桥梁墩台与基础

第十五章桥梁墩台和基础的分类与构造第一节桥梁墩台和基础的作用桥梁的下部结构——桥墩、桥台和基础。它们的基本作用——支承桥跨结构。桥墩——支承着相邻的两孔桥跨,居于全桥的中间部位。桥台——居于全桥的两端,它的前端支承着桥跨,后端与路基衔接,支挡台后路基填土并把桥跨与路基连接起来。桥墩、桥台的结构受力分析采用下端固定的竖向悬臂杆件图式承受荷载主要：桥跨恒载,列车的重量、离心力、制动力以及作用于桥跨上和列车上的风力等。墩、台自重N2及直接作用于桥墩侧面的风力、流水压力、排筏或船舶撞击力,作用于桥台的土压力等水平荷载P2。所以就墩、台的整体来说,它属于偏心受压结构。桥墩、台组成—1.墩台顶帽桥墩、台一般由顶帽、墩台身和基础三部分组成。桥墩、台组成—1.墩台顶帽墩台顶帽有两个主要作用。1).把桥梁支座传来的相当大的较为集中的力,较分散而均匀地传给墩台身。因此要求顶帽具有一定的厚度;较高的强度建筑材料;支承垫石应强度更高的;（劈裂、锚(螺)栓松动;再加上雨水、冰雪等自然力)桥墩、台组成—1.墩台顶帽2).为施工架梁和养护维修提供必要的工作面.平面尺寸一般较墩身为大;顶帽飞檐、顶帽托盘、顶帽托梁等结构。桥墩、台组成—2.墩台身墩台身:支承桥跨的主体结构,且自身直接承受多种外力;所以应具有足够的强度、刚度和稳定性。简单的流线形截面:使流水顺畅,减少阻水作用矩形截面,便于施工:无水谷架桥或其他旱桥桥梁破冰棱和桥墩防船撞设施对于受冰压力影响的桥墩,还应考虑设置破冰棱桥墩防船撞设施破冰棱桥墩、台组成—3.锥体护坡为了加强桥台与路基的连接,桥台两侧一般设有锥体填土。台尾上部还应嵌入路基内一定长度d′;台身高度和长度d取决于桥头路基和锥体填土的高度。桥墩、台组成—3.锥体护坡和基础因锥体填土易受流水冲刷：坡面应铺砌防护;避免锥体填土侵占桥下的过水面积,通常不使锥体坡脚伸出桥台前沿。基础的作用:将墩台承受的荷载及墩台的自重安全可靠地传到地基上。第二节桥梁墩台的类型与构造桥梁墩台的类型很多,大体可分为1.重力式墩台2.轻型墩台一、重力式墩台(一)重力式墩台的特点截面尺寸较大：混凝土、砌石等圬工材料。优点：坚固耐用，施工方便，养护工作量小对抵抗船筏，漂流物的撞击，磨损以及抵抗冰压力的作用等较为有利。缺点：工程量大，自重大，使地基压力增加。墩身尺寸大，相应增加了基础的工程数量，在水中的桥墩阻水面积也大。(二)、重力式桥墩种类重力式桥墩按其墩身截面形式可分为:矩形墩、圆形墩、圆端形墩和尖端形墩四种。重力式桥墩—1).矩形桥墩1).矩形桥墩矩形桥墩对水流阻碍较大,易引起较大的墩周河床的局部冲刷。但外形简单,施工方便,圬工数量较省。一般用于无水的旱桥、栈桥和水流较小的跨谷桥。高桥墩高出设计频率水位的部分,因无水流的作用,也采用矩形截面。重力式桥墩—2).圆端形桥墩圆端形桥墩对水流阻碍较小,可减少对桥墩周围河床的局部冲刷,但施工稍为复杂。一般用于水流斜交角小于15°的水中墩,有水桥梁多用此种类型。重力式桥墩—3).圆形桥墩圆形截面在各方向都能适应水流,阻水较小,它适用于河道急弯、流向多变或水流斜交角等于或大于15°的桥梁。单线铁路直线桥梁上,当桥墩较高时,其圬工数量较圆端形为省;但对曲线上桥梁,由于它的纵横向刚度一致,其横向刚度较圆端形为弱,其圬工数量较圆端形墩为大。重力式桥墩—4).尖端形桥墩适用于水流斜交角度小于5°及河床不允许有严重冲刷的小跨度桥梁。