《桥梁墩台与基础》PPT课件.ppt

第十五章第十五章 桥梁墩台和基础的桥梁墩台和基础的 分类与构造分类与构造 第一节第一节 桥梁墩台和基础的作用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 桥墩防船撞设施桥墩防船撞设施 破冰棱破冰棱 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、台组成桥墩、台组成3.3.锥体护坡和基础锥体护坡和基础 因锥体填土易受流水冲刷：因锥体填土易受流水冲刷： 坡面应坡面应铺砌防护铺砌防护; ; 避免锥体填土侵占桥下的过水面积避免锥体填土侵占桥下的过水面积, ,通常不使锥体通常不使锥体坡脚伸坡脚伸 出桥台前沿出桥台前沿。 基础的作用基础的作用: :将将墩台承受的荷载墩台承受的荷载及及墩台的自重墩台的自重安全安全 可靠地传到地基上。可靠地传到地基上。 第二节第二节 桥梁墩台的类型与构造桥梁墩台的类型与构造 桥梁墩台的类型很多桥梁墩台的类型很多, ,大体可分为大体可分为 1.1.重力式墩台重力式墩台 2.2.轻型墩台轻型墩台 一、重力式墩台一、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。 ( (二二) )、重力式桥墩种类、重力式桥墩种类 重力式桥墩按其墩身截面形式可分为重力式桥墩按其墩身截面形式可分为: : 矩形墩矩形墩、圆形墩圆形墩、圆端形墩圆端形墩和和尖端形墩尖端形墩四种四种。 重力式桥墩重力式桥墩1).1).矩形桥墩矩形桥墩 1). 1). 矩形桥墩矩形桥墩 矩形桥墩对矩形桥墩对水流阻碍较大水流阻碍较大, , 易引起较大的易引起较大的墩周河床的墩周河床的 局部冲刷局部冲刷。但外形简单。但外形简单, ,施工方便施工方便, ,圬工数量较省。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。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高桥墩高出设计频率水位的部分, ,因无水流的作用因无水流的作用, ,也也 采用矩形截面。采用矩形截面。 重力式桥墩重力式桥墩2).2).圆端形桥墩圆端形桥墩 圆端形桥墩对圆端形桥墩对水流阻碍较小水流阻碍较小, , 可减少对桥墩周围可减少对桥墩周围 河床的局部冲刷河床的局部冲刷, ,但但施工稍为复杂施工稍为复杂。 一般用于一般用于水流斜交角小于小于1515的水中墩的水中墩, ,有水桥梁有水桥梁 多用此种类型。多用此种类型。 重力式桥墩重力式桥墩3).3).圆形桥墩圆形桥墩 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。 重力式桥墩重力式桥墩 4). 4). 尖端形桥墩尖端形桥墩 适用于水流斜交角度小于适用于水流斜交角度小于55及河床不允许及河床不允许 有严重冲刷的小跨度桥梁。有严重冲刷的小跨度桥梁。 有流水的河流有流水的河流, , 桥墩尖端还能起桥墩尖端还能起破冰破冰的作用的作用 。 迎水端应采取特殊的加固措施。迎水端应采取特殊的加固措施。 ( (三三) )重力式桥台的种类重力式桥台的种类 重力式桥台按其截面形状主要有：重力式桥台按其截面形状主要有： 矩形桥台矩形桥台、U U 形桥台形桥台、T T 形桥台形桥台、 耳墙式桥台耳墙式桥台、矩形埋式及十字形埋式桥台矩形埋式及十字形埋式桥台 等多种。等多种。 1. 1. 矩形桥台与矩形桥台与U U 形桥台形桥台 矩形桥台：矩形桥台：造形简单、整体性好造形简单、整体性好, , 对抗震有利对抗震有利。 但台身较高时但台身较高时, ,圬工用量大圬工用量大, ,不经济。不经济。 U U 形桥台：减少圬工数量形桥台：减少圬工数量, ,中空部分用中空部分用土料土料填实。填实。 考虑到中间填土部分易积水引起考虑到中间填土部分易积水引起冻胀而使两翼裂损冻胀而使两翼裂损, ,宜宜 选用选用渗水性渗水性好的土填充好的土填充, ,并应有良好的排水设施。并应有良好的排水设施。 一般用于填土高一般用于填土高H4 m H4 m 的小跨桥梁。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 12 m 。 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. 3. 埋式桥台埋式桥台 埋式桥台：部分台身埋在锥体护坡之中埋式桥台：部分台身埋在锥体护坡之中, ,对较高桥对较高桥 台可减少台长台可减少台长, ,故对跨谷高桥甚为有利。