理论教育 桥墩构造及施工技术-桥梁下部施工技术

桥墩构造及施工技术-桥梁下部施工技术

时间:2023-10-08 理论教育 版权反馈
【摘要】:图1-27 桥墩截面形式一、梁桥桥墩构造1.重力式桥墩重力式桥墩主要依靠自身重力来平衡外力,从而保证桥墩的稳定。用于梁式桥的墩身顶宽,小跨径桥不宜小于80cm,中跨径桥不宜小于100cm,大跨径桥的墩身顶宽视上部结构类型而定。部分中心镂空桥墩 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,减轻桥墩自重,降低对地基承载力的要求。

桥墩构造及施工技术-桥梁下部施工技术

桥墩按其构造可分为:重力式墩、空心墩、柱式墩、排架墩、轻型桥墩、框架墩等类型;按其受力特点可分为刚性墩和柔性墩;按其截面形状可分为矩形、圆形、圆端形、尖端形及各种截面组合而成的空心墩,如图1-27所示;按施工工艺可分为就地砌筑或浇筑桥墩、预制安装桥墩。

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图1-27 桥墩截面形式

一、梁桥桥墩构造

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。它往往是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、中型桥梁或流冰、漂浮物多的河流中,以及砂石料丰富的地区和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(图1-28)。

(1)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。其最小厚度一般不小于0.4m,中小跨径梁桥也不应小于0.3m。墩帽一般要用C20以上的混凝土浇筑,加配构造钢筋;小跨径桥非严寒地区可不设构造钢筋。构造钢筋直径一般取8~12mm,采用间距20cm左右的网格布置。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两倍,钢筋直径为8~12mm,网格间距5~10cm。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,墩帽钢筋布置如图1-29所示。对于小桥,也可用M5以上砂浆砌MU25以上料石做墩帽。

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图1-28 实体重力式桥墩

1—墩帽 2—墩身 3—基础

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横桥向做成一定的排水坡,四周应挑出墩身约5~10cm作为滴水(檐口)。

对一些宽桥或高墩桥梁,为了节省墩身圬工体积,常常将墩帽做成悬臂式或托盘式。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,悬臂的受力钢筋需经计算确定。一般要求,挑臂式墩帽的混凝土强度等级要高些,悬臂端部的最小高度不小于0.3~0.4m。

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图1-29 墩帽钢筋构造

1—活动支座 2—固定支座 3—1∶10排水坡

(2)墩身 是桥墩的主体部分,石砌桥墩应采用标号不低于MU25的石料,大中桥用M5以上砂浆砌筑,小桥涵用不低于M2.5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。混凝土预制块不低于C20。用于梁式桥的墩身顶宽,小跨径桥不宜小于80cm,中跨径桥不宜小于100cm,大跨径桥的墩身顶宽视上部结构类型而定。墩身侧坡一般采用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,如图1-30所示。其中圆形、圆端形、尖端形的导流性好,圆形截面对各方向的水流阻力和导流情况相同,适应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。在有强烈流水或大量漂浮物的河道上(冰厚大于0.5m,流冰速度大于1m/s),桥墩的迎水端应做成破冰棱体。破冰体可由强度较高的石料砌成,也可用强度等级高的混凝土辅以钢筋加固。

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图1-30 实体重力式桥墩

a)圆端形 b)尖端形 c)圆形 d)矩形

1—墩身以钢筋网加强 2—坚硬料石或高等级混凝土砌块镶面

(3)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。最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20cm左右。基础可以做成单层,也可以做成2~3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式桥墩,另一种为薄壁空心桥墩。

(1)部分中心镂空桥墩 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,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,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。

(2)薄壁空心墩 采用强度高、墩身壁较薄的钢筋混凝土构件,其最大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,适用于桥梁跨径较大的高墩和软弱地基桥墩。常见的几种空心桥墩如图1-31、图1-32所示。

薄壁空心墩的混凝土一般采用C20~C30,墩身壁厚为30~50cm,其构造除应满足部分镂空式桥墩规定外,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40m以上的高墩,按6~10m的间距设置横隔板;墩顶实体段高度不小于1.0~2.0m;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钢筋。

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图1-31 圆形空心墩

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图1-32 方形空心墩(单位:m)

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,这种桥墩的优点是能减轻墩身重力,节约圬工材料,施工方便,外形轻巧又较美观,特别是桥宽较大的桥梁和立交桥。

