高强混凝土 乔朋庆

高性能混凝土桥墩建工研13—1建筑与土木工程乔朋庆目录1高性能钢筋混凝土2桥梁及桥墩3桥墩计算公式4钢筋混凝土桥墩的施工5具体实例高性能钢筋混凝土

混凝土是现代土木工程中不可缺少用量最大用途最广的建筑材料。然而普通混凝土并不如人们预料的那般安全,

耐久性不足而导致结构破坏的现象日益增多由此造成的经济损失不容忽视。因此,

加强混凝土结构质量控制,

使其满足安全性和耐久性的要求是工程建设的当务之急。随着混凝土材料科学的不断进步,

人们开始研究高工作性，高耐久性，体积稳定性好的混凝土,即高性能混凝土。高性能混凝土不仅在性能上比普通混凝土大大改进,

在节约能源资源，改善劳动条件工业废渣利用，坏境保护等方面也有十分重要的意义。高性能钢筋混凝土

我国正处于经济高速发展的时期,许多耗资巨大的海工构筑物如跨海大桥，海洋钻井平台已经或即将兴建,这些构筑物处于恶劣的海洋环境下,其长期安全的正常使用成为工程界关注的重点。而高性能混凝土中的海工高性能混凝土凭借性能的优点,可以有效克服使用环境给建筑结构带来的危害,达到延长使用寿命和提高结构耐久性的目的.高性能钢筋混凝土优越性1、在一般情况下，混凝土强度等级从C30提高到C60，对受压构件可节省混凝土30－40%；受弯构件可节省混凝土10－20%。

2HPC工作性能好，耐久性好，所以其成本与同级高强混凝土相比，直接节约32—58.8元/每平方米。这个概念就是说按1000万平方米/年，HPC节约材料费40元/每平方米，仅节约材料就达4亿元/年。

3、由于高强混凝土的密实性能好，抗渗、抗冻性能均优于普通混凝土。因此，国外高强混凝土除高层和大跨度工程外，还大量用于海洋和港口工程，它们耐海水侵蚀和海浪冲刷的能力大大优于普通混凝土，可以提高工程使用寿命

4、高强混凝土变形小，从而使构件的刚度得以提高，大大改善了建筑物的变形性能。高性能钢筋混凝土

海洋环境下钢筋混凝土构筑物的过早破坏,是混凝土构筑物劣化的典型表现。

我

国对该方面研究较早的是海港行业,80年代初对华南沿海码头的腐蚀情况进行

调查,其中海南，湛江，北海，汕头等18座码头,发现已腐蚀损坏的占8.9%。90年

代,四航

研究院又对华南地区的深圳赤湾港和惠州港等20余个泊位码头进行调查发现经10年左右,不少钢筋混凝土构件中均出现了锈蚀裂缝,其中最严重的是1992年建成的惠州港油气码头,虽然使用仅8年,但锈蚀严重,不得不考虑停产修复。在我国沿海地区,使用7一25年的桥梁,就出现钢筋锈蚀向题,连云港某桥梁使用不到三年。宁波某桥梁使用不到10年,就出现了梁柱顺筋开裂的现象。大量的事实表明,我国已有为数不少的海工混凝土构筑物,在远低于设计寿命期内就发生严重破坏,有的仅在10-20年内就必须大修或重修,而有的甚至在3污年内就需要彻底更换,其损失是非常严重的由此可见,沿海地区特别是直接处于海洋环境下的混凝土构筑物腐蚀劣化问题十分严重。因而传统的混凝土结构无法满足使用要求,海工高性能混凝土在这种背景下应运而生,并很快发展起来。高性能混凝土由于桥梁和一些水工构筑物长年浸泡在水中要比陆上建筑承受更加复杂的荷载（更大的风载，风浪的冲击），而且在荷载复杂的情况下还往往要求有很高的正常使用年限。例如港珠澳大桥采用最高建设标准，抗震达8度（地震烈度），能抗16级台风，设计使用寿命120年。杭州湾大桥和青岛海湾大桥设计使用年限均为100年。这就要求混凝土要有较高的耐久性能，考虑到高抗腐蚀性，高抗渗性和高强度等，我们在一些重要桥梁建造上也要选择一种特制的高性能混凝土。

