桥梁工程第十三章

第十三章桥梁墩台1南京工业大学土木工程学院交通工程系

13.1桥梁墩台的构造和设计13.1.1引言定义——桥墩和桥台是支承桥跨结构并将恒载和车辆等活载传到地基的结构物。设在桥梁两端的称为桥台，设在中间的称为桥墩。桥墩的作用——（1）承受上部结构的荷重；（2）承受流水压力，水面以上的风力；（3）承受冰荷载、船只、排筏或漂浮物的撞击力。桥台的作用——（1）支承桥跨结构；（2）衔接两岸接线路堤的构筑物,挡土护岸、承受台背填土及填土上车辆荷载所产生的附加侧压力。要求——桥梁墩、台不仅本身应具有足够的强度、刚度和稳定性,而且对地基的承载能力、沉降量、地基与基础之间的摩阻力等也都提出一定的要求，以避免在这些荷载作用下有过大的水平位移、转动或者沉降发生。

2南京工业大学土木工程学院交通工程系

梁式桥桥墩、桥台位置示意图梁式桥的桥墩、桥台位置示意3南京工业大学土木工程学院交通工程系公路桥梁上常用的墩台按受力特点和构造特点大体可归纳为重力式墩台和轻型墩台两大类。1、重力式墩、台（1）组成——墩（台）帽、墩（台）身和基础（2）特点——靠自身重量来平衡外力而保持其稳定（3）适用场合——地基良好的大、中型桥梁或流冰、漂浮物较多的河流中，及砂石料方便的地区的小桥。（4）缺点——圬工体积较大，因而其自重和阻水面积也较大。4南京工业大学土木工程学院交通工程系梁桥重力式墩、台5南京工业大学土木工程学院交通工程系2、轻型墩、台（1）特点——利用钢筋混凝土结构的抗弯能力来减少圬工体积而使墩台轻型化。（2）适用条件——地基条件不太好，且流冰、漂流物较多的河流。选用时必须根据桥位处的地形、地质、水文和施工条件等因素综合考虑确定。一般说来，这类墩台的刚度小、受力后允许在一定的范围内发生弹性变形。所用的建筑材料大都以钢筋混凝土和少量配筋的混凝土为主，但也有一些轻型墩台，通过验算后，可以用石料砌筑。6南京工业大学土木工程学院交通工程系7南京工业大学土木工程学院交通工程系8南京工业大学土木工程学院交通工程系9南京工业大学土木工程学院交通工程系10南京工业大学土木工程学院交通工程系11南京工业大学土木工程学院交通工程系12南京工业大学土木工程学院交通工程系13南京工业大学土木工程学院交通工程系14南京工业大学土木工程学院交通工程系15南京工业大学土木工程学院交通工程系16南京工业大学土木工程学院交通工程系17南京工业大学土木工程学院交通工程系13.1.2梁式桥桥墩一、梁桥重力式桥墩又称实体桥墩，是实体的圬工墩，主要靠自身的重力来平衡外力，从而保证桥墩的强度和稳定性。1、墩帽（1）作用及要求——通过支座承托上部结构，并将荷载传到墩身上。墩帽本身应有足够的强度，墩帽采用强度等级为C20及以上的混凝土，并加配构造钢筋或采用钢筋混凝土(采用钢筋混凝土时，混凝土不低于C25)做成。（2）平面尺寸——应满足桥跨结构支座布置的需要，并设有檐口。为了避免支座过于靠近墩身侧面的边缘，造成应力集中，提高混凝土的局部承压能力，并考虑施工误差及预留锚栓孔的要求,支座边缘到墩身边缘应满足规范规定的最小距离要求。18南京工业大学土木工程学院交通工程系墩帽构造尺寸19南京工业大学土木工程学院交通工程系顺桥向的墩帽最小宽度b为：墩帽纵桥向宽度：——小跨径桥梁不得小于80cm，中等跨径桥梁不得小于100cm，大跨径桥视上部构造类型而定。横桥向的墩帽最小宽度为：

