高強混凝土 喬朋慶

高性能混凝土橋墩建工研13—1建筑與土木工程喬朋慶目錄1高性能鋼筋混凝土2橋梁及橋墩3橋墩計算公式4鋼筋混凝土橋墩的施工5具體實例高性能鋼筋混凝土

混凝土是現(xiàn)代土木工程中不可缺少用量最大用途最廣的建筑材料。然而普通混凝土并不如人們預(yù)料的那般安全,

耐久性不足而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞的現(xiàn)象日益增多由此造成的經(jīng)濟損失不容忽視。因此,

加強混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量控制,

使其滿足安全性和耐久性的要求是工程建設(shè)的當(dāng)務(wù)之急。隨著混凝土材料科學(xué)的不斷進步,

人們開始研究高工作性，高耐久性，體積穩(wěn)定性好的混凝土,即高性能混凝土。高性能混凝土不僅在性能上比普通混凝土大大改進,

在節(jié)約能源資源，改善勞動條件工業(yè)廢渣利用，壞境保護等方面也有十分重要的意義。高性能鋼筋混凝土

我國正處于經(jīng)濟高速發(fā)展的時期,許多耗資巨大的海工構(gòu)筑物如跨海大橋，海洋鉆井平臺已經(jīng)或即將興建,這些構(gòu)筑物處于惡劣的海洋環(huán)境下,其長期安全的正常使用成為工程界關(guān)注的重點。而高性能混凝土中的海工高性能混凝土憑借性能的優(yōu)點,可以有效克服使用環(huán)境給建筑結(jié)構(gòu)帶來的危害,達到延長使用壽命和提高結(jié)構(gòu)耐久性的目的.高性能鋼筋混凝土優(yōu)越性1、在一般情況下，混凝土強度等級從C30提高到C60，對受壓構(gòu)件可節(jié)省混凝土30－40%；受彎構(gòu)件可節(jié)省混凝土10－20%。

2HPC工作性能好，耐久性好，所以其成本與同級高強混凝土相比，直接節(jié)約32—58.8元/每平方米。這個概念就是說按1000萬平方米/年，HPC節(jié)約材料費40元/每平方米，僅節(jié)約材料就達4億元/年。

3、由于高強混凝土的密實性能好，抗?jié)B、抗凍性能均優(yōu)于普通混凝土。因此，國外高強混凝土除高層和大跨度工程外，還大量用于海洋和港口工程，它們耐海水侵蝕和海浪沖刷的能力大大優(yōu)于普通混凝土，可以提高工程使用壽命