桥梁的组成

架设在江河湖海上，使车辆行人等能顺利通行的建筑物称为桥。桥梁一般由上部结构、下部结构和附属构造物组成，上部结构主要指桥跨结构和支座系统；下部结构包括桥台、桥墩和基础；附属构造物则指桥头搭板、锥形护坡护岸、导流工程等。高性能混凝土主要应用于下部结构，今天主要介绍桥墩。桥墩主要由顶帽、墩身组成。顶帽的作用是把桥跨支座传来的较大而集中的力，分散而匀称地传给墩身和台身。因此顶帽应采用强度较高的材料建筑，一般用不低于200钢筋混凝土建筑，且厚度不小于40厘米。此外，顶帽还须有较大的平面尺寸，为施工架梁及养护维修提供必要的工作面。墩身和台身是支承桥跨的主体结构，不仅承受桥跨结构传来的全部荷载，而且还直接承受土压力、水流冲击力、冰压力、船舶撞击力等多种荷载，所以墩身和台身都具有足够的强度、刚度和稳定性。桥墩桥墩分重力式桥墩和轻型桥墩两大类，也有一说为以下三种分类，实体式桥墩、空心式桥墩、桩或柱式桥墩。重力式一般为采用混凝土或石砌的实体结构。墩身上设墩帽，下接基础。它的特点是充分利用圬工材料的抗压性能，借自身的较大截面尺寸和重量承受竖直方向和水平方向的外力，具有坚固耐久，施工简易，取材方便，节约钢材等优点。缺点是圬工量大，外形粗大笨重，减少桥下有效孔径，增大地基负荷；当桥墩较高，

地基承载力较低时尤为不利。

重力式桥墩多采用简单的流线型截面形状，如圆端墩、尖端墩、圆角形墩等，以便桥下水流顺畅地绕过桥墩，减少阻水及墩旁冲刷。当水流方向变化不定或与桥梁斜交时，宜采用圆形墩。对受流冰影响的桥墩，应在上游端设破冰棱。非城市的旱桥及不受水流影响的桥墩，则宜采用便于施工的矩形截面。桥墩重力式桥墩桥墩轻型

针对重力式桥墩的缺点而出现的桥墩,具有外形轻盈美观，

圬工量少，可减轻地基负荷，节省基础工程，便于用拼装结构或用滑升模板施工，有利于加速施工进度，提高劳动生产率等优点。实现轻型桥墩的主要途径为：

改用强度较高的材料，改变桥墩的结构形式和桥墩受力情况。①空心桥墩。外形似重力式桥墩，但它是中空的薄壁墩。可采用钢筋混凝土现浇或为预应力混凝土拼装结构，较适用于高桥墩。中国襄渝线(襄樊—重庆)紫阳汉水桥,3号墩高70.5米（基顶以上），壁厚60厘米，是中国目前最高的铁路桥墩。联邦德国修建的奥地利欧罗巴桥墩高146米,壁厚仅35～55厘米。桥墩桥墩②薄壁桥墩。

多为采用滑模施工的钢筋混凝土结构。因薄壁墩顺桥方向的尺寸纤细，受纵向水平力时易产生挠曲变形，故又称柔性桥墩。利用桥跨结构将若干个柔性桥墩顶和邻近的刚性桥墩顶以铰或固结相连，形成多跨超静定结构，可使全桥纵向水平力主要由刚性桥墩承担，极大地改善了柔性墩的受力情况。桥墩3桩柱式桥墩。为桩式、双柱式、单柱式桥墩的统称。多采用就地灌筑钢筋混凝土建造，也有采用预制构件拼装，或将打入桩组成排架式墩的。在桩式或双柱墩中，桩（柱）的长细比较大时，也具有上述薄壁桥墩的特点，是柔性桥墩的另一种结构形式。桥墩计算1.作用(荷载)及其组合A.桥墩计算中考虑的永久作用为:（1）上部结构的恒重对墩帽或拱座产生的支承反力,包括上部构造混凝土收缩及

