第 四 篇 桥 梁 墩 台
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桥梁工程
三、要求具有足够的强度、刚度和稳定性;
对地基的承载能力、沉降量、地基
与基础之间的摩擦阻力等也提出一定的要求
四、设计原则:应遵循安全耐久、满足交通要求,造价低、养护费用少、施工方便、工期短、与周围环境协调、造型美观等。
桥梁工程
3 、构造:1 )、墩帽:要求有足够的厚度和强度。最小厚度:大桥一般不小于 0.4m ,中小跨径梁桥也不应小于 0.3m 。材料: 20 号以上的混凝土浇筑,加配构造钢筋;小跨径桥非严寒地区可不设构造钢筋。对于小桥,也可用 5 号以上砂浆砌 25 号以上料石作墩帽。构造钢筋:直径一般取 8~12mm ,采用间距 20cm 左右的网格布置。支座下墩帽内应布置一层或多层加强钢筋网,其平面分布范围取支座支承垫板面积的两倍,钢筋直径为8~12mm ,网格间距 5~l0cm 。
桥梁工程
•当桥面的横向排水坡不用桥面三角垫层调整时,可在墩帽顶面从中心向两端横桥向做成一定的排水坡,四周应挑出墩身约5cm~l0 cm 作为滴水 (檐口 ) 。
• 对一些宽桥或高墩桥梁,为了节省墩身圬工体积,常常将墩帽做成悬臂式或托盘式。悬臂的受力钢筋需经计算确定。一般要求,挑臂式墩帽的混凝土强度等级要高些,悬臂端部的最小高度不小于 0.3~0.4m 。
桥梁工程
2 )、墩身:材料:石砌采用标号不低于 MU25 号,大中桥用
M5 以上砂浆砌筑,小桥涵用不低于 M2.5 砂浆砌筑。
混凝土多用 C15 或 C15 以上混凝土浇筑,并可掺人不多于 25% 的片石。
混凝土预制块不低于 C20 。墩身顶宽:小跨径桥不宜小于 80cm ,中跨径桥不宜小于 l00cm ,大跨径桥的墩身顶宽视上部结构类型而定。
侧坡:一般采用 20:1~30:1 ,小跨径桥桥墩不高时也可以不设侧坡,做成直坡。
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* 截面形式有圆形、圆端形、尖端形、矩形、菱形等 ,* 其中圆形、圆端形、尖端形的导流性好,圆形截面对各方向的水流阻力和导流情况相同,适应于潮汐河流或流向不定的桥位。* 矩形桥墩主要用于无水的岸墩或高架桥墩。* 在有强烈流水或大量漂浮物的河道上 ( 冰厚大于 0.5m ,流冰速度大于 lm/ s) ,桥墩的迎水端应做成破冰棱体。破冰体可由强度较高的石料砌成,也可用强度等级高的混凝土辅以钢筋加固。
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3 )基础:是桥墩与地基直接接触的部分,最常见的是刚性扩大基础。* 材料:一般采用 C15 以上片石混凝土或浆砌块石筑成。* 平面尺寸:较墩身底面尺寸略大,四周各放大 20cm 左右。基础可以做成单层,也可以做成 2~3 层台阶式的。台阶的宽度由基础用材的刚性角控制。
桥梁工程
(二)、空心桥墩◎形式:
部分中心镂空:~端部实体过渡段;薄壁空心:~钢筋砼构件,配筋率 0.5% 左右;C20 - 30 ;~壁厚: 30 ~ 50cm ;~宜设水平隔板;
适用于:软土地基
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为了降低薄壁墩身内外温差或避免冻胀,应在墩身周围设置适当的通风孔与泄水孔;为保证墩壁稳定和施工方便,应按适当间距设置水平横隔板,对于 40m 以上的高墩,按 6~l0m 的间距设置横隔板;墩顶实体段高度不小于 1.0~2.0m ;主筋按计算配筋,一般配筋率在 0.5% 左右,并应配置承受局部应力或附加应力钢筋。
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(三)、柱式桥墩与桩柱式桥墩
1 、柱式桥墩~由柱式墩身和盖梁组成,可分为单柱、双柱和多柱形式,~优点:能减轻墩身重力,节约圬工
