桥梁的墩台和基础

1、第五讲桥梁的墩台和根底一桥梁的墩台 一梁桥的重力式墩台依靠其自身的重力及作用其上的重力维持稳定的,称为重力式墩台.桥墩由墩帽、墩身和根底组成.桥台由台帽、台身、根底和侧墙、护坡等组成.墩台帽 上安放支座,形成桥面横披 ,调整邻跨的支座高度.图5-56度幅构造尺寸1 .墩帽墩帽宽度,顺桥方向为 b: : b >f + a 0 + 2c i + 2c 2 > 100cm横桥方向为B B >s + b 0 + 2c i + 2c 2 f 相邻两跨支座中央的距离S 两外侧主梁支座的中央距 c 2- 20-40cm c i 一般510cm2 .墩身平面形状可用圆端形或尖端形；墩顶宽度,

2、小跨径桥梁不宜小于0.8m,中跨径桥梁不宜小于 1.0m；墩身侧面坡度5号或15号以上的混凝土浇筑或用浆砌块石或料石砌筑,也可用混凝土预制块砌筑.大桥常采用钢筋混凝土空心墩3 . U形桥台适用于填土高度小于 810m的桥梁.图5-57 U形桥台图5-58埋置式桥台二拱桥的重力式墩台图6.49墩帽上设拱座,以支承拱脚；墩顶的宽度约为拱跨的1/101/25 石砌墩,1/151/30 混凝土墩. 重力式桥台、齿键式桥台、组合式桥台 三轻型墩台利用钢筋混凝土的强度和整体刚度,或某种支承构件,形成墩台 O图5 59 桩柱式桥墩1 .桩柱式桥墩桩柱式桥墩,由柱、盖梁、横系梁组成,用于跨径不大(812m)的

3、梁桥.盖梁高度一般为盖梁宽度的0.8 1.2倍.柱的布置,宜使恒载作用下,盖梁在柱顶内外两侧的弯矩接近相等.桩柱式墩,H大于7m时,应该设横系梁.桩柱式桥台常作成埋置式的.台帽上设耳墙2 .轻型桥台3 .钢筋混凝土薄壁墩台4 .城市立交的轻型墩台二桥梁的根底桥梁的根底,将桥梁墩、台的各种荷载传至地基.桥梁的根底的设计首先要确定基底的埋置深度和根底类型.要仔细分析地质勘察资料,拟定根底埋置深度,再经计算决定.基底的埋置深度：在地面下或河床下至少 1m;在局部冲刷 线下至少1.04.0m ;在冻结线下冻胀土至少 0.25m. 1.浅根底当距现状地面几米的深度内有较适宜的根底持力层时,可用浅基础,根

4、底的顶面一般设在地面下 0.5m处,根底襟边宽1550cm基 础1/r,工N1 一X、 一/ iaA ;!_ . . r、_ _ .b图566批总"基底应力分布厚度h由荷载大小决定.口角小于材料的扩散角刚性角 max ,刚性根底.如果 A % max为扩展根底柔性根底,那么应配筋,成为钢筋混凝土根底.2 .沉井根底图 6.412当地面上部土层的承载力较弱,且坚硬的持力层又不太深时,的沉井根底.沉井根底, 从结构上讲是深根底,也就是应该计入土对根底的约束作 用.从施工上讲是一种施工方法.3 .桩根底£皿1皿国皿皿皿皿工当地表以下土层的承载力较弱,可作为持力层的土层较厚、而又无

5、大直径的卵石和 漂石时,可以采用桩根底.桩根底由基桩和承台组成,支承在岩层或 硬土层上的桩称为端承桩,支承在中等的土层之中的桩称为摩擦桩.基桩按施工方法分为沉入桩和钻挖孔灌注桩两类.沉入桩用锤击沉桩法、震动沉桩法、射水沉桩法、静力压桩法、钻孔埋置法钻挖孔灌注桩是、钻孔、清孔、灌注水下混凝土等工序在桩位处筑成的钢筋混凝土桩.承台的作用是将桥基内的多根桩的桩顶联结成刚性整体.承台 有低桩承台、高桩承台.承台内要配筋按标准、 混凝土标号不得低于 15号,承台厚度不宜小于 1.5m；基桩 埋入承台的长度、桩的最小间距、边桩外侧距承台边缘的 距离等都有具体规定.三.桥梁墩台及浅根底的设计要点1 .荷载及

