墩臺與基礎(chǔ)構(gòu)及墩臺計算課件

1、第 15 章墩臺與基礎(chǔ)構(gòu)造15.1 概述橋梁墩（臺）的組成墩（臺）帽、墩（臺）身、基礎(chǔ)墩臺的作用承受上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載，并通過基礎(chǔ)將此荷載及本身自重傳遞到地基上。梁橋重力式墩臺橋梁墩臺分類重力式墩、臺依靠自身重量來平衡外力而保持穩(wěn)定。墩臺身比較厚實，可以用圬工材料建造。適用于地基良好的大、中橋梁，或流冰、漂流物較多的河流。輕型墩、臺剛度小、受力后允許發(fā)生一定彈性變形。建筑材料主要有鋼筋混凝土和少量配筋的混凝土。必須根據(jù)地形、地質(zhì)、水文和施工條件等綜合考慮選定墩臺型式。各種輕型橋墩形式基礎(chǔ)（下部結(jié)構(gòu)）將全部荷載傳給地基，是確保橋梁安全的關(guān)鍵基礎(chǔ)常埋入巖石中附屬工程錐形護(hù)坡：路堤與橋臺銜接處在橋臺

2、兩側(cè)設(shè)置的石砌邊坡?lián)鯄Γ簽榭s短橋長，橋臺后設(shè)擋墻，應(yīng)設(shè)沉降縫護(hù)岸、導(dǎo)流結(jié)構(gòu)物15.2 墩臺基礎(chǔ)15.2.1 基礎(chǔ)的類型（1)淺埋基礎(chǔ)（埋深小于5m）剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)柔性擴(kuò)大基礎(chǔ)(2)深基礎(chǔ)（埋深大于5m）樁基礎(chǔ)管柱基礎(chǔ)沉井基礎(chǔ)(3)深水基礎(chǔ)（水深56m以上）管柱基礎(chǔ)鎖口鋼管樁基礎(chǔ)深水設(shè)置基礎(chǔ)15.2.2 橋涵常用基礎(chǔ) (1)剛性擴(kuò)大基礎(chǔ) 平面形狀常為矩形，設(shè)置基礎(chǔ)襟邊，基礎(chǔ)平面尺寸較墩臺身底面大。(2)聯(lián)合基礎(chǔ) 當(dāng)擴(kuò)大后的單獨(dú)基礎(chǔ)相接或重疊時，則可將它們做成聯(lián)合基礎(chǔ)。聯(lián)合基礎(chǔ)可調(diào)整相鄰兩柱的沉降差，相向傾斜等。(3)條形基礎(chǔ) 條形基礎(chǔ)長度遠(yuǎn)大于寬度，橫剖面為矩形或單側(cè)臺階形，常用于擋土墻或涵管的基

3、礎(chǔ)。(4)柔性擴(kuò)大基礎(chǔ) 在擴(kuò)大基礎(chǔ)中配置有足夠數(shù)量的鋼筋，基礎(chǔ)的抗彎和抗剪性能良好，可在豎向荷載較大，地基承載力不高以及承受水平力和力矩荷載等情況下使用。基礎(chǔ)的高度不受臺階寬高比限制，適宜于“寬基淺埋” 場合使用。明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)的基坑(5)樁基礎(chǔ) 按傳力方式分：將樁尖嵌人堅實的巖面，荷載由樁尖直接傳到基巖中，稱為柱樁(嵌巖樁)；當(dāng)基巖埋藏很深，荷載通過樁壁與土壤間的摩阻力及樁端的支承力共同承受，這種樁稱為摩擦樁。 按施工方法有沉入樁、鉆(挖)孔灌注樁及鉆孔埋置樁等。 (6)管柱鉆孔樁基礎(chǔ) 管柱鉆孔樁基礎(chǔ)是我國在1953-1957年修建武漢長江大橋時研制的一種先進(jìn)的深水基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)管柱基礎(chǔ)深度

