第五章桥梁墩台

第五章桥梁墩台第一节桥梁墩台一、概述二、梁桥桥墩的类型与构造三、梁桥桥台的类型与构造四、梁桥桥墩台的设计与计算一、概述1、墩台的作用与要求2、墩台的组成3、墩台的施工桥墩、桥台为桥梁的下部结构，是桥梁的重要组成部分之一。桥梁墩台的主要作用是承受上部结构传来的荷载,并将它及本身自重传给地基。桥墩支承相邻的两孔桥跨，居于桥梁的中间部位。桥台居于全桥的两端，它的前端支承桥跨,后端与路基衔接，起着支挡台后路基填土并把桥跨与路基连接起来的作用。1、墩台的作用与要求桥梁墩台除承受上部结构的作用力外，桥墩还受到风力、流水压力及可能发生的冰压力、船只和漂流物的撞击力，桥台还需承受台背填土及填土上车辆荷载产生的附加侧压力。因此，桥梁墩台不仅本身应具有足够的强度、刚度和稳定性，而且对地基的承载能力`沉降量、地基与基础之间的摩阻力等也都提出一定的要求。2、墩台的组成桥梁墩(台)主要由墩(台)帽、墩(台)身和基础三部分组成(图9．1)。组成墩台帽墩台身基础二、梁桥桥墩的类型与构造1、实体式桥墩2、空心式桥墩3、桩柱式桥墩4、柔性桥墩5、薄壁桥墩6、框架式桥墩7、立交桥的桥墩布置于构造特点8、高桥墩1、实体式桥墩（1）矩形墩（2）圆端形桥墩（3）圆形桥墩实体桥墩由一个实体结构组成，按其截面尺寸及重量的不同又可分为实体重力式桥墩和实体轻型桥墩。实体重力式桥墩是一实体圬工墩，主要靠自身的重量（包括桥跨结构重力）平衡外力，从而保证桥墩的强度和稳定。此种桥墩自身刚度大，具有较强的防撞能力，但同时存在阻水面积大的缺陷，比较适合于修建在地基承载力较高、覆盖层较薄、基岩埋深较浅的地基上。它的外形简单，施工方便、圬工数量较省。但对水流的阻力很大，引起局部冲刷较大。一般用于无水或静水处。在水流影响小或不通航河流上的桥墩，或靠近河岸的桥墩、也可采用这种形式。(l)矩形墩(2)圆端形墩它的截面是矩形两端各接一个半圆，施工稍麻烦，但较适合水流通过，可减少局部冲刷。一般用于水流斜交角小于15°的桥梁,是水中桥墩使用最广泛的一种形式。其截面为圆形，圬工较多，且施工较麻烦,但其流水特性较前两种形式好。一般用于河流急弯、流向不固定或与水流斜交角大于15°的桥梁。(3)圆形墩实体桥墩由一个实体结构组成，按其截面尺寸及重量的不同又可分为实体重力式桥墩和实体轻型桥墩。实体重力式桥墩是一实体圬工墩，主要靠自身的重量（包括桥跨结构重力）平衡外力，从而保证桥墩的强度和稳定。此种桥墩自身刚度大，具有较强的防撞能力，但同时存在阻水面积大的缺陷，比较适合于修建在地基承载力较高、覆盖层较薄、基岩埋深较浅的地基上（1）薄壁墩的特点（2）薄壁墩的分类（3）薄壁墩的构造5.薄壁桥墩（1）薄壁墩的特点载力较弱的地区。薄壁墩的高度一般不大于7m，由于墩身受压受弯，因此要配有适量的受力钢筋和构造钢筋。薄壁墩与排架桩墩比较，圬工用量多，但对漂流物及流冰的抵抗能力要强。（2）薄壁墩的分类板壁形（一字形）工字形箱形双薄壁墩钢筋混凝土薄壁墩截面形式有（3）薄壁墩的构造双薄壁墩是在墩位上有两个相互平行的墩壁主梁刚结(或铰结)的桥墩。钢筋混凝土双薄壁墩可增加桥梁刚度，减少主梁支点负弯矩，增加桥梁美观。图7-24为虎门大桥辅航道桥，是150m+270m+150m三跨连续一刚构桥两个江中墩采用双薄壁墩。墩高约30m，箱形截面,箱壁与梁内横隔板联为一体，见图7-25。图7-25虎门大桥辅航道桥(尺寸单位:m)(2)双薄壁墩图7-23板壁型薄壁墩构造。实体轻型桥墩可用混凝土、浆砌块石或钢筋混凝土材料做成，此结构显著减少了圬工体积，但其抗冲冲击力较差，不宜用在流速大并夹有大量泥沙的河流或可能有船舶、冰、漂流物撞击的河流中，一般用于中小跨径桥梁上墩帽是直接支承桥跨结构，应力较集中，因此对大跨径的重力式桥墩墩帽厚度一般不小于0.4m，中小跨梁桥也不应小于0.3m，并设有50～100mm的檐口。2、空心式桥墩空心桥墩有两种形式：一种为部分镂空实体桥墩，另一种为薄壁空心桥墩。