材料,施工方便,外形轻巧又较美观;
~适于:桥宽较大的桥梁和立交桥。
桥梁工程
在桩顶设置承台,然后在承台上设立柱 (图 15-8a) ;或在浅基础上设立柱 (图 15-8b) 。为了增强墩柱间抗撞击的能力,在两柱中间加做隔墙(图 15-8c) 。当桥墩较高,也可以把水下部分做成实体式,以上部分仍为柱式 (图 15-8d) 。
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2 、桩柱式桥墩: --- 只适用桩基在桩基础顶部以上 ( 或柱桩连接处以上 )称为柱,以下称为桩。单柱式桩墩 --- 适用于斜交桥;等截面双柱式桩墩 ---桩位施工的精度要求高,变截面双柱式桩墩为了增加桩柱的横向刚度,在桩柱之间设置横系梁
桥梁工程
盖梁 ---- 柱(桩柱)式桥墩的墩帽材料:一般用 C20~30 钢筋混凝土就地浇筑,预制安装或预应力混凝土。横截面形状:一般为矩形或者 T 形。宽度由上部构造形式、支座间距和尺寸等确定;高度:一般为梁宽的 0.8~1.2倍;长度:应保证上部构造放置与抗震构件设置需要的距离,并应满足上部构造安装时的要求,另外设置橡胶支座的桥梁应考虑预留更换支座所需位置。各截面尺寸与配筋需要通过计算确定,悬臂端高度应不小于 30cm 。
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* 墩柱 ---采用 C20~30 的钢筋混凝土;直径 0.6~1.5m 的圆柱或方形、六角形柱;墩柱配筋由计算确定;* 为使桩柱与盖梁或承台有较好的整体性,桩柱顶一般应嵌入盖梁或承台15~20cm ,露出柱顶与柱底的主筋可弯成与铅垂线约成 15 倾斜角的喇叭形,伸入盖梁或承台中,喇叭形主筋外围应设置直径不小于 8mm 的箍筋,间距一般为 10~20 cm 。
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横系梁:高度可取为桩 ( 柱 ) 径的 0.8~1.0 倍;宽度可取为桩 ( 柱 ) 径的 0.6~1.0 倍。横系梁一般不直接承受外力,可不作内力计算,按横截面积的 0.10% 配置构造钢筋即可。构造钢筋伸人桩内与主筋连接。
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(四)、柔性排架墩~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。~特点:上部结构传来的水平力 ( 制动力、温度影响力等 )
按各墩台的刚度分配到各墩台,作用在每个柔性墩上的水平力较小,而作用在刚性墩台上的水平力很大,因此,柔性桩墩截面尺寸得以减小。
柔性墩的布置
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适用条件:用于墩高为 5.0~7.0m ,跨径 13m 以下,桥长 50~80m 的中小型桥中。*单排架墩桩:一般用于高度不超过4.0~5.0m ;*双排架墩桩:墩高度大于 5.0m 时(为避免行车时可能发生的纵向晃动)。* 漂浮物严重和流速较大的河流,由于桩墩容易磨耗,不宜采用。
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桩墩 --- 预制的钢筋混凝土方桩,当桩长在 l0m 以内 --30cmX30cm ;桩长大于 l0m 时 --- 为 35cmX35cm ;大于 15m---40cmX40cm 。
盖梁与梁的接触面之间垫 1cm 的油毛毡。为使全桥形成框架体系,可用锚栓将上下部构造连接起来,锚栓的直径用 25~28mm ,预埋在盖梁内。两孔的接缝处用水泥砂浆填实,最好设置桥面连续装置。桥台背墙与梁端接缝亦填以水泥砂浆,不设伸缩缝。
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墩帽:用混凝土浇筑,厚度不小于 30 cm 。墩帽四周挑檐宽度为 5cm ,周边做成 5 cm削角。