4、高強混凝土變形小，從而使構(gòu)件的剛度得以提高，大大改善了建筑物的變形性能。高性能鋼筋混凝土

海洋環(huán)境下鋼筋混凝土構(gòu)筑物的過早破壞,是混凝土構(gòu)筑物劣化的典型表現(xiàn)。

我

國對該方面研究較早的是海港行業(yè),80年代初對華南沿海碼頭的腐蝕情況進行

調(diào)查,其中海南，湛江，北海，汕頭等18座碼頭,發(fā)現(xiàn)已腐蝕損壞的占8.9%。90年

代,四航

研究院又對華南地區(qū)的深圳赤灣港和惠州港等20余個泊位碼頭進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)經(jīng)10年左右,不少鋼筋混凝土構(gòu)件中均出現(xiàn)了銹蝕裂縫,其中最嚴重的是1992年建成的惠州港油氣碼頭,雖然使用僅8年,但銹蝕嚴重,不得不考慮停產(chǎn)修復(fù)。在我國沿海地區(qū),使用7一25年的橋梁,就出現(xiàn)鋼筋銹蝕向題,連云港某橋梁使用不到三年。寧波某橋梁使用不到10年,就出現(xiàn)了梁柱順筋開裂的現(xiàn)象。大量的事實表明,我國已有為數(shù)不少的海工混凝土構(gòu)筑物,在遠低于設(shè)計壽命期內(nèi)就發(fā)生嚴重破壞,有的僅在10-20年內(nèi)就必須大修或重修,而有的甚至在3污年內(nèi)就需要徹底更換,其損失是非常嚴重的由此可見,沿海地區(qū)特別是直接處于海洋環(huán)境下的混凝土構(gòu)筑物腐蝕劣化問題十分嚴重。因而傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)無法滿足使用要求,海工高性能混凝土在這種背景下應(yīng)運而生,并很快發(fā)展起來。高性能混凝土由于橋梁和一些水工構(gòu)筑物長年浸泡在水中要比陸上建筑承受更加復(fù)雜的荷載（更大的風(fēng)載，風(fēng)浪的沖擊），而且在荷載復(fù)雜的情況下還往往要求有很高的正常使用年限。例如港珠澳大橋采用最高建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，抗震達8度（地震烈度），能抗16級臺風(fēng)，設(shè)計使用壽命120年。杭州灣大橋和青島海灣大橋設(shè)計使用年限均為100年。這就要求混凝土要有較高的耐久性能，考慮到高抗腐蝕性，高抗?jié)B性和高強度等，我們在一些重要橋梁建造上也要選擇一種特制的高性能混凝土。

橋梁的組成

架設(shè)在江河湖海上，使車輛行人等能順利通行的建筑物稱為橋。橋梁一般由上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)和附屬構(gòu)造物組成，上部結(jié)構(gòu)主要指橋跨結(jié)構(gòu)和支座系統(tǒng)；下部結(jié)構(gòu)包括橋臺、橋墩和基礎(chǔ)；附屬構(gòu)造物則指橋頭搭板、錐形護坡護岸、導(dǎo)流工程等。高性能混凝土主要應(yīng)用于下部結(jié)構(gòu)，今天主要介紹橋墩。橋墩主要由頂帽、墩身組成。頂帽的作用是把橋跨支座傳來的較大而集中的力，分散而勻稱地傳給墩身和臺身。因此頂帽應(yīng)采用強度較高的材料建筑，一般用不低于200鋼筋混凝土建筑，且厚度不小于40厘米。此外，頂帽還須有較大的平面尺寸，為施工架梁及養(yǎng)護維修提供必要的工作面。墩身和臺身是支承橋跨的主體結(jié)構(gòu)，不僅承受橋跨結(jié)構(gòu)傳來的全部荷載，而且還直接承受土壓力、水流沖擊力、冰壓力、船舶撞擊力等多種荷載，所以墩身和臺身都具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性。橋墩橋墩分重力式橋墩和輕型橋墩兩大類，也有一說為以下三種分類，實體式橋墩、空心式橋墩、樁或柱式橋墩。重力式一般為采用混凝土或石砌的實體結(jié)構(gòu)。墩身上設(shè)墩帽，下接基礎(chǔ)。它的特點是充分利用圬工材料的抗壓性能，借自身的較大截面尺寸和重量承受豎直方向和水平方向的外力，具有堅固耐久，施工簡易，取材方便，節(jié)約鋼材等優(yōu)點。缺點是圬工量大，外形粗大笨重，減少橋下有效孔徑，增大地基負荷；當(dāng)橋墩較高，

地基承載力較低時尤為不利。

重力式橋墩多采用簡單的流線型截面形狀，如圓端墩、尖端墩、圓角形墩等，以便橋下水流順暢地繞過橋墩，減少阻水及墩旁沖刷。當(dāng)水流方向變化不定或與橋梁斜交時，宜采用圓形墩。對受流冰影響的橋墩，應(yīng)在上游端設(shè)破冰棱。非城市的旱橋及不受水流影響的橋墩，則宜采用便于施工的矩形截面。橋墩重力式橋墩橋墩輕型

