橋梁的墩臺和基礎

1、第五講橋梁的墩臺和根底一橋梁的墩臺 一梁橋的重力式墩臺依靠其自身的重力及作用其上的重力維持穩(wěn)定的,稱為重力式墩臺.橋墩由墩帽、墩身和根底組成.橋臺由臺帽、臺身、根底和側墻、護坡等組成.墩臺帽 上安放支座,形成橋面橫披 ,調整鄰跨的支座高度.圖5-56度幅構造尺寸1 .墩帽墩帽寬度,順橋方向為 b: : b >f + a 0 + 2c i + 2c 2 > 100cm橫橋方向為B B >s + b 0 + 2c i + 2c 2 f 相鄰兩跨支座中央的距離S 兩外側主梁支座的中央距 c 2- 20-40cm c i 一般510cm2 .墩身平面形狀可用圓端形或尖端形；墩頂寬度,

2、小跨徑橋梁不宜小于0.8m,中跨徑橋梁不宜小于 1.0m；墩身側面坡度5號或15號以上的混凝土澆筑或用漿砌塊石或料石砌筑,也可用混凝土預制塊砌筑.大橋常采用鋼筋混凝土空心墩3 . U形橋臺適用于填土高度小于 810m的橋梁.圖5-57 U形橋臺圖5-58埋置式橋臺二拱橋的重力式墩臺圖6.49墩帽上設拱座,以支承拱腳；墩頂?shù)膶挾燃s為拱跨的1/101/25 石砌墩,1/151/30 混凝土墩. 重力式橋臺、齒鍵式橋臺、組合式橋臺 三輕型墩臺利用鋼筋混凝土的強度和整體剛度,或某種支承構件,形成墩臺 O圖5 59 樁柱式橋墩1 .樁柱式橋墩樁柱式橋墩,由柱、蓋梁、橫系梁組成,用于跨徑不大(812m)的

3、梁橋.蓋梁高度一般為蓋梁寬度的0.8 1.2倍.柱的布置,宜使恒載作用下,蓋梁在柱頂內外兩側的彎矩接近相等.樁柱式墩,H大于7m時,應該設橫系梁.樁柱式橋臺常作成埋置式的.臺帽上設耳墻2 .輕型橋臺3 .鋼筋混凝土薄壁墩臺4 .城市立交的輕型墩臺二橋梁的根底橋梁的根底,將橋梁墩、臺的各種荷載傳至地基.橋梁的根底的設計首先要確定基底的埋置深度和根底類型.要仔細分析地質勘察資料,擬定根底埋置深度,再經計算決定.基底的埋置深度：在地面下或河床下至少 1m;在局部沖刷 線下至少1.04.0m ;在凍結線下凍脹土至少 0.25m. 1.淺根底當距現(xiàn)狀地面幾米的深度內有較適宜的根底持力層時,可用淺基礎,根

4、底的頂面一般設在地面下 0.5m處,根底襟邊寬1550cm基 礎1/r,工N1 一X、 一/ iaA ;!_ . . r、_ _ .b圖566批總"基底應力分布厚度h由荷載大小決定.口角小于材料的擴散角剛性角 max ,剛性根底.如果 A % max為擴展根底柔性根底,那么應配筋,成為鋼筋混凝土根底.2 .沉井根底圖 6.412當?shù)孛嫔喜客翆拥某休d力較弱,且堅硬的持力層又不太深時,的沉井根底.沉井根底, 從結構上講是深根底,也就是應該計入土對根底的約束作 用.從施工上講是一種施工方法.3 .樁根底£皿1皿國皿皿皿皿工當?shù)乇硪韵峦翆拥某休d力較弱,可作為持力層的土層較厚、而又無

5、大直徑的卵石和 漂石時,可以采用樁根底.樁根底由基樁和承臺組成,支承在巖層或 硬土層上的樁稱為端承樁,支承在中等的土層之中的樁稱為摩擦樁.基樁按施工方法分為沉入樁和鉆挖孔灌注樁兩類.沉入樁用錘擊沉樁法、震動沉樁法、射水沉樁法、靜力壓樁法、鉆孔埋置法鉆挖孔灌注樁是、鉆孔、清孔、灌注水下混凝土等工序在樁位處筑成的鋼筋混凝土樁.承臺的作用是將橋基內的多根樁的樁頂聯(lián)結成剛性整體.承臺 有低樁承臺、高樁承臺.承臺內要配筋按標準、 混凝土標號不得低于 15號,承臺厚度不宜小于 1.5m；基樁 埋入承臺的長度、樁的最小間距、邊樁外側距承臺邊緣的 距離等都有具體規(guī)定.三.橋梁墩臺及淺根底的設計要點1 .荷載及