4、已達(dá)70m(其中穿過45m覆蓋層)，最大直徑為5.8m。日本橫濱港灣大橋管柱直徑達(dá)10.0m。 管柱體有鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力混凝土和鋼管柱3種。管柱下沉到位后,以管壁作護(hù)筒,在管柱內(nèi)鉆巖成孔，下放鋼筋骨架籠，灌注混凝土，使每根管柱都牢固地嵌固在基巖中。 (7)沉井基礎(chǔ) 沉井基礎(chǔ)是一種歷史悠久的深基礎(chǔ)形式。 沉井是一種井筒狀結(jié)構(gòu)物，它依靠在井內(nèi)挖士，借助井體自重及其它輔助措施而逐步下沉至預(yù)定設(shè)計標(biāo)高后，再以混凝土封底，填塞井孔，構(gòu)筑井蓋，最終形成的一種建筑物深基礎(chǔ)。(8)地下連續(xù)墻基礎(chǔ) 在泥漿護(hù)壁條仵下，采用專用的挖槽(孔)設(shè)備，順序地沿著基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)物的周邊開挖出一個具有一定寬度與深度的槽孔，然后在

5、槽內(nèi)分段安放鋼筋籠，澆注混凝土，段間以接頭聯(lián)結(jié)為整體，逐步形成的一道連續(xù)的地下鋼筋混凝土墻。 (9)鎖口鋼管樁基礎(chǔ) 鎖口鋼管樁基礎(chǔ)是一種較新的橋梁深水基礎(chǔ)形式。它是在墩位處打人大型鎖口鋼管樁(樁徑1.01.3m，壁厚1015mm，兩側(cè)焊上鋼鎖口)，形成一個環(huán)狀圍堰，再以砂漿將鎖口處封閉，然后在圍堰內(nèi)除土一定深度，處理平整后進(jìn)行水下混凝土封底，修筑承臺，形成基礎(chǔ)。(10)深水設(shè)置基礎(chǔ) 先在陸地上預(yù)制基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)物，處理基底后，然后在深水中設(shè)置的一種基礎(chǔ)形式，適用于水深、潮急、航運(yùn)頻繁等修建基礎(chǔ)甚為困難的條件。鐘形基礎(chǔ)是一種類似套箱而形狀像古代鐘鈴的深水設(shè)置基礎(chǔ)。 技術(shù)特點：先在岸邊按基礎(chǔ)和部分墩身的

6、形狀用鋼板焊制或用鋼筋混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土預(yù)制一個鐘形的薄殼套箱，然厚將此套箱吊裝安置在已整好的地基上。然后，將基礎(chǔ)承臺與墩身混凝土同時澆筑，使其連成整體。 這一薄殼套箱，既是施工用的防水圍堰，又是基礎(chǔ)混凝土澆筑的模板。由于鐘形基礎(chǔ)將防水圍堰、施工用模板和部分主體結(jié)構(gòu)巧妙地合而為一，從而便具有施工用料少、施工方法簡單、施工速度快等優(yōu)點。但其最大缺點則是對施工技術(shù)要求高。15.3 橋墩15.3.1 重力式橋墩特點：靠自身的重量來平衡外力，從而保證橋墩的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。常用圬工材料建造，適用于地基良好的大、中型橋梁。組成：墩帽、墩身分類：實心墩、空心墩(1)梁橋重力式橋墩 1)墩帽采用C20以上

7、的混凝土，設(shè)置構(gòu)造鋼筋或受力鋼筋。墩臺帽厚度，對特大、大跨徑橋梁不應(yīng)小于0.5m；中、小跨徑橋梁不應(yīng)小于0.4m。墩臺帽上應(yīng)設(shè)置支座墊石，墊石內(nèi)應(yīng)布置水平鋼筋網(wǎng)。與支座底板邊緣相對的支座墊石邊緣應(yīng)向外展出0.10.2m。支座墊石頂面應(yīng)高出墩、臺帽頂面排水坡的上棱，墩、臺頂面與梁底之間應(yīng)預(yù)留更換支座的空間。墩帽頂面可做成10%的排水坡。墩帽較墩身四周出檐寬度宜為0.050.10m，并在其上做成溝槽形滴水。 順橋向的墩帽最小寬度b： 橫橋向的墩帽最小寬度B： 交接墩墩帽 墩帽鋼筋構(gòu)造圖 懸臂式和托盤式墩帽 2)墩身實體式墩身頂寬，小跨徑橋0.8m（設(shè)輕型橋臺的橋梁0.6m）；中跨徑橋梁1.0m；特