(1)柱式桥墩 适用多种基础形式,可以在桩顶设置承台,然后在承台上设立柱(图1-33a);或在浅基础上设立柱(图1-33b)。为了增强墩柱间抗撞击的能力,在两柱中间加做隔墙(图1-33c)。当桥墩较高,也可以把水下部分做成实体式,以上部分仍为柱式(图1-33d)。

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图1-33 柱式桥墩和桩柱式桥墩

a)在承台上设立柱 b)在浅基础上设立柱 c)两柱间加隔墙 d)柱式 e)单柱式桩墩 f)等截面双柱式桩墩 g)变截面双柱式桩墩

1—盖梁 2—立柱 3—承台 4—悬臂盖梁 5—单立柱 6—横系梁

(2)桩柱式桥墩 只适用桩基,在桩基础顶部以上(或柱桩连接处以上)称为柱,以下称为桩。图1-33e,为单柱式桩墩,适用于斜交桥;图1-33f为等截面双柱式桩墩,桩位施工的精度要求高;图1-33g为变截面双柱式桩墩。为了增加桩柱的横向刚度,在桩柱之间设置横系梁(图1-33g)。

盖梁是柱式桥墩和桩柱式桥墩的墩帽,一般用C20~C30的混凝土就地浇筑,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需要的距离,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位置。盖梁各截面尺寸与配筋需要通过计算确定,悬臂端高度应不小于30cm。

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图1-34 墩柱构造

1—墩柱 2—横系梁 3—钻孔桩

墩柱一般采用C20~C30的钢筋混凝土,直径0.6~1.5m的圆柱或方形、六角形柱,其构造如图1-34所示。墩柱配筋由计算确定,纵向受力钢筋的直径应不小于12mm,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%,纵向受力筋之间净距应不小于5cm,净保护层厚不小于2.5cm。箍筋直径不小于6mm,在受力钢筋接头处,箍筋间距应不大于纵向钢筋直径的10倍或构件横截面的较小尺寸,亦不大于40cm。

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15~20cm,露出柱顶与柱底的主筋可弯成与铅垂线约成15°倾斜角的喇叭形,伸入盖梁或承台中,喇叭形主筋外围应设置直径不小于8mm的箍筋,间距一般为10~20cm。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。

4.柔性排架墩

柔性排架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到各墩台,作用在每个柔性墩上的水平力较小,而作用在刚性墩台上的水平力很大,因此,柔性桩墩截面尺寸得以减小。

柔性墩是桥墩轻型化的途径之一,一般布设在两端具有刚性较大桥台的多跨桥中,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,如图1-35所示。

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图1-35 柔性排架墩布置(www.daowen.com)

多跨长桥采用柔性墩时宜分成若干联,每联设置一个刚性墩(台),两个活动支座之间、刚性台与第一个活动支座间称为一联,以减小设置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。

柔性排架桩墩分单排架和双排架墩,如图1-36所示。柔性排架墩多用于墩高为5.0~7.0m,跨径13m以下,桥长50~80m的中小型桥。单排架墩一般用于高度不超过4.0~5.0m;桩墩高度大于5.0m时,为避免行车时可能发生的纵向晃动,宜设置双排架墩。对于漂浮物严重和流速较大的河流,由于桩墩容易磨耗,不宜采用。

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图1-36 柔性排架墩构造(单位:m)

桩墩一般是采用预制的钢筋混凝土方桩,当桩长在10m以内时,横截面尺寸30cm×30cm;大于10m时,为35cm×35cm;大于15m时,为40cm×40cm。桩与桩之间的中距不应小于桩径的3倍或为1.5~2.0m。盖梁一般为矩形截面,单排桩盖梁的宽度为60~80cm,高度一般采用40~50cm。

盖梁与梁的接触面之间垫1cm厚的油毛毡。为使全桥形成框架体系,可用锚栓将上下部构造连接起来,锚栓的直径约为25~28mm,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亦填以水泥砂浆,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沙的河流,或可能有航船、冰等漂浮物撞击的河流中。

墩帽用混凝土浇筑,厚度不小于30cm。墩帽四周挑檐宽度为5cm,周边做成5cm削角。当桥面的横向排水不用三角垫层调整时,可在墩帽顶面以中心向两端加做三角垫层,如图1-37所示。墩帽上要预埋栓钉,位置与上部结构块件的栓孔相适应。