有流水的河流,桥墩尖端还能起破冰的作用。迎水端应采取特殊的加固措施。(三)重力式桥台的种类重力式桥台按其截面形状主要有：矩形桥台、U形桥台、T形桥台、耳墙式桥台、矩形埋式及十字形埋式桥台等多种。1.矩形桥台与U形桥台矩形桥台：造形简单、整体性好,对抗震有利。但台身较高时,圬工用量大,不经济。U形桥台：减少圬工数量,中空部分用土料填实。考虑到中间填土部分易积水引起冻胀而使两翼裂损,宜选用渗水性好的土填充,并应有良好的排水设施。一般用于填土高H≤4m的小跨桥梁。2.T形桥台在铁路桥中使用较多,适用高度H为4～12m。T形桥台的纵向长度:根据锥体填土的构造要求和锥体填土的坡脚不超出桥台前缘的条件确定的。当填土较高时,台长因而加长,圬工数量增大,故有时将锥体适当伸入台前一部分。2.T形桥台为减少圬工量改造：带洞的形式,工字形。3.埋式桥台埋式桥台：部分台身埋在锥体护坡之中,对较高桥台可减少台长,故对跨谷高桥甚为有利。占据了桥孔一部分空间,对有水桥梁将缩小过水面积,应综合权衡“减小台长”与“增大孔跨”二者的利弊。矩形埋式桥台结构简单,宜于混凝土施工;十字形埋式台宽变化,节省圬工,但一般用石砌施工。可用于高度为8～20m、跨度16～32m。4.耳墙式桥台耳墙式桥台：用两片钢筋混凝土耳墙代替台尾一部分实体圬工与路堤相连。缩短实体台身长度，节省圬工。两片耳墙位于地面较高部位,其施工工艺的要求较高。如施工质量不高,在耳墙与台身连接的根部较易产生裂缝,为此也要求耳墙不宜做得太长。二、轻型墩台(一)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,常采用轻型桥墩。轻型桥墩主要有空心墩、板式墩、桩柱式墩、双柱式墩及各式柔性墩等。1.空心墩30m以上的高墩,如将实体墩身改为厚壁式空心墩身,可节省圬工20%～30%,墩身高在50m以上时可用钢筋混凝土空心墩,节省圬工可达50%。近年来滑动模板工艺的大量使用为空心墩施工创造了良好的条件。2.桩柱式桥墩桩柱式桥墩(排架式桩墩)：墩身是利用基础的桩延伸到地面的桩柱,顶帽即为连接桩的帽梁。特点：构造简单,用料少、施工快,但纵向刚度小。铁路桥只宜用在较小跨度,墩高不超过10m以内的墩上。2.双柱式桥墩双柱式桥墩：钢筋混凝土做成的刚架,其基础可为桩基或其它类型的基础。南京、九江大桥的引桥都采用了双柱式桥墩。其使用高度一般在30m以内,个别的采用多层刚架可达40m以上。3.柔性墩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它墩台和梁组成共同的受力体系,以达到轻型化的目的。将若干个称为柔性墩的小截面桥墩和一个称刚性墩(台)通过桥跨结构用固定支座连接起来，从而使每个柔性墩顶增加一个水平约束。与一般桥墩比较,柔性墩内力大大降低。柔性墩的构造可为刚架式、板壁式,亦可做成排架桩式。(二)轻型桥台铁路上已采用的轻型桥台主要有：1.桩柱式桥台；2.锚定板式桥台。(二)轻型桥台—1.桩柱式桥台桩柱式桥台的桩柱既是基础也是台身。台顶部分由帽梁、两侧耳墙及胸墙组成。它适用于地基承载力较低、填土不高的情况。(二)轻型桥台—2.锚定板桥台锚定板桥台是设置由挡墙、拉杆和锚定板组成的锚定结构来承受土压力,以达到本身轻型化的一种桥台。墙后土体的侧压力通过墙传至拉杆,拉杆的力由土体抗剪强度对锚定板所产生的抗拔力来平衡。