橋梁工程概論 第7章-橋梁支座、墩臺與基礎

第七章橋梁支座、墩臺與基礎4/18/20231李亞東《橋梁工程概論》第七章第一節(jié)橋梁支座一、支座的作用和要求

支座－設置在橋梁的上部結構與墩臺之間的結構物作用與要求－把上部結構的各種荷載傳遞到墩臺上，并能夠適應活載、溫度變化、混凝土收縮與徐變等因素所產(chǎn)生的變位，使上、下部結構的實際受力情況符合設計的計算圖式按變位分類－固定支座與活動支座（多向、單向）按材料分類－簡易支座、鋼支座、鋼筋混凝土支座、橡膠支座等

按功能分類－常規(guī)支座、特殊支座（減震支座、拉力支座等）4/18/20232李亞東《橋梁工程概論》第七章橋梁支座的布置方式簡支梁橋——一端固定，另一端活動（公、鐵）連續(xù)梁橋——每聯(lián)只設一個固定支座，其余為活動曲線連續(xù)梁橋——支座布置會直接影響曲梁的內(nèi)力分布坡道上的橋梁——固定支座應設在較低一端↑簡支梁←連續(xù)梁↑曲線梁4/18/20233李亞東《橋梁工程概論》第七章簡易支座－指在梁底和墩臺頂面之間設置墊層（油毛氈、石棉板或鉛板等）來支承上部結構。僅適于跨度10m以下的公路橋和4m以下的鐵路板橋鋼支座－靠鋼部件的滾動、搖動和滑動來完成支座的位移和轉動的鑄鋼支座

平板支座弧形支座搖軸支座輥軸支座

特種鋼支座

二、支座類型和構造4/18/20234李亞東《橋梁工程概論》第七章弧形鋼板支座構造4/18/20235李亞東《橋梁工程概論》第七章球形支座圖片1上支座板；2下支座板；3球冠鋼襯板；4球面聚四氟乙烯板；5平面聚四氟乙烯板；6不銹鋼板

4/18/20236李亞東《橋梁工程概論》第七章二、支座類型和構造（續(xù)）鋼筋混凝土支座（較少采用）擺柱式支座混凝土鉸橡膠支座（構造簡單、加工方便、省鋼材、造價低、結構高度小、安裝方便）板式橡膠支座（純橡膠、加勁橡膠）盆式橡膠支座4/18/20237李亞東《橋梁工程概論》第七章盆式橡膠支座特點－將素橡膠板置于圓形鋼盆內(nèi)來加強橡膠。橡膠在受壓后的變形由于受到鋼盆的約束，處于三向受壓狀態(tài)，只要鋼盆不破壞，橡膠就永遠不會喪失承載力。應用廣泛－鐵路橋常用的TPZ系列和公路橋常用的GPZ系列

4/18/20238李亞東《橋梁工程概論》第七章盆式橡膠支座圖片↑GPZ系列↑TPZ系列4/18/20239李亞東《橋梁工程概論》第七章三、支座的受力與變位分析

受力豎向力－自重和活載反力（負反力問題）水平力－縱向水平力、橫向水平力（尤其對斜、彎橋）變位縱向和橫向水平位移梁端轉角反力和變位的組合驗算強度（拉、壓應力，抗剪）穩(wěn)定（脫空，傾覆，滑移）4/18/202310李亞東《橋梁工程概論》第七章板式橡膠支座的設計與計算確定平面尺寸a、b確定厚度h計算支座轉角、驗算支座不脫空條件驗算支座的抗滑性能↑無活載作用←有活載作用4/18/202311李亞東《橋梁工程概論》第七章第二節(jié)橋墩和橋臺一、墩臺的作用與要求主要作用－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－支承著相鄰的兩孔橋跨，居于橋梁的中間部位。除承受上部結構的作用力外，還受到風力、流水壓力及可能發(fā)生的冰壓力、船只和漂流物的撞擊力橋臺－居于全橋的兩端，前端支承著橋跨，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。還需承受臺背填土及填土上車輛荷載產(chǎn)生的附加側壓力。結構型式－多種多樣，發(fā)展方向是注意上、下部結構協(xié)調(diào)一致，結構輕型、薄壁、注意造型等

4/18/202312李亞東《橋梁工程概論》第七章二、橋墩的類型與構造常見型式－重力式墩、空心式墩、柔性墩、樁（柱）式墩、薄壁墩等。重力式橋墩（實體式橋墩）特點：靠自身的重量來平衡外力而保持其穩(wěn)定，圬工量大組成：墩帽，墩身，（基礎）截面：矩形墩、圓端形墩、圓形墩等材料：天然石材，片石混凝土或混凝土塊應用：在中、小跨橋梁，尤其是鐵路橋梁中常被采用4/18/202313李亞東《橋梁工程概論》第七章墩帽構造←挑臂式墩帽

