第九章--墩台的构造

新世纪高职高专道路桥梁工程类课程规划类教材新世纪高职高专教材编审委员会组编主编彭彦彬第九章墩台的构造主要讲述桥梁墩台的主要类型及适用条件；桥梁墩台的构造及其尺寸拟订。通过本章的学习对桥梁墩台有一个较全面的了解。桥梁墩、台是桥梁的重要组成部分，称为桥梁的下部结构，它主要由墩(台)帽、墩(台)身和基础三部分组成。前言图9-1梁桥重力式墩台双薄壁矩形空心墩前言铁路桥梁圆形重力式墩前言武汉长江大桥实体重力式墩前言花瓶式实体墩前言圆端形实体墩前言双柱式桥墩实心矩形墩前言双柱式、三柱式桥墩前言实体重力式桥墩前言V型桥墩前言X形和V形桥墩前言重力式桥台前言重力式桥台前言重力式U型桥台前言轻型桥台前言肋板埋置式桥台前言肋板埋置式桥台前言桥梁墩、台的主要作用是承受上部结构传来的作用（荷载），并通过基础又将作用及本身自重传递给地基。桥墩：一般系指多跨桥梁的中间支承结构物，它除承受上部结构的作用外，还要承受流水压力，水面以上的风力以及可能出现的冰压力、船只、排筏或漂浮物的撞击力等。桥台：是设置在桥的两端，除了支承桥跨结构外，它又是衔接两岸接线路堤的构造物，它既要挡土护岸，又要承受台背填土及填土上车辆荷载所产生的附加土侧压力。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了一定的要求，以避免在这些荷载作用下有过大的水平位移，转动或者沉降发生，这一点对超静定结构桥梁尤为重要。前言第一节公路桥涵墩台的构造一、桥墩的类型和构造（一）梁桥桥墩桥墩类型：（1）按其受力特点分：重力式桥墩和轻型桥墩两种；（2）按其构造分：实体桥墩、空心桥墩、柱式墩、柔性排架桩墩和框架墩等五种类型；（3）按墩身横截面形状分：矩形、圆形、圆端形、尖端形和各种空心墩，如图9-3所示。（4）墩身侧面可做成垂直的，亦可做成斜坡式或台阶式（图9-4）。一、桥墩的类型和构造图9-3桥墩截面形式a）实心墩b）空心墩图9-4桥墩侧面的变化a）斜坡式墩身b）垂直墩身1．重力式桥墩重力式桥墩的主要特点：是靠自身重量来平衡外力、保持其稳定。优点：墩身比较厚实，可不用钢筋，而用天然石材或片石混凝土砌筑。它适用于荷载较大的大、中型桥梁或流冰、漂浮物较多的河流中。在砂石料取材方便的地区，小桥也往往采用它。缺点：圬工数量大、自重大，因而对地基承载力要求较高。此外，阻水面积也较大。一、桥墩的类型和构造图9-5实体重力式桥墩（1）墩帽•墩帽是桥墩顶端的传力部分，应力较集中。一般采用C25以上的混凝土或钢筋混凝土做成。•在一些桥面较宽、墩身较高的的桥梁中，为了节省墩身及基础的圬工体积，常常利用挑出的悬臂或托盘来缩短墩身横向的长度（图9-4），悬臂式或托盘式墩帽一般采用C25以上钢筋混凝土。•《公路圬工桥涵设计规范》（JTGD61—2005）规定，墩帽和台帽的厚度，对于特大、大跨径的桥梁不应小于0.5m；对于中、小跨径的桥梁不应小于0.4m。其顶面常做成10％的排水坡。墩帽的四周较墩身出檐宽度宜为0.05～0.10m，并在其上做成沟槽形滴水。一、桥墩的类型和构造墩帽的平面尺寸拟定如下：•①顺桥向的墩帽宽度b(图9-6)a双排支座b单排支座c不等高梁双排支座一、桥墩的类型和构造图9-6墩帽顺桥向尺寸图9-7c值的确定（单位：㎝）9-8单排支座墩帽尺寸图图9-9不等高梁墩帽尺寸一、桥墩的类型和构造②横桥向墩帽最小宽度Ba多片主梁(图9-10)b箱形梁(图9-11)一、桥墩的类型和构造图9-10多片主梁墩帽横桥向尺寸图9-11箱形梁墩帽横桥向尺寸(2)墩身•重力式桥墩墩身的顶宽：对小跨径桥不宜小于80㎝；对中等跨径桥不宜小于100cm；对大跨径桥的墩身顶宽，视下部构造类型而定。•侧坡：一般采用20：l～30：1，小跨径桥的桥墩也可采用直坡。•材料：墩身通常由块石、浆砌片石、混凝土或钢筋混凝土等材料建造。•截面形状：为了便于水流和漂浮物通过，墩身平面形状可以做成圆端形或尖端形；无水的岸墩或高架桥墩可以做成矩形，在水流与桥梁斜交或流向不稳定时，宜做成圆形（图9-12）。