6、其組合圖5-63橋敢活栽布置編號荷載分類荷載名稱組合I組合n組合m組合IV組合VI1永久荷載 恒載上部結構的重力*2橋墩根底的重力*3水的浮力4根本可受荷載活載汽車荷載的支反力*5掛車荷載的支反力*6人群荷載的支反力*7其他縱向風力*8口艾 福裁汽車制動力*9流水冰的壓力10上部結構的溫度力*11支座摩阻力12偶然 福裁地震力*13船只或漂流物撞 擊力*首先考慮可能同時由現(xiàn)的荷載.還要考慮墩身、根底和地基的工作特性a、墩身等承受最大豎向力時,兩跨均有活載Np.b、墩身等承受順橋向最大力矩時 ,一跨布有活載組合I , 或同時布置制動力和縱向風力 組合n. c 、墩身 等承受橫橋向最大力矩時,兩跨

7、活載偏置 組合I ,或同時 布置橫向風力等組合IV.用于驗算墩身強度的荷載效應,要乘以荷載平安系數(shù), 并累計至墩底；用于驗算地基承載力的荷載效應,不乘荷載 平安系數(shù),并累計至基底.2 .墩身計算墩身計算,應按橋墩結構特性進行.重力式垮工墩身,驗算抗壓強度、荷載偏心距、抗剪強度；e° ='%n =a對于高度大于20m的重力式墩還應驗算其穩(wěn)定性問題.對于鋼筋混凝土墩臺、蓋梁,應按其靜力圖式驗算.3 .剛性淺根底計算剛性淺根底穩(wěn)性僅由基底土與根底的相互作用來維地基土的承載力max N -L, M_ ：-一 h=+min - A - W -0這里bh是地基土的容許2% Nmax-&q

8、uot;h3a(eo)2承載力,是經過寬深修正、并按標準予以提升后的值;基底的偏心距標準規(guī)定了不同的毛值0.11.5根底的整體穩(wěn)定性V、Ni yK0 =1 = - - K'、Mi eo八NiKc =< K式中：y根底底面形心軸至接截面最大受壓邊緣的距離'、Ti以一基底與地基的摩擦系數(shù)T 一水平力總和Ko一傾覆穩(wěn)定系數(shù)Kc 一滑動穩(wěn)定系數(shù)墩臺的沉降和位移,地基總沉降量,墩頂水平位移.四 樁根底的設計要點1 .單樁的豎直承載力摩擦樁的容許承載力1 ,一P =2U' lj i A；U一樁的周長成鉆孔灌注樁按成空直徑；A一樁底橫截面面積砰；1 j 土層厚度nrj;r i

9、第層土對樁壁的極限摩阻力kPa;>r一樁尖土的極限承載力kPa o上部“莫個深度內土層的下沉量大于樁的豎向位移,或土的下沉速度超過樁的下沉速度時,壓縮土層對樁產生向 下的負摩阻力.端承柱樁的容許承載力P=c1A+C2Uh Ra式中:Ra 巖石的天然濕度的單軸極限抗壓強度；A、U、一樁底的橫截面面積、周長、h一嵌入基巖深度；c1=0.4 0.6、c 2=0.03 0.052 .單樁在“地面力和位移作用下的效應樁的入土深度為h、樁的寬度為b、樁的計算寬度為bi ,樁在地面y=0處,受到水平力H0和力矩 的、以及水平位移X0和轉角30的作用,而使樁的各個不同深度 z處、即y=z處,產生水平位移

10、xz轉角iz、彎矩兇剪力Q.假定如下：土體是樁的彈性介質,地基系數(shù)即cy=my不考慮樁與土體間的摩擦力和粘結力；樁為一個彈性構件,根據(jù)梁的撓曲微分方程EI畛=- py = yyxbi令口 = 5觸那么上式為叱+u5 yx = 0解微分方dy4,日dy程,并利用樁在地面處(y=0)的邊界條件：X(y=0) = X 0,(J) (y=o)=()0,M(y=0) = M, Q(y=0) = Q得由任意深度y處的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均為y的哥級數(shù),只要民和樁在地面處、y=0處、的x.、巾0、M、H (初 參數(shù)),那么可用這些公式算由任意深度處樁身的位移和內力.3 .單樁在“地面力作用下,引起地面處的位移、樁身內力.利用樁底y = h處兩個邊界條件Qh = 0Mh = -C 0dhI.=* h%EI 如其中：kh =骷單位水平力H0=1、作用在地面處,該處的水平位移6 Hh轉角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)單位力矩M=1作用在地面處,該處的水平位移轉角01(B3c4 - B4c3)kh(B2c4- B4c2)J. HM 二-2 EI (A3B4-A4B3) kh(A2B4-A4B2).0,.MM這里參數(shù)A、B、1(A3C4 -A4C3) kh( A2C4 - A4C2)：EI (A3B4-A4B3) kh(A2B4 - A4B2)C D 都是y = h處的相應值.代入a、b式,可以得出樁身的彎矩 外、剪力R , 并據(jù)以進行樁身配筋.在