B=两侧主梁间距+支座横向宽度+2c1+2c2墩帽厚度：——特大、大跨径桥梁不应小于50cm，中小跨径桥梁不应小于40cm。20南京工业大学土木工程学院交通工程系（3）配筋——对于大、中跨径的桥梁，在墩帽内应设置构造钢筋；小跨径桥梁除在严寒地区外，可以不设置构造钢筋。钢筋直径一般为8~16mm，采用间距为15~25cm的网格布置。另外在支座支承垫板的局部范围内设置1~2层钢筋网，其平面分布尺寸约为支承垫板面积的两倍，钢筋直径为8~12mm，网格间距为5~10cm。这样使支座传来很大的集中力能较均匀地分布到墩身上。21南京工业大学土木工程学院交通工程系（4）垫石：在同一座桥墩上，当两座高度不相同时，就应在墩顶上设置支承垫石来调整。垫石的平面尺寸及钢筋配置，则要根据支座尺寸、支点反力和支承垫石下的砌体强度计算确定。（5）在一些宽桥或者墩身较高的桥梁中，为了节省墩身及基础的圬工体积，常常利用挑出的悬臂或托盘来缩短墩身横向的长度，做成悬臂式或托盘式桥墩。悬臂式墩帽采用C25以上混凝土。22南京工业大学土木工程学院交通工程系墩帽钢筋构造23南京工业大学土木工程学院交通工程系悬臂式和托盘式墩帽24南京工业大学土木工程学院交通工程系2、墩身（1）顶宽：对小跨径桥不宜小于80cm；对中等跨径桥不宜小于100cm；对大跨径桥的墩身顶宽，视上部结构类型而（2）侧坡：一般采用20:1～30:1，小跨径桥的桥墩也可采用直坡。（3）截面型式：圆形、圆端形、尖端形、矩形、菱形等。从水力特性和桥墩阻水来看，圆形、圆端形、尖端形及菱形较好。圆形截面对各方向的水流阻水和导流情况相同，适应于潮汐河流或流向不定的桥位。矩形桥墩的优点是较节省圬工体积，施工模板制作简单，其缺点是对水流的阻碍较大，适用于无水处或静水河流，也可用作跨线及深谷高架桥墩。25南京工业大学土木工程学院交通工程系实体桥墩截面形式26南京工业大学土木工程学院交通工程系（4）墩身材料：混凝土、浆砌块石和料石，或混凝土预制块砌筑。石砌桥墩——适用于盛产石料地区，符合就地取材、降低造价的原则，但它多靠人力施工，施工速度缓慢。石砌桥墩应采用强度等级不低于MU30的石料，大中桥用M7.5以上砂浆砌筑、小桥涵用不低于M5砂浆砌筑。混凝土桥墩——便于机械化施工，多用C20以上混凝土浇筑，并可掺入不多于20%的片石。27南京工业大学土木工程学院交通工程系混凝土预制块桥墩——基础工程与预制工作可平行作业，从而加快施工速度，并可节省模板，在具备吊装机具的工地可采用。预制块件的大小，随吊装机具的起重能力及运输条件而定。块件的型式、规格宜尽量少，以简化施工。预制块件用不低于C25混凝土制作，用M7.5或M5以上水泥砂浆砌筑，砌缝厚度不大于1.0cm。空心块件砌筑后，用低强度等级混凝土或小石子混凝土填塞。28南京工业大学土木工程学院交通工程系桥墩破冰棱体混凝土墩身钢筋网29南京工业大学土木工程学院交通工程系二、梁桥轻型桥墩——当地基土质条件较差时，为了减轻地基的负担，或减轻墩身重量，节约圬工材料。墩帽尺寸及构造由上部结构及其支座的尺寸等要求来确定。30南京工业大学土木工程学院交通工程系1、钢筋混凝土薄壁桥墩适用性——适用于地基土软弱的地区优点——圬工体积小，结构轻巧，比重力式桥墩可节约圬工量70%左右，且施工简便，外型美观，过水性良好。