6、其组合图5-63桥敢活栽布置编号荷载分类荷载名称组合I组合n组合m组合IV组合VI1永久荷载 恒载上部结构的重力*2桥墩根底的重力*3水的浮力4根本可受荷载活载汽车荷载的支反力*5挂车荷载的支反力*6人群荷载的支反力*7其他纵向风力*8口艾 福裁汽车制动力*9流水冰的压力10上部结构的温度力*11支座摩阻力12偶然 福裁地震力*13船只或漂流物撞 击力*首先考虑可能同时由现的荷载.还要考虑墩身、根底和地基的工作特性a、墩身等承受最大竖向力时,两跨均有活载Np.b、墩身等承受顺桥向最大力矩时 ,一跨布有活载组合I , 或同时布置制动力和纵向风力 组合n. c 、墩身 等承受横桥向最大力矩时,两跨

7、活载偏置 组合I ,或同时 布置横向风力等组合IV.用于验算墩身强度的荷载效应,要乘以荷载平安系数, 并累计至墩底；用于验算地基承载力的荷载效应,不乘荷载 平安系数,并累计至基底.2 .墩身计算墩身计算,应按桥墩结构特性进行.重力式垮工墩身,验算抗压强度、荷载偏心距、抗剪强度；e° ='%n =a对于高度大于20m的重力式墩还应验算其稳定性问题.对于钢筋混凝土墩台、盖梁,应按其静力图式验算.3 .刚性浅根底计算刚性浅根底稳性仅由基底土与根底的相互作用来维地基土的承载力max N -L, M_ ：-一 h=+min - A - W -0这里bh是地基土的容许2% Nmax-&q

8、uot;h3a(eo)2承载力,是经过宽深修正、并按标准予以提升后的值;基底的偏心距标准规定了不同的毛值0.11.5根底的整体稳定性V、Ni yK0 =1 = - - K'、Mi eo八NiKc =< K式中：y根底底面形心轴至接截面最大受压边缘的距离'、Ti以一基底与地基的摩擦系数T 一水平力总和Ko一倾覆稳定系数Kc 一滑动稳定系数墩台的沉降和位移,地基总沉降量,墩顶水平位移.四 桩根底的设计要点1 .单桩的竖直承载力摩擦桩的容许承载力1 ,一P =2U' lj i A；U一桩的周长成钻孔灌注桩按成空直径；A一桩底横截面面积砰；1 j 土层厚度nrj;r i

9、第层土对桩壁的极限摩阻力kPa;>r一桩尖土的极限承载力kPa o上部“莫个深度内土层的下沉量大于桩的竖向位移,或土的下沉速度超过桩的下沉速度时,压缩土层对桩产生向 下的负摩阻力.端承柱桩的容许承载力P=c1A+C2Uh Ra式中:Ra 岩石的天然湿度的单轴极限抗压强度；A、U、一桩底的横截面面积、周长、h一嵌入基岩深度；c1=0.4 0.6、c 2=0.03 0.052 .单桩在“地面力和位移作用下的效应桩的入土深度为h、桩的宽度为b、桩的计算宽度为bi ,桩在地面y=0处,受到水平力H0和力矩 的、以及水平位移X0和转角30的作用,而使桩的各个不同深度 z处、即y=z处,产生水平位移

10、xz转角iz、弯矩凶剪力Q.假定如下：土体是桩的弹性介质,地基系数即cy=my不考虑桩与土体间的摩擦力和粘结力；桩为一个弹性构件,根据梁的挠曲微分方程EI畛=- py = yyxbi令口 = 5触那么上式为叱+u5 yx = 0解微分方dy4,日dy程,并利用桩在地面处(y=0)的边界条件：X(y=0) = X 0,(J) (y=o)=()0,M(y=0) = M, Q(y=0) = Q得由任意深度y处的X ,巾,M,Q ox =x°Ai-0B1*0-Ci-H-0- D 1=： X0A20B2 3-C2H0- D2工.：:EI: 3EI二 EI: 2EIM = : EI(：x0A3

11、0B3)M0C3 出 D3(a)otQ = ： 2EI (： x0A4 0B4) : M 0c4 H 0D4(b)其中,Ai、Bi、G、Di均为y的哥级数,只要民和桩在地面处、y=0处、的x.、巾0、M、H (初 参数),那么可用这些公式算由任意深度处桩身的位移和内力.3 .单桩在“地面力作用下,引起地面处的位移、桩身内力.利用桩底y = h处两个边界条件Qh = 0Mh = -C 0dhI.=* h%EI 如其中：kh =骷单位水平力H0=1、作用在地面处,该处的水平位移6 Hh转角0-二 MH01(B3D4-B4D3)kh(B2D4-B4D2)二 HH 二 :3EI (A3B4-A4B3)

12、 kh(A2B4-A4B2)01(A3D4-A4D3) kh(A2D4 - A4D2)：；MH = -2EI(A3B4 - A4B3)kh(A2B4 - A4B2)单位力矩M=1作用在地面处,该处的水平位移转角01(B3c4 - B4c3)kh(B2c4- B4c2)J. HM 二-2 EI (A3B4-A4B3) kh(A2B4-A4B2).0,.MM这里参数A、B、1(A3C4 -A4C3) kh( A2C4 - A4C2)：EI (A3B4-A4B3) kh(A2B4 - A4B2)C D 都是y = h处的相应值.代入a、b式,可以得出桩身的弯矩 外、剪力R , 并据以进行桩身配筋.在