8、大、大跨徑橋梁，墩身頂寬有上部結(jié)構(gòu)類型定。墩身側(cè)坡一般采用20:130:1，小跨徑橋的橋身可采用直坡。墩身通常由塊石、混凝土或鋼筋混凝土材料建造。墩身迎水面做成圓端形或尖端形，便于水流和漂浮物通過；無水岸墩或高架橋墩做成矩形；斜交橋梁墩身宜做成圓形；強(qiáng)烈流冰、泥石流或大量漂浮物河流中的墩身應(yīng)作鑲面；強(qiáng)烈流冰河道(冰厚大于0.5m，流冰速度大于1m/s)中的橋墩迎水端應(yīng)做成破冰棱體。 中等流冰情況(冰厚0.30.4m，流速不大于11.2m/s)或經(jīng)常有大量漂浮物河流的混凝土重力式橋墩，墩身迎水面可以用1012mm的鋼筋網(wǎng)加強(qiáng)，鋼筋網(wǎng)格尺寸20cm20cm?？招臉蚨眨簽榱藴p少圬工體積，節(jié)約材料，或

9、為了減輕自重，降低基底的承壓應(yīng)力，將一些高大橋墩的墩身內(nèi)部作挖空處理。其外形與實體重力式橋墩差別不大，介于重力式橋墩和輕型橋墩之間。 空心墩按壁厚不同分為厚壁與薄壁兩種，一般用壁厚與中面直徑D之比來區(qū)分：t/D1/10為厚壁，t/D1/10為薄壁。 薄壁空心墩的一般配筋率在0.5左右，也有只按構(gòu)造或承受局部應(yīng)力或附加應(yīng)力配筋的?？招臉蚨赵跇?gòu)造尺寸上應(yīng)符合下列規(guī)定：墩身最小壁厚，對于鋼筋混凝土不宜小于30cm，對于混凝土不宜小于50cm。墩身內(nèi)應(yīng)設(shè)橫隔板或縱、橫隔板，以加強(qiáng)墩壁的局部穩(wěn)定。墩身周圍應(yīng)設(shè)置適當(dāng)?shù)耐L(fēng)孔或泄水孔，孔的直徑不小于20cm；墩頂實體段以下應(yīng)設(shè)置帶門的過人洞或相應(yīng)的檢查設(shè)備

10、。墩頂實體段厚不小于1.02.0m。(2)拱橋重力式橋墩 視抵御拱橋結(jié)構(gòu)自重水平力的能力，拱橋橋墩分為普通墩和單向推力墩兩種。普通墩一般不承受結(jié)構(gòu)自重水平推力，或者只承受鄰孔不等引起的的不平衡推力；單向推力墩又稱制動墩，能承受住單向的結(jié)構(gòu)自重水平推力，或能承受部分橋跨結(jié)構(gòu)自重單向推力的制動墩。1)拱座 拱橋橋墩需設(shè)置傳力的拱座，承力面與拱軸線正交，由于局部承壓大，特別是肋拱橋的拱座壓力更集中，拱座一般采用C30以上的整體式混凝土（或鋼筋混凝土）、混凝土預(yù)制塊或MU40以上的塊石砌筑。 裝配式肋拱的拱座，可預(yù)留拱肋插孔槽，就位后澆混凝土封固?？椎谆蚩妆趹?yīng)增設(shè)一些加固鋼筋網(wǎng)。2)拱座位置 當(dāng)橋墩兩

