第三章-市政橋梁工程(4)

1、第五節(jié) 橋梁墩臺與基礎(chǔ)的構(gòu)造一、橋梁墩臺橋梁的下部結(jié)構(gòu)橋墩、橋臺和基礎(chǔ)。 它們的基本作用支承橋跨結(jié)構(gòu)。橋墩支承著相鄰的兩孔橋跨,居于全橋的中間部位。橋臺居于全橋的兩端,它的前端支承著橋跨,后端與路基銜接,支擋臺后路基填土并把橋跨與路基連接起來。橋墩、橋臺的結(jié)構(gòu)受力分析采用下端固定的豎向懸臂桿件圖式承受荷載主要：橋跨恒載,列車的重量、離心力、制動力以及作用于橋跨上和列車上的風(fēng)力等。墩、臺自重N2 及直接作用于橋墩側(cè)面的風(fēng)力、流水壓力、排筏或船舶撞擊力,作用于橋臺的土壓力等水平荷載P2 。所以就墩、臺的整體來說,它屬于偏心受壓結(jié)構(gòu)。橋墩、臺組成1.墩臺頂帽橋墩、臺一般由墩帽、墩臺身和基礎(chǔ)三部分組成

2、。橋墩、臺組成1.墩臺頂帽墩臺頂帽有兩個主要作用。1).把橋梁支座傳來的相當(dāng)大的較為集中的力, 較分散而均勻地傳給墩臺身。因此要求頂帽具有一定的厚度; 較高的強度建筑材料; 支承墊石應(yīng)強度更高的;（劈裂、錨(螺) 栓松動; 再加上雨水、冰雪等自然力)橋墩、臺組成1.墩臺頂帽2).為施工架梁和養(yǎng)護維修提供必要的工作面. 平面尺寸一般較墩身為大; 頂帽飛檐、頂帽托盤、頂帽托梁等結(jié)構(gòu)。橋墩、臺組成2.墩臺身墩臺身:支承橋跨的主體結(jié)構(gòu), 且自身直接承受多種外力;所以應(yīng)具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性。簡單的流線形截面:使流水順暢,減少阻水作用矩形截面,便于施工:無水谷架橋或其他旱橋橋梁破冰棱和橋墩防船撞設(shè)

3、施對于受冰壓力影響的橋墩,還應(yīng)考慮設(shè)置破冰棱橋墩防船撞設(shè)施破冰棱橋墩、臺組成3.錐體護坡為了加強橋臺與路基的連接,橋臺兩側(cè)一般設(shè)有錐體填土。臺尾上部還應(yīng)嵌入路基內(nèi)一定長度d;臺身高度和長度d 取決于橋頭路基和錐體填土的高度。橋墩、臺組成3.錐體護坡和基礎(chǔ)因錐體填土易受流水沖刷：坡面應(yīng)鋪砌防護;避免錐體填土侵占橋下的過水面積,通常不使錐體坡腳伸出橋臺前沿。基礎(chǔ)的作用:將墩臺承受的荷載及墩臺的自重安全可靠地傳到地基上。一、重力式墩臺(一)重力式墩臺的特點截面尺寸較大：混凝土、砌石等圬工材料。優(yōu)點：堅固耐用，施工方便，養(yǎng)護工作量小對抵抗船筏，漂流物的撞擊，磨損以及抵抗冰壓力的作用等較為有利。缺點：工

4、程量大，自重大，使地基壓力增加。墩身尺寸大，相應(yīng)增加了基礎(chǔ)的工程數(shù)量，在水中的橋墩阻水面積也大。(二)、重力式橋墩種類重力式橋墩按其墩身截面形式可分為: 矩形墩、圓形墩、圓端形墩和尖端形墩四種。重力式橋墩1).矩形橋墩1). 矩形橋墩矩形橋墩對水流阻礙較大, 易引起較大的墩周河床的局部沖刷。但外形簡單,施工方便,圬工數(shù)量較省。一般用于無水的旱橋、棧橋和水流較小的跨谷橋。高橋墩高出設(shè)計頻率水位的部分,因無水流的作用,也采用矩形截面。重力式橋墩2).圓端形橋墩圓端形橋墩對水流阻礙較小, 可減少對橋墩周圍河床的局部沖刷,但施工稍為復(fù)雜。一般用于水流斜交角小于15的水中墩,有水橋梁多用此種類型。重力式