有两种形式：1)分开式；2)整体式。(二)轻型桥台—2.锚定板桥台1)分开式：台身与锚定结构分开,土压力全部由锚定结构承受,台身仅受桥跨传来的竖向压力和水平力,相当于一个桥墩的作用。特点：受力明确,但构件较多,且施工工艺较繁,操作也不方便。2)整体式锚定板桥台的另一种形式是将台身和挡墙合为一体。特点：它的构造简单,施工方便,材料也较省,但台顶位移尚难以较精确地计算第三节基础的类型与适用条件基础是指墩台与地基连接的部分,叫墩台基础或叫桥梁基础。基础是桥梁的重要组成部分,它既是桥梁的要害部位,又是施工的难点和关键。依结构形式和施工方法的特征可分为:明挖基础、沉井基础、桩基础、管柱基础及其它类型的基础。一、明挖基础一般指采用敞坑放坡开挖基坑,然后砌筑圬工的扩大基础;深度：其基底埋深多在5m以内。近年来采用喷射或灌注混凝土护壁竖直开挖深度可达10m以上。适用范围：明挖基础施工中的防水和排水工作较为困难,故一般只宜于无水、少水或浅水河流且无涌沙现象的基础工程喷射混凝土护壁-安装钢筋网喷射混凝土护壁-喷射混凝土二、沉井基础a).在墩台位置灌好的开口重型混凝土或钢筋混凝土井筒;b).然后在井内挖土,使井筒靠自重下沉,故名沉井;c).待沉至要求深度后依次在井内进行封底、填充及封顶;d).最后在顶盖上建造墩台身。二、沉井基础由于井壁有防水、挡土作用,施工时无需另设护壁支撑,施工机具亦较简单且不受地形窄狭的限制。沉井不宜用于不排水开挖的漂石层或倾斜岩层。若遇深水时可改用浮运钢沉井或薄壁钢丝网混凝土沉井。钢沉井岸边接高沉井浮运吸泥下沉三、桩基础当基底须埋入土层很深时,可采用桩基础。方法：1.将桩尖下至土层深处；2.再在桩顶灌注混凝土承台,使基桩与承台形成整体结构；3.然后在承台上砌筑墩台身。优点：既可将荷载传至土层深处,又可减少基坑开挖量和实体基础的圬工量。因而桩基础是一种常用的深基础.三、桩基础桩基分打入桩和钻(挖)孔桩两种：打入桩需事先预制,施工机具设备较为复杂,施工技术要求较高,当土层中夹有大量碎石、卵石或其它障碍时,打入困难。近年来打入桩逐渐被钻(挖)孔桩所取代。钻(挖)孔桩所需机具设备比较简单,并可用于各类土层和岩层。四、管柱基础管柱基础是一种新型的基础结构形式,一般采用薄壁大直径的钢筋混凝土管柱(比桩粗而比沉井小),直径由1.5～6.0m。从受力作用上看,与桩基相近；从施工下沉上看,由于直径大,需用大型振动打桩机方能穿入土层。因为管柱可以穿越各种土质覆盖层或溶洞,支承于较密实的土上或基岩面上,故适用于深水、薄或厚覆盖层、岩面起伏等桥址条件。尤其适用于双柱式桥墩,直接在管柱顶上修建墩身,不必再修筑承台。五、其他类型基础在特殊情况下,采用上述四种基础类型均不能解决问题时,可考虑沉井内加管桩(或桩群外加沉井),气压沉箱等基础。当沉井刃角落在倾斜岩层面时,为增加稳定(抗滑动)可在刃角内圈加设钻(挖)孔桩的办法。当修建低桩承台遇见基坑边坡坍塌施工困难时,可用一节沉井下沉至承台底面以上,在沉井内灌注承台混凝土的办法。当地层中有大孤石等障碍物,或基底岩面起伏或基底以上有粉细砂层易于造成翻砂不能采用沉井基础,或当需要直接检验和处理基底地层时,可考虑采用气压沉箱基础。气压沉箱基础一般适用于水下35m深度以内。由于沉箱内劳动条件恶劣,机具设备复杂,工程费用高昂,施工进度缓慢,非不得已时,不宜采用。谢谢