11、側(cè)孔徑相等時，拱座設(shè)置多在相同的起拱線標(biāo)高上，有縱坡影響時，兩側(cè)的起拱線標(biāo)高可以略有不同；當(dāng)橋墩兩側(cè)的孔徑不等，拱座需設(shè)置在不同的起拱線標(biāo)高上，橋墩墩身可在推力小的一側(cè)變坡或增大邊坡。從外形美觀上考慮，變坡點宜設(shè)在常水位以下。墩身兩側(cè)邊坡和梁橋一樣，一般也為20:130:1。拱橋墩身變坡日本錦帶橋15.3.2 輕型橋墩(1)梁橋輕型橋墩當(dāng)?shù)鼗临|(zhì)條件較差時，為了減輕地基負(fù)擔(dān)，或減輕墩身重量，節(jié)約圬工材料，常常采用各種形式的輕型橋墩。輕型橋墩的墩帽與重力式橋墩無多大差異。1)鋼筋混凝土薄壁橋墩 墩身直立，其厚度與高度的比值較小(一般為1/101/15或3050cm)，墩身內(nèi)配置有適量的鋼筋，含鋼

12、量約為60kg/m3。薄壁橋墩的特點是圬工體積小，結(jié)構(gòu)輕巧，比重力式橋墩可節(jié)約圬工量70左右，且施工簡便，外形美觀，過水性良好，故適用于地基土軟弱的地區(qū)。缺點是當(dāng)采用現(xiàn)澆混凝土?xí)r，需耗費(fèi)用于立模的材料和一定數(shù)量的鋼筋。2)輕型實體橋墩 輕型實體橋墩較多采用圓端形，墩帽混凝土強(qiáng)度等級不低于C25，配置8的構(gòu)造鋼筋。墩帽在平面上的尺寸隨墩身頂部尺寸而定。墩帽高度不小于40cm。墩帽四周挑檐寬度為5cm，周邊做成55cm倒角。 輕型實體橋墩墩帽頂面可加筑三角墊層，預(yù)留栓釘孔，以備埋置栓釘錨固上部結(jié)構(gòu)。2)輕型實體橋墩 墩身可以是混凝土或漿砌塊石。石料不低于MU30，砂漿不低于M5。墩身寬度應(yīng)滿足上部

13、構(gòu)造的支承需要，一般不小于60cm。 橋墩基礎(chǔ)多采用混凝土，多做成單層，其平面尺寸較墩身底面四周尺寸各放大20cm左右，高度一般為50cm左右。 相鄰橋臺（墩）下端之間應(yīng)設(shè)鋼筋混凝土支撐梁，位于鋪砌層或沖刷線以下，中距宜為23m，截面尺寸不宜小于20cm30cm（橫豎），縱筋不小于12，箍筋用8mm；有時也可用截面為40cm40cm的素混凝土梁或塊石砌筑。 3)柱式橋墩 柱式橋墩由分離的兩根或多根立柱所組成，是橋梁中采用較多的橋墩形式之一。它的外形美觀，圬工體積少，而且重量較輕。 柱式墩般由墩帽（亦稱蓋梁）與墩柱組成，配樁基礎(chǔ)或擴(kuò)大基礎(chǔ)，當(dāng)為樁基礎(chǔ)時，樁頂常以橫系梁或承臺連接。洪水位以下部分墩

14、身做成實體式，以增強(qiáng)抵抗漂浮物撞擊的能力。 3)柱式橋墩 蓋梁橫截面一般為矩形或T形(或倒T形)，底面形狀有直線形和曲線形兩種。蓋梁各截面尺寸與配筋（普通或預(yù)應(yīng)力）需通過計算確定。蓋梁一般就地澆筑，也可采用預(yù)制安裝。墩柱鋼筋伸入蓋梁或承臺1520cm。露出樁柱頂?shù)闹鹘羁蓮澇膳c鉛垂線約成15傾斜角的喇叭形、加箍筋，并伸入蓋梁和承臺中；當(dāng)鋼筋的伸入長度符合相關(guān)規(guī)定也可以不扳成喇叭形。墩頂系梁主筋應(yīng)應(yīng)伸入樁內(nèi)(2)拱橋輕型橋墩 為一種樁柱式橋墩。只是墩帽上設(shè)置拱座。有普通墩，也有單向推力墩。)帶三角桿件的單向推力墩 在普通墩的墩柱上，從兩側(cè)對稱地增設(shè)鋼筋混凝土斜撐和水平拉桿（可采用預(yù)應(yīng)力混凝土。只用