墩身:用混凝土、浆砌块石或钢筋混凝土材料做成,其中钢筋混凝土薄壁桥墩最为典型,墩身宽度不小于 60 cm ,两边坡度为直立,两头做成圆端形。
基础:采用 15 号混凝土或 5 号浆砌片石( 或块石 )做成,平面尺寸较墩身底面尺寸略大 ( 一般大 20cm) 。基础多做成单层式的,其高度在 60 cm 上下。
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二、拱桥桥墩构造( 一 ) 重力式桥墩由于拱座承受着较大的拱圈压力,故
一般采用 20 号以上的整体式混凝土、混凝土预制块或 40 号以上的块石砌筑。为了加强肋底与拱座的连接,底部可设 U 形槽浇灌混凝土,其标号不低于25 号。有时孔底或孔壁还应增设一些加固钢筋网。
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( 二 ) 柱式桥墩和桩柱式桥墩( 三 ) 单向推力墩多跨拱桥根据施工和使用要求,每隔 3 ~ 5孔设置单向推力墩。目前常用的单向推力墩有以下几种型式。
1. 普通柱墩加设斜撑的单向推力墩 这种单向推力墩是在普通墩柱上对称增设一对钢
筋混凝土斜撑 (图 15-18) ,以提高其抵抗单向水平推力的能力。接头只承受压力而不承受拉力。在基础埋置深度不大,地基条件较好时,也可把桥墩基础加宽成上形的单向推力墩。
2. 悬臂式单向推力墩悬臂式单向推力墩是在桥墩的顺桥向双向挑出悬臂
(图 15-19) 。当邻孔遭到破坏后,由于悬臂端的存在,使拱支座竖向反力通过悬臂端而成为稳定力矩,保证了单向推力墩不致遭到损坏。
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一、梁桥桥台构造 (一)、重力式 U 形桥台◎主要以自重平衡台后土压力,从而保证自身的稳定。◎1 、材料:砌石、片石混凝土或混凝土等圬工材料就地砌筑或浇筑而成,◎2 、特点: 构造简单,基础底承压面大,应力较小,但圬工体积大,并由于自身重力而增加对地基的压力,◎3 、适用、在填土高度不大而且跨径在 8m 以上的桥梁中采用。
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5 、构造:1) 台帽,其构造要求与墩帽基本相同。2) 台身:防护墙顶宽:对片石砌体不小于50cm ,对块石料石砌体及混凝土不小于 40cm 。前墙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;前墙背坡:一般采用 5:1~8:1 ,前坡为 10:1 或直立;
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侧墙外侧直立,内侧为 3:1~5:1 的斜坡;侧墙顶宽一般为 60~l00cm 。任一水平截面的宽度:对片石砌体不小于该截面至墙顶高度的 0.4 倍,对块石、料石砌体及混凝土不小于 0.35 倍;如桥台内填料为透水性良好的砂性土或砂砾,则上述两项可分别相应减为 0.35 倍和 0.3 倍。
3 )、基础尺寸可参照桥墩拟定。
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(二)、埋置式桥台• 类型:
直立式、后倾式• 特点
~台前溜坡压缩河道;~适用于:仅适用于桥头为浅滩,溜坡受冲刷较小,填土高度在 10m 以下的中等跨径的多跨桥中。
埋置式桥台构造
后倾式
直立式
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1.薄壁轻型桥台--悬壁式、扶壁式、撑墙式和箱式等主要特点是利用钢筋混凝土结构的抗弯能力来减少圬工体积从而使桥台轻型化。相对而言,悬臂式桥台的柔性较大,钢筋用量较大,而撑墙式和箱式桥台刚度大,但模板用量多。
