1.重力式桥墩
重力式桥墩主要依靠自身重力(包括桥跨结构重力)来平衡外力,从而保证桥墩的稳定。它往往用圬工材料修筑而成,具有刚度大、防撞能力强等优点,但同时存在阻水面积大、圬工数量大、对地基承载力要求高等缺点。重力式桥墩适用于荷载较大的大、中型桥梁,流冰、漂浮物多的河流中,砂石料丰富的地区,以及基岩埋深较浅的地基。
重力式桥墩由墩帽、墩身和基础三部分组成。墩帽是桥墩的顶端,它通过支座支承上部结构,并将相邻两孔桥上的荷载传到墩身上。由于它受到支座传来的很大的集中应力作用,所以要求它有足够的厚度和强度。其厚度一般不小于0.4 m,中、小跨径梁桥的重力式桥墩的厚度不应小于0.3 m。墩帽一般要用C20以上的混凝土浇筑,并加配构造钢筋;非严寒地区的小跨径桥可不设构造钢筋。构造钢筋直径一般取8~12 mm,间距20 cm左右呈网格状布置。支座下墩帽内应布置一层或多层加强钢筋网,其平面分布范围取支座支承垫板面积的2倍,钢筋直径为8~12 mm,网格间距为5~10 cm。当墩帽上相邻支座高度不同时,须加设混凝土垫石调整,并在垫石内设置钢筋网。对于小桥,也可用M5以上砂浆砌MU20以上料石作墩帽。
当桥面的横向排水坡不用桥面三角垫层调整时,可在墩帽顶面从中心向两端沿横桥向设置一定坡度的排水坡,四周应挑出墩身5~10 cm作为滴水(檐口)。
对一些宽桥或高墩桥梁,为了减小墩身圬工体积,常常将墩帽做成悬臂式或托盘式的。悬臂的长度和宽度根据上部结构的形式、支座的位置及施工荷载的要求确定,悬臂的受力钢筋须经计算确定。一般要求悬臂式墩帽的混凝土强度等级高一些,悬臂端部的高度不小于0.4 m。
墩身是桥墩的主体部分,石砌桥墩应采用强度等级不低于MU25的石料,大、中型桥用M5以上砂浆砌筑,小桥涵用不低于M2.5的砂浆砌筑。混凝土桥墩多用C15或C15以上混凝土浇筑,并可掺入不多于25%的片石。混凝土预制块强度等级不低于C20,用于梁桥的墩身顶宽,小跨径桥不宜小于80 cm,中跨径桥不宜小于100 cm,大跨径桥的墩身顶宽视上部结构类型而定。墩身侧坡坡度一般为20∶1~30∶1,小跨径桥桥墩不高时也可以不设侧坡,做成直坡。实体桥墩的截面形式有圆形、圆端形、尖端形、矩形、菱形等。其中圆形、圆端形、尖端形的桥墩导流性好。圆形截面桥墩对各方向的水流阻力和导流情况相同,适合用于潮汐河流或流向不定的桥位。矩形桥墩主要用于无水的岸墩或高架桥墩。在水流湍急或有大量漂浮物的河道上(冰厚大于0.5 m,流冰速度大于1 m/s),桥墩的迎水端应做成破冰棱体。破冰棱体可由强度较高的石料砌成,也可用强度等级较高的混凝土辅以钢筋加固。
基础是桥墩与地基直接接触的部分,其类型与尺寸往往取决于地基条件,尤其是地基承载力。较常见的是刚性扩大基础,一般采用C15以上片石混凝土或浆砌块石筑成。基础的平面尺寸较墩身底面尺寸略大,四周各放大20 cm左右。基础可以做成单层,也可以做成2层或3层台阶式的。台阶的宽度由基础用材的刚性角控制。
2.空心桥墩
空心桥墩有两种形式,一种为部分中心镂空桥墩,另一种为薄壁空心桥墩。
部分中心镂空桥墩是在重力式桥墩基础上镂空中心一定数量的圬工体积,旨在减少圬工数量,使结构更经济,并且减轻桥墩自重,降低对地基承载力的要求。但镂空有一个基本前提,即保证桥墩截面强度和刚度足以承担和平衡外力,从而保证桥墩的稳定性。具体镂空部位受到一定条件限制,在墩帽下一定高度范围内应设置实体过渡段,以保证上部结构荷载有效地传递给墩身壁;为避免墩身传力过程中局部应力过于集中,应在空心部分与实体部分连接处设倒角或配置构造钢筋;对于受船只、漂流物或流冰撞击的墩身部分,一般不宜镂空。