15、于在橋不太高的旱地上。)懸臂式單向推力墩工作原理：當(dāng)一側(cè)橋孔破壞后，可以通過另一側(cè)拱座上的豎向分力與懸臂長所構(gòu)成的穩(wěn)定力矩來平衡由拱的水平推力所導(dǎo)致的傾覆力矩。適用于兩鉸雙曲拱橋 ，不能用于無鉸拱。柱式橋墩柔性排架樁墩重慶長江大橋重慶李家沱長江大橋L444m重慶鵝公巖大橋 l600m雙柱式橋墩主跨雙薄壁墩邊跨雙柱式墩龍河大橋370m箱肋拱橋，f/L=1/5，m=1.756, 橋?qū)?8m雙曲拱橋輕型懸臂式制動墩15.4 橋臺重力式橋臺靠自重來平衡臺后填土的土壓力，臺身多由圬工材料建造。分類：U型臺、八字臺、一字臺、埋置式臺、拱座式臺組成：臺帽、臺身、基礎(chǔ)輕型橋臺利用鋼筋砼結(jié)構(gòu)的抗彎能力來減少圬工

16、體積而使橋臺輕型化，與臺后填土的彈性抗力有密切關(guān)系。分類：U型臺、八字臺、一字臺、輕型埋置式臺、鋼筋砼薄壁臺、加筋土橋臺等。15.4.1 重力式橋臺（1）U形橋臺 由于拱橋橋臺尚須承受水平推力的作用，在結(jié)構(gòu)尺寸上比梁橋臺稍大。 結(jié)構(gòu)尺寸：前墻與側(cè)墻可按一定比例放坡，臺身與路基同寬，各部尺寸均須滿足構(gòu)造及受力要求，具體可參見橋規(guī)及墩臺與基礎(chǔ)之規(guī)定。若橋臺較高，須按擋土墻計算其受力。 臺后填土：須分層夯實，透水性好，壓縮性小的砂性土，并做好臺后排水措施。15.4.1 重力式橋臺（2）埋置式橋臺 將臺身埋置于臺前溜坡內(nèi)，由臺帽兩端耳墻與路堤銜接。臺身為圬工或混凝土實體，臺帽及耳墻采用鋼筋混凝土；當(dāng)溜

17、坡不被沖毀時，可考慮溜坡填土的主動土壓力。 埋置式橋臺圬工數(shù)量較省，但溜坡壓縮了河道，或者為了不壓縮河道，就需要增加橋長。適用于橋頭為淺灘，溜坡受沖刷較小，填土高度在10m以下的中等跨徑橋梁。15.4.1 重力式橋臺（3）拱座式橋臺 為實體橋臺，沒有側(cè)面擋土的問題。山邊巖質(zhì)地基，橋臺以嵌入巖層最為經(jīng)濟(jì)；地基較為平坦時，橋臺長度視拱推力與橋臺重量的合力作用于基底的位置，需在核心距以內(nèi)，不使基底產(chǎn)生拉力；地基基礎(chǔ)條件較好的橋臺，有時為了縮短基礎(chǔ)長度，在橋臺上加柱，以使合力趨近于基礎(chǔ)前，減少基礎(chǔ)圬工 。河北趙縣趙州橋15.4.2 輕型橋臺（1）梁橋輕型橋臺1）設(shè)有支撐的輕型橋臺特點：臺身為直立的薄壁

18、墻，臺身兩側(cè)有翼墻；在兩橋臺下部設(shè)置鋼筋混凝土支撐梁。類型：（按翼墻的形式和布置方式） 一字形輕型橋臺、八字形輕型橋臺、耳墻式輕型橋臺（1）梁橋輕型橋臺2)輕型埋置式橋臺 輕型埋置式橋臺的布置方式及優(yōu)缺點與重力式埋置式橋臺相似，但其臺身圬工量較少，對地基的適應(yīng)性較好。按臺身的結(jié)構(gòu)形式，輕型埋置式橋臺可以分為： 肋形埋置式、雙柱式、框架式（1）梁橋輕型橋臺3)鋼筋混凝土薄壁橋臺 由扶壁式擋土墻和兩側(cè)的薄壁側(cè)墻構(gòu)成。擋土墻由厚度不小于15cm(一般為1530cm)的前墻和間距為2.53.5m的扶壁所組成，可減少圬工體積4050，適用于軟弱地基條件，但構(gòu)造和施工比較復(fù)雜，鋼筋用量較多。 （2）拱橋輕

