凝土终凝后，通过气门排出橡胶气囊中的气体，先将下螺帽往下旋转一定的高度退出水平型钢的下侧，再将上螺帽也往下旋转，使橡胶气囊整体缓慢上移，以使中心钢杆的下端支点从下置钢板上的预留凹槽中脱离； ⑧在混凝土强度能保证其表面不发生塌陷或裂缝现象时,将中心钢杆上端与吊钩下端用连接螺栓进行连接，并通过吊钩将放气后的橡胶气囊吊出而使储水腔在桥墩内沿轴心线留置完成； 步骤三、首段混凝土桥墩储水腔注水养护混凝土 ①在混凝土抗压强度达到2.5MPa,且能保证其表面及棱角不致因拆模而受损坏时，拆除桥墩模板后的桥墩外表面包裹养护膜减少养护水分蒸发； ②启动水泵泵水，并经水管注水至储水腔而形成桥墩内部蓄水，并作为现浇混凝土桥墩的养护用水； ③桥墩顶部表面铺设蓄水土工布，滴灌定时定量控制养护水滴至蓄水土工布上，用于补充储水腔渗透桥墩的养护用水和桥墩外表面的蒸发消耗水； ④按规定时间养护混凝土，并检测合格； 步骤四、除最高外的其余段现浇混凝土桥墩和储水腔注水养护混凝土 ①安装桥墩钢筋，在桥墩钢筋的上端焊接一对以桥墩截面中心为对称的竖向型钢，每根竖向型钢的顶部均焊接螺杆； ②在首段桥段混凝土顶部预埋的下固定盘内放入底兜，起吊橡胶气囊，将橡胶气囊底部插入底兜中； ③将另一个下固定盘套入橡胶气囊顶部，下固定盘用连接钢筋与桥墩钢筋上部焊接固定； ④按“步骤二、现浇首段混凝土桥墩和留置该段储水腔”的⑤至“步骤三、首段混凝土桥墩储水腔注水养护混凝土”的④作业； 步骤五、最高段现浇混凝土桥墩和储水腔注水养护混凝土 ①安装桥墩钢筋，在桥墩钢筋的上端焊接一对以桥墩截面中心为对称的竖向型钢，每根竖向型钢的顶部均焊接螺杆； ②在首段桥段混凝土顶部预埋的下固定盘内放入底兜，起吊橡胶气囊，将橡胶气囊底部插入底兜中； ③将另一个下固定盘套入橡胶气囊顶部，下固定盘用连接钢筋与桥墩钢筋上部焊接固定； ④按“步骤二、现浇首段混凝土桥墩和留置该段储水腔”的⑤至“⑧作业； ⑤在混凝土抗压强度达到2.5MPa,且能保证其表面及棱角不致因拆模而受损坏时，拆除桥墩模板后的桥墩外表面包裹养护膜减少养护水分蒸发； ⑥将储水管下端的上固定盘与预留在下段储水腔顶部的下固定盘用底螺栓连接，多根支架钢筋焊接在最高段桥墩钢筋顶部与套住储水管上部的环形钢筋焊接，共同固定储水管； ⑦启动水泵泵水，并经水管注水至储水腔而形成桥墩内部蓄水，并作为现浇混凝土桥墩的养护用水； ⑧桥墩顶部表面铺设蓄水土工布，滴灌定时定量控制养护水滴至蓄水土工布上，用于补充储水腔渗透桥墩的养护用水和桥墩外表面的蒸发消耗水； ⑨按规定时间养护混凝土，并检测合格。 [0015] 与现有技术相比，本发明主要提供了一种现浇高桥墩混凝土内部蓄水养护结构，它是在桥墩内设有沿轴心线设置的储水腔，该储水腔的下端与承台内埋置的排水管连通，储水腔的上端逐段连通并贯穿桥墩顶部，并在桥墩顶部表面铺设储水土工布，以及由水泵供水并注满储水腔的水管，该水管上设有滴灌组件，并由该滴灌组件定时定量滴灌至储水土工布补充混凝土水化和水分蒸发损失，桥墩外表面还包裹养护膜，通过上述结构设计，使得本发明具有如下优点：一是克服现浇高桥墩混凝土所处环境条件复杂的难题，消除养护水分蒸发过快、收缩变形等质量问题，特别是使用滴灌和储水腔