薄壁空心桥墩是强度高、墩身壁较薄的钢筋混凝土构件,其特点是大幅度削减了墩身圬工体积和墩身自重,减小了地基负荷,因而适用于桥梁跨径较大的高墩和软弱地基桥墩。薄壁空心桥墩的混凝土一般采用C20~C30,墩身壁厚为30~50 cm。其构造除应满足部分中心镂空桥墩的要求外,为了降低薄壁墩身内外温差或避免冻胀,应在墩身周围设置适当的通风孔与泄水孔;为保证墩壁稳定和施工方便,应按适当间距设置水平横隔板,对于40 m以上的高墩,按6~10 m的间距设置横隔板;墩顶实体段高度不小于1.0~2.0 m;主筋按计算配筋,一般配筋率在0.5%左右,并应配置承受局部应力或附加应力的钢筋。
3.柱式桥墩和桩柱式桥墩
柱式桥墩和桩柱式桥墩是目前公路桥梁中广泛采用的桥墩形式,由柱式墩身和盖梁组成,一般可分为单柱、双柱和多柱等形式。柱式桥墩和桩柱式桥墩的优点是能减轻墩身重量,节约圬工材料,施工方便,外形轻巧、美观,特别是用于桥宽较大的桥梁和立交桥时,优势明显。
柱式桥墩适用于多种基础形式,可以在桩顶设置承台,然后在承台上设立柱;或在浅基础上设立柱。为了增强墩柱间抗撞击的能力,在两柱中间加做隔墙。若桥墩较高,也可以把水下部分做成实体式,水上部分仍为柱式。
桩柱式桥墩的基础只适合采用桩基,桩基顶部以上(或柱桩连接处以上)称为柱,以下称为桩。单柱式桩墩适用于斜交桥;等截面双柱式桩墩,桩位施工的精度要求高;变截面双柱式桩墩,为了增加桩柱的横向刚度,在桩柱之间设置横系梁。
盖梁是柱式桥墩和桩柱式桥墩的墩帽,一般用C20~C30的钢筋混凝土就地浇筑,也有采用预制安装或预应力混凝土的。盖梁的横截面形状一般为矩形或者T形。盖梁宽度由上部构造形式、支座间距和尺寸等确定,高度一般为梁宽的0.8~1.2倍。盖梁的长度应保证上部构造放置与抗震构件设置要求的距离,并应满足上部构造安装时的要求。另外,设置橡胶支座的桥梁应考虑预留更换支座所需的位置。盖梁各截面的尺寸与配筋需要通过计算确定,悬臂端高度应不小于30 cm。
柱一般采用C20~C30的钢筋混凝土,常用直径0.6~1.5 m的圆柱以及方形柱或六角形柱。墩柱配筋由计算确定,纵向受力钢筋的直径应不小于12 mm,纵向受力钢筋截面积的配筋率应不小于混凝土计算截面的0.4%,纵向受力钢筋的间距应不小于5 cm,净保护层厚度不小于25 cm。箍筋直径不小于6 mm,在受力钢筋接头处,箍筋间距应不大于纵向受力钢筋直径的10倍或构件横截面的较小尺寸,并不大于40 cm。为使桩柱与盖梁或承台有较好的整体性,桩柱顶一般应嵌入盖梁或承台15~20 cm,露出柱顶与柱底的主筋可弯成与铅垂线约成150°角的喇叭形,伸入盖梁或承台中,喇叭形主筋外围应设置直径不小于8 mm的箍筋,间距一般为10~20 cm。单排桩基的主筋应与盖梁主筋连接。
当用横系梁加强桩柱的整体性时,横系梁的高度可取为桩(柱)径的0.8~1.0倍,宽度可取为桩(柱)径的0.6~1.0倍。横系梁一般不直接承受外力,可不做内力计算,按横截面积的0.10%配置构造钢筋即可,构造钢筋伸入桩内与主筋连接。(www.daowen.com)
4.柔性排架桥墩
柔性排架桥墩由单排或双排的钢筋混凝土桩与钢筋混凝土盖梁连接而成。其主要特点是上部结构传来的水平力(制动力、温度影响力等)按各墩台的刚度分配,作用在每个柔性桥墩上的水平力较小,而作用在刚性桥墩上的水平力很大,因此,柔性桥墩截面尺寸得以减小。