針對重力式橋墩的缺點而出現(xiàn)的橋墩,具有外形輕盈美觀，

圬工量少，可減輕地基負荷，節(jié)省基礎(chǔ)工程，便于用拼裝結(jié)構(gòu)或用滑升模板施工，有利于加速施工進度，提高勞動生產(chǎn)率等優(yōu)點。實現(xiàn)輕型橋墩的主要途徑為：

改用強度較高的材料，改變橋墩的結(jié)構(gòu)形式和橋墩受力情況。①空心橋墩。外形似重力式橋墩，但它是中空的薄壁墩?？刹捎娩摻罨炷连F(xiàn)澆或為預(yù)應(yīng)力混凝土拼裝結(jié)構(gòu)，較適用于高橋墩。中國襄渝線(襄樊—重慶)紫陽漢水橋,3號墩高70.5米（基頂以上），壁厚60厘米，是中國目前最高的鐵路橋墩。聯(lián)邦德國修建的奧地利歐羅巴橋墩高146米,壁厚僅35～55厘米。橋墩橋墩②薄壁橋墩。

多為采用滑模施工的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。因薄壁墩順橋方向的尺寸纖細，受縱向水平力時易產(chǎn)生撓曲變形，故又稱柔性橋墩。利用橋跨結(jié)構(gòu)將若干個柔性橋墩頂和鄰近的剛性橋墩頂以鉸或固結(jié)相連，形成多跨超靜定結(jié)構(gòu)，可使全橋縱向水平力主要由剛性橋墩承擔(dān)，極大地改善了柔性墩的受力情況。橋墩3樁柱式橋墩。為樁式、雙柱式、單柱式橋墩的統(tǒng)稱。多采用就地灌筑鋼筋混凝土建造，也有采用預(yù)制構(gòu)件拼裝，或?qū)⒋蛉霕督M成排架式墩的。在樁式或雙柱墩中，樁（柱）的長細比較大時，也具有上述薄壁橋墩的特點，是柔性橋墩的另一種結(jié)構(gòu)形式。橋墩計算1.作用(荷載)及其組合A.橋墩計算中考慮的永久作用為:（1）上部結(jié)構(gòu)的恒重對墩帽或拱座產(chǎn)生的支承反力,包括上部構(gòu)造混凝土收縮及

變形作用;（2）橋墩自重,包括在基礎(chǔ)襟邊上的土重;

（3）基礎(chǔ)變位作用,對于奠基于非巖石地基上的超靜定結(jié)構(gòu),應(yīng)當(dāng)考慮由于地基壓密等引起的支座長期變位的影響,并根據(jù)最終位移量按彈性理論計算構(gòu)件截面的附加內(nèi)力;（4）水的浮力,基礎(chǔ)底面位于透水性地基上的橋梁墩臺,當(dāng)驗算穩(wěn)定時,應(yīng)考慮設(shè)計水位的浮力;當(dāng)驗算地基應(yīng)力時,可僅考慮低水位的浮力,或不考慮水的浮力.基礎(chǔ)嵌入不透水性地基的橋梁墩臺不考慮水的浮力.作用在樁基承臺底面的浮力,應(yīng)考慮全部底面積.對樁嵌入不透水地基并灌注混凝土封閉者,不應(yīng)考慮樁的浮力,在計算承臺底面浮力時應(yīng)扣除樁的截面面積.當(dāng)不能確定地基是否透水時,應(yīng)以透水或不透水兩種情況與其他作用組合,取其最不利者.橋墩計算B.橋墩計算中考慮的可變作用為:(1)作用在上部結(jié)構(gòu)的車道荷載,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;(2)人群荷載;(3)作用在上部結(jié)構(gòu)和墩身上的縱,橫向風(fēng)力;(4)車道荷載制動力;(5)作用在墩身上的流水壓力;(6)作用在墩身上的冰壓力;(7)上部結(jié)構(gòu)因溫度變化對橋墩產(chǎn)生的附加力;(8)支座摩阻力.橋墩計算C.作用于橋墩上的偶然作用為:(1)地震作用;(2)作用在墩身上的船只或漂浮物的撞擊作用.

