橋梁工程 (bridge engineering),授課人：* *土木工程與力學學院 建筑之家,第五篇 橋梁墩臺,第一章 橋梁墩臺的構造與設計,1-1 橋梁墩臺概述 1-2 梁橋墩臺 1-3 拱橋墩臺,第一節 橋梁墩臺概述,一、橋梁墩臺的作用與要求,橋梁墩臺是橋墩和橋臺的合稱，是支承橋梁上部結構的結構物，它與基礎統稱為橋梁下部結構，主要作用是承受上部結構傳來的荷載,并將它及本身自重傳給地基。,橋墩支承相鄰的兩孔橋跨，居于橋梁的中間部位。 橋臺居于全橋的兩端，它的前端支承橋跨,后端與路基銜接，起著支擋臺后路基填土并把橋跨與路基連接起來的作用。 安全耐久、造價低、易維護且成本低、施工方便且工期短、美學上的要求等。,二、橋梁墩臺的基本組成與類型,1. 基本組成,一般由墩(臺)帽(或拱座)、墩(臺)身和基礎三部分組成。,2. 墩臺的基本類型,橋梁上最常用、最基本的墩臺類型，總體上可分為重力式墩臺和輕型墩臺兩種。,1) 重力式墩臺,主要特點： 墩、臺身比較厚實，以自身重力（及橋跨重力）平衡外力，獲得強度與穩定性； 可以不配置鋼筋，用天然石材或片石混凝土砌筑； 剛度大、防撞能力強； 適用于：地基承載力高、淺基巖；在砂石料方便的地區；流冰、漂浮物較多的河流中。,主要缺點：圬工體積較大，因而其自重和阻水面積也較大，對地基要求較高。,2) 輕型墩臺,主要特點： 自重小、節省圬工； 剛度小，受力后允許在一定的范圍內發生彈性變形； 抗沖擊能力差； 以鋼筋混凝土和少量配筋的混凝土為主，也有一些輕型墩臺可用石料砌筑。 外形輕巧美觀，是目前公路橋梁中廣泛采用的墩臺型式之一，特別是在較寬較大的城市立交橋和高架橋中。,墩臺選用時必須根據橋位處的地形、地質、水文和施工條件等因素綜合考慮確定。,3. 墩臺的基礎及分類,墩臺基礎是橋梁墩臺結構直接與地基接觸的部分，主要承受墩臺身傳來的荷載。,常用的墩臺基礎分為以下幾類：淺埋基礎(剛型和柔性擴大基礎)；深基礎(樁基礎和沉井基礎) 深水基礎。,橋梁基礎工程發展到今天，已經不受水文地質條件的控制，但由于基礎工程在地面以下或水中，增加工程的復雜程度。在施工中，應根據基礎的不同形式而采取相應的施工措施。 在橋梁的總體設計中，下部結構的選型對整個設計方案有較大的影響。合理的選型會使上、下部結構協調一致、輕巧美觀。 近年來我國建造的橋梁，下部結構的造型也有了顯著的變化，反映在向著輕型、薄壁、注意造型的方向發展。對于城市立交橋、高架橋下部結構的選型就更應顯示出橋梁美學的功能。,受力,第二節 梁橋墩臺,一、梁橋橋墩的構造,構造,實體墩 空心墩 柱式墩 框架墩等,剛性墩 柔性墩,截面形式,矩形 圓形 圓端形 尖端形,施工工藝,就地澆(砌)筑橋墩,預制安裝橋墩,1. 實體式橋墩,按其截面尺寸及重量的不同又可分為實體重力式橋墩和實體輕型橋墩。 主要靠自身的重量（包括橋跨結構重力）平衡外力，從而保證橋墩的強度和穩定。 自身剛度大，具有較強的防撞能力，但同時存在阻水面積大的缺陷，比較適合于修建在地基承載力較高、覆蓋層較薄、基巖埋深較淺的地基上。,（1）矩形墩,（2）圓形橋墩,（3）圓端形橋墩,1) 墩帽的構造及其平面尺寸,支座下局部承壓，應予加強并有一定厚度，以利傳力至墩身； 厚40cm（中小橋30cm；特大、大跨徑橋梁50cm）； 砼c20，加配構造筋； 檐口：寬510cm；,1,2,510cm,墩帽構造,1- 支座,2- 墩帽,順橋向的墩帽寬度b,式中：,雙排支座：,f 相鄰兩跨支座的中心距； c1順橋向支座墊板至墩身邊緣最小距離； c2檐口寬度，50mml00mm。,支座邊緣到墩臺身邊緣的最小距離,注：(1)采用鋼筋混凝土懸臂式墩臺帽時，上述最小距離為支座至墩臺帽邊緣距離； (2)跨徑100m及以上的橋梁，應按實際情況而定。