缺点——当采用现浇混凝土时，需耗费一定数量的模板和钢筋。31南京工业大学土木工程学院交通工程系32南京工业大学土木工程学院交通工程系2、柱式桥墩（1）柱式桥墩由单根、两根或多根立柱与盖梁及承台组成，一般用C20～C30的钢筋混凝土制成，适用于桥梁宽度较大的城市桥梁和立交桥。它外形美观、圬工体积少、重量轻，柱身的截面形式有圆形、方形、六角形等。墩柱横截面形式33南京工业大学土木工程学院交通工程系单柱式桥墩——适用于水流与桥轴斜交角大于15°的桥梁，或河流急弯、流向不固定的桥梁。双柱式或多柱式墩——适用于水流与桥轴斜交角小于15°,仅有较小的漂流物或轻微的流冰河流中。哑铃式桥墩——适用于有较多的漂流物或较严重的流冰河流上，当漂流物卡在两柱中间可能使桥梁发生危险时，或有特殊要求时。混合双柱式墩——适用于有较严重的漂流物或流冰的河流上，当墩身较高时，可把高水位以上的墩身做成双柱式，高水位以下部分做成实体式的~,这样既减少了水上部分的圬工体积，也增加了抵抗漂流物的能力。34南京工业大学土木工程学院交通工程系单柱式哑铃式双柱式混和双柱式35南京工业大学土木工程学院交通工程系（2）盖梁——柱式桥墩采用能承受弯矩的盖梁来代替实体式桥墩上的墩帽。横截面形状——矩形或T形（或倒T形），底面形状有直线形和曲线形两种。宽度——依上部构造型式、支座间距和尺寸，同时加上支座边缘到盖梁边缘的最小距离拟定，也要满足抗震规范的有关规定。高度——（0.8～1.2）倍梁宽长度——应大于上部构造两边梁（或边肋）间的距离，并应满足上部构造安装时的要求。悬臂端高度——不小于30cm。36南京工业大学土木工程学院交通工程系盖梁构造37南京工业大学土木工程学院交通工程系38南京工业大学土木工程学院交通工程系39南京工业大学土木工程学院交通工程系13.1.3梁式桥桥台一、梁桥重力式桥台形式：U字型桥台、埋置式桥台及八字型、一字型桥台等。1、U型桥台组成：由台帽、台身和基础三部分组成。适用条件：填土高度在8~10m以下或跨度稍大的桥梁。优点：构造简单，可以用混凝土或片、块石砌筑。缺点：桥台体积和自重较大，增加了对地基的要求。此外，桥台的两个侧墙之间填土容易积水，结冰后冻胀，使侧墙产生裂缝。所以宜用渗水性较好的土夯填，并做好台后排水措施。40南京工业大学土木工程学院交通工程系U形桥台41南京工业大学土木工程学院交通工程系（1）台帽——台帽顶面只设单排支座，在另一侧则要砌筑挡住路堤填土的矮锥墙，或称背墙。背墙的顶宽不宜小于50cm。背墙一般做成垂直的，并与两侧侧墙连接。如果台身放坡时，则在靠路堤一侧的坡度与台身一致。在台帽放置支座部分的构造尺寸、钢筋配置及混凝土强度等级，可按相应的墩帽构造进行设计。42南京工业大学土木工程学院交通工程系（2）台身——台身由前墙和侧墙构成。前墙背坡一般采用5：1~8：1的斜坡，前坡为10：1或直立。侧墙与前墙结合成一体，兼有挡土墙和支撑墙的作用。侧墙正面一般是直立的，其长度视桥台高度和锥坡坡度而定。前墙的下缘一般与锥坡下缘相齐，侧墙尾端，应有不小于0.75m的长度伸入路堤内，以保证与路堤有良好的衔接。台身的宽度通常与路基的宽度相同。

43南京工业大学土木工程学院交通工程系两个侧墙之间应填以渗透性较好的土壤。为了排除桥台前墙后面的积水，应于侧墙间在略高于高水位的平面上铺一层向路堤方向设有斜坡的夯实粘土作为不透水层，并在粘土层上再铺一层碎石，将积水引向设于台后横穿路堤的盲沟内。桥台两侧的锥坡坡度，一般由纵向为1：1逐渐变至横向为1：1.5，以便和路堤的边坡一致。锥坡的平面形状为1/4的椭圆。锥坡用土夯实而成，其表面用片石砌筑。44南京工业大学土木工程学院交通工程系U形桥台尺寸图45南京工业大学土木工程学院交通工程系2、埋置式桥台桥台台身埋于台前溜坡内，不需另设翼墙，仅由台帽两端的耳墙与路堤衔接。台身多用片石混凝土或浆砌块石砌筑，台帽悬臂部分及耳墙则为钢筋混凝土。这类型式桥台圬工较省，并可改善水流条件。适用于河滩宽浅，地质良好，河床稳定的多孔桥，台高一般为4~10m。对于较高的桥台，台墙可做成分离式的钢筋混凝土柱、墙，并注意溜坡铺砌及坡脚防护。46南京工业大学土木工程学院交通工程系埋置式桥台47南京工业大学土木工程学院交通工程系3、八字形、一字形桥台