5、橋墩3).圓形橋墩圓形截面在各方向都能適應(yīng)水流,阻水較小,它適用于河道急彎、流向多變或水流斜交角等于或大于15的橋梁。單線鐵路直線橋梁上,當(dāng)橋墩較高時,其圬工數(shù)量較圓端形為省;但對曲線上橋梁,由于它的縱橫向剛度一致,其橫向剛度較圓端形為弱,其圬工數(shù)量較圓端形墩為大。重力式橋墩 4). 尖端形橋墩適用于水流斜交角度小于5及河床不允許有嚴(yán)重沖刷的小跨度橋梁。有流水的河流, 橋墩尖端還能起破冰的作用。 迎水端應(yīng)采取特殊的加固措施。(三)重力式橋臺的種類重力式橋臺按其截面形狀主要有： 矩形橋臺、U 形橋臺、T 形橋臺、 耳墻式橋臺、矩形埋式及十字形埋式橋臺等多種。1. 矩形橋臺與U 形橋臺矩形橋臺：造

6、形簡單、整體性好, 對抗震有利。但臺身較高時,圬工用量大,不經(jīng)濟。U 形橋臺：減少圬工數(shù)量,中空部分用土料填實?？紤]到中間填土部分易積水引起凍脹而使兩翼裂損,宜選用滲水性好的土填充,并應(yīng)有良好的排水設(shè)施。一般用于填土高H4 m 的小跨橋梁。2. T 形橋臺在鐵路橋中使用較多, 適用高度H 為4 12 m 。T 形橋臺的縱向長度:根據(jù)錐體填土的構(gòu)造要求和錐體填土的坡腳不超出橋臺前緣的條件確定的。當(dāng)填土較高時,臺長因而加長,圬工數(shù)量增大,故有時將錐體適當(dāng)伸入臺前一部分。2. T 形橋臺為減少圬工量改造：帶洞的形式,工字形。3. 埋式橋臺埋式橋臺：部分臺身埋在錐體護坡之中,對較高橋臺可減少臺長,故對

7、跨谷高橋甚為有利。占據(jù)了橋孔一部分空間,對有水橋梁將縮小過水面積,應(yīng)綜合權(quán)衡“減小臺長”與“增大孔跨”二者的利弊。矩形埋式橋臺結(jié)構(gòu)簡單,宜于混凝土施工; 十字形埋式臺寬變化,節(jié)省圬工,但一般用石砌施工?？捎糜诟叨葹?20 m 、跨度1632 m 。4. 耳墻式橋臺耳墻式橋臺：用兩片鋼筋混凝土耳墻代替臺尾一部分實體圬工與路堤相連?？s短實體臺身長度，節(jié)省圬工。兩片耳墻位于地面較高部位,其施工工藝的要求較高。如施工質(zhì)量不高,在耳墻與臺身連接的根部較易產(chǎn)生裂縫,為此也要求耳墻不宜做得太長。二、輕型墩臺(一)輕型橋墩當(dāng)?shù)鼗临|(zhì)條件較差時, 為了減輕地基的負(fù)擔(dān), 或者為了減輕墩身重量, 節(jié)約圬工材料, 常

8、采用輕型橋墩。輕型橋墩主要有空心墩、板式墩、樁柱式墩、雙柱式墩及各式柔性墩等。1. 空心墩30 m 以上的高墩, 如將實體墩身改為厚壁式空心墩身, 可節(jié)省圬工20 % 30 % ,墩身高在50 m 以上時可用鋼筋混凝土空心墩,節(jié)省圬工可達50 % 。近年來滑動模板工藝的大量使用為空心墩施工創(chuàng)造了良好的條件。2. 樁柱式橋墩樁柱式橋墩(排架式樁墩)：墩身是利用基礎(chǔ)的樁延伸到地面的樁柱,頂帽即為連接樁的帽梁。特點：構(gòu)造簡單,用料少、施工快,但縱向剛度小。鐵路橋只宜用在較小跨度,墩高不超過10 m 以內(nèi)的墩上。2.雙柱式橋墩雙柱式橋墩：鋼筋混凝土做成的剛架,其基礎(chǔ)可為樁基或其它類型的基礎(chǔ)。南京、九江

