桥梁工程第15章-墩台与基础构造课件.ppt

出版社 理工分社,桥梁工程,(,第,2,版）,单击此处编辑母版文本样,单击此处编辑母版标题样式,退出,页,第,15,章 墩台与基础构造,15.1,概,述,桥梁墩,(,台,),由墩,(,台,),帽,、,墩,(,台,),身和基础三部分组成,图,15.1),桥墩和桥台都属于桥梁的下部结构,是用来支承上部结构并将荷,载传,递给基础进而传至地基的结构物,基础是桥墩和桥台中使全,部荷载传至地基的底部奠基部分,是结构物直接与地层接触的最,下部分,是介于地基和墩,(,台,),身之间的传力结构,1,图,15.1,桥梁重力式墩台,2,桥墩系指多跨桥梁的中间支承结构物,它除承受上部结构的,荷重外,还要承受流水压力,、,水面以上的风力以及可能出现的冰荷,载,、,船只,、,排筏或漂浮物的撞击力,桥台除了支承桥跨结构之外,它还衔接两岸接线路堤,;,既要能挡土护岸,又要能承受台背填土及,填土上车辆荷载所产生,的附加土压力,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,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,。

3,结构的造型新颖上,而且也反映在下部,结构向轻型合理的方向发,展,从,20,世纪,50,年代以来,国内外出现了不少新型桥梁墩台,尤,其是在桥墩形式上显得更为突出,它把结构上的轻巧合理和艺术,造型上的美观统一起来,例如,对于大跨径的桥墩,既要考虑墩身,的轻巧,又要考虑能有利于上部结构的受力和施工,以节约材料降,低工程造价,于是便创造出,V,型,、,X,型墩等各种优美 的立面形式,(,图,15.2),当前,世界,各国的桥梁建设都在迅速发展,这不仅反映在上部,4,对于城市立交桥,既要承托较宽的桥面,又要能减小墩身和基础尺寸,给人以艺术的享受,常常将桥墩做成独柱式或排柱,式,(,图,15.3(a),、,(b),倾斜式,(,图,15.3(c),、,(d),、,双叉式,(,图,15.3,(e),、,T,型,、,Y,型和,X,型,(,图,15.3(f),、,(g),、,(h),及四叉形等型式多,样的桥墩形式,此外,设计理论,、,施工工艺的进步也推动了桥墩结,构形式的发展,例如,1979,年在德国建成的科秋塔尔高架桥,桥墩,高度为,183 m,采用滑动模板工艺,墩底截面仅为,10 m,9 m,国内,上海至成都高速公路,(G42,国道,),重庆万州至梁平段癞子坝大桥,上部结构为,14,40 m,预应力混凝土简支梁,下部结构为双柱式矩,形变截面空心薄壁墩,其中,8,号墩高,102.5 m,9,号墩高,101.5 m,墩顶截面为,2.0 m,2.5 m(,纵向,横向,),纵向两侧按,100,1,放坡,横向尺寸不变,墩身采用大块钢模,翻模法施工,。

5,图,15.2,V,形和,X,形桥墩,6,墩台构造还与上部结构的受力有关,例如澳大利亚的盖特威大,桥,是一座主跨,260 m,的预应力混凝土连续刚构桥,主墩高,40 m,采用中距,11 m,、,壁厚,2.5 m,的直立双薄壁墩身,因而使主梁在桥墩,处削减了负弯矩峰值,提高了桥墩的抗弯能力,在造型上使预应力,混凝土连续刚构桥具有轻盈,、,和谐,、,庄重的外观,重庆嘉陵江黄花,园大桥,主桥为,(137+3,250+137)m,预应力混凝土连续刚构桥,主墩设 计高 为,42,57 m,不等,同样采用直立双壁式墩身,壁 厚,2.5 m,双壁净距,7 m,美国长岛桥是一座由,103,跨组成的多联预,应力混凝土连续梁桥,全长,3 708 m,标准跨径,36 m,其下部结构采,用预制的,V,形 斜撑 桥墩,它与上部的 单箱截面构成了一 幅长龙,画面,7,流速,、,河床及其埋深有关,桥梁下部结构要经受洪水,、,地震,、,桥梁,活载等的动力作用,要确保安全,、,耐久,必须充分考虑上述各种因,素的组合作用,桥梁是一个整体,上,、,下部结构共,同工作,、,相互影响,要重视下,部结构与上部结构的合理组成,特别是在墩梁固结的预应力混凝,土连续刚构桥中,桥墩与上部结构融合在一起,因此,桥梁下部结,构很难与上部结构截然分开,同时还要求桥梁下部结构的造型与,周围的地形,、,地物条件匹配,使桥梁与环境和谐,、,匀称,。