内部蓄水养护方法，既节约水资源和节能环保，又消除现浇混凝土的养护缺陷，还起到现浇混凝土的降温作用，有利于提高现浇混凝土的养护质量；二是通过预留储水腔，减少桥墩的现浇混凝土用量，提高了桥墩施工养护的性价比，节约施工费用；三是桥墩预留的储水腔可在后期用于安装泄水管而排泄桥面水，提高桥墩的外形美观度；四是应用范围广，如对于工程上常见的大体积水泥混凝土，也可采用本发明的结构方式来解决水化热及随之引起的体积变形问题，从而最大限度减少开裂；五是提供的计算方法原理清晰、科学合理、实用易行，可指导现浇高桥墩混凝土内部蓄水养护结构的实施，以利于节约费用和提高安全质量性能。因此，本发明是一种构造简单、安全经济、生态环保、节能减排的现浇高桥墩混凝土内部蓄水养护结构，其结合相应的实施方法，具有较高的经济效益、节能减排效益和社会效益。附图说明 [0016] 图1为本发明的首段储水腔养护桥墩混凝土结构示意图。 [0017] 图2为图1的俯视图。 [0018] 图3为本发明在首段桥墩内制作储水腔结构示意图。 [0019] 图4为图3的俯视图。 [0020] 图5为本发明最高段储水腔养护桥墩混凝土结构示意图。 [0021] 图6为图5的俯视图。 [0022] 图7为橡胶气囊的结构示意图。 [0023] 图8为底兜的结构示意图。 [0024] 图9为图8的立体图。 [0025] 图10为橡胶气囊Ⅰ‑Ⅰ截面的受力计算图。 [0026] 图11为储水腔在养护水作用下不同龄期混凝土的受力计算图。 具体实施方式[0027] 下面将按上述附图对本发明实施例再作详细说明。 [0028] 如图1～图11所示，1.桩基、2.承台、21.承台钢筋、3.桥墩、31.桥墩钢筋、311.支架钢筋、32.桥墩模板、4.橡胶气囊、41.中心钢杆、411.气囊壁、412.下端支点、42.储水腔、421.储水管、422.上固定盘、43.气门、51.下置钢板、52.竖向型钢、53.水平型钢、54.固定螺帽、55.上螺帽、56.下螺帽、57.下固定盘、571.连接钢筋、58.底螺栓、59.底兜、591.钢丝网、 592.钢筋环、593.小钢筋环Ⅰ、594.小钢筋环Ⅱ、61.水泵、62.水管、63.滴灌组件、7.排水管、 81.养护膜、82.蓄水土工布、9.吊钩、91.连接螺栓。 [0029] 现浇高桥墩混凝土内部蓄水养护结构及实施方法，如图1 图11所示，属于节能生~态型桥梁建设领域，其结构包括在多个桩基1的承台2上通过桥墩钢筋31并结合桥墩模板32而分段现浇钢筋混凝土桥墩3，以及每段桥墩3内均设有沿轴心线设置的储水腔42，各个分段的桥墩3内的储水腔42依次首尾相接连通，首段桥墩3内的储水腔42下端与承台2内埋置的排水管7连通，从而形成多段现浇高桥墩混凝土内部蓄水养护结构；所述的每段桥墩3顶部表面均铺设储水土工布82，以及由水泵61供水并注满储水腔42的水管62，该水管上设有滴灌组件63，并由该滴灌组件定时定量滴灌至储水土工布82；所述的每段桥墩3拆除桥墩模板32后外表面均包裹养护膜81。 [0030] 其中，桩基1为桥墩3的基础，多根桩基1由承台2连接在一起，共同构成桥墩的基础，而承台2是由水泥混凝土和承台钢筋21组成，该承台钢筋由多根纵横交错、上下叠合的钢筋骨架构成。 [0031] 所述的桥墩3由预埋并伸出承台2的钢筋连接成桥墩钢筋31，再搭设桥墩模板32后浇筑水泥混凝土而成，作为桥梁下部支撑结构，桥墩3的高度由桥梁的高度确定，而高桥墩现浇混凝土养护的质量则关系到外观和内在质量，是桥梁建设质量保障的重点、难点和关键之一。 [0032] 所述的储水腔42成型方式是在每段桥墩3竖向的桥墩钢筋31内均沿轴心线设有定位安装的充气的橡胶气囊4，并在该桥墩钢筋31结合桥墩模板32而分段现浇混凝土的桥墩3后，将每段桥墩3的橡胶气囊4放气并取出，进而逐段在桥墩3内竖向形成沿轴心线设置的各段储水腔42。 [0033] 其中，橡胶气囊4是由气囊壁411、气囊壁内的中心钢杆41和设置在气囊壁上的气门43组成；所述的气囊壁411由中间的圆形空心壁和上下端部20cm～50cm的圆台形空心壁构成，该中心钢杆41从上端部的圆台形空心壁穿过中间的圆形空心壁至下端部的圆台形空心壁形成轴向贯穿，该中心钢杆41与气囊壁411的贯穿处需进行密封，中心钢杆41的上下端均露出上下端部的圆台形空心壁一定长度，且中心钢杆41的上下端分别穿过上下端部的圆台形空心壁形成紧固，进而构成橡胶气囊4在桥墩钢筋31内沿轴心线的定位安装。 [0034] 所述的橡胶气囊也可采用不需充气的、与橡胶气囊充气后相同形状的其他固定模板，拆除固定模板后形成储水腔。 [0035] 所述的气门43用于橡胶气囊4的充气和排气，现浇混凝土桥墩施工时，橡胶气囊4通过气门43充气以留置储水腔42，再将橡胶气囊4通过气门43排气后可方便橡胶气囊4吊出备用。 [0036] 所述的每段桥墩3的现浇混凝土与该段储水腔42由橡胶气囊4同步预留形成，与承台2直接相接的首段桥墩的现浇混凝土与该段储水腔42顶部设有下固定盘57，该下固定盘内设有底兜59，并固定上一段桥墩3现浇混凝土内预留该段储水腔42的橡胶气囊4底部，依此循环完成逐段桥墩的现浇混凝土与该段储水腔42，即多段现浇高桥墩混凝土内部蓄水养护结构。 [0037] 所述的下固定盘57为钢质或塑料质、圆形中空厚板，中心圆孔的直径比橡胶气囊4的外径大1cm～2cm，采用连接钢筋571与桥墩钢筋31顶部焊接固定，下固定盘57圆形中空处套入底兜59，再在底兜内套入橡胶气囊4下端的圆台形部分，橡胶气囊4的中心钢杆41从底兜59的底部小钢筋环Ⅱ594内穿出；所述的底兜59为上大下小圆台形网状结构，底兜59的顶部为钢筋环592，该钢筋环的内径与下固定盘57的中心圆孔外径相同，底兜59的底部外缘设小钢筋环Ⅰ593，该小钢筋环Ⅰ内直径与之相接触的橡胶气囊4圆台形部分外径相同，底部中心附近设小钢筋环Ⅱ594，该小钢筋环Ⅱ的内直径比中心钢杆41的外径大1cm～2cm，并由多股钢丝将钢筋环592、小钢筋环Ⅰ593、小钢筋环Ⅱ594从上而下交叉缠绕编织成上大下小圆台形的钢丝网591结构。 [0038] 所述的分段施工桥墩3的现浇混凝土和该段储水腔42，首段桥墩的现浇混凝土和该段储水腔42施工制作时，桥墩钢筋31上端焊接一对竖向型钢52，该一对竖向型钢以桥墩截面中心、即桥墩轴心线形成对称并焊接在桥墩钢筋31上端，每根竖向型钢52的顶部均焊接螺杆，在一对竖向型钢52上安装水平型钢53，该水平型钢的两端经预留的螺栓孔分别套入一对竖向型钢52顶部的螺杆后，由固定螺帽54作可拆式安装，水平型钢53的中部设有定位孔，中心钢杆41的上端车成螺杆并设有分别位于水平型钢53上侧的上螺帽55和下侧的下螺帽53，且中心钢杆41的上端穿过水平型钢53中部的定位孔后，即可由上螺帽55和下螺帽56作可拆式定位安装。 [0039] 所述的水平型钢53两端的固定螺帽54固定水平型钢53后，再旋转中心钢杆41上端的下螺帽56以紧贴水平型钢53的下侧，再与下端支点412、下置钢板51即可共同固定橡胶气囊4在桥墩内沿轴心线的设置，防止现浇混凝土时出现橡胶气囊4的偏位或上浮。而吊出橡胶气囊4时，松开上螺帽55卸去水平型钢53即可用连接螺栓91可拆式连接吊钩9，并由该吊钩起吊取出橡胶气囊4，所述的连接螺栓91厚度不小于上螺帽55或下螺帽56厚度的两倍，用于连接中心钢杆41上端与吊钩9的下端，吊钩的上端为圆环形用于吊机起吊将橡胶气囊4放入桥墩钢筋31内或吊出桥墩钢筋外；当橡胶气囊4被起吊取出前，该下螺帽56向下旋转退出水平型钢53的下侧，以及上螺帽55也向下旋转驱动中心钢杆41带动橡胶气囊4整体上移，并使中心钢杆下端的下端支点412脱离下置钢板51上的预留凹槽。 [0040] 所述的下置钢板51预埋在承台2内，该下置钢板51为方形厚钢板，中心钢杆41的下端制成半球形的下端支点412，并由该下端支点嵌入下置钢板51上的半球形的预留凹槽内而形成定位安装。 [0041] 所述的储水腔42的上端贯穿桥墩3顶部，储水腔42的下端与承台2内埋置的排水管7连通，该排水管为PVC管，为了桥墩3美观当需要将桥面水通过桥墩中心设排水管时即采用承台内埋置排水管7，在排水管末端设置阀门，现浇混凝土养护期间阀门关闭，现浇混凝土养护结束和桥梁建成运营时，阀门开启将桥面水排入地下市政排水管道。 [0042] 所述的桥墩3顶部表面铺设储水土工布82，以及由水泵61供水并注满储水腔42的水管62，该水管上设有滴灌组件63，当水泵61启动泵水经水管62注水至储水腔42形成桥墩3内部蓄水，主要作为桥墩的现浇混凝土养护用水，待拆除桥墩模板32后的桥墩外表面包裹养护膜81，可减少养护水分蒸发，桥墩3顶部表面铺设的蓄水土工布82，可通过滴灌组件63定时定量控制养护水滴至蓄水土工布82上，从而补充储水腔42渗透桥墩3的养护用水和桥墩表面蒸发消耗水。 [0043] 同时，桥墩截面可以为方形或椭圆形或其他异形截面，橡胶气囊4可以单个或多个，橡胶气囊截面形状与桥墩截面形状可以相同或不相同，以及桥墩截面积与储水腔42截面积的最佳比例，均可按实际情况由试验效果确定。 [0044] 所述的分段施工的桥墩3的现浇混凝土和该段储水腔42，最高段桥墩混凝土和储水腔42施工制作完成后，为了提高养护水头增强养护效果，储水腔42顶部的储水管421下端的上固定盘422与预留在下段储水腔42顶部的下固定盘57用底螺栓58连接，并由多根支架钢筋311焊接在最高段桥墩钢筋31顶部与套住储水管421上部的环形钢筋焊接，共同固定储水管421；所述的储水腔42截面形状为橡胶气囊4充满气时的圆柱形外径孔洞；所述的储水腔42截面形状与桥墩3截面的形状相似。 [0045] 所述的橡胶气囊4受力计算如下：公式一、橡胶气囊受力计算 所述的橡胶气囊4的壁厚为 、计算直径为 ，充气压强为 ，现浇每段施工高度的桥墩混凝土水平向压强为 ，现浇混凝土的水平向侧压力系数为 ，取单位高度计算薄壁橡胶气囊42，受力计算公式如下： 公式二、储水腔注水时现浇混凝土受力计算 所述的每段桥墩3施工高度 ，橡胶气囊4的外壁直径为 ，储水腔42内水高度为，储水腔42内水压强为 ，注水养护时，取单位高度新浇混凝土，龄期为 天的新浇混凝土受力计算公式如下： 公式三、混凝土养护用水量计算 混凝土养护用水的估算方法较多，根据现行比较公认的混凝土养护理论，将水泥浆体中的水分分为化学结合水、凝胶水(物理结合水)和毛细孔水(游离水)。化学结合水是在水泥水化过程中，配合比中的一部分拌和水参与水化反应而形成的；凝胶水是另一部分拌和水按照固定比例吸附在水化产物表面而形成的，能够有条件参与水化，不足以补充水化用水时，混凝土产生自收缩现象；毛细孔水则是以自由水的形式储存在水泥石内部毛细孔和空气泡中。因此，混凝土养护用水量主要由混凝土中胶凝材料充分水化和克服自收缩耗用、混凝土孔隙内空气和水分迁移、外部蒸发消耗三部分组成，即 ； 1.混凝土中胶凝材料充分水化耗用水量 混凝土中胶凝材料充分水化和克服自收缩耗用水量 由水泥用量 、水泥的化 学收缩率 和单位水泥用量最大水化程度的用水量 组成，即 2.混凝土孔隙内空气和水分迁移水量 混凝土在水化反应过程中产生热量，混凝土内部高温产生向表面低温的压力梯度，将混凝土内部的毛细孔水从中排挤出来，当墩身包裹养护膜时，混凝土孔隙内水分迁移消耗量较小；当墩身不包裹养护膜时，单位体积混凝土孔隙内空气和水分迁移消耗量 由下式计算： 式中 为桥墩空腔调整系数；桥墩最高段混凝土养护时，假设任意 截面空腔外周边处的渗透水流速为 、桥墩外表面的渗透水流速为0， 为养护期内混凝土的平均渗透系数（ ），根据达西定律，得 3.外部蒸发消耗主要在桥墩3顶部储水土工布82处蒸发的水分，蒸发面积较小，忽略不计； 公式四、储水腔42最大半径 计算 桥墩截面控制计算荷载为 ，偏心距 ，桥墩钢筋31面积为 ，钢 筋重心半径为 ，钢筋惯性矩为 ，根据弹性力学原理，得 其中 得到桥墩3的现浇混凝土和桥墩钢筋31最大应力为 由此可得 公式一、公式二、公式三和公式四中的各符号定义为： ——分别为桥墩钢筋31中心至现浇混凝土外边缘的距离、橡胶气囊4的壁 厚，单位为 ； ——分别为橡胶气囊4的计算半径、橡胶气囊4的外壁半径、容许 最大储水腔42半径、桥墩3的半径，单位为 ； ——分别为每段桥墩3的施工高度、储水腔42内的储水高度、最高段 桥墩加强养护储水高度、桥墩施工段数，单位为 ； ——分别为现浇混凝土的重度、水的容重，单位为 ； ——分别为橡胶气囊4的充气压强、储水腔42内水压强，单位为 ； ——现浇混凝土的压强，单位为 ； ——现浇混凝土的侧压力系数，无量纲； ——分别为橡胶气囊4上作用的最大拉力、现浇混凝土龄期 天 所受的最大拉力、现浇混凝土龄期 天所受的最大剪力，单位为 ； ——分别为橡胶气囊4上所受的最大拉应力、现浇混凝土龄期 天开始注水时的抗拉强度、现浇混凝土龄期 