变形作用;（2）桥墩自重,包括在基础襟边上的土重;

（3）基础变位作用,对于奠基于非岩石地基上的超静定结构,应当考虑由于地基压密等引起的支座长期变位的影响,并根据最终位移量按弹性理论计算构件截面的附加内力;（4）水的浮力,基础底面位于透水性地基上的桥梁墩台,当验算稳定时,应考虑设计水位的浮力;当验算地基应力时,可仅考虑低水位的浮力,或不考虑水的浮力.基础嵌入不透水性地基的桥梁墩台不考虑水的浮力.作用在桩基承台底面的浮力,应考虑全部底面积.对桩嵌入不透水地基并灌注混凝土封闭者,不应考虑桩的浮力,在计算承台底面浮力时应扣除桩的截面面积.当不能确定地基是否透水时,应以透水或不透水两种情况与其他作用组合,取其最不利者.桥墩计算B.桥墩计算中考虑的可变作用为:(1)作用在上部结构的车道荷载,对于钢筋混凝土柱式墩台应计入冲击力,对于重力式墩台则不计冲击力;(2)人群荷载;(3)作用在上部结构和墩身上的纵,横向风力;(4)车道荷载制动力;(5)作用在墩身上的流水压力;(6)作用在墩身上的冰压力;(7)上部结构因温度变化对桥墩产生的附加力;(8)支座摩阻力.桥墩计算C.作用于桥墩上的偶然作用为:(1)地震作用;(2)作用在墩身上的船只或漂浮物的撞击作用.

重力式桥墩的作用效应组合主要与墩身所要验算的内容有关,例如,墩身截面的强度和偏心的验算,整个桥墩的纵向及横向稳定性验算等.应根据可能出现的各种作用情况进行最不利的作用效应组合.其次,拱桥重力式桥墩与梁桥的除了有共同点之外,也还存在一些差异.例如拱桥不设活动支座因而没有支座摩阻力;但它要计及各种作用在拱座处产生的水平推力和弯矩.桥墩计算一.下面将按梁桥和拱桥分别列出它们可能的作用效应组合.(1)梁桥重力式桥墩1)第一种组合.按在桥墩各截面上可能产生的最大竖向力的情况进行组合.

它是用来验算墩身强度和基底最大应力.因此,除了有关的永久作用外,应在相邻两跨满布可变作用的一种或几种.2)第二种组合.按桥墩各截面在顺桥方向上可能产生的最大偏心距和最大弯矩的情况进行组合.它是用来验算墩身强度,基底应力,偏心以及桥墩的稳定性.属于这一组合的除了有关的永久作用外,应在相邻两孔的一孔上(当为不等跨桥梁时则在跨径较大的一孔上)布置可变作用的一种或几种.3)第三种组合.按桥墩各截面组合.它是用来验算在横桥方向上的墩身强度,基底力偏心以及桥墩的稳定性.属于这一组合的除了有关的永久作用外要注意将可变作用的一种或几种偏置于桥面的一侧布置,此外还应考虑偶然作用中的船只或漂浮物的撞击力等.桥墩计算(2)拱桥重力式桥墩

横桥方向上可能产生最大偏心和最大弯矩的情况进行顺桥方向的作用及其效应组合.如汽车制动力,纵向风力,温度仅在验算稳定时考虑.在一孔或跨径较大的一孔满布可变作用等,并计及由此对桥墩产生不平衡水平推力,竖向力和弯矩.

对于单向推力墩则只考虑相邻两孔中跨径较大一孔的永久荷载作用力.