一、桥墩的类型和构造破冰棱体在有强烈流水或大量漂浮物的河道(冰厚大于0.5m，流冰速度大于1m／s)上，桥墩的迎水端应做成破冰棱体（图9-12e）一、桥墩的类型和构造图9-12墩身平面及破冰棱•材料：破冰棱可由强度较高的石料砌成，也可以用高强度等级的混凝土辅之以钢筋加固。•破冰棱的设置范围：应从最低流冰水位以下0.5m到最高流冰水位以上1.0m处，•破冰棱的倾斜度宜为3︰1～10︰1。•破冰棱与桥墩应构成一体，自基底或承台底至最高流冰水位以上1.0m处，混凝土墩台应避免设水平施工缝，当不可避免时，其结合面应用型钢或钢筋加强。空心桥墩•空心桥墩墩身最小壁厚，对于钢筋混凝土不宜小于30㎝，对于混凝土不宜小于50㎝。•墩身内应设横隔板或纵、横隔板，以加强墩壁的抗撞能力。•墩顶实体段高度不小于1.0～2.0m，以传递墩帽的压力，墩顶实体段以下应设置带门的进入洞或相应的检查设备。一、桥墩的类型和构造墩身周围应设置适当的通风孔或泄水孔，孔的直径不小于20㎝，用以调节壁内外温差和平衡水压力。一、桥墩的类型和构造图9-13空心桥墩2．轻型桥墩当地基土质条件较差时，为了减轻地基的负担，或者为了减轻墩身重量，节约圬工材料，常采用各种轻型桥墩。在梁桥中，通常采用以下几种类型：•（1）钢筋混凝土薄壁桥墩•（2）柱式桥墩•（3）柔性排架桩墩•（4）框架式桥墩：框架式桥墩是采用由构件组成的平面框架代替墩身一般用钢筋混凝土或预应力混凝土建造。为了体现建筑艺术，墩身可建成V形、Y形、x形、倒梯形等多种形式。这些桥墩在同样跨越能力情况下缩短梁的跨径、降低梁高，使结构轻巧美观，但结构构造比较复杂，施工比较麻烦。一、桥墩的类型和构造一、桥墩的类型和构造图9-14钢筋混凝土薄壁桥墩ⅠⅠⅠ-Ⅰd)c)b)a)图9-15柱式桥墩a)单柱式b)双柱式c)哑铃式d)混合双柱式一、桥墩的类型和构造盖梁钢筋混凝土桩图9-16柔性排架桩墩图9-17V形框架式桥墩c)b)a)图9-18Y形框架式桥墩（二）拱桥桥墩1．重力式桥墩（1）普通桥墩（2）单项推力墩一、桥墩的类型和构造中心线过人洞d)框架式墩顶c)立墙式墩顶b)跨越式墩顶a)立柱加盖梁式墩顶图9-19拱桥普通墩和单向推力墩（1）拱座•无支架吊装的拱桥桥墩在其顶面的边缘设置呈倾斜面的拱座，直接承受由拱圈传来的压力。由于拱座承受着较大的拱圈压力，故一般采用C20以上的整体式混凝土、混凝土预制块或MU40以上的块石砌筑。肋拱桥的拱座由于压力比较集中，故应用高标号混凝土及数层钢筋网加固；•装配式的肋拱，以及双曲拱桥的拱座，也可预留供插入拱肋的孔槽(图9-20)。就位以后再浇灌混凝土封固。为了加强肋底与拱座的连接，底部可设U形槽浇筑混凝土，混凝土标号应不低于C25。有时孔底或孔壁还应增设一些加固钢筋网。一、桥墩的类型和构造（2）拱座的位置当桥墩两侧孔径相等时，则拱座均设置在桥墩顶部的起拱线标高上，有时考虑桥面的纵坡，两侧的起拱线标高可以略有不同。当桥墩两侧的孔径不等，恒载水平推力不平衡时，将拱座设置在不同的起拱线标高上。此时，桥墩墩身可在推力小的一侧变坡或增大边坡。从外形美观上考虑，变坡点一般设在常水位以下(图9-21)。一、桥墩的类型和构造托盘拱肋预留孔槽U形槽m:1m:1n:1小孔起拱线大孔起拱线基础图9-20拱座构造图9-21拱桥墩身边坡的变化（3）墩顶以上构造•由于上承式拱桥的桥面与墩顶顶面相距有一段高度，故墩顶以上结构常采用几种不同形式。•实腹式拱桥，其墩顶以上部分通常做成与侧墙平齐的形式。•空腹式拱桥或双曲拱桥的普通墩，常采用立墙式、立柱加盖梁式或者采用跨越式(图9-19a、b）。•单向推力墩常采用立墙式和框架式(图9-19c、d）。一、桥墩的类型和构造2．