9、大橋的引橋都采用了雙柱式橋墩。其使用高度一般在30 m 以內(nèi),個別的采用多層剛架可達40 m 以上。3. 柔性墩柔性墩是改變橋梁的受力體系,使墩臺由單獨承受某種荷載變?yōu)榕c其它墩臺和梁組成共同的受力體系,以達到輕型化的目的。將若干個稱為柔性墩的小截面橋墩和一個稱剛性墩(臺)通過橋跨結(jié)構(gòu)用固定支座連接起來，從而使每個柔性墩頂增加一個水平約束。與一般橋墩比較,柔性墩內(nèi)力大大降低。柔性墩的構(gòu)造可為剛架式、板壁式,亦可做成排架樁式。(二)輕型橋臺鐵路上已采用的輕型橋臺主要有： 1.樁柱式橋臺； 2.錨定板式橋臺。(二)輕型橋臺1.樁柱式橋臺樁柱式橋臺的樁柱既是基礎(chǔ)也是臺身。臺頂部分由帽梁、兩側(cè)耳墻及胸墻

10、組成。它適用于地基承載力較低、填土不高的情況。(二)輕型橋臺2. 錨定板橋臺錨定板橋臺是設(shè)置由擋墻、拉桿和錨定板組成的錨定結(jié)構(gòu)來承受土壓力,以達到本身輕型化的一種橋臺。墻后土體的側(cè)壓力通過墻傳至拉桿,拉桿的力由土體抗剪強度對錨定板所產(chǎn)生的抗拔力來平衡。有兩種形式： 1)分開式； 2)整體式。(二)輕型橋臺2.錨定板橋臺1)分開式：臺身與錨定結(jié)構(gòu)分開,土壓力全部由錨定結(jié)構(gòu)承受,臺身僅受橋跨傳來的豎向壓力和水平力,相當(dāng)于一個橋墩的作用。特點：受力明確, 但構(gòu)件較多,且施工工藝較繁, 操作也不方便。2)整體式錨定板橋臺的另一種形式是將臺身和擋墻合為一體。特點： 它的構(gòu)造簡單, 施工方便, 材料也較省

11、,但臺頂位移尚難以較精確地計算三、 基礎(chǔ)的類型與適用條件基礎(chǔ)是指墩臺與地基連接的部分,叫墩臺基礎(chǔ)或叫橋梁基礎(chǔ)。基礎(chǔ)是橋梁的重要組成部分,它既是橋梁的要害部位,又是施工的難點和關(guān)鍵。依結(jié)構(gòu)形式和施工方法的特征可分為:明挖基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)、管柱基礎(chǔ)及其它類型的基礎(chǔ)。一、明挖基礎(chǔ)一般指采用敞坑放坡開挖基坑,然后砌筑圬工的擴大基礎(chǔ);深度：其基底埋深多在5 m 以內(nèi)。近年來采用噴射或灌注混凝土護壁豎直開挖深度可達10 m 以上。適用范圍：明挖基礎(chǔ)施工中的防水和排水工作較為困難,故一般只宜于無水、少水或淺水河流且無涌沙現(xiàn)象的基礎(chǔ)工程噴射混凝土護壁-安裝鋼筋網(wǎng)噴射混凝土護壁-噴射混凝土二、沉井基礎(chǔ)a)

12、.在墩臺位置灌好的開口重型混凝土或鋼筋混凝土井筒;b).然后在井內(nèi)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內(nèi)進行封底、填充及封頂;d).最后在頂蓋上建造墩臺身。二、沉井基礎(chǔ)由于井壁有防水、擋土作用,施工時無需另設(shè)護壁支撐,施工機具亦較簡單且不受地形窄狹的限制。沉井不宜用于不排水開挖的漂石層或傾斜巖層。若遇深水時可改用浮運鋼沉井或薄壁鋼絲網(wǎng)混凝土沉井。鋼沉井岸邊接高沉井浮運吸泥下沉三、樁基礎(chǔ)當(dāng)基底須埋入土層很深時,可采用樁基礎(chǔ)。方法：1.將樁尖下至土層深處；2.再在樁頂灌注混凝土承臺,使基樁與承臺形成整體結(jié)構(gòu)；3.然后在承臺上砌筑墩臺身。優(yōu)點：既可將荷載傳至土層深處,又可

