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1、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。第1页/共43页桥墩、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。第2页/共43页桥墩、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;
2、再加上雨水、冰雪等自然力)第3页/共43页桥墩、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。第4页/共43页桥墩、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第5页/共43页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第6页/共43页桥墩、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
3、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。第7页/共43页桥墩、台组成3.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坡脚伸出桥台前沿脚伸出桥台前沿。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安全可靠地传到地基上。全可靠地传到地基上。第8页/共43页第二节第二节 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
4、墩台 2.2.轻型墩台轻型墩台第9页/共43页一、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。第10页/共43页(二)、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四四种种。第11页/共43页重力式桥墩1).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
5、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墩周河床的局部冲刷的局部冲刷。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,也采用矩形截面。也采用矩形截面。第12页/共43页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
6、于小于1515的水中墩的水中墩,有水桥有水桥梁多用此种类型。梁多用此种类型。第13页/共43页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。第14页/共43页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及河床不允许有严重冲刷的小跨度桥梁。及河床不允许有严重冲刷的小跨度桥梁。有流水的河流有流
7、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。第15页/共43页(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。第16页/共43页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
8、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,宜选用宜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。第17页/共43页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。第18页/共43页2
9、.T 形桥台为减少圬工量改造：带洞的形式,工字形。第19页/共43页3.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,对较高对较高桥台可减少台长桥台可减少台长,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,应综合权衡应综合权衡“减小台长减小台长”与与“增大孔跨增大孔跨”二者的利二者的利弊。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;十字十字形埋式台宽变化形埋式台宽变化,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
10、度为8 820 m 20 m、跨度、跨度161632 m 32 m。第20页/共43页4.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,其施工工艺的要求较高。其施工工艺的要求较高。如施工质量不高如施工质量不高,在耳墙与台身在耳墙与台身连接的连接的根部较易产生裂缝根部较易产生裂缝,为此为此也要求耳墙不宜做得太长。也要求耳墙不宜做得太长。第21页/共43页二、轻型墩台二、轻型墩台(一一)轻型桥墩轻型桥墩
11、 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担减轻地基的负担,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、桩柱式墩桩柱式墩、双柱式墩双柱式墩及及各式柔性墩各式柔性墩等。等。第22页/共43页1.空心墩 30 m 30 m 以上的高墩以上的高墩,如将实体墩身如将实体墩身改为改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钢筋混凝土空心墩混凝土空心墩,节省圬工可达节省圬工可达
12、50 50%。近年来滑动模板工艺的大量使用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。为空心墩施工创造了良好的条件。第23页/共43页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。第24页/共43页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,其基础其基础可为桩基或其它类型的基础。可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
13、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,个别的采用多个别的采用多层刚架可达层刚架可达40 m 40 m 以上。以上。第25页/共43页3.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。第26页/共43页(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
14、式桥台；桩柱式桥台；2.2.锚定板式桥台锚定板式桥台。第27页/共43页(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。它适组成。它适用于地基承载力较低、填土不高的情况。用于地基承载力较低、填土不高的情况。第28页/共43页(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组成的锚定结构来承受土压力的锚定结构来承受土压力,以达到本身轻型化的以达到本身轻型化的一种桥台。一种桥台。墙后土体的
15、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。抗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。第29页/共43页(二)轻型桥台2.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,土压力全部由锚定土压力全部由锚定结构承受结构承受,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,相当于一个桥墩的作用。相当于一个桥墩的作用。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,操作也不操作也不方便
16、。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锚定板桥台的另一种形式是将台身和挡墙合为一体。合为一体。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,但台顶位但台顶位移尚难以较精确地计算移尚难以较精确地计算第30页/共43页第三节第三节 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叫墩台基础或叫桥梁基础。基础是桥梁的重要组成部分基础。基础是桥梁的重要组成部分,它既是桥梁的要害它既是桥梁的要害部位部位,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
17、为依结构形式和施工方法的特征可分为:明挖基础、沉井明挖基础、沉井基础、桩基础、管柱基础及其它类型的基础。基础、桩基础、管柱基础及其它类型的基础。第31页/共43页一、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,然后砌筑圬工的然后砌筑圬工的扩大基础扩大基础;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混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,故一般故一般只宜于无水、
18、少水或浅水河流且无涌沙现象的基础只宜于无水、少水或浅水河流且无涌沙现象的基础工程工程第32页/共43页喷射混凝土护壁-安装钢筋网喷射混凝土护壁-喷射混凝土第33页/共43页二、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。第34页/共43页二、沉井基础由于井壁有防水、挡土
19、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。钢沉井岸边接高第35页/共43页沉井浮运第36页/共43页吸泥下沉第37页/共43页三、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,使基使基桩与承台形成整体结构；桩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
20、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实体基础的圬工量量。因而桩基础是一种常用的深。因而桩基础是一种常用的深基础基础.第38页/共43页三、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,施工技术要求施工技术要求较高较高,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。近年来打入桩逐渐被钻打入困难。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。
21、并可用于各类土层和岩层。第39页/共43页四、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壁大直径的钢筋混凝土管柱薄壁大直径的钢筋混凝土管柱(比桩粗而比沉井比桩粗而比沉井小小),),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需用大型振动打桩机方能穿入土层。方能穿入土层。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,支承支承于较密实的土上或基岩面上于较密实的土上或基岩面上,故适用于深水、薄故适
22、用于深水、薄或厚覆盖层、岩面起伏等桥址条件。或厚覆盖层、岩面起伏等桥址条件。尤其适用于双柱式桥墩尤其适用于双柱式桥墩,直接在管柱顶上修建墩身直接在管柱顶上修建墩身,不必再修筑承台。不必再修筑承台。第40页/共43页五、其他类型基础 在特殊情况下在特殊情况下,采用上述四种基础类型均不能解决问题采用上述四种基础类型均不能解决问题时时,可考虑沉井内加管桩可考虑沉井内加管桩(或桩群外加沉井或桩群外加沉井),),气压沉箱等气压沉箱等基础。基础。当沉井刃角落在倾斜岩层面时当沉井刃角落在倾斜岩层面时,为增加稳定为增加稳定(抗滑动抗滑动)可可在刃角内圈加设钻在刃角内圈加设钻(挖挖)孔桩的办法。当修建低桩承台遇
23、孔桩的办法。当修建低桩承台遇见基坑边坡坍塌施工困难时见基坑边坡坍塌施工困难时,可用一节沉井下沉至承台可用一节沉井下沉至承台底面以上底面以上,在沉井内灌注承台混凝土的办法。在沉井内灌注承台混凝土的办法。当地层中有大孤石等障碍物当地层中有大孤石等障碍物,或基底岩面起伏或基底以或基底岩面起伏或基底以上有粉细砂层易于造成翻砂不能采用沉井基础上有粉细砂层易于造成翻砂不能采用沉井基础,或当需或当需要直接检验和处理基底地层时要直接检验和处理基底地层时,可考虑采用气压沉箱基可考虑采用气压沉箱基础。气压沉箱基础一般适用于水下础。气压沉箱基础一般适用于水下35 m 35 m 深度以内。深度以内。由于沉箱内劳动条件恶劣由于沉箱内劳动条件恶劣,机具设备复杂机具设备复杂,工程费用高昂工程费用高昂,施工进度缓慢施工进度缓慢,非不得已时非不得已时,不宜采用。不宜采用。第41页/共43页谢谢谢谢第42页/共43页感谢您的观看！第43页/共43页