在一些高大的桥墩中、为了减少污工体积，节约材料，减轻自重，减少软弱地基的负荷，也可将墩身内部做成空腔体、即所谓空心桥墩。这种桥墩在外形上与实体重力式桥墩并无大的差别，只是自重较实体重力式的轻，因此，它介于重力式桥墩和轻型桥墩之间。3、桩（柱）式桥墩柱式桥墩是目前公路桥梁中广泛采用的桥墩型式。它具有线条简捷、明快、美观，既节省材料数量又施工方便的特点，特别适用于桥梁宽度较大的城市桥梁和立交桥。柱式桥墩一般可分为独柱、双柱和多柱等形式，它可以根据桥宽的需要以及地物地貌条件任意组合。柱式桥墩由承台、柱式墩身和盖梁组成，对于上部结构为大悬臂箱形截面，墩身可以直接与梁相接。4.桩(柱)式墩（1）桩(柱)式墩的特点（2）桩(柱)式墩的分类（3）桩(柱)式墩的构造柱式桥墩是目前公路桥梁中广泛采用的桥墩型式。它具有线条简捷、明快、美观，既节省材料数量又施工方便的特点，特别适用于桥梁宽度较大的城市桥梁和立交桥。（1）桩(柱)式墩的特点柱式桥墩的墩身沿桥横向常由1~4根立柱组成，柱身为0.6~1.5m的大直径圆柱或方形、六角形等其它形式，使墩身具有较大的强度和刚度。当墩身高度大于6~7m时，可设横系梁加强柱身横向联系。（3）桩(柱)式墩的构造柱式桥墩一般可分为独柱、双柱和多柱等形式，它可以根据桥宽的需要以及地物地貌条件任意组合。柱式桥墩由承台、柱式墩身和盖梁组成，对于上部结构为大悬臂箱形截面，墩身可以直接与梁相接。（2）桩(柱)式墩的分类1）单柱式墩2）双柱式墩3）多柱式墩4）哑铃式墩5）混合双柱式墩桩式桥墩是将钻孔桩基础向上延伸作为桥墩的墩身，在桩顶浇注盖梁。桩式墩在墩位的横向可以是一根、两根或数根桩。在一个墩台纵向设置一排桩时，称为单排桩墩。如设置两排时称为双排桩。排架桩墩采用钢筋混凝土结构，盖梁截面可用矩形或T形，等截面或变截面。单排桩墩一般适用于墩高不超过4~5m的中小跨梁桥。双排桩墩的承载能力和稳定性都较强，但墩身高度不宜大于10m。排架桩墩材料用量经济，施工简单，适合在平原地区建桥使用，一般跨度不大于13m。有漂流物和流速过大的河道，桩墩容易受到冲击和磨损，不宜采用。4.桩(柱)式墩（1）排架桩墩柔性排架桩墩是由单排或双排的钢筋混凝土桩与钢筋混凝土盖梁连接而成。其主要特点是，可以通过一些构造措施，将上部结构传来的水平力（制动力、温度影响力等）传递到全桥的各个柔性墩台，或相邻的刚性墩台上，以减少单个柔性墩所受到的水平力，从而达到减小桩墩截面的目的4、柔性桥墩3.柔性墩为充分发挥桥墩的承载(受压)能力，可让各墩(台)具有不同的抗剪刚度，并用梁使其连接在一起。对多跨桥，可在其两端设置刚性较大的桥台，中间各墩均采用柔性墩，其顺桥方向的墩身尺寸很小)；同时，全桥除在一个中墩上设置活动支座外，其余墩台均采用固定支座。传统的简支梁一端设置固定支座，另一端为活动支座。在顺桥方向，桥梁墩台之间的水平联系被完全隔断，各桥墩单独承担梁上传来的制动力或牵引力。为抵抗强大的水平力作用，桥墩截面不得不做得较大，形成“胖柱’’。理论分析和实验表明:作用在桥梁上的水平力将按各墩台的抗剪刚度进行分配；因此，作用在每个柔性墩上的水平力极小,绝大部分水平力由桥台承担。这样，桥墩就可以采用柔性的单排桩墩、柱式墩或其它薄壁式桥墩，达到节省材料、使桥墩轻型化的目的。由于柔性墩在布置上，只设一个活动支座。当桥梁孔数较多且桥较长时，柔性墩固定支座的墩顶位移量过大而处于不利状态,活动支座的活动量要求也要大，刚性桥台的支座所受的水平力也大。因此，多跨长桥采用柔性墩时宜分成若干联。两个活动支座之间或刚性台与第一个活动支座间称为一联，见图7-21。每联设置一个刚性墩(台)，刚性墩宜布置在地基较好和地形较高的地方。一联长度的划分视地形构造和受力情况确定。框架式桥墩采用钢筋混凝土或预应力混凝土等压挠和挠曲构件组成平面框架代替墩身，支承上部结构，必要时可做成双层或多层的框架5、框架式桥墩三、桥墩防撞流冰对桥墩的危害主要表现在大面积流冰对桥墩的撞击力和大面积流冰堆积现象以及流冰对桥墩的磨损。