13、地面處、同時作用著M0、H0時,單樁在地面處的位移X0 = H 0 S 0HH + M° S 0HMd 0= -H 0 8 0MH + M 0 8 0MM4 .單樁在“樁頂力作用下,引起樁頂?shù)奈灰圃跇俄數(shù)乃搅=1,引起的樁頂?shù)乃轿灰?8 HH轉角8 MH,HHi33EI0002. ' HH ' 2" MH l0 . - MM l0-MH2_ l0, 0, 010. 0=2E|" MH ' MM l0 ' MM = Ej-MM樁底置于非12根樁組l 0,在承臺底面a、豎向位移c、計算樁頂?shù)目雇苿偠菿=1/ S HH5 . 群樁根

14、底的計算多排、豎直、對稱、巖石類土或基巖面上的高樁承臺的計算.這是由 成的群樁根底,承臺底面高由地面的高度為作用著由荷載引起的外力M N、P,使承臺底面中央產生了水平位移 轉角B .4 寸個那么承臺底面各樁樁頂?shù)奈灰茷?ai = aci = c +x i BB i = B樁的豎向剛度Ppp =工一廠式中：；樁身材料的彈性模量；pp l0h 1EACoAoW 一系數(shù),摩擦樁W =2/3 沉入樁、w =1/2 鉆孔樁,端承樁工=1;A 一入土局部樁的平均截面面積；A 0一摩擦樁四周自地面按0/4向下擴散至樁底處的面積,但不得超 過樁底面中央距所包圍的面積.其他符號同前垂直于樁軸線方向發(fā)生單位位移司

15、=1時,樁頂產生的水平力水平剛度pHH：Phh - , JMM ,2'HHOMM -(-MH )垂直于樁軸線方向發(fā)生單位位移aj=1時,樁頂產生的彎矩pMH=PHM：Pmh =-Mi -H,_樁頂發(fā)生單位轉角儲=1時,樁頂產生的彎距 - HH - MM - - MH 轉動剛度：PMM=,_沿承臺底面截取座板為自由體的位移法根本方程,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得由承臺底面中央的位移如下：P:中H - aWc 二a 二rccaa ：- ai2P；1aM 一嚴2各樁樁頂?shù)妮S向力 Ni、剪力Qi、彎距MiyaaYfp-L /(c+ B xi)p ppi = a p hhP hmp mm - a p mh根據(jù)各樁的軸向力 N值o =Qi0 =Mi+Ql 0和位移xo、30得由各樁任意深度的內力 My Qy, 并據(jù)以配筋.由計算可知,最大彎距Mmax大約在地面以下1.51.7 / a處,在4/ a以下樁身內力 My、Qy均可認為等于零.最小樁距 2.5D、3D、4D樁距小于6倍樁徑五 剛性深根底沉井、管柱的設計要點根底底面的

17、埋置深度大于 5m,且計算深度ah < 2.5時, 稱為剛性深根底,假定：地基系數(shù)Cy = m y;根底剛度視為無窮大；根底 與土的摩阻力、黏結力不計.在水平力作用下,深根底將繞其深度上更一點發(fā)生微小 的轉動,使根底兩側的土體產生水平土抗力、基底土體產生 豎向土抗力.m max W CT hb y W pp-p a =剛性深根底除驗算整體穩(wěn)定性外,還應對其結構進行核 算.六柔性墩的設計要點在多跨連續(xù)梁橋、多跨連續(xù)橋面簡支梁橋,縱向抗推剛 度墩與支座的聯(lián)合抗推剛度比較小,在縱向順橋向力作用下,墩頂支座頂面可以隨上部結構縱向位移,這類橋墩被稱為柔性墩.1,柔性墩臺的抗推剛度：多跨柔性墩的橋梁中,縱向力 H=1作用在墩頂處,而引起整個樁柱變位樁柱式墩,在縱向 力H=1作用下,墩頂?shù)目v向水平位移：3X =% - Polo +江頂位移l 03/3EI小得多時,群樁根底上的柔性墩墩頂 3EI縱向位移.l3一,、,、一, ,、x =L柔性墩墩身的剛度3EI板式橡膠支座的剛度是n1個支座的并聯(lián)剛度K；'=ni ,空整個柔性墩聯(lián)合抗推剛度串聯(lián)剛度：“ tK=上工某柔性墩墩身的剛度=45690kN/m支座剛度K K=11670kN/色柔性墩的聯(lián)合抗推剛度K=9296kN/m其值更接近支座 的剛度.2 .墩頂制動力各墩墩頂所受制動力也丁=三7T式中,丁一全橋或一聯(lián)橋所受