薄壁轻型桥台
悬臂式 扶臂式 撑墙式 箱式
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用得较多的钢筋混凝土薄壁轻型桥台,是由扶壁式挡土墙和两侧的薄壁侧墙构成。挡土墙由厚度不小于 15cm 的前墙和间距为2.5~3.5m 的扶壁组成。其顶帽及背墙成L 形,并与其下的倒 T 形竖墙台身及底板连成钢筋混凝土整体结构。
桥梁工程 支撑梁式轻型桥台
2 、支撑梁轻型桥台:适用:跨径不大于 13m 的板 ( 梁 ) 桥,且不宜多于 3孔,全长不大于 20m 。上部结构与支撑梁共同支撑桥台承受台后土压力,减小桥台尺寸,节省圬工数量。
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构造:台帽用钢筋混凝土浇筑,混凝土标号不低号于 20 号,厚度不小于 30cm ,并应设 5 ~ l0cm 的挑檐。当填土高度较高或跨径较大时,宜采用有台背的台帽。当上部构造不设三角垫层时,可在台帽上做成有斜坡的三角垫层。
上部构造与台帽间应用栓钉连接,栓钉孔、上部结构与台背之间需用小石子混凝土 (标号同上部结构 ) 或砂浆 (标号为 12 号 )填实 (图 15-25) 。栓钉直径不宜小于上部构造主筋的直径,锚固长度为台帽厚度加上三角垫层和板厚。
桥梁工程
台身可用混凝土或浆砌块石砌筑,混凝土不低于 C15 ,砂浆标号不低于 M5 ,块石标号不低于 25 号。台身厚度 (含一字翼墙 ) ,块石砌体不宜小于 60cm ,混凝土不宜小于30cm~40cm ,两边坡度为直立。八字翼墙的顶面宽度,混凝土不宜小于30cm ,块石砌体不宜小于 50cm ,端部顶面应高出地面 20cm 。
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基础按支承于弹性地基上的梁进行验算,一般用混凝土浇筑。当其长度大于 12m 时,应按构造要求配筋。基础埋置深度一般在原地面 (无冲刷时 ) 或局部冲刷线以下不小于1m 。支撑梁:桥台下端与相邻桥台 ( 墩 ) 之间设置,并设在铺砌层及冲刷线之下。钢筋混凝土 --20cmX 30cm ,或混凝土或块石砌筑 -- 不小于 40cmX40cm 的。支撑梁按基础长度之中线对称布置,其间距约 2~3m 。当基础能嵌人风化岩层15~25cm 时,可不设支撑梁。
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( 四 ) 框架式桥台1 、组成:由台帽、立柱和基础组成;
是一种在横桥向呈框架式结构的钢筋混凝土轻型桥台。它采用埋置式,台前设置溜坡,所受的
土压力较小,2 、 适用于多种基础形式、台身较高、
跨径较大的梁桥,是目前桥梁中采用较多的桥台形式。3 、构造形式:有柱式、肋板式、半重
力式和双排架式、板凳式等。
桥梁工程
* 柱式桥台:台帽置于立柱上,台帽两端设耳墙以便与路堤衔接,台身与基础的构造和柱式与桩柱式桥墩相似,可以在浅基础上设立柱,形成柱式桥台;也可在桩基础顶部直接设立柱形成桩柱式桥台;特点:构造简单、圬工数量小,适用:填土高度小于 5m 的情况 (图15-27) 。柱式框架桥台的立柱可采用双柱式或多柱式,
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*肋板式桥台:适用:当填土高度大于 5m 时,用钢筋混凝土薄墙(肋板)代替立柱支承台帽;可在浅基础上设置肋板;也可在桩基础顶部设承台,承台上设置肋板支承台帽,当水平力较大时,桩基础设置成双排或多排桩。台帽两端同样设耳墙便于同路堤衔接,必要时在台帽前方两侧设置挡土板 (如图 15-28) 。肋板式桥台,墙厚一般为 0.4~0.8m ,通过计算配筋。
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*半重力式桥台与肋板式桥台相似,只是墙更厚,不设钢筋。半重力式桥台与墙式桥台常用桩作基础,桩径一般为 0.6—1.0m ,桩数根据受力情况结合地基承载力决定。半重力式桥台墙厚较大,不设钢筋,尺寸亦通过计算确定。