←圓形墩墩帽

4/18/202314李亞東《橋梁工程概論》第七章二、橋墩的類型與構造（續(xù)）空心式橋墩－實體墩向輕型化發(fā)展的一種較好的結構型式，尤其適用于高橋墩。材料－混凝土空心墩（<50m）和鋼筋混凝土空心墩截面－圓形，圓端形，長方形等數(shù)種特點－充分利用材料強度，可節(jié)省材料，減輕橋墩自重，進而也能減少基礎工程量。施工速度快（鋼滑動模板施工），質(zhì)量好，節(jié)省模板支架4/18/202315李亞東《橋梁工程概論》第七章鐵路圓形空心墩構造清水河橋空心高墩（連續(xù)剛構）4/18/202316李亞東《橋梁工程概論》第七章二、橋墩的類型與構造（續(xù)）柔性墩－是橋墩輕型化的途徑之一，它是在多跨橋的兩端設置剛性較大的橋臺，中墩均為柔性墩。同時，在全橋除在一個中墩上設置活動支座外，其余墩臺均采用固定支座4/18/202317李亞東《橋梁工程概論》第七章二、橋墩的類型與構造（續(xù)）樁（柱）式墩排架樁墩：將鉆孔樁基礎向上延伸做為橋墩的墩身，在樁頂澆注蓋梁。柱式墩：目前公路橋梁中廣泛采用的橋墩形式，特別是在橋?qū)捿^大的城市橋和立交橋中，采用這種橋墩既能減輕墩身重量，節(jié)約圬工材料，又較美觀。

4/18/202318李亞東《橋梁工程概論》第七章二、橋墩的類型與構造（續(xù)）薄壁墩

鋼筋混凝土薄壁墩：一種新型橋墩，截面型式有板壁形、I形、箱形等，構造簡單、輕巧、圬工體積少。連續(xù)剛構橋雙薄壁墩：在墩位上有兩個相互平行的墩壁與主梁剛接的橋墩?？稍黾訕蛄簞偠?，減少主梁支點負彎矩，增加橋梁美觀，省去支座，方便施工。4/18/202319李亞東《橋梁工程概論》第七章二、橋墩的類型與構造（續(xù)）虎門大橋輔航道橋雙薄壁墩4/18/202320李亞東《橋梁工程概論》第七章各種輕型橋墩4/18/202321李亞東《橋梁工程概論》第七章橋墩圖片Y形橋墩薄壁橋墩梁柱式橋墩4/18/202322李亞東《橋梁工程概論》第七章橋墩圖片（續(xù)）剛構橋橋墩菱柱體橋墩4/18/202323李亞東《橋梁工程概論》第七章橋墩圖片（續(xù)）異形橋墩懸臂橋墩圓柱橋墩4/18/202324李亞東《橋梁工程概論》第七章三、空心高墩的施工方法－滑升模板、翻升模板、爬升模板等。這些施工方法的共同特點是：模板依附于已澆筑完成的墩壁上，并隨著墩身的逐步加高而向上升高。1.頂架；2.輻射梁；3.內(nèi)圍圈；4.外圍圈；5.內(nèi)模板；6.外模板；7.調(diào)徑螺絲桿；8.調(diào)模螺絲桿；9.行程套管；10.頂桿；11.吊籃；12.欄桿；13.液壓千斤頂?；Ｊ┕ぃ?0世紀70年代初期開始應用，工藝要求高，不能解決變坡問題，現(xiàn)很少采用4/18/202325李亞東《橋梁工程概論》第七章三、空心高墩的施工（續(xù)）←翻模施工，從90年代開始研制應用，結構簡單，應用廣泛爬模施工，從80年代開始研制應用，需要塔吊和液壓系統(tǒng)，應用不多4/18/202326李亞東《橋梁工程概論》第七章四、橋臺的類型與構造重力式橋臺（實體式橋臺）主要靠自重來平衡臺后的土壓力。橋臺臺身多用石砌、片石混凝土或混凝土等圬工材料建造常用類型有矩形橋臺、U形橋臺、T形橋臺、埋式橋臺等。矩形U形埋式耳墻式4/18/202327李亞東《橋梁工程概論》第七章T形橋臺一般構造1.臺帽；2.道碴槽；3.后墻；4.基礎；5.錐體；6.路堤；7.前墻；8.胸墻；9.托盤。