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图1-37 轻型桥墩

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最为典型,如图1-38所示,墩身宽度不小于60cm,两边坡度为直立,两头做成圆端形。

基础采用C15混凝土或5号浆砌片石(或块石)做成,平面尺寸较墩身底面尺寸略大(一般为20cm)。基础多做成单层式的,高度在60cm上下。

6.框架式桥墩

框架式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,支承上部结构,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(图1-39a)和顶部分开底部与直立桥墩连在一起的Y形桥墩(图1-39b)。这类桥墩结构不仅轻巧美观,给桥梁建筑增添了新的艺术造型,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。

框架墩形式较多,均为压弯构件,所有钢筋均应通过计算确定。

对于有分岔的墩来说,可用墩帽,也可无墩帽。无墩帽时,分岔张开角一般应小于90°;有墩帽时,张角可略大些,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,并应特别重视分岔点钢筋的配置与连接。分岔处的钢筋应与帽顶面(上)或柱侧面(下)外层主筋相连接,并在分岔附近加密箍筋(多肢或减小箍筋间距)。墩柱中的主筋对纵横两个方向应有不同的考虑,并与两岔上足够数量的主筋连接在一起,见图1-40。

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图1-38 钢筋混凝土薄壁桥墩

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图1-39 框架式桥墩

a)V形桥墩 b)Y形桥墩

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图1-40 Y形桥墩分岔处钢筋配置

1—预制梁 2—接头

二、拱桥桥墩构造

1.重力式桥墩

拱桥重力式桥墩,形式基本上与梁桥重力式桥墩相仿。因为承受较大的水平推力,所以,拱桥重力式桥墩的宽度尺寸比梁桥大。同时,墩帽顶部做成斜坡(图1-41),尽量考虑设置成与拱轴线正交的拱座。。

由于拱座承受着较大的拱圈压力,一般采用C20以上的整体式混凝土、混凝土预制块或MU40以上的块石砌筑。肋拱桥拱座由于压力比较集中,故应用高标号混凝土及数层钢筋网加固。装配式的肋拱以及双曲拱桥的拱座,可预留供插入拱肋的孔槽,就位后再浇混凝土封固(图1-42)。为了加强肋底与拱座的连接,底部可设U形槽浇灌混凝土,其标号不低于C25。有时孔底或孔壁还应增设一些加固钢筋网。

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图1-41 拱桥重力式桥墩

1—墩帽 2—墩身 3—基础

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图1-42 拱座构造

1—托盘 2—拱肋预留孔槽

拱桥墩身体积较大,除了用块石砌筑外,也有用片石混凝土浇筑。有时为了节省圬工砌体,可将墩身做成空心,中间填以砂石。

拱桥桥墩基础与梁桥相同。

2.柱式桥墩和桩柱式桥墩

拱桥的柱式桥墩和桩柱式桥墩与梁桥相同。由于承受较大的水平推力,柱和桩的直径比梁桥大,根数也比梁桥多。当跨径较大(40~50m)时,可以采用双排桩。拱座(盖梁)采用钢筋混凝土,构造与重力式桥墩拱座基本相同。

3.单向推力墩

多跨拱桥根据施工和使用要求,每隔3~5孔设置单向推力墩。目前常用的单向推力墩有以下几种形式。

(1)普通柱墩加设斜撑的单向推力墩 在普通墩柱上对称增设一对钢筋混凝土斜撑,(图1-43),以提高其抵抗单向水平推力的能力。接头只承受压力而不承受拉力。在基础埋置深度不大,地基条件较好时,也可把桥墩基础加宽成⊥形的单向推力墩。

(2)悬臂式单向推力墩 在桥墩的顺桥向双向挑出悬臂(图1-44)。当邻孔遭到破坏后,由于悬臂端的存在,使拱支座竖向反力通过悬臂端而成为稳定力矩,保证了单向推力墩不致损坏。

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图1-43 普通柱墩加设斜撑的单向推力墩

1—立柱 2—斜撑 3—拉杆(用预应力) 4—基础板

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图1-44 悬臂式单向推力墩

(3)实体单向推力墩 当桥墩较矮及单向推力不大时,只需加大实体墩身的尺寸即可。

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