天开始注水时的剪切强度，单位均为 ； ——分别为橡胶气囊4上的容许拉应力、现浇混凝土龄期 天开 始注水时的容许抗拉强度、现浇混凝土龄期 天开始注水时的容许剪切强度，单位为； ——分别为现浇混凝土的最大压应力、桥墩钢筋31的最大 拉应力、现浇混凝土的容许拉应力、桥墩钢筋31的容许拉应力或压应力，单位为 ； ——分别为由混凝土中胶凝材料充分水化和克服自收缩耗用水量 、混凝土 孔隙内水分迁移水量 、外部蒸发消耗水量 三部分组成的混凝土养护期总用水量，单位为 ； ——混凝土中胶凝材料充分水化和克服自收缩耗用水量，单位为 ； ——分别为单位体积混凝土孔隙内水分迁移水量、桥墩混凝土孔隙内水 分迁移水量，单位为 ； ——混凝土养护期内外部蒸发消耗水量，单位为 ； ——水泥用量，单位为 ； ——水泥的化学收缩率，无量纲； ——单位水泥用量最大水化程度的用水量，单位为 ； ——桥墩3外表面积，单位为 ； ——任意 截面空腔外周边处的渗透水流速，单位为 ； ——混凝土养护时间，单位为 ； ——养护期内混凝土的平均渗透系数，通过试验或类比法确定，单位为 ； ——桥墩空腔调整系数，通过试验或类比法确定， ，无量纲； ——分别为桥墩截面控制计算弯矩和压力，单位为 ； ——偏心距，即桥墩截面控制计算弯矩和压力的比值， ，无量纲； ——分别为桥墩钢筋31面积、钢筋重心半径、钢筋惯性矩 ， 单位为 ； ——受压区高度系数， ，无量纲； ——分别为钢筋与混凝土的弹性模量的比、储水腔42半径与桥墩混凝土半 径的比，无量纲； ——有关系数， ，无量纲。 [0046] 现浇高桥墩混凝土内部蓄水养护结构的实施方法，主要包括如下步骤：步骤一、橡胶气囊结构设计 ①分析桥墩截面尺寸、桥墩高度和现浇混凝土养护存在的问题，提出桥墩的现浇混凝土内部蓄水养护结构初步设计方案； ②由公式一、公式二和公式四计算橡胶气囊截面、新施工混凝土的受力和储水腔的容许最大半径，分别确定橡胶气囊4的材料技术指标和储水腔42的容许储水高度 和容许最大半径 ，确定分段施工桥墩混凝土和预留储水腔方案； ③通过试验确定最佳橡胶气囊4截面尺寸、壁厚和所用材料的技术指标； ④进行橡胶气囊4施工图设计，委托专业橡胶气囊单位制作，质量符合设计要求； ⑤由公式三计算现浇高桥墩混凝土养护用水量，安排供水源、水泵型号、水管尺寸和滴灌规格，编制施工组织设计； 步骤二、现浇首段混凝土桥墩和留置该段储水腔 ①清扫承台2表面混凝土杂物，凿毛承台表面混凝土； ②清理预埋在承台内的下置钢板51，并对下置钢板上的预留凹槽清洁除锈，均匀涂抹黄油； ③安装桥墩钢筋31，在桥墩钢筋的上端焊接一对以桥墩截面中心为对称的竖向型钢52，每根竖向型钢的顶部均焊接螺杆； ④清除中心钢杆41的下端支点412上的锈蚀物，均匀涂抹黄油，将未充气的橡胶气囊4吊进桥墩钢筋31内，并使下端支点412嵌入下置钢板51上的预留凹槽而形成定位安装，中心钢杆41的上端置于水平型钢53的定位孔内，并将下固定盘57套入橡胶气囊4顶部，下固定盘57用连接钢筋571与桥墩钢筋31上部焊接固定，橡胶气囊4充气至设计气压； ⑤下放水平型钢53，并通过水平型钢两端的固定螺帽54将水平型钢53固定在一对竖向型钢52上，利用下螺