尽管桥梁墩台的类型繁多,但常用的墩,、,台形式大体,可以归纳为,两大类,确定桥梁下部结构构造应遵循安全耐久,、,满足交通要求,、,造价,低,、,维修养护少,、,施工方便,、,工期短,、,与周围环境协调,、,造型美观等,原则,桥梁墩台的设计与结构受力,、,土质构造,、,地质条件和水文,、,8,9,截面面积 在水平 方向和 竖直 方向均 不小 于,250 mm/m,重力式,1),重力式墩,、,台,重力式墩,、,台依靠自身的重量来平衡外力而保持其稳定,因此,墩,、,台身比较厚实,当用天然石材或片石混凝土砌筑时,可以不配,置钢筋,;,当用混凝土浇筑时,混凝土墩台身宜设置表层钢筋网,其,2,墩,、,台适用于地基良好的大,、,中型桥梁,或流冰,、,漂浮物较多的河流,中,在,砂石料丰富的地区,小桥也往往采用重力式墩,、,台,重力式,墩,、,台的主要缺点是 圬工体积较大,因而其自重和阻水 面积也较,大,对地基要求较高,10,综合考虑确定,由于轻型墩,、,台的刚度小,受力后允许有一定范围,内的弹性变形,因此所用建筑材料大多以钢筋混凝土和少量配筋,的混凝土为主,但也有一些轻型墩台,通过验算后可以用石料砌筑,。

本章着重介绍各类墩台的墩,(,台,),帽和墩,(,台,),身的构造,对墩,台基础仅作概略介绍,详细内容可参见,基础工程,课程,2),轻型墩,、,台,属于这类墩,、,台的形式很多,而且都有各自的特点和,使用条,件,选用时必须根据桥位处的地形,、,地质,、,水文和施工条件等因素,11,15.2.1,基础的类型,公路桥涵的墩台基础,根据基础埋置深度不,同分为以下三种,15.2,墩台基础,(1),浅埋基础,基础的埋置深度,h(,无冲刷时从河底或,地面至基础底面的距,离,;,有冲刷时从最大冲刷线,包括河床自然演变冲刷,、,设计洪水,位,的一般冲刷深度及构造物阻水引起局部冲刷深度至基础底面的,距离,),小于,5 m,的称为浅基础,桥梁工程中常用的浅埋基础有刚,性扩大基础和柔性扩大基础,12,(2),深基础,基础埋置深度大于,5 m,的称为深基础,桥,梁工程中常用的深,基础有桩基础和沉井基础,3),深水基础,水深在,5,6 m,以上,不能采用一般的土围堰,、,木板,桩围堰等,防水技术施工的桥梁基础,称之为桥梁深水基础,常见的深水基,础有管柱基础,、,锁口钢管桩基础,、,深水设置基础等,13,(1),刚性扩大基础,这是桥涵及其他构造物常用的基础形式,其平面形状常为矩,形,因设置了基础襟边,故基础平面尺寸一般均较墩台身底面要大,(,图,15.4),。

15.2.2,桥涵常用基础,14,图,15.4,刚性扩大基础剖面,、,平面图,15,刚性扩大基础大多采用混凝土或石料砌体,材料的抗压性能较好,但抗拉,、,抗剪强,度不高,设计时必须保证基础的拉应,力和剪应力不,超过材料的强度设计值,这种保证通常是通过对基础构造的限制,来实现的,即要求基础每个台阶对应的宽度与其高度之比不得超,过允许值,(,用,的正切,tan,表示,),也即受刚性角,(,max,),的控制,刚性角的大小与基础所用的圬工材料强度有关,实体墩台基础的,扩散角,(,刚性角,),对于片石,、,块石和料石砌体,当用,M5,砂浆砌筑时,不应大于,30,;,当用,M5,以上的砂浆砌筑时不应大于,35,;,对于混,凝土不应大于,40,16,(2),联合基础,为了满足地基强度要求,有时必须扩大基础平面,尺寸,当扩大,后的单独基础在平面上出现相接甚至重叠时,则可将它们联在一,起成为联合基础,联合基础还可用于调整相邻两柱的沉降差,或,防止两者之间的相向倾斜等,(,图,15.5),17,(3),条形基础,它是挡土墙或涵管常用的基础形式,条形基础长度远大于基,础宽度,在横剖面可以是矩形或将一侧筑成台阶形,。