13、減少基坑開挖量和實體基礎(chǔ)的圬工量。因而樁基礎(chǔ)是一種常用的深基礎(chǔ)三、樁基礎(chǔ)樁基分打入樁和鉆(挖)孔樁兩種：打入樁需事先預(yù)制,施工機具設(shè)備較為復(fù)雜,施工技術(shù)要求較高,當(dāng)土層中夾有大量碎石、卵石或其它障礙時,打入困難。近年來打入樁逐漸被鉆(挖)孔樁所取代。鉆(挖)孔樁所需機具設(shè)備比較簡單,并可用于各類土層和巖層。四、管柱基礎(chǔ)管柱基礎(chǔ)是一種新型的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式,一般采用薄壁大直徑的鋼筋混凝土管柱(比樁粗而比沉井小),直徑由1. 56. 0 m 。從受力作用上看,與樁基相近；從施工下沉上看,由于直徑大,需用大型振動打樁機方能穿入土層。因為管柱可以穿越各種土質(zhì)覆蓋層或溶洞,支承于較密實的土上或基巖面上,故適

14、用于深水、薄或厚覆蓋層、巖面起伏等橋址條件。尤其適用于雙柱式橋墩,直接在管柱頂上修建墩身,不必再修筑承臺。五、其他類型基礎(chǔ)在特殊情況下,采用上述四種基礎(chǔ)類型均不能解決問題時,可考慮沉井內(nèi)加管樁(或樁群外加沉井),氣壓沉箱等基礎(chǔ)。當(dāng)沉井刃角落在傾斜巖層面時,為增加穩(wěn)定(抗滑動)可在刃角內(nèi)圈加設(shè)鉆(挖)孔樁的辦法。當(dāng)修建低樁承臺遇見基坑邊坡坍塌施工困難時,可用一節(jié)沉井下沉至承臺底面以上,在沉井內(nèi)灌注承臺混凝土的辦法。當(dāng)?shù)貙又杏写蠊率日系K物,或基底巖面起伏或基底以上有粉細(xì)砂層易于造成翻砂不能采用沉井基礎(chǔ),或當(dāng)需要直接檢驗和處理基底地層時,可考慮采用氣壓沉箱基礎(chǔ)。氣壓沉箱基礎(chǔ)一般適用于水下35 m

15、深度以內(nèi)。由于沉箱內(nèi)勞動條件惡劣,機具設(shè)備復(fù)雜,工程費用高昂,施工進度緩慢,非不得已時,不宜采用。就地澆筑法（支架現(xiàn)澆法） 在橋位處搭設(shè)支架，作為工作平臺，然后在其上制作模板，并在模板中澆注梁體混凝土，待混凝土達到強度后拆除模板、支架。這種方法適用于兩岸橋墩不太高的引橋和城市高架橋，或靠岸邊水不太深且無通航要求的小跨徑橋梁。優(yōu)點：（1）不需大型的吊裝設(shè)備和專門的預(yù)制場地； （2）結(jié)構(gòu)的整體性能好。缺點：（1）工期長； （2）施工質(zhì)量不容易控制。 （3）支架成本較高第六節(jié) 橋梁施工預(yù)制安裝法 在預(yù)制工廠或在運輸方便的橋址附近設(shè)置預(yù)制場進行梁的成批預(yù)制，然后采用一定的架設(shè)方法進行安裝就位。優(yōu)點：（

16、1）工期短； （2）容易控制構(gòu)件的質(zhì)量和尺寸精度； （3）降低工程成本； （4）可減少混凝土收縮、徐變引起的變形。缺點：（1）需要大型的起吊運輸設(shè)備和施工場地； （2）梁體的整體工作性能就不如就地澆筑法。二、支架與模板二、支架與模板支架 1. 支架的材料 木支架、鋼管支架、鋼木混合支架、萬能桿件拼裝支架等。常用支架的主要構(gòu)造立柱式支架（旱橋、非通航橋及橋墩不高的小橋）2. 支架的構(gòu)造立柱式支架簡圖梁式支架（鋼桁架）梁式支架 梁式支架是在兩端設(shè)立柱，上方設(shè)承重梁，模板直接支撐在承重梁上。 梁可以支撐在墩旁支柱上，也可以支撐在橋墩上預(yù)留的托架或者橋墩處臨時設(shè)置的橫梁上。 依其跨徑可采用工字鋼、鋼板梁或者鋼桁架作承重梁。當(dāng)L20m，一般采用鋼桁架作承重梁梁式支架（工字鋼梁）梁式支架（鋼桁架）常用支架的主要構(gòu)造梁柱式支架 當(dāng)梁式支架跨度比較大時，在跨的中間再設(shè)置幾個立柱，梁支撐在多個立柱或臨時墩上形成多跨梁柱式支架。通常在大