当水平力较大时,桥台可采用双排架式或板凳式,它由台帽、台柱和承台组成。排架装配式桥台如图 15-29
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• 1 、定义:桥台本身主要承受桥跨结构传来的竖向力和水平力,而台后的土压力由其它结构来承担,这就形成了由分工不同的结构组合而成的桥台,即组合式桥台。
• 2 、类型:有锚碇板式、过梁式、框架组合式以及桥台与挡土墙组合式等。
(五)、 组合桥台
桥梁工程
分离式是台身与锚锭板、挡土结构分开,台身主要承受上部结构传来的竖向力和水平力,锚锭板结构承受土压力。锚锭板结构由锚锭板、立柱、拉杆和挡土板组成,如图 15-30a ,桥台与结构间预留空隙、基础分开,互不影响,受力明确。结合式是锚锭板结构与台身结合在一起,台身兼做立柱和挡土板 (如图 15-30b) 。作用在台身的所有水平力假定均由锚锭板的抗拔力来平衡,台身仅承受竖向荷载,与分离式锚锭板结构相比,其结构简单,施工方便,工程量较小,但受力不很明确。
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3.桥台与挡土墙组合桥台由轻型桥台支承上部结构,台后设挡土墙承
受土压力的组合式桥台。台身与挡土墙分离,上端做伸缩缝,使受力明确。当地基条件比较好时,也可将桥台与挡墙放在同一基础之上 (如图 15-32) 。这种桥台—主要优点是可以不压缩河床,但构造比较复杂。
4 、具有承压和承拉功能的承拉桥台如图 15-355 、枕梁式桥台:桥台下土质比较密实,河床比较稳定,无冲刷,直接搁于地基上如图 15-34 等。
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二、拱桥桥台构造( 一 ) 重力式 U 形桥台在拱桥中用得最多,其构造与梁桥 U
形桥台相仿,也是由前墙、侧墙和基础三部分组成 (见图 15-35) 。前墙承受拱圈推力和路堤填土压力。前墙上设有台帽,构造和拱桥墩帽相同。对空腹式拱桥,在前墙顶设有防护墙。侧墙和前墙连成整体,伸入路堤锥坡内75cm ,并抵挡路堤填土向两侧的压力。
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组合式桥台由台身和后座两部分组成 (见图 15-36) 。台身基础承受竖向力,一般采用桩基础。拱的水平推力则主要由后座基底摩阻力及
台后的土侧压力来平衡。组合式桥台的承台与后座间必须密切贴合并设置沉降变形缝,以适应两者的不均匀沉降。后座基底标高应低于拱脚下缘标高,力台后土侧压力和基底摩阻力的合力作用点同拱座中心标高一致。
(二 ) 、组合式桥台
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( 三 ) 轻型桥台1.八字形轻型桥台八字形桥台的台身可做成等厚度的或变
厚度的。变厚度的台身背坡一般为 2:1~ 4:11 ,台口尺寸应满足抗剪强度要求。两边八字翼墙与台身分开,其顶宽为 40cm ,前坡为 10:1 ,后坡为5:11(见图 15-37) 。
桥梁工程
图 15-38 前倾式一字形桥台
2.前倾式轻型桥台由于台身向桥孔方向倾斜,因此比直立台身
的受力情况要好,用料要省。前倾台身可做成等厚度的,前倾坡度可达 4:1 。其缺点是施工比较麻烦 (见图 15~38) 。
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1-前墙; 2- 侧墙; 3- 基础;
15-39 U字形桥台
由前墙 ( 等厚度的 )和平行于行车方向的侧墙组成。当桥台宽度较大时,为了保证前墙和侧墙的整体性,可在 U字形桥台的中间加一道背撑,成为山字形桥台。
3 、 U字形桥台