桥梁墩台与基础

—1—桥梁墩台与基础—2—1.桥墩的分类及组成有哪些？答：组成：墩台帽、墩台身和基础三部分。分类：重力式墩台、轻型墩台2.简述扩大基础力学检算的主要项目？答：主要检算项目有：基底应力检算、基底偏心检算、基底倾覆、滑动稳定性检算3.纵横向预偏心桥墩各适用什么情况？为什么？答：1）横向：适用于曲线桥；为了适应曲线的线路，各孔梁常布置成折线，这就使相邻两孔梁之间的缝隙内窄外宽，梁的端部和桥墩横向中心线不平行，平面上梁端支座斜交放在支承垫石上；2）纵向：适用于不等跨桥；为了减少桥墩在荷载作用下的偏心力矩，通常将大跨梁的支座中心布置在离桥墩中心线较近的地方，使桥墩中心线与梁缝中心线错开一定的纵向距离形成纵向偏心。4.桥梁墩台的作用：承受上部结构的荷载，并且通过基础将此荷载及其本身的重量传到地基上5.确定基础方案主要的取决因素：工程性质、水文地质条件、荷载特性、桥梁结构形式及使用要求、材料的供应和施工技术6.方案选择的原则：力争做到使用上安全可靠，施工技术上简便可行，经济上合理。7.重力式桥墩的主要特点：依靠自身巨大的重量和材料的受压性能来抵抗外荷载，维持自身的稳定，自身截面积较大；具有坚固耐久、抗震性能好，对于偶然荷载有较强的抵抗能力，施工简便，养护工作量小的优点，适用于地基良好的大中型桥梁或流水、漂浮物较多的河流中。8.梁桥重力式墩截面形式：答：1）矩形墩：截面是矩形，外形简单，施工方便，圬工数量较省，但对水流阻力甚大，引起局部冲刷较大。一般用于无水或者静水中，或用于高桥墩最高水位以上部分。2）圆端形墩：截面是矩形两端各接一个半圆。施工稍复杂，但比较适合水流通过，可减少局部冲刷。用于水流与桥轴法线小于15°的情况，是铁路跨河桥中最广泛使用的一种形式。3）圆形墩：截面为圆形，流水特性较前两种形式好。用于桥轴法线与水流大于15°或者流向不定的河流中，由于截面为圆形，各方向具有相同的抵抗矩。在用于纵横向受力差异较大的桥墩上时，浪费圬工。4）尖端形桥墩：外形简单，适用于水流斜交角小于5°及河床不允许有严重冲刷的小跨度桥梁，在有流水的河流中，桥墩的尖端能起破冰的作用。9.拱桥重力式桥墩：普通墩、单向推力墩10.轻型桥墩的分类：空心墩、板式墩、桩柱式墩、双柱式墩、柔性墩11.柔性墩的特性：柔性墩是改变桥梁的受力体系，使墩台由单独承受某种荷载变为与其他—3—墩台和梁共同承受荷载，以达到轻型化的目的。特点是将若干个成为柔性墩的小截面桥梁。12.国内建成的铁路柔性墩的形式：刚架式、排架式、板式、上柔下刚墩13.桥台类型：重力式桥台（矩形桥台与U形桥台、T形桥台、埋式桥台、耳墙式桥台）、轻型桥台：梁桥轻型桥台（桩柱式、锚定板式）、拱桥轻型桥墩（八字形桥台、u形桥台组合式桥台、空腹式桥台、齿槛式桥台）14.基础：浅置基础（刚性扩大基础或明挖基础）、深置基础（桩及大型管柱基础、沉井及沉箱基础、组合基础）；浅置基础：直接在墩台下开挖基坑修建而成的实体基础，适合于在岸上或水流冲刷影响不大的浅水处，且浅表地基承载力合适的底层。15.襟边：作用：扩大基地面程调整施工误差，立模需要值20~50cm。16.明挖扩大基础的特点：稳定性好，施工简便，取材简便，能承受较大荷载；自重大，在持力层为软弱土时，由于基础面积不能无限扩大，需要对地基进行处理或加固后才能采用。所以对于荷载较大、上部结构对沉降变形较为敏感、持力层土质较差且较厚的情况，不宜采用明挖扩大基础。17.桩基础按承台位置分类：高桩承台桩基础和低桩承台桩基础；按施工方法分类：就地灌注桩和沉入桩；按传力方式分类：柱桩和摩擦桩18．高桩承台优缺点：高桩承台由于承台位置较高或设在施工水位以上，可减少墩台的圬工数量，避免或减少水下作业，施工较为方便；然而由于承台和基桩外露部分无侧边土层来共同承受水平外力，对基桩受力较为不利，桩身内力和位移都将大于在同样水平力作用下的低桩承台，稳定性较低桩承台差。19.沉井基础：就是用一个事先修筑好的混凝土井筒，一边挖土，一边靠它的自重不断下沉直至设计标高。