对此，在中等以上流冰河道（冰厚大于0.5m，流水速度1m/s左右）及有大量漂流物的河道，应在迎水方向设置破冰棱体航运繁忙的河道，船只往往因突发原因引起航行失控，或是因能见度低造成船舶与桥墩相撞。桥墩在设计中不但要有一定抵抗船舶冲击荷载的能力，还要考虑采用缓冲装置和保护系统，预防或改变船只冲击荷载的方向或减少对桥墩的冲击荷载，不使其破坏三、梁桥桥台的类型与构造1.重力式桥台2.轻型桥台3.框架式桥台4.组合式桥台（l）T形桥台1.重力式桥台（2）矩形桥台（3）U形桥台（4）埋式桥台（5）耳墙式桥台重力式桥台也称实体式桥台，它主要靠自重来平衡台后的土压力。桥台台身多用石砌、片石混凝土或混凝土等圬工材料建造，并采用就地建造施工方法，适合于砂石料来源丰宫的桥梁工点选用。（l）T形桥台主要用于铁路桥，工程量较小，使用广泛,尤其适用于较大的桥跨和较高的路堤。（2）矩形桥台它的形状简单，施工方便，但工程量大，目前已较少采用。当填土不高、桥跨较小且桥面不宽时可考虑采用。它的形状简单，施工方便，但工程量大，目前已较少采用。当填土不高、桥跨较小且桥面不宽时可考虑采用。（3）U形桥台（4）埋式桥台当填土较高时，为减少桥台长度节省圬工，可将桥台前缘后退，使桥台埋入锥体填土中而成的一种桥台形式。（5）耳墙式桥台在台尾上部用两片钢筋混凝土耳墙代替实体台身并与路堤连接,借以节省圬工。这种桥台也可设计成埋人式。按结构形式，桥台还可分为带翼墙和不带翼墙两大类。翼墙位于桥台两侧,多采用八字形和一字形，见图7-30。翼墙的作用是：挡住桥台两侧的路基填土，保证桥头路基稳定，并引导水流顺畅地进入桥孔。带翼墙的桥台主要用于公路桥梁。重力式桥台一般由台帽、台身(前墙、胸墙和后墙)及基础等组成，图7-29所示。台帽支承桥跨，设有支承垫石和排水坡，它一般用钢筋混凝土做成；台身承托着台帽，并支挡路堤填土。它一般用石材或片石混凝土做成。此外，桥台上部应伸入路堤一定深度，以保证桥台和路堤的可靠连接。在路堤前端的填土应按一定坡度做成锥形，称锥体填土。桥台的主要尺寸有桥台全长、填土高度、埋置深度及台身平面尺寸等。台帽的主要尺寸要求与桥墩类似。2.轻型桥台(l)薄壁轻型桥台(2)支撑梁轻型桥台轻型桥台的形式很多，其主要特点是利用结构本身的抗弯能力来减少圬工体积而使桥台轻型化。轻型桥台所用材料大多以钢筋混凝土或少量配筋的混凝土为主。轻型桥台主要用于公路桥梁。薄壁轻型桥台常用的形式有悬臂式、扶壁式、撑墙式及箱式等，见图7-3。在一般情况下，悬臂式桥台的混凝土数量和用钢量较高，撑墙式与箱式的模板用量较高。薄壁轻型桥台的优点与薄壁墩类同，可依据桥台高度，地基强度和土质等因素选定。(l)薄壁轻型桥台单跨或孔跨不多的小跨径桥，在条件许可的清况下，可在轻型桥台之间或台与墩间，设置3~5根支撑梁。支撑梁设在冲刷线或河床铺砌线以下。梁与桥台设置锚固栓钉、使上部结构与支撑梁共同支撑桥台承受台后土压力。此时桥台与支撑梁及上部结构形成四铰框架来受力。轻型桥台可采用八字式和一字式翼墙挡土，如地形许可，也可做成耳墙，形成埋置式轻型桥台并设置溜坡。(2)支撑梁轻型桥台3.框架式桥台框架式桥台是一种在横桥向呈框架式结构的桩基础轻型桥台，它所受的土压力较小，适用于地基承载力较低、台身较高、跨径较大的梁桥。其构造形式有双柱式、多柱式、墙式半重力式和双排架式、板凳式等。框架式桥台是一种在横桥向呈框架式结构的桩基础轻型桥台，它所受的土压力较小，适用于地基承载力较低、台身较高、跨径较大的梁桥。其构造形式有双柱式、多柱式、墙式半重力式和双排架式、板凳式等。双柱式桥台见图7-32，一般用于填土高度小于5m的情况。当桥较宽时，可采用多柱式。为了减少桥台水平位移，也可先填土后钻孔。当填土高度大于5m时，可采用墙式，见图7-33。墙厚一般为0.4~0.8m，设少量钢筋。3.框架式桥台台帽可做成悬臂式或简支式，需要配置受力钢筋。当柱式桥台采用钻孔桩基础并