13、地面处、同时作用着M0、H0时,单桩在地面处的位移X0 = H 0 S 0HH + M° S 0HMd 0= -H 0 8 0MH + M 0 8 0MM4 .单桩在“桩顶力作用下,引起桩顶的位移在桩顶的水平力H=1,引起的桩顶的水平位移 8 HH转角8 MH,HHi33EI0002. ' HH ' 2" MH l0 . - MM l0-MH2_ l0, 0, 010. 0=2E|" MH ' MM l0 ' MM = Ej-MM桩底置于非12根桩组l 0,在承台底面a、竖向位移c、计算桩顶的抗推刚度K=1/ S HH5 . 群桩根

14、底的计算多排、竖直、对称、岩石类土或基岩面上的高桩承台的计算.这是由 成的群桩根底,承台底面高由地面的高度为作用着由荷载引起的外力M N、P,使承台底面中央产生了水平位移 转角B .4 寸个那么承台底面各桩桩顶的位移为:ai = aci = c +x i BB i = B桩的竖向刚度Ppp =工一厂式中：；桩身材料的弹性模量；pp l0h 1EACoAoW 一系数,摩擦桩W =2/3 沉入桩、w =1/2 钻孔桩,端承桩工=1;A 一入土局部桩的平均截面面积；A 0一摩擦桩四周自地面按0/4向下扩散至桩底处的面积,但不得超 过桩底面中央距所包围的面积.其他符号同前垂直于桩轴线方向发生单位位移司

15、=1时,桩顶产生的水平力水平刚度pHH：Phh - , JMM ,2'HHOMM -(-MH )垂直于桩轴线方向发生单位位移aj=1时,桩顶产生的弯矩pMH=PHM：Pmh =-Mi -H,_桩顶发生单位转角储=1时,桩顶产生的弯距 - HH - MM - - MH 转动刚度：PMM=,_沿承台底面截取座板为自由体的位移法根本方程,HHMM - ',MH C cc -P =0a ；aa + a/ -H = 0 式中： C CC= P pp= n P ppa a -：M =0Y aa=2 P hH= n P HHY a B =- 2 P HMT_ 2 PHMY B B = n P

16、 MM+ P PP? kixi 2得由承台底面中央的位移如下：P:中H - aWc 二a 二rccaa ：- ai2P；1aM 一严2各桩桩顶的轴向力 Ni、剪力Qi、弯距MiyaaYfp-L /(c+ B xi)p ppi = a p hhP hmp mm - a p mh根据各桩的轴向力 N值o =Qi0 =Mi+Ql 0和位移xo、30得由各桩任意深度的内力 My Qy, 并据以配筋.由计算可知,最大弯距Mmax大约在地面以下1.51.7 / a处,在4/ a以下桩身内力 My、Qy均可认为等于零.最小桩距 2.5D、3D、4D桩距小于6倍桩径五 刚性深根底沉井、管柱的设计要点根底底面的

17、埋置深度大于 5m,且计算深度ah < 2.5时, 称为刚性深根底,假定：地基系数Cy = m y;根底刚度视为无穷大；根底 与土的摩阻力、黏结力不计.在水平力作用下,深根底将绕其深度上更一点发生微小 的转动,使根底两侧的土体产生水平土抗力、基底土体产生 竖向土抗力.m max W CT hb y W pp-p a =刚性深根底除验算整体稳定性外,还应对其结构进行核 算.六柔性墩的设计要点在多跨连续梁桥、多跨连续桥面简支梁桥,纵向抗推刚 度墩与支座的联合抗推刚度比较小,在纵向顺桥向力作用下,墩顶支座顶面可以随上部结构纵向位移,这类桥墩被称为柔性墩.1,柔性墩台的抗推刚度：多跨柔性墩的桥梁中,纵向力 H=1作用在墩顶处,而引起整个桩柱变位桩柱式墩,在纵向 力H=1作用下,墩顶的纵向水平位移：3X =% - Polo +江顶位移l 03/3EI小得多时,群桩根底上的柔性墩墩顶 3EI纵向位移.l3一,、,、一, ,、x =L柔性墩墩身的刚度3EI板式橡胶支座的刚度是n1个支座的并联刚度K；'=ni ,空整个柔性墩联合抗推刚度串联刚度：“ tK=上工某柔性墩墩身的刚度=45690kN/m支座刚度K K=11670kN/色柔性墩的联合抗推刚度K=9296kN/m其值更接近支座 的刚度.2 .墩顶制动力各墩墩顶所受制动力也丁=三7T式中,丁一全桥或一联桥所受