如挡土墙很,长,为了避免在沿墙长方向因沉降不匀而开裂,可根据土质和地形,予以分段设置沉降缝,在受力分析时可取单位长度进行,(,图,15.6),18,图,15.5,单独和联合基础,(a),单独基础,;(b,),联合基础,19,图,15.6,挡土墙下的条形基础,20,(4),柔性扩大基础,在扩大基础中配置有足够数量的钢筋,基础的抗弯和抗剪性,能良好,可在竖向荷载较大,地基承载力不高以及承受水平力和力,矩荷载等情况下使用,由于这类基础的高度不受台阶,宽高比的限,制,故适宜于需要,“,宽基浅埋,”,的场合下使用,(,图,15.7),21,图,15.7,柔性扩大基础,22,图,15.8,钻,(,挖,),孔灌注桩,基础,23,(5),桩基础,当地基浅层土质不良,采用浅基础无法满足,结构物对地基强,度,、,变形和稳定性方面的要求时往往需要采用深基础,桩基础是一,种常用的深基础,(,图,15.8);,当桥墩所处的位置有一定的水深,同时,还有很厚的河床覆盖层,适于承力的地基又很深时,可以选用设置,承台的桩基础,在承台上再修筑桥墩,、,桥台,桩基础按承台位置可,以分为高桩承台基础和低桩承台基础,(,简称高桩承台和低桩承台,),(,图,15.9),。

有流冰的河流,承台底面标高应在最低冰层底面以下,不小于,0.25 m;,当有流筏,、,其他漂流物或船舶撞击时,承台底面标,高应保 证桩不受直接撞击损 伤,;,在冻胀土 地区,承台底 面在土中,时,其埋置深度应符合,公路桥涵地基与基础设计规范,(JTG,D63 2007),第,4.1.1,条的规定,;,总体上承台标高宜根据桥位情况,、,施工难易程度,、,美观与整体协调综合确定,24,图,15.9,高桩承台和低桩承台,(a),露在水面上的高桩承台,;(b,),埋藏在水面下的高桩承台,;(c),低桩承台,25,桩基础可以将荷载穿过覆盖层传递到地基深处,根据地质条件,的不同,桩的传力方式有两种,:,一种是将桩尖通过软弱的覆盖层嵌入,坚实的岩面,荷载由桩尖直接传到基岩中,称为柱桩,(,嵌岩桩,);,另,一种是当基岩埋藏很深,桩尖不可能达到时,荷载通过位于覆盖层,中的桩壁与土壤间的摩阻力及桩端的支承力共同承受,这种桩称,为摩擦桩,桩基础按施工方法有沉入桩,、,就地钻,(,挖,),孔灌注桩及,钻孔埋置桩等,26,(6),管柱钻孔桩基础,管柱钻孔桩基础是桩基础向大直径发展的必然过程,它是我,国在,1953,1957,年修建武汉长江大桥时研制的一种先进的深水基,础,。

目前,国内管柱基础深度已达,70 m(,其中穿过,45 m,覆盖层,),最,大直径为,5.8 m,日本横滨港湾大桥管柱直径达,10.0 m,管柱体,有钢筋混凝土,、,预应力混凝土和钢管柱,3,种,管柱施工到位后,以,管柱的管壁作护筒,在管柱内钻岩成孔,下放钢筋骨架笼,灌注混,凝土,使每根管柱都牢固地嵌固在基岩中,(,图,15.10),27,(7),沉井基础,沉井基础是一种历史悠久的基础形式,适用于地基表层较差,而深部较好的,地层,既可用在陆地上,也可用在深水之中,所谓沉,井基础,就是将一个预先筑好并在以后充当基础的混凝土井筒安,置在墩位,在其井筒内部挖土依靠自重不断下沉到设计标高,沉,井下沉到预定标高后,再以混凝土封底,填塞井孔,并建筑沉井顶,盖,沉井基础即告完成,然后在其上修建墩身,(,图,15.11),28,29,(8),地下连续墙基础,地下连续墙是一种新型的桥梁基础形式,它是在泥浆护壁条,件下,采用专用的挖槽,(,孔,),设备,顺序沿着基础结构物的周边开。