4/18/202328李亞東《橋梁工程概論》第七章帶翼墻的橋臺按結構形式，橋臺還可分為帶翼墻和不帶翼墻兩大類。翼墻位于橋臺兩側，多采用八字形和一字形，翼墻的作用是：擋住橋臺兩側的路基填土，保證橋頭路基穩(wěn)定，并引導水流順暢地進入橋孔。帶翼墻的橋臺主要用于公路橋梁。4/18/202329李亞東《橋梁工程概論》第七章四、橋臺的類型與構造（續(xù)）輕型橋臺－利用結構本身的抗彎能力來減少圬工體積而使橋臺輕型化。主要用于公路橋。薄壁輕型橋臺：常用的形式有懸臂式、扶壁式、撐墻式及箱式等支撐梁輕型橋臺（適于小跨度橋，略）4/18/202330李亞東《橋梁工程概論》第七章四、橋臺的類型與構造（續(xù)）框架式橋臺－在橫橋向呈框架式結構的樁基礎輕型橋臺，它所受的土壓力較小，適用于地基承載力較低、臺身較高、跨徑較大的梁橋。其構造型式有雙柱式、多柱式、墻式、半重力式和雙排架式、板凳式等。

雙柱框架式墻式4/18/202331李亞東《橋梁工程概論》第七章四、橋臺的類型與構造（續(xù)）組合式橋臺－橋臺本身主要承受橋跨結構傳來的豎向力和水平力，而臺的土壓力由其它結構來承受，形成組合式橋臺?！^定板式橋臺4/18/202332李亞東《橋梁工程概論》第七章五、墩臺的設計與計算1、墩臺的設計荷載及其組合

橋墩的荷載組合：（1）最大豎向力組合。用來驗算墩身強度和基底最大應力。

鐵公4/18/202333李亞東《橋梁工程概論》第七章橋墩的荷載組合：（2）按橋墩各截面在順橋向上可能產(chǎn)生的最大偏心和最大彎矩的情況進行組合。用來驗算墩身強度，基底應力、偏心及橋墩的穩(wěn)定性。鐵公4/18/202334李亞東《橋梁工程概論》第七章橋墩的荷載組合：（3）按橋墩各截面在橫橋向可能產(chǎn)生最大偏心和最大彎矩的情況進行組合。它是用來驗算橫橋向的墩身強度、基底應力、偏心及橋墩的穩(wěn)定性。鐵路：在相鄰兩跨布置空車以產(chǎn)生橫向搖擺力，而豎向力又不大，稱為雙孔輕載（也稱雙孔空車）公4/18/202335李亞東《橋梁工程概論》第七章橋臺的荷載組合：在確定荷載最不利組合時，通常按臺后布置活載而橋上無活載（最大水平力和最大后端彎矩組合）橋上滿布活載（最大前端彎矩）橋上、臺后同時布置活載（最大豎向力組合）等幾種不利情況，分別進行組合與驗算4/18/202336李亞東《橋梁工程概論》第七章五、墩臺的設計與計算（續(xù)）2、墩臺的驗算內(nèi)容設計過程－選定墩臺型式及擬定各部分尺寸；然后計算各項外力和進行最不利荷載組合，選取驗算截面和驗算內(nèi)容；計算各截面的內(nèi)力，進行配筋和驗算。驗算要求墩臺本身：強度，穩(wěn)定性及偏心擴大基礎：基底應力、整體穩(wěn)定性高橋墩：墩頂彈性水平位移超靜定橋梁結構：基底沉陷量計算理論：容許應力法（鐵路）和極限狀態(tài)法（公路）驗算對象：墩臺身一般視為偏心受壓構件

4/18/202337李亞東《橋梁工程概論》第七章第三節(jié)橋梁基礎

一、基礎的作用與要求橋梁基礎－橋梁結構物直接與地基接觸的最下部分地基－承受基礎傳來的荷載的那一部分地層（巖層或土層）要求－地基和基礎必須具有足夠的強度和穩(wěn)定性，變形也應在容許范圍之內(nèi)基礎類型－根據(jù)埋置深度，分為淺置基礎和深基礎淺置基礎：埋深較淺（一般小于5m），擴大基礎深基礎（深水基礎）：樁基礎，沉井，沉箱，管柱等基礎選型－取決于地質(zhì)條件、水文條件、荷載特性、橋梁結構型式及使用要求，以及材料的供應和施工技術等因素重要性－隱蔽工程，控制施工進度，造價比例橋梁結構的整體性