轻型桥墩•（1）柱式桥墩一、桥墩的类型和构造钻孔灌注桩承台墩柱盖梁预留孔槽拱肋预留孔槽横系梁桩柱盖梁预留孔槽a)单排桩b)双排桩图9-22拱桥桩柱式桥墩（2）单向推力墩•①斜撑式单向推力墩•②悬臂式单向推力墩一、桥墩的类型和构造图9-23拱桥轻型单向推力墩a）拉杆斜撑b）拱座墩柱悬臂二、桥台的类型和构造（一）梁桥桥台梁桥桥台主要分为重力式桥台和轻型桥台两种，此外还有组合式桥台和承拉桥台。•1．重力式桥台重力式桥台的常用形式是U形桥台，它由台帽、台身和基础等三部分组成。台后的土压力主要靠自重来平衡，故桥台本身多数由石砌、片石混凝土或混凝土等圬工材料建造，并用就地浇筑的方法施工。图9-24梁桥U形桥台•U形桥台(图9-24)因其台身是由前墙和两个侧墙构成的U字形结构而得名。•优点：构造简单，可以用混凝土或片、块石砌筑，适用于填土高度在8～10m以下或跨度稍大的桥梁；•缺点：桥台体积和自重较大，也增加了对地基的要求。此外，桥台的两个侧墙之间填土容易积水，结冰后冻胀，使侧墙产生裂缝。所以宜用渗水性较好的土夯填，并做好台后排水措施。•U形桥台前墙正面多采用10：1或20：1的斜坡，侧墙与前墙结合成一体，兼有挡土墙和支撑墙的作用。侧墙正面一般是直立的，其长度视桥台高度和锥坡坡度而定。前墙的下缘一般与锥坡下缘相齐，因此，桥台越高，锥坡越坦，侧墙越长。侧墙尾端应有不小于0.75m的长度伸入路堤内，以保证与路堤有良好的衔接。台身的宽度通常与路基的宽度相同。二、桥台的类型和构造桥台前墙的任一水平截面的宽度，不宜小于该截面至墙顶高度的0.4倍。侧墙的任一水平截面的宽度，对于片石砌体不小于该截面至墙顶高度的0.4倍；对于块石、料石砌体或混凝土则不小于0.35倍。如果桥台内填料为透水性良好的砂性土或砂砾，则上述两项可分别减为0.35倍和0.3倍。前墙及侧墙的顶宽，对于片石砌体不宜小于50cm；对于块石、料石砌体和混凝土不宜小于40cm（图9-26）。二、桥台的类型和构造(0.3～0.4)HHH≥40～50cm≥40～50cm≥0.4H≥40～50cm与路基同宽侧墙前墙图9-26U形桥台尺寸2．轻型桥台常用的轻型桥台分为设有支撑梁的轻型桥台、钢筋混凝土薄壁桥台、加筋土桥台和埋置式桥台等几种类型。（1）设有支撑梁的轻型桥台按照翼墙(侧墙)的形式和布置方式，这种桥台又可分为一字形轻型桥台、八字形轻型桥台、耳墙式轻型桥台。如图9-27所示。二、桥台的类型和构造图9-27设置地下支撑梁的轻型桥台二、桥台的类型和构造（2）钢筋混凝土薄壁桥台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（图9-28a）c)b)U形桥台八字形桥台a)扶壁墙扶壁墙图9-28钢筋混凝土薄壁轻型桥台二、桥台的类型和构造（3）加筋土桥台对于台后路基填土不被冲刷的中、小跨径桥梁，台高在3～5m时，可采用加筋土桥台（图9-29a）。这类桥台一般由台帽和竖向面板、拉杆、锚定板及其间填料共同组合的台身组成。拉杆两端分别与竖向面板和锚定板连它的工作原理是，竖向面板后填料的主动土压力作用到面板上，再通过拉杆将该力传递给锚定板，而锚定板则依靠位于板前且具有一定抗剪能力的土体所产生的拉拔力来平衡拉杆拉力，使整个结构处于稳定状态。接，组成为加筋土的挡土结构。二、桥台的类型和构造台身挡土板锚定板拉杆主梁c)b)a)锚定板拉杆挡土板台身立柱主梁100cm面板台帽拉杆锚定板图9-29加筋土桥台和加筋土组合桥台二、桥台的类型和构造（4）埋置式桥台埋置式桥台是将台身埋在锥形护坡中，只露出台帽在外以安置支座及上部构造。这样，桥台所受的土压力大为减小，桥台的体积也相应减小。它适用于桥头为浅滩，台前护坡受冲刷较小，填土高度为10m以下的中等跨径桥梁中使用。按台身的结构形式，埋置式桥台可以分为后倾式(图9-30)、肋形埋置式(图9-31)、桩柱式(图9-32)和框架式(图9-33)等。二、桥台的类型和构造1:1.5≥50cm≤2.5m≤3～4m图9-30后倾式桥台(净-700+2×25)1/2立面(净-700+2×75)IⅡⅡHa1eh0332h30aH1A1A5050A+300断面Ⅱ-Ⅱ断面Ⅰ-ⅠI50