台身两侧为独立的翼墙，一般将台身与翼墙分开砌筑。翼墙张开的角度，一般为30~45°并可根据需要适当变动角度。翼墙除挡路堤填土外，并起导引水流作用。但翼墙较宽，因而需要较大的圬工体积。适用条件——河岸稳定，河床压缩小的中小桥。跨越水利渠道、人工河道的小桥，以及不宜做溜坡的城市立体交叉的跨路桥亦常采用。48南京工业大学土木工程学院交通工程系八字形及一字形桥台49南京工业大学土木工程学院交通工程系50南京工业大学土木工程学院交通工程系设置地下支撑梁的轻型桥台51南京工业大学土木工程学院交通工程系（2）钢筋混凝土薄壁桥台组成——扶壁式挡土墙和两侧的薄壁侧墙。分类——U形薄壁桥台、八字形薄壁桥台

特点——这种桥台不仅可以减少圬工体积，同时因自重减轻而减小了对地基的压力。但其构造和施工比较复杂，并且钢筋用量也较多。

适用条件——用于软弱地基。

52南京工业大学土木工程学院交通工程系53南京工业大学土木工程学院交通工程系（3）埋置式桥台特点：~是将台身埋在锥形护坡中，只露出台帽在外以安置支座及上部构造。桥台所受的土压力大为减小，桥台的体积也就相应的减少。但由于台前护坡是用片石，有被洪水冲毁而使台身裸露的可能，故设计时必须慎重地进行强度和稳定的验算；埋置式桥台不需要侧墙，仅附有短小的钢筋混凝土耳墙。按台身的结构形式分类：桩柱式、框架式、肋形埋置式。54南京工业大学土木工程学院交通工程系1）桩柱式埋置式桥台

——适用于各种土壤地基根据桥宽和土基承载能力可以采用双柱、三柱或多柱的型式。柱与钻孔桩相连的称桩柱式；柱子嵌固在普通扩大基础之上的称立柱式；完全由一排钢筋混凝土桩和桩顶盖（或帽）梁连结而成的称柔性桩台。55南京工业大学土木工程学院交通工程系2）框架式桥台