故对跨谷高桥甚为有利。 占据了桥孔一部分空间占据了桥孔一部分空间, ,对有水桥梁将缩小过水面积对有水桥梁将缩小过水面积, ,应应 综合权衡综合权衡“ “减小台长减小台长” ”与与“ “增大孔跨增大孔跨” ”二者的利弊。二者的利弊。 矩形埋式桥台结构简单矩形埋式桥台结构简单, ,宜于混凝土施工宜于混凝土施工; ; 十字形十字形 埋式台宽变化埋式台宽变化, ,节省圬工节省圬工, ,但一般用石砌施工。但一般用石砌施工。 可用于高度为可用于高度为8 820 m 20 m 、跨度、跨度161632 m 32 m 。 4. 4. 耳墙式桥台耳墙式桥台 耳墙式桥台：用耳墙式桥台：用两片钢筋混凝两片钢筋混凝 土耳墙土耳墙代替台尾一部分实体圬代替台尾一部分实体圬 工与路堤相连。工与路堤相连。 缩短实体台身长度缩短实体台身长度，节省圬工节省圬工。 两片耳墙位于地面两片耳墙位于地面较高较高部位部位, ,其其 施工工艺的要求较高。施工工艺的要求较高。 如施工质量不高如施工质量不高, ,在耳墙与台身连在耳墙与台身连 接的接的根部较易产生裂缝根部较易产生裂缝, ,为此也要为此也要 求耳墙不宜做得太长。求耳墙不宜做得太长。 二、轻型墩台二、轻型墩台 ( (一一) )轻型桥墩轻型桥墩 当地基土质条件较差时当地基土质条件较差时, , 为了为了减轻地基的负减轻地基的负 担担, , 或者为了减轻墩身重量或者为了减轻墩身重量, , 节约圬工材料节约圬工材料, , 常采用轻型桥墩。常采用轻型桥墩。 轻型桥墩主要有轻型桥墩主要有空心墩空心墩、板式墩板式墩、桩柱式桩柱式 墩墩、双柱式墩双柱式墩及及各式柔性墩各式柔性墩等。等。 1. 1. 空心墩空心墩 30 m 30 m 以上的高墩以上的高墩, , 如将实体墩身改如将实体墩身改 为为厚壁式空心墩身厚壁式空心墩身, , 可节省圬工可节省圬工20 20 % % 30 % ,30 % , 墩身高在墩身高在50 m 50 m 以上时可用以上时可用钢筋混钢筋混 凝土空心墩凝土空心墩, ,节省圬工可达节省圬工可达50 % 50 % 。 近年来滑动模板工艺的大量使用为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。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10 m 以内的墩上。 2.2.双柱式桥墩双柱式桥墩 双柱式桥墩：双柱式桥墩：钢筋混凝土做成的刚架钢筋混凝土做成的刚架, ,其基础可其基础可 为桩基或其它类型的基础。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。南京、九江大桥的引桥都采用了双柱式桥墩。 其使用高度一般在其使用高度一般在30 m 30 m 以内以内, ,个别的采用多层个别的采用多层 刚架可达刚架可达40 m 40 m 以上。以上。 3. 3. 柔性墩柔性墩 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。 ( (二二) )轻型桥台轻型桥台 铁路上已采用的轻型桥台主要有：铁路上已采用的轻型桥台主要有： 1.1.桩柱式桥台；桩柱式桥台； 2.2.锚定板式桥台锚定板式桥台。 ( (二二) )轻型桥台轻型桥台1.1.桩柱式桥台桩柱式桥台 桩柱式桥台的桩柱式桥台的桩柱既是基础也是台身桩柱既是基础也是台身。 台顶部分由台顶部分由帽梁帽梁、两侧耳墙两侧耳墙及及胸墙胸墙组成。它适用组成。它适用 于地基承载力较低、填土不高的情况。于地基承载力较低、填土不高的情况。 ( (二二) )轻型桥台轻型桥台2. 2. 锚定板桥台锚定板桥台 锚定板桥台是设置由锚定板桥台是设置由挡墙挡墙、拉杆拉杆和和锚定板锚定板组成的组成的 锚定结构来承受土压力锚定结构来承受土压力, ,以达到本身轻型化的一种以达到本身轻型化的一种 桥台。桥台。 墙后土体的侧压力通过墙传至拉杆墙后土体的侧压力通过墙传至拉杆, ,拉杆的力由土体抗拉杆的力由土体抗 剪强度对锚定板所产生的抗拔力来平衡。剪强度对锚定板所产生的抗拔力来平衡。 有两种形式：有两种形式： 1)1)分开式分开式； 2)2)整体式整体式。 ( (二二) )轻型桥台轻型桥台2.2.锚定板桥台锚定板桥台 1)1)分开式：分开式：台身与锚定结构分开台身与锚定结构分开, ,土压力全部由锚定结土压力全部由锚定结 构承受构承受, ,台身仅受桥跨传来的竖向压力和水平力台身仅受桥跨传来的竖向压力和水平力, ,相当相当 于一个桥墩的作用。