4/18/202338李亞東《橋梁工程概論》第七章二、基礎的類型與構造1、淺置基礎剛性擴大基礎，又稱明挖基礎，直接在墩臺下開挖基坑修建而成平面形狀－常為矩形，也有其它形式立面形狀－可為單層或多層臺階，與地基承載力及上部荷載大小等有關襟邊：20cm~50cm剛性角：30~45

常用材料－混凝土、片石混凝土、漿砌片石等特點－穩(wěn)定性好、施工簡便、取材容易基坑開挖4/18/202339李亞東《橋梁工程概論》第七章2、樁（及大型管柱）基礎

適用情況－當墩臺所處位置的覆蓋層很厚，適于承力的地基很深，或施工水位較高時組成－若干根樁和承臺分類按承臺位置：高樁承臺和低樁承臺基礎

4/18/202340李亞東《橋梁工程概論》第七章分類（續(xù)）按施工方法：按基礎傳力方式：

柱樁，摩擦樁按材料劃分：鋼筋混凝土樁，鋼樁，鋼管混凝土樁（管柱）按橫截面劃分：圓形，環(huán)形，方形等4/18/202341李亞東《橋梁工程概論》第七章樁的平面和立面布置平面布置：行列式，梅花式立面布置：豎直樁，斜樁4/18/202342李亞東《橋梁工程概論》第七章管柱大直徑鋼筋混凝土樁（1～5m左右）施工階段為管形結構，使用階段以柱的形式受力薄殼圓柱形管節(jié)（需接長），不耐捶擊，振動法下沉管內(nèi)鉆孔至基巖，放鋼筋骨架籠，灌注混凝土結構體系：高、低承臺的立柱1、管柱；2、承臺；3、墩身；4、嵌固于巖層；5、鋼筋骨架；6、低水位；7、巖層；8、覆蓋層；9、鋼管靴4/18/202343李亞東《橋梁工程概論》第七章武漢長江大橋管柱基礎4/18/202344李亞東《橋梁工程概論》第七章樁的構造：灌注樁配筋圖4/18/202345李亞東《橋梁工程概論》第七章樁的構造：預制鋼筋混凝土方樁4/18/202346李亞東《橋梁工程概論》第七章樁基礎的承臺形狀－矩形和圓端形平面尺寸－根據(jù)其上部墩臺身底面尺寸及其樁的平面布置而定承臺厚度－不宜小于1.5m材料－鋼筋混凝土，一般不低于15號鋼筋布置：見圖4/18/202347李亞東《橋梁工程概論》第七章（旋轉）鉆孔設備鉆機鉆頭4/18/202348李亞東《橋梁工程概論》第七章套管法施工鉆孔樁4/18/202349李亞東《橋梁工程概論》第七章打樁設備樁架柴油錘振動打樁機4/18/202350李亞東《橋梁工程概論》第七章3、沉井及沉箱基礎沉井基礎－混凝土井筒，一邊在筒內(nèi)挖土，一邊靠它的自重不斷下沉到設計標高的方法來完成施工，沉箱特點－埋置深度可以很大、整體性強、穩(wěn)定性好，施工期較長

（1）沉井底節(jié)在人工筑島上澆筑；（2）沉井開始下沉及接高；（3）沉井已下沉至設計位置；（4）進行封底及墩身工作。

4/18/202351李亞東《橋梁工程概論》第七章沉井分類按下沉方式：就地建造下沉，浮運就位下沉按建筑材料：鋼，混凝土沉井，鋼筋混凝土沉井等按平面形狀：圓形、矩形及圓端沉井等按豎直剖面形狀：豎直式、傾斜式及階梯式4/18/202352李亞東《橋梁工程概論》第七章沉井基本構造組成－刃腳、井壁、隔墻、井孔、凹槽、射水管和探測管、封底、頂蓋（或承臺）等

4/18/202353李亞東《橋梁工程概論》第七章深水沉井基礎（10m以上水深）施工水上工作面的建立浮式承重體系（常用者，用船舶或浮箱組合，用錨繩、錨碇保持其水上固定位置）插到水底的勁性承重體系（如海上工作平臺）沉井：岸邊制造（殼體結構，利用水浮力承托），浮運或拖運至墩位工點沉落過程－由壓水（氣）、灌注混凝土等措施，控制入水深度及平穩(wěn)性基本施工過程沉井底節(jié)（通常為雙層板壁鋼殼）制作→浮船組拋錨定位→沉井底節(jié)懸浮水中→沉井接高下沉（鋼氣筒輔助）→沉井落進河床→沉井接高土中下沉→井上圍堰