——用于填土高度在5m以上的桥台既比桩柱式桥台有更好的刚度，又比重力式埋置桥台挖空率更高，更节约圬工体积。稳定性较好，其不足之处是必须用双排桩基，钢筋水泥用量均较桩柱式的要多。为了节约圬工体积，可以把后倾式埋置式桥台台身挖空，做成肋形埋置式桥台。56南京工业大学土木工程学院交通工程系桩柱式埋置式桥台框架式埋置式桥台57南京工业大学土木工程学院交通工程系肋形埋置式桥台示意图58南京工业大学土木工程学院交通工程系13.1.3拱桥桥墩一、拱桥重力式桥墩1、分类：从抵御恒载水平力的能力来看，分为普通墩和单向推力墩（又称制动墩）两种。二者区别：普通墩除了承受垂直反力外，一般不承受恒载水平推力或只承受经过相互抵消后尚余的不平衡推力；制动墩的主要作用是在它一侧的桥孔因某种原因遭到毁坏时，能承受住单向的恒载水平推力，以保证其另一侧的拱桥不致遭到倾塌。59南京工业大学土木工程学院交通工程系2、构造特点：（1）拱座无支架吊装的拱桥桥墩在其顶面的边缘设置呈倾斜面的拱座，直接承受由拱圈传来的压力。故无铰拱的拱座总是设计成与拱轴线呈正交的斜面。60南京工业大学土木工程学院交通工程系（2）拱座的位置当桥墩两侧孔径相等时，则拱座均设置在桥墩顶部的起拱线标高上，有时考虑桥面的纵坡，两侧的起拱线标高可以略有不同。当桥墩两侧的孔径不等，恒载水平推力不平衡时，将拱座设置在不同的起拱线标高上。61南京工业大学土木工程学院交通工程系拱桥墩身边坡的变化62南京工业大学土木工程学院交通工程系（3）墩顶以上构造对于实腹式石拱桥，其墩顶以上部分通常做成与侧墙平齐的形式；对于空腹式石拱桥或双曲拱桥的普通墩，常采用立墙式、立柱加盖梁式或者采用跨越式；对于单向推力墩常采用立墙式和框架式；为了缩减墩身长度，拱桥墩顶部分也可做成托盘形式。63南京工业大学土木工程学院交通工程系二、拱桥轻型桥墩1、形式：一般采用为配合钻孔灌注桩基础的桩柱式桥墩。外形与梁桥上的桩柱式桥墩非常相似。主要差别是：在梁桥墩帽上设置支座，而在拱桥墩顶部分则设置拱座。2、横系梁：桩墩较高时应在桩之间设置横系梁；若柱与桩直接连接，则应在接合处设置横系梁；若柱高大于6~8m时，还应在柱的中部设置横系梁。64南京工业大学土木工程学院交通工程系拱桥桩柱式桥墩65南京工业大学土木工程学院交通工程系3、单向推力墩：——在采用轻型桥墩的多孔拱桥中，每隔3~5孔应设单向推力墩。4、轻型单向推力墩：——当桥墩较矮或单向推力不大时，可以考虑一些轻型的单向推力墩，其优点是阻水面积小，并可节约圬工体积。66南京工业大学土木工程学院交通工程系（1）带三角杆件的单向推力墩。特点——在普通墩的墩柱上，从两侧对称地增设钢筋混凝土斜撑和水平拉杆，用来提高抵抗水平推力的能力。为了提高构件的抗裂性，可以采用预应力混凝土结构。适用条件——只在桥不太高的旱地上采用。67南京工业大学土木工程学院交通工程系（2）悬臂式单向推力墩工作原理——当该墩的一侧桥孔遭到破坏以后，可以通过另一侧拱座上的竖向分力与悬臂长所构成的稳定力矩来平衡由拱的水平推力所导致的倾覆力矩。适用条件——适用于两铰双曲拱桥。对于无铰拱会有附加内力发生。68南京工业大学土木工程学院交通工程系拱桥轻型单向推力墩69南京工业大学土木工程学院交通工程系13.1.4拱桥桥台一、拱桥重力式U形桥台1、组成：台帽、台身和基础2、拱桥、梁桥U型桥台的差别：（1）尺寸：拱桥桥台由于承受很大的水平推力，因而一般要比梁桥大；（2）拱桥桥台台帽上要设置拱座，其构造和尺寸可参照桥墩的尺寸拟定；（3）对于空腹式拱桥，在前墙顶面上还要砌筑背墙，用来挡住路堤填土和支承腹拱；（4）拱桥桥台前墙背坡坡度改为2:1~4:1,前坡改为20:1~30:1或直立70南京工业大学土木工程学院交通工程系拱桥重力式U形桥台71南京工业大学土木工程学院交通工程系二、拱桥轻型桥台适用条件——小跨径拱桥和桥台水平位移量很小的情况。工作原理——当桥台受到拱的推力后，便发生绕基底形心轴而向路堤方向的转动，此时台后的土便产生抗力来平衡拱的推力，从而使桥台的尺寸大大地小于实体重力式桥台（约为65%左右）。常用形式——八字形、U字形桥台，π形、E形等背撑式桥台，靠背式框架桥台。72南京工业大学土木工程学院交通工程系1、八字形桥台构造简单，台身由前墙和两侧的八字翼墙构成。两者之间通常留沉降缝分砌。前墙可以是等厚度的，也可以是变厚度的。变厚度台身的背坡为2:1~4:1。翼墙的顶宽一般为40cm，前坡为10:1，后坡为5:1。为了防