优点：埋置深度可以很大，整体性强，稳定性好，能承受较大的垂直荷载和水平荷载，沉井既是基础又是施工时挡土围水的结构物，施工工艺也不复杂；缺点：工期长，对细砂及粉砂类土在井内抽水易发生流砂现象，造成沉井倾倒，沉井下沉过程中遇到大孤石、树干或井底岩层便面倾斜过大，均会给施工带来一定困难。20.墩台设计的内容：1）合理选择桥墩类型和截面形状；2）确定建筑材料及圬工规格；3）确定桥墩各部分详细尺寸。21.桥墩类型和截面形状的选择取决因素：水流的流向与流速；河流中有无流冰、流木、船舶或者其他漂流物对桥墩的撞击、磨损；地基的承载能力；是否为地震以及地震烈度等；此外还与砂石材料、电力及工程用水供应情况等施工条件有关。22.桥墩设计资料：地形地质资料、水文气象资料、建筑材料供应情况、线路和桥垮设计资料、其他资料23.顶帽：飞檐式和托盘式；作用：安放梁的支座，将桥跨传来的集中压力均匀地分散给墩身，另外顶帽还要有一定宽度以满足架梁施工和养护维修的需要；因此规范规定：1）顶帽应采用不低于C30的混凝土，厚度不小于0.4m；2）要求设—4—置两层钢筋网；对于单线、等跨、跨度不大于16m的钢筋混凝土梁的实体墩顶帽，有下列情况时可不设置顶帽钢筋：a.无支座时；b.当地气象条件不会使顶帽受到冻害影响，且顶帽与墩身为整体灌注，顶帽不带托盘，厚度等于或大于0.6m时；c.顶帽顶面要设置不小于3%的排水坡，并设有突出墩身0.1~0.2m的飞檐；d.施工时不允许在托盘缩劲处留施工缝；e.要求预留锚栓孔位，架梁时再埋入支座锚栓并固定之24.顶帽尺寸的拟定：1)顶帽厚度：有制作的顶帽厚度都采用0.5m；无支座的采用0.4m2）顶帽平面尺寸：支座底板的尺寸及位置是决定顶帽平面尺寸的主要依据顶帽纵向宽度c≥c0+2c1+c2+2c3+2c4（L≤16m时，c0=60mm；L≥20m时，c0=100mm）；矩形顶帽的横向尺寸B≥c5+2c+2c3+24c25．对于分片式钢筋混凝土梁及预应力混凝土梁分片架立时，考虑到第一片梁横向移梁的需要及保证施工、养护人员的安全作业，顶帽横向宽度一般采用下列数值：跨度L≤8m时不小于4m；跨度8m＜L＜20m不小于5m；跨度L≥20m时不小于6m26.非对称式桥墩顶帽：曲线桥桥墩顶帽、不等跨桥墩顶帽27．桥墩力学检算的主要内容：墩身合力偏心距检算、墩身截面应力检算、墩身受压稳定性检算、墩身水平位移检算28．检算中常用的活载图式有：1）单孔重载：仅在一孔梁上布满活载，并使5个集中荷载位于所要检算的桥墩一侧，这种加载方式能对桥墩产生最大的竖向偏心压力和较大的纵向水平力；2）单孔轻载：仅在一孔梁上满布活载，但集中荷载位于梁的另一端，竖向偏心压力比单孔重载小，纵向水平与单孔重载相同；3）双孔重载：在与检算桥墩相邻的两孔梁上都布置活载，使桥墩上两个支座反力之和达最大值；3）双孔空车活载：两孔上满布空车的活载，按10KN/m计，它对实体墩检算不控制。29．简支梁通过各类支座传给桥墩的制动力规定：1）通过固定支座为全孔的100%；2）通过滑动支座为全孔的50%；3)通过滚动支座为全孔的25%30．梁上制动力作用在轨顶以上2m，计算桥墩时，规定：可将桥跨上的制动力移至支座铰中心处，并不计因移动力的作用点而产生的对支座的竖向力或力矩。31.桥墩计算的几种常见荷载组合：1）主力组合；2）主力加附加力的组合；3）主力加特殊荷载的组合32：荷载组合的有关规定：1）横向附加力不与纵向附加力同时计算；2）流水压力不与冰压力组合，两者也不与制动力或牵引力组合；3）短跨桥梁常用特种活载，其制动力或牵引力能通过轨道传递至桥头路基，故可不计制动力或牵引力；4）曲线上桥墩，当制动力与离心力同时计算时，由于二者不能同时达到最大值，故规范规定制动力按列车竖向静活载重量的7%计算。33．应力重分布：由于混凝土及石砌圬工的抗拉强度很低，当截面出现拉应力时，则假定圬工不能承受而开裂部分的圬工退出工作，截面应力将重新分布（称为应力重分布现象）。