重力式橋墩的作用效應(yīng)組合主要與墩身所要驗算的內(nèi)容有關(guān),例如,墩身截面的強度和偏心的驗算,整個橋墩的縱向及橫向穩(wěn)定性驗算等.應(yīng)根據(jù)可能出現(xiàn)的各種作用情況進行最不利的作用效應(yīng)組合.其次,拱橋重力式橋墩與梁橋的除了有共同點之外,也還存在一些差異.例如拱橋不設(shè)活動支座因而沒有支座摩阻力;但它要計及各種作用在拱座處產(chǎn)生的水平推力和彎矩.橋墩計算一.下面將按梁橋和拱橋分別列出它們可能的作用效應(yīng)組合.(1)梁橋重力式橋墩1)第一種組合.按在橋墩各截面上可能產(chǎn)生的最大豎向力的情況進行組合.

它是用來驗算墩身強度和基底最大應(yīng)力.因此,除了有關(guān)的永久作用外,應(yīng)在相鄰兩跨滿布可變作用的一種或幾種.2)第二種組合.按橋墩各截面在順橋方向上可能產(chǎn)生的最大偏心距和最大彎矩的情況進行組合.它是用來驗算墩身強度,基底應(yīng)力,偏心以及橋墩的穩(wěn)定性.屬于這一組合的除了有關(guān)的永久作用外,應(yīng)在相鄰兩孔的一孔上(當(dāng)為不等跨橋梁時則在跨徑較大的一孔上)布置可變作用的一種或幾種.3)第三種組合.按橋墩各截面組合.它是用來驗算在橫橋方向上的墩身強度,基底力偏心以及橋墩的穩(wěn)定性.屬于這一組合的除了有關(guān)的永久作用外要注意將可變作用的一種或幾種偏置于橋面的一側(cè)布置,此外還應(yīng)考慮偶然作用中的船只或漂浮物的撞擊力等.橋墩計算(2)拱橋重力式橋墩

橫橋方向上可能產(chǎn)生最大偏心和最大彎矩的情況進行順橋方向的作用及其效應(yīng)組合.如汽車制動力,縱向風(fēng)力,溫度僅在驗算穩(wěn)定時考慮.在一孔或跨徑較大的一孔滿布可變作用等,并計及由此對橋墩產(chǎn)生不平衡水平推力,豎向力和彎矩.

對于單向推力墩則只考慮相鄰兩孔中跨徑較大一孔的永久荷載作用力.

上述的各種作用效應(yīng)組合是對重力式橋墩而言的,對于其它型式的橋墩,則要根據(jù)它們形式的橋墩,在計算中對于各種荷載組合都要滿足

《橋規(guī)》中所規(guī)定的強度,有些荷載不應(yīng)同時考慮。

（二）重力式橋墩驗算

對于梁橋和拱橋的重力式橋墩的計算，雖然在荷載組合的內(nèi)容上稍有不同，但是就某個截面而言，這些外力都可以合成為豎向的和水平向的合力（分別用ΣN和ΣH表示）以及繞該截面x—x軸和y—y軸的彎矩（分別M和ΣM表示），如圖所示。因此，它們的驗算內(nèi)容和計算方法基本相同，均應(yīng)滿足《橋規(guī)》（JTJ022-85）各項要求。下面將敘述重力式橋墩的一般計算程序。（1）橋墩墩身強度驗算對于較矮的橋墩一般驗算墩身的底截面和墩身的突變處由于危險截面不一定在墩身