帽56和上螺帽55将定位孔内的中心钢杆41的上端进行定位安装； ⑥搭设桥墩模板32，桥墩钢筋31和橡胶气囊4安装完成并检验合格后，安装桥墩模板32，检验合格后用泵车浇筑水泥混凝土； ⑦待混凝土终凝后，通过气门43排出橡胶气囊4中的气体，先将下螺帽56往下旋转一定的高度退出水平型钢53的下侧，再将上螺帽55也往下旋转，使橡胶气囊4整体缓慢上移，以使中心钢杆41的下端支点412从下置钢板51上的预留凹槽中脱离； ⑧在混凝土强度能保证其表面不发生塌陷或裂缝现象时,将中心钢杆41上端与吊钩9下端用连接螺栓91进行连接，并通过吊钩将放气后的橡胶气囊4吊出而使储水腔42在桥墩3内沿轴心线留置完成； 步骤三、首段混凝土桥墩储水腔注水养护混凝土 ①在混凝土抗压强度达到2.5MPa,且能保证其表面及棱角不致因拆模而受损坏时，拆除桥墩模板32后的桥墩3外表面包裹养护膜81减少养护水分蒸发； ②启动水泵61泵水，并经水管62注水至储水腔42而形成桥墩3内部蓄水，并作为现浇混凝土桥墩的养护用水； ③桥墩顶部表面铺设蓄水土工布82，滴灌定时定量控制养护水滴至蓄水土工布上，用于补充储水腔42渗透桥墩的养护用水和桥墩外表面的蒸发消耗水； ④按规定时间养护混凝土，并检测合格； 步骤四、除最高外的其余段现浇混凝土桥墩和储水腔注水养护混凝土 ①安装桥墩钢筋31，在桥墩钢筋的上端焊接一对以桥墩截面中心为对称的竖向型钢52，每根竖向型钢的顶部均焊接螺杆； ②在首段桥段混凝土顶部预埋的下固定盘57内放入底兜59，起吊橡胶气囊4，将橡胶气囊底部插入底兜59中； ③将另一个下固定盘57套入橡胶气囊4顶部，下固定盘57用连接钢筋571与桥墩钢筋31上部焊接固定； ④按“步骤二、现浇首段混凝土桥墩和留置该段储水腔”的⑤至“步骤三、首段混凝土桥墩储水腔注水养护混凝土”的④作业； 步骤五、最高段现浇混凝土桥墩和储水腔注水养护混凝土 ①安装桥墩钢筋31，在桥墩钢筋的上端焊接一对以桥墩截面中心为对称的竖向型钢52，每根竖向型钢的顶部均焊接螺杆； ②在首段桥段混凝土顶部预埋的下固定盘57内放入底兜59，起吊橡胶气囊4，将橡胶气囊底部插入底兜59中； ③将另一个下固定盘57套入橡胶气囊4顶部，下固定盘57用连接钢筋571与桥墩钢筋31上部焊接固定； ④按“步骤二、现浇首段混凝土桥墩和留置该段储水腔”的⑤至“⑧作业； ⑤在混凝土抗压强度达到2.5MPa,且能保证其表面及棱角不致因拆模而受损坏时，拆除桥墩模板32后的桥墩外表面包裹养护膜81减少养护水分蒸发； ⑥将储水管421下端的上固定盘422与预留在下段储水腔顶部的下固定盘57用底螺栓58连接，多根支架钢筋311焊接在最高段桥墩钢筋31顶部与套住储水管421上部的环形钢筋焊接，共同固定储水管421； ⑦启动水泵61泵水，并经水管62注水至储水腔42而形成桥墩内部蓄水，并作为现浇混凝土桥墩的养护用水； ⑧桥墩顶部表面铺设蓄水土工布82，滴灌定时定量控制养护水滴至蓄水土工布上，用于补充储水腔渗透桥墩的养护用水和桥墩外表面的蒸发消耗水； ⑨按规定时间养护混凝土，并检测合格。 |
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