19、型橋臺 適用于13m以內(nèi)的小跨徑拱橋和橋臺水平位移量很小的情況。其工作原理：當(dāng)橋臺受到拱的推力后，便發(fā)生繞基底形心軸而向路堤方向的轉(zhuǎn)動，此時臺后的土便產(chǎn)生抗力來平衡拱的推力，從而使橋臺的尺寸大大地小于重力式橋臺(約為65)。常用的輕型橋臺有八字形橋臺和U形橋臺。 （3）拱橋的其他形式橋臺 常用的其他形式的橋臺有：組合式橋臺 、空腹式橋臺 、齒檻式橋臺 。第16章 墩臺計算16.1 荷載及其組合16.1.1 橋墩計算中的作用及其作用效應(yīng)組合 橋墩計算的永久作用：上部構(gòu)造的結(jié)構(gòu)重力對墩帽或拱座產(chǎn)生的支承反力，包括上部構(gòu)造混凝土收縮、徐變影響。橋墩結(jié)構(gòu)重力，包括作用在基礎(chǔ)襟邊上的土重。預(yù)應(yīng)力，例如裝

20、配式預(yù)應(yīng)力空心橋墩所施加的預(yù)應(yīng)力?；A(chǔ)變位影響力，對于奠基于非巖石地基上的超靜定結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮由于地基壓密等引起的長期變位的影響，并根據(jù)最終位移量按彈性理論計算結(jié)構(gòu)截面的附加內(nèi)力。水的浮力16.1 荷載及其組合16.1.1 橋墩計算中的作用及其作用效應(yīng)組合 橋墩計算中考慮的可變作用有： 作用在上部構(gòu)造上的汽車荷載，對于鋼筋混凝土柱式墩臺應(yīng)計入沖擊力，對于重力式墩臺則不計沖擊力； 汽車離心力； 人群荷載； 作用在上部構(gòu)造和墩身上的縱、橫向風(fēng)力； 汽車荷載引起的制動力； 作用在墩身上的流水壓力； 作用在墩身上的流冰壓力； 上部構(gòu)造因溫度變化對橋墩產(chǎn)生的水平力； 支座摩阻力。16.1 荷載及其組合16

21、.1.1 橋墩計算中的作用及其作用效應(yīng)組合 作用于橋墩上的偶然荷載有： 地震力； 作用在墩身上的船只或漂浮物的撞擊力； 對跨線立交，根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)形式，考慮汽車對橋墩的撞擊作用。 對施工階段，根據(jù)施工過程考慮相應(yīng)的作用，按計算需要及結(jié)構(gòu)所處條件來確定作用效應(yīng)的組合。 各種作用的計算方法可參見本章內(nèi)容和公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范(JTG D602004)有關(guān)條文。 （1）梁橋重力式橋墩第一種作用效應(yīng)組合最大豎向力組合，驗算墩身強(qiáng)度和基底最大應(yīng)力。有關(guān)的永久作用+相鄰兩跨滿布可變作用的一種或幾種。第二種作用效應(yīng)組合順橋向的最大偏心和最大彎矩組合，驗算墩身強(qiáng)度、基底應(yīng)力、偏心以及橋墩的穩(wěn)定性。有關(guān)的永久作用+相鄰兩孔的一孔上布置可變作用的一種或幾種，以及可能產(chǎn)生的可變作用如：縱向風(fēng)力，汽車制動力和支座摩阻力等。第三種作用效應(yīng)組合橫橋向的最大偏心和最大彎矩組合，驗算墩身強(qiáng)度、基底應(yīng)力、偏心以及橋墩的穩(wěn)定性。有關(guān)的永久作用+可變作用的一種或幾種偏向橋面的一側(cè)布置+可變作用（橫向風(fēng)力，流水壓力或冰壓力等或者偶然作用中的船只或漂浮物的撞擊