橋墩計算底部，這時應(yīng)沿豎向每隔2~3米驗算一個截面，其步驟如下：1）內(nèi)力計算。作用于每個截面上的外力應(yīng)按順橋方向和橫橋方向分別進行作用效應(yīng)組合，以求得相應(yīng)的豎向力ΣN、水平力ΣH和彎矩ΣM。2）截面強度的驗算。對于軸心受壓和偏心受壓的橋墩，可按《橋規(guī)》（JTJ022-85）第3.0.2條中有關(guān)公式進行驗算。如果不滿足要求時，就應(yīng)修改墩身截面尺寸，重新驗算。3）偏心距e的驗算。橋墩承受偏心受壓荷載時，其偏心距不得超過《橋規(guī)》（JTJ022-85）表3.0.2-1中規(guī)定的容許值。抗震驗算時，截面偏心距應(yīng)小于或等于2.4倍的截面核心半徑。4）抗剪強度的驗算。當(dāng)拱橋相鄰兩孔的推力不相等時，常常要驗算拱座底截面的抗剪強度。當(dāng)構(gòu)件為通縫受剪時，可按橋規(guī)中有關(guān)公式驗算。如果是采用無支架吊裝的雙曲拱橋時，以及在裸拱情況下卸落拱架時，都應(yīng)按照該階段的作用效應(yīng)組合進行這項驗算。橋墩計算

（2）墩頂水平位移的驗算墩頂過大的水平位移會影響橋跨結(jié)構(gòu)的正常使用，對于高度超過20m的重力式橋墩應(yīng)驗算墩頂水平方向的彈性位移。橋規(guī)規(guī)定墩頂端水平位移的容許極限值為：式中：l—相鄰墩臺間最小跨徑長度，以m計，跨徑小于25m時仍以25m計；?——墩頂計算水平位移值(cm)。

橋墩計算（4）橋墩的整體穩(wěn)定性驗算

在設(shè)計中，除了滿足地基強度和合力偏心距不超過容許值以外，還須就以下兩個方面對橋墩整體穩(wěn)定性進行驗算。

1）傾覆穩(wěn)定性驗算。抵抗傾覆的穩(wěn)定系數(shù)可按下式驗算式中：M穩(wěn)——穩(wěn)定力矩；M傾——傾覆力矩；ΣFi——作用于基底豎向力的總和；

Fiei

——作用在橋墩上各豎向力與它們到基底重心軸距離的乘積；

Hi

hi——作用在橋墩上各水平力與它們到基底距離的乘積；x——基底截面重心O至偏心方向截面邊緣距離；e0所有外力的合力R（包括水浮力）的豎向分力對基底重心的偏心距。橋墩計算橋墩計算2）滑動穩(wěn)定性驗算。抵抗滑動的穩(wěn)定系數(shù)Kc，按下式驗算：式中：ΣFi——各豎向力的總和（包括水的浮力）；ΣHi——各水平力的總和；μf——基礎(chǔ)底面（圬工）與地基土之間的摩擦系數(shù)，若無實測值時可參照表12.3選取。

上述求得的傾覆與滑動穩(wěn)定系數(shù)Ko和K均不得小于表12.4中所規(guī)定的最小值。最后還要注意的是在驗算傾覆穩(wěn)定性和滑動穩(wěn)定性時，都要分別按常水位和設(shè)計洪水位兩種情況考慮水的浮力。橋墩計算鋼筋砼墩臺施工（一）墩臺模板

有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性宜優(yōu)先使用膠合板和鋼模板模板板面平整，接縫嚴密不漏漿拆裝容易，施工方便安全1.要求2.模板類型1）拼裝式模板：板面平整、拆裝容易、應(yīng)用廣泛2）整體吊裝模板：安裝方便、施工安全快捷、模板剛性強、裝拆方便3）組合型鋼模板：體積小、重量輕、運輸方便、裝拆簡單、接縫緊密，適合在地面拼裝，整體吊裝4）滑動模板、提升模板：適合各種類型橋墩

各種模板在工程上的應(yīng)用，可以根據(jù)墩臺的高度、墩臺類型、機具設(shè)備、施工期限等條件因地制宜合理選用滑動、提升模板滑動模板工作平臺內(nèi)外模板工作吊籃砼平臺提升設(shè)備滑動、提升模板倒鏈?zhǔn)謩优滥ｋ妱优兰懿鸱Ｒ簤?/p>