柔性排架桥墩是桥墩轻型化的成果之一,一般布设在两端具有较大刚性桥台的多跨桥中,全桥除一个中墩设置活动支座外,其余墩台均采用固定支座。
多跨长桥采用柔性排架桥墩时宜分成若干联(两个活动支座之间或刚性台与第一个活动支座间称为一联),每联设置一个刚性桥墩,以减小固定支座的墩顶位移,避免刚性桥台的支座所受水平力过大。
柔性排架桥墩分为单排架桥墩和双排架桥墩。柔性排架桥墩多用于墩高为5.0~7.0 m、跨径13 m以下、桥长50~80 m的中、小型桥中。单排架桥墩一般用于高度不超过5.0 m的桥中;当桩墩高度大于5.0 m时,为避免行车时发生纵向晃动,宜设置双排架桥墩。对于漂浮物多和流速较大的河流,由于桩墩容易磨耗,不宜采用柔性排架桥墩。
桩墩一般采用预制的钢筋混凝土方桩,当桩长在10 m以内时,桩的横截面尺寸为30 cm×30 cm;当桩长为10~15 m时,桩的横截面尺寸为35 cm×35 cm;当桩长大于15 m时,桩的横截面尺寸为40 cm×40 cm。桩间距不应小于桩径的3倍或2.0 m。盖梁一般为矩形截面,单排桩盖梁的宽度为60~80 cm,盖梁的高度一般为40~50 cm,盖梁与梁的接触面之间垫厚1 cm的油毛毡。为使全桥形成框架体系,可用锚栓将上下部构造连接起来,锚栓的直径为25~28 mm,预埋在盖梁内。两孔的接缝处用水泥砂浆填实,最好设置桥面连续装置。桥台背墙与梁端接缝也填以水泥砂浆,不设伸缩缝。
5.轻型桥墩
轻型桥墩一般用于中、小跨径的桥梁,与重力式桥墩相比,其圬工体积显著减小,自重减小,因而其抗冲击能力较低,不宜用于流速大并夹有大量泥砂的河流或可能有航船、冰等漂浮物的河流。
墩帽用混凝土浇筑,厚度不小于30 cm。墩帽四周挑檐宽度为5 cm,周边做5 cm削角。当桥面的横向排水不用三角垫层调整时,可在墩帽顶面从中心向两端加做三角垫层。墩帽上要预埋栓钉,位置与上部结构块件的栓孔相适应。
墩身用混凝土、浆砌块石或钢筋混凝土材料做成。其中,钢筋混凝土薄壁桥墩较为典型,墩身宽度不小于60 cm,两边直立,两头做成圆端形。
基础采用C15混凝土或MU5浆砌片石(或块石)做成,平面尺寸较墩身底面尺寸略大(一般大20 cm)。基础多做成单层式的,其高度在60 cm上下。
6.框架桥墩
框架桥墩采用钢筋混凝土或预应力混凝土等压挠或挠曲构件组成平面框架代替墩身,支撑上部结构,必要时可做成双层或多层框架。桥墩结构可采用顶部分开、底部连在一起的V形桥墩,以及顶部分开、底部与直立桥墩连在一起的Y形桥墩。这类桥墩结构不仅轻巧美观,给桥梁建筑增添了艺术美感,而且使桥梁的跨越能力提高,缩短了主梁的跨径,降低了梁高,但其结构复杂,施工比较麻烦。
框架桥墩形式较多,均为压弯构件,所有配筋均应通过计算确定。
对于有分叉的墩来说,可以有墩帽,也可以没有墩帽。没有墩帽时,分叉张开角一般应小于90°;有墩帽时,张开角可略大一些,视受力情况而定。
墩帽内的配筋可参照柱式墩盖梁配筋。墩按计算配置抗拉、抗压主筋,并应特别重视分叉点钢筋的配置与连接。分叉处的钢筋应与墩帽顶面(上)或柱侧面(下)外层主筋连接,并在分叉附近加密箍筋(用多肢箍筋或减小箍筋间距)。对墩柱纵横两个方向的主筋应有不同的考虑,并与两叉上足够数量的主筋连接在一起。
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