,順橋向的墩帽寬度b：,單排支座：,不等高梁雙排支座：,橫橋向的墩帽最小寬度b：,b=兩側主梁間距(b1)+支座橫向寬度(a1) +2cl+2c2,多片主梁:,箱形梁:,b=兩邊支座中心距(b2)+a1+2cl+2c2,2) 墩身,重力式墩身,墩身頂寬0.8m / 1.0m（小/中橋,大橋視上部結構類型而定）; 由塊石、漿砌片石、混凝土或鋼筋混凝土(mu40/30,c25/20, m 7.5/5)等材料建造; 因抗傾覆穩定依賴于墩身重力，故不可太小； 側坡：30:120:1（小跨且矮墩徑可無側坡）；,破冰棱可采用石材(mu60) 或混凝土預制塊鑲面（c40，在迎水表面埋設鋼板或角鋼），鑲面砌筑的砂漿（m20）。,傾斜度為3:110 :1,實體薄壁橋墩,可用鋼筋混凝土材料做成，一般不設側坡。 可以顯著減少巧工體積，因而被廣泛使用于中、小跨徑的橋梁中， 其抗沖擊力較差，不宜用在流速大并夾有大量泥砂的河流，或可能有船舶、冰、漂流物撞擊的河流。,鋼筋混凝土薄壁橋墩,空心橋墩有兩種形式：一種為部分鏤空實體橋墩，另一種為薄壁空心橋墩。,2. 空心式橋墩,對于高大的橋墩或位于軟弱地基橋位的橋墩，為了減少巧工體積、減輕自重以及減小地基的負荷，可將墩身內部做成空腔體或部分空腔體，形成空心橋墩。它介于重力式橋墩和輕型橋墩之間。,鋼筋砼構件，配筋率0.5%左右；c2030； 壁厚：3050cm； 宜設水平隔板；40m以上高墩，不論壁厚均設，間距610m； 墩身表層內應設置鋼筋網，其面積每米250mm2，間距40cm。,部分鏤空：,端部實體過渡段。,薄壁空心：,3. 柱（樁）式橋墩,柱式橋墩是目前公路橋梁中廣泛采用的橋墩型式，由承臺、柱式墩身和蓋梁三部分組成，具有線條簡捷、明快、美觀，既節省材料數量又施工方便的特點，特別適用于寬度較大的城市橋梁和立交橋。,常用的柱式橋墩的型式：單柱式、雙柱式、啞鈴式以及混合雙柱式四種。,蓋梁各截面尺寸與配筋需通過受力計算確定：采用的混凝土c25；內應設箍筋8mm，間距20cm；兩側面應設縱向水平鋼筋，直徑12mm，間距20cm。 墩柱的核心截面:為直徑60150cm的圓形或矩形、六角形等,采用c20c30的鋼筋混凝土; 豎向受力鋼筋的直徑應12mm，配筋率應0.4%，箍筋6mm。 樁(或柱)的橫系梁截面高度和寬度：取0.81.0倍的樁(或0.60.8倍的柱)直徑或矩形墩柱縱橋向邊長；橫系梁一般不直接承受外力，可不作內力計算配筋，其截面構造鋼筋配筋率0.1%，截面四角應設置直徑16mm的縱向鋼筋，并設直徑8mm的箍筋，箍筋間距橫系梁的短邊尺寸或40cm。,構造要點：,柔性排架樁墩由成排的鋼筋混凝土樁頂端連以鋼筋混凝土蓋梁而成。,4. 柔性排架樁墩,特點：材料用量省，修建簡單，施工速度快，但其缺點是用鋼量大，使用高度和承載能力都受到一定的限制。,對于鉆孔灌注樁排架墩，其樁的直徑90cm，樁間距2.5倍的成孔直徑，其蓋梁的寬度一般比樁徑大1020cm，高度根據受力計算和構造要求而確定。 對于預制鋼筋混凝土方樁排架墩，其樁的截面尺寸與樁長有關。 樁長10m時，橫截面尺寸為30cm30cm; 樁長在1014m時，為35cm35cm; 樁長15m時，采用40cm40cm。 樁間距3倍樁邊長，一般為1.52.0m， 蓋梁一般為矩形截面，高度在4050cm，單排架樁墩蓋梁的寬度采用6080cm。,柔性排架樁墩在構造上應注意以下幾點:,5. 框架式橋墩,框架墩的墩身是采用受力明確的壓彎和撓曲構件組成的平面框架。在橫橋向可以做成雙層或多層的空間框架受力體系；在橋梁縱、橫向可建成v形、y形或x形的墩身結構，在現代混凝土梁橋中較常采用。,v形橋墩和y形橋墩,2,1,1,a),1-預制梁,2-接頭,2,1,1,b),特點：減輕墩身重量，節約圬工材料，較美觀。剛度較大，適用性廣，并可與樁基配合使用。 缺點：模板工程較復雜，柱間空間小，易于阻滯漂浮物 適用：多在水深不大的淺基礎或高樁承臺上采用，而避免在深水，深基礎及漂浮物多，有木筏的河道上采用。,二、梁橋橋臺的構造,梁橋橋臺從構造上可分為重力式橋臺、輕型橋臺和組合式橋臺三種類型。,1. 