—5—一般应力重分布后受压区的面积将缩小，压力值将增大。34.应力重分布计算的基本假定：1)截面内不存在拉应力；2）截面压应力仍按直线分布35．柔性墩的使用范围：柔性墩桥应因地制宜地采用，对山坡有落石的傍山谷架桥以及在通航的河流上或在有泥石流、流水、漂流物及对混凝土有侵蚀的河流上，不宜采用柔性墩桥。另外，柔性墩桥的温度联不宜大于132m，全柔的柔性墩高度或上柔下刚柔性墩的柔性部分高度不宜大于24m；上柔下刚柔性墩总高度不宜大于40m。当柔性墩桥用于曲线上时，Ⅰ、Ⅱ级铁路的曲线半径不得小于500m。36．柔性墩的检算项目：强度检算、抗裂性检算、墩顶水平位移检算、稳定性检算、施工时的检算、柔性墩桥的刚性墩台、柔性墩的纵横向自振频率检算37.空心墩的构造特点：1）为了满足就地灌注的施工要求，空心墩的最小壁厚为：钢筋混凝土不宜小于30cm，混凝土不小于50cm；2）空心墩的立面形式为不等壁厚的斜坡式较为适应墩身沿墩高逐渐增大的受力情况；3）为了满足空心墩整体和局部受压稳定，早期修建的设有横隔板，其对滑模施工的连续作业极为不利，所以取消了横隔板；4)空心墩顶帽下及基顶上的受力比较复杂，宜设置实体过渡段，实体段与空心墩身以及空心墩身与基础的联结处，均应增设补充钢筋或设置牛腿；5）为了减少墩身内外的温差，以降低墩壁中的温度应力，离地面5m以上部分应在墩身周围设置适量的通风口，其直径不宜小于0.2m，并应有安全防护设施；6）墩身底部实体段或基础顶面设置排水坡，并在墩底处壁内内设排水孔；7）为了检查墩壁内部情况，空心墩顶部设置带门的进入孔一个，洞门尺寸1.3m×0.6m，并可设置固定或活动的检查设备。38.空心墩的验算内容：1）应力验算；2）墩身强度和整体稳定验算；3）温度应力及空心墩与顶帽及基础连接处由于边界干扰而产生的局部应力；4）顶帽的计算；5）墩身的自振周期验算39.空心墩温度应力计算时可作如下基本假定：1）太阳辐射温差在向阳面按余弦曲线分布，气温四周基本一致；2）温度作用下结构变形服从平截面假定；3）应力与应变成正比；4）静定结构内约束温度应力在同一截面满足静力平衡条件，截面应力自相平衡。40.等效力法：基本原理仍以静力平衡原理为基础，思路是：当温度变化时，先假定截面完全约束其变形，从而产生完全约束应力，然后释放假想的完全约束，根据力的平衡原理相当于作用一个大小相等而方向相反的力来平衡，使截面变形服从平截面假定，而桥墩则产生实际的弯曲变形，这两个力所产生的应力叠加即为所求截面之内约束温度应力。41.空心墩墩顶位移包括三项：1）由于外力（离心力、制动力、风力、偏心作用的竖直力等）引起的水平位移△w；2）日照作用下，由于向阳面与被洋面温差引起的位移△z；3）由于地基不均匀变形产生的墩项位移△d—6—42.桥台种类及组成：种类：重力式桥台、锚定板桥台、轻型桥台、T形桥台；组成：主体由台顶、台身和基础三部分组成，此外尚有锥体填土、锥体护坡和检查台阶等附属建筑物。台顶：顶帽底面线以上部分为台顶；T形桥台台顶组成：顶帽、道喳槽和承托道喳槽的台顶圬工43.道砟槽：用来铺放道砟、承托轨枕、钢轨等线路设备。道砟槽的两侧及前端有挡土墙，以防止道砟向外坍落。道砟槽宽度应使道砟坡角落于挡墙内侧，为此要求道砟槽顶部外侧间的宽度不小于3.9m。桥台的两侧挡砟墙顶要低于轨底不小于0.2m，以便于抽换道砟槽内的轨枕。道砟槽前端直立的挡砟墙又叫胸墙，胸墙中心是桥台定位的控制点，胸墙线的平面投影就是桥台的横向定位线。44.桥台长度的确定：桥台长度是指胸墙前缘到台尾的长度，也是道砟槽的长度，它是根据填土高度和规范规定来决定。45.非埋入式桥台其锥体坡脚一般不超出桥台前缘。其长度的拟定步骤：1）在设计图上将桥台前缘与铺砌面或一般冲刷线的交点当成坡脚点，然后将路肩至铺砌面的高度作为填土高度H；2）为了保证锥体填土的稳定，锥体坡面与桥台侧面相交线的坡度应符合：路肩以下6m高度内不得陡于1:1;6