上述的各种作用效应组合是对重力式桥墩而言的,对于其它型式的桥墩,则要根据它们形式的桥墩,在计算中对于各种荷载组合都要满足

《桥规》中所规定的强度,有些荷载不应同时考虑。

（二）重力式桥墩验算

对于梁桥和拱桥的重力式桥墩的计算，虽然在荷载组合的内容上稍有不同，但是就某个截面而言，这些外力都可以合成为竖向的和水平向的合力（分别用ΣN和ΣH表示）以及绕该截面x—x轴和y—y轴的弯矩（分别M和ΣM表示），如图所示。因此，它们的验算内容和计算方法基本相同，均应满足《桥规》（JTJ022-85）各项要求。下面将叙述重力式桥墩的一般计算程序。（1）桥墩墩身强度验算对于较矮的桥墩一般验算墩身的底截面和墩身的突变处由于危险截面不一定在墩身

桥墩计算底部，这时应沿竖向每隔2~3米验算一个截面，其步骤如下：1）内力计算。作用于每个截面上的外力应按顺桥方向和横桥方向分别进行作用效应组合，以求得相应的竖向力ΣN、水平力ΣH和弯矩ΣM。2）截面强度的验算。对于轴心受压和偏心受压的桥墩，可按《桥规》（JTJ022-85）第3.0.2条中有关公式进行验算。如果不满足要求时，就应修改墩身截面尺寸，重新验算。3）偏心距e的验算。桥墩承受偏心受压荷载时，其偏心距不得超过《桥规》（JTJ022-85）表3.0.2-1中规定的容许值。抗震验算时，截面偏心距应小于或等于2.4倍的截面核心半径。4）抗剪强度的验算。当拱桥相邻两孔的推力不相等时，常常要验算拱座底截面的抗剪强度。当构件为通缝受剪时，可按桥规中有关公式验算。如果是采用无支架吊装的双曲拱桥时，以及在裸拱情况下卸落拱架时，都应按照该阶段的作用效应组合进行这项验算。桥墩计算

（2）墩顶水平位移的验算墩顶过大的水平位移会影响桥跨结构的正常使用，对于高度超过20m的重力式桥墩应验算墩顶水平方向的弹性位移。桥规规定墩顶端水平位移的容许极限值为：式中：l—相邻墩台间最小跨径长度，以m计，跨径小于25m时仍以25m计；∆——墩顶计算水平位移值(cm)。

桥墩计算（4）桥墩的整体稳定性验算

在设计中，除了满足地基强度和合力偏心距不超过容许值以外，还须就以下两个方面对桥墩整体稳定性进行验算。

1）倾覆稳定性验算。抵抗倾覆的稳定系数可按下式验算式中：M稳——稳定力矩；M倾——倾覆力矩；ΣFi——作用于基底竖向力的总和；

Fiei

——作用在桥墩上各竖向力与它们到基底重心轴距离的乘积；

Hi

hi——作用在桥墩上各水平力与它们到基底距离的乘积；x——基底截面重心O至偏心方向截面边缘距离；e0所有外力的合力R（包括水浮力）的竖向分力对基底重心的偏心距。桥墩计算桥墩计算2）滑动稳定性验算。抵抗滑动的稳定系数Kc，按下式验算：式中：ΣFi——各竖向力的总和（包括水的浮力）；ΣHi——各水平力的总和；μf——基础底面（圬工）与地基土之间的摩擦系数，若无实测值时可参照表12.3选取。

上述求得的倾覆与滑动稳定系数Ko和K均不得小于表12.4中所规定的最小值。最后还要注意的是在验算倾覆稳定性和滑动稳定性时，都要分别按常水位和设计洪水位两种情况考虑水的浮力。桥墩计算钢筋砼墩台施工（一）墩台模板

有足够的强度、刚度、稳定性宜优先使用胶合板和钢模板模板板面平整，接缝严密不漏浆拆装容易，施工方便安全1.要求2.模板类型1）拼装式模板：板面平整、拆装容易、应用广泛2）整体吊装模板：安装方便、施工安全快捷、模板刚性强、装拆方便3）组合型钢模板：体积小、重量轻、运输方便、装拆简单、接缝紧密，适合在地面拼装，整体吊装4）滑动模板、提升模板：适合各种类型桥墩

各种模板在工程上的应用，可以根据墩台的高度、墩台类型、机具设备、施工期限等条件因地制宜合理选用滑动、提升模板滑动模板工作平台内外模板工作吊篮砼平台提升设备滑动、提升模板倒链手动爬模电动爬架拆翻模液压