重力式橋臺,重力式橋臺主要靠自身重力來平衡臺后的土側壓力，橋臺臺身一般由巧工材料采用就地澆(砌)筑施工建成。常用的種類有重力式u形橋臺等。,臺帽:1)對于大橋，預制c30，現澆c25,小橋，預制c25，現澆c20；2)厚度，對于大跨徑50cm，對于中小跨徑40cm。,臺身:,2. 輕型橋臺,常用的輕型橋臺可分為:設有支撐梁的輕型橋臺、框架式輕型橋臺以及薄壁輕型橋臺等幾種類型。,1）設有支撐梁的輕型橋臺,按照翼墻的形式和布置方式可分為:一字形輕型橋臺、八字形輕型橋臺、耳墻式輕型橋臺。,臺墻厚度60cm,支撐梁應設于鋪砌層或沖刷線以下，中距宜為23m, 截面尺寸20cm30cm,適用于跨徑13m、橋孔3孔的梁(板)橋。,2)框架式橋臺,適用于地基承載力較低、臺身較高、跨徑較大的梁橋。,常用的構造形式有三種:肋板式橋臺、柱式橋臺、構架式橋臺。,肋板式橋臺:臺身高度10m時,設置系梁，蓋梁、系梁和耳墻采用的混凝土c25，肋板厚度在4080cm,混凝土c20。 柱式橋臺：用于填土高度5m的橋臺，柱間不需設置系梁。 構架式橋臺:它既比柱式橋臺具有更好的剛度，又比肋板式橋臺更節省巧工用量,可用于填土高度5m的橋臺。,3)鋼筋混凝土薄壁橋臺,懸臂式 扶壁式 撐墻式 箱式,扶壁間距為2.53.5m,4)實體埋置式橋臺,適用：橋頭為淺灘，溜坡受沖刷較小且路堤填土高度達8m以上的多跨橋的高橋臺。,耳墻長度34m，厚度為1530cm，后端高度為50cm,前端高度為100250cm，應將主筋伸入臺帽借以錨固。采用的混凝土c25，臺身和基礎為m7.5漿砌 mu40塊石，溜坡表面宜采用m5漿砌 mu30片石作鋪砌護坡。,組合式橋臺是由主要承受橋跨結構傳來的豎向力和水平力的臺體，與承受臺后土壓力的其他結構組合而成。常用的型式有加筋土橋臺、過梁式框架橋臺以及臺墻隔離橋臺。,3. 組合式橋臺,1)加筋土橋臺,適用于臺高56m的跨線橋或臺位不受河水沖刷的中、小跨徑橋。,2)過梁式框架組合橋臺,3)臺墻隔離組合橋臺,第三節 拱橋墩臺,一、拱橋橋墩的構造,1. 重力式橋墩,b180cm，混凝土b1=1/15/25拱跨，石砌b1=1/10/20拱跨,墩身兩側斜面坡可為20:130:1,2. 輕型橋墩,拱橋的輕型橋墩有樁柱式橋墩和斜撐式橋墩幾種類型，目前所用的拱橋輕型橋墩，一般為配合鉆孔灌注樁基礎的柱式樁墩。,當拱橋跨徑在10m左右時，常采用兩根直徑為100cm的鉆孔灌注樁;跨徑在20m左右時可采用兩根直徑為120cm或三根直徑為100cm的鉆孔灌注樁;跨徑在30m左右時可采用三根直徑為120130cm的鉆孔灌注樁。,二、拱橋橋臺的構造,1. 重力式橋臺,2. 輕型橋臺,拱橋常用的重力式橋臺是u形橋臺，與梁橋中的u形橋臺相比，在結構構造上除在拱座和前墻兩部分有所差別外，其余部分也基本相同。,常用的輕型橋臺有:八字形橋臺、u字形橋臺、背撐式橋臺、空腹式橋臺和齒檻式橋臺。,1) 八字形橋臺,前墻可以是等厚度的，也可以是變厚度的。變厚度臺身的背坡為2:14:1，翼墻的頂寬一般為40cm。前坡為10:1，后坡為5:1。為了防止基底向橋跨滑動，基礎應有一定埋置深度。,2) u字形橋臺,前墻與側墻之間應設變形縫，以適應橋跨的可能變位。,3) 背撐式橋臺,當橋臺較寬時，為了保證結構的強度和穩定性，可以在八字形或u字形的前墻背后加一道或幾道背撐，構成字形、e字形等水平截面形式的前墻。,4) 空腹式橋臺,空腹式橋臺是由前墻、后墻、基礎板和撐墻等部分組成。在前后墻之間設置34道撐墻，作為傳力構件，并對后墻起到扶壁、對基礎板起到加勁作用，最外邊的撐墻可以做成階梯踏步，供人們上下河岸，空腹可以是敞口的，也可以是封閉的。這種橋臺一般是在軟土地基、河床無沖刷或沖刷輕微、水位變化小的橋位上采用。,5) 齒檻式橋臺,齒檻式橋臺是由前墻、側墻、后墻底板和撐墻幾個部分組成。 其結構特點是:基底面積較大，可以支承一定的垂直壓力;底板下的齒檻可以增加摩擦和抗滑的穩定性;臺背做成斜擋板，利