于一个桥墩的作用。 特点：受力明确特点：受力明确, , 但构件较多但构件较多, ,且施工工艺较繁且施工工艺较繁, , 操作也不方便操作也不方便 。 2)2)整体式整体式锚定板桥台的另一种形式是将台身和挡墙合锚定板桥台的另一种形式是将台身和挡墙合 为一体。为一体。 特点：特点： 它的构造简单它的构造简单, , 施工方便施工方便, , 材料也较省材料也较省, ,但台顶位移尚难但台顶位移尚难 以较精确地计算以较精确地计算 第三节第三节 基础的类型与适用条件基础的类型与适用条件 基础是指墩台与地基连接的部分基础是指墩台与地基连接的部分, ,叫墩台基础或叫桥梁基叫墩台基础或叫桥梁基 础。基础是桥梁的重要组成部分础。基础是桥梁的重要组成部分, ,它既是桥梁的要害部位它既是桥梁的要害部位, , 又是施工的难点和关键。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依结构形式和施工方法的特征可分为: :明挖基础、沉井基明挖基础、沉井基 础、桩基础、管柱基础及其它类型的基础。础、桩基础、管柱基础及其它类型的基础。 一、明挖基础一、明挖基础 一般指采用敞坑放坡开挖基坑一般指采用敞坑放坡开挖基坑, ,然后砌筑圬工的扩然后砌筑圬工的扩 大基础大基础; ; 深度：深度： 其基底埋深多在其基底埋深多在5 m 5 m 以内。近年来采用喷射或灌注混以内。近年来采用喷射或灌注混 凝土护壁竖直开挖深度可达凝土护壁竖直开挖深度可达10 m 10 m 以上。以上。 适用范围：适用范围： 明挖基础施工中的防水和排水工作较为困难明挖基础施工中的防水和排水工作较为困难, ,故一般只故一般只 宜于无水、少水或浅水河流且无涌沙现象的基础工程宜于无水、少水或浅水河流且无涌沙现象的基础工程 喷喷射混凝土护护壁-安装钢钢筋网 喷喷射混凝土护护壁-喷喷射混凝土 二、沉井基础二、沉井基础 a).a).在墩台位置灌好的开口重型混凝土或钢筋混凝土井筒在墩台位置灌好的开口重型混凝土或钢筋混凝土井筒; ; b).b).然后在井内挖土然后在井内挖土, ,使井筒靠自重下沉使井筒靠自重下沉, ,故名沉井故名沉井; ; c).c).待沉至要求深度后依次在井内进行封底、填充及封顶待沉至要求深度后依次在井内进行封底、填充及封顶; ; d).d).最后在顶盖上建造墩台身。最后在顶盖上建造墩台身。 二、沉井基础二、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、桩基础三、桩基础 当基底须埋入土层很深时当基底须埋入土层很深时, ,可采可采 用桩基础。用桩基础。 方法：方法： 1.1.将桩尖下至土层深处；将桩尖下至土层深处； 2.2.再在桩顶灌注混凝土承台再在桩顶灌注混凝土承台, ,使基桩使基桩 与承台形成整体结构；与承台形成整体结构； 3.3.然后在承台上砌筑墩台身。然后在承台上砌筑墩台身。 优点：优点： 既可将荷载传至土层深处既可将荷载传至土层深处, ,又可又可减减 少基坑开挖量少基坑开挖量和和实体基础的圬工量实体基础的圬工量 。因而桩基础是一种常用的深基础。因而桩基础是一种常用的深基础 . . 三、桩基础三、桩基础 桩基分打入桩和钻桩基分打入桩和钻( (挖挖) )孔桩两种：孔桩两种： 打入桩打入桩 需事先预制需事先预制, ,施工机具设备较为复杂施工机具设备较为复杂, ,施工技术要求较高施工技术要求较高 , ,当土层中夹有大量碎石、卵石或其它障碍时当土层中夹有大量碎石、卵石或其它障碍时, ,打入困难打入困难 。近年来打入桩逐渐被钻。近年来打入桩逐渐被钻( (挖挖) )孔桩所取代。孔桩所取代。 钻钻( (挖挖) )孔桩孔桩 所需机具设备比较简单所需机具设备比较简单, ,并可用于各类土层和岩层。并可用于各类土层和岩层。 四、管柱基础四、管柱基础 管柱基础是一种新型的基础结构形式管柱基础是一种新型的基础结构形式, ,一般采用一般采用薄薄 壁大直径的钢筋混凝土管柱壁大直径的钢筋混凝土管柱( (比桩粗而比沉井小比桩粗而比沉井小), ), 直径由直径由1. 51. 56. 0 m 6. 0 m 。 从受力作用上看从受力作用上看, ,与桩基相近；与桩基相近； 从施工下沉上看从施工下沉上看, ,由于直径大由于直径大, ,需用大型振动打桩机方能需用大型振动打桩机方能 穿入土层。穿入土层。 因为管柱可以穿越各种土质覆盖层或溶洞因为管柱可以穿越各种土质覆盖层或溶洞, ,支承于支承于 较密实的土上或基岩面上较密实的土上或基岩