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​四川乐山桥梁拆除桥梁墩台

futao 桥梁拆除 2019-04-17 1020 0
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四川乐山桥梁拆除桥梁墩台

第一节墩台类型简介

桥梁下部结构由墩台与基础组成,墩台主要由墩(台)帽、墩(台)身两部分组成(图2-1)。

本章介绍墩(台)的设计计算,各种基础将在以后章节介绍。

图2-1桥梁墩台构造

图2-1桥梁墩台构造

一、桥墩类型

(一)梁、板式桥桥墩

桥墩的类型主要由墩身的结构形式来划分,一般可分为实体桥墩、空心桥墩、柱式桥墩、排架墩及杆式(板式)结构墩等五种类型。还可按受力后变形特征分为刚性墩和柔性墩;按建筑材料分为木桥墩、石砌墩、混凝土墩、钢筋混凝土墩、预应力混凝土墩和钢桥墩等。现按结构形式分类简介如下。

1.实体桥墩

实体桥墩是指桥墩由实体结构组成,又称重力式桥墩。这类桥墩的特点主要是依靠自身重力(包括上部结构重力)来平衡外力保证桥墩的稳定,其体积和自重都较大,可就地取材,一般不设受力钢筋,用块(片)石、与工砌体或素混凝土修建,是一般跨径桥梁较适宜的结构形式。

实体桥墩截面形式主要有圆形、方形、矩形、尖端形、圆端形等。圆形截面或方形截面多用于铁路桥。圆端形截面是在矩形断面两端各接一个半圆形,适合水流通过,是广泛使用的一种截面形式。为了改善重力式桥墩的平淡、笨拙感,可在墩身中间增加缩槽或表面加纹理处理,以增加其可视性。

为减少实体墩墩身圬工体积,常将墩帽部分悬出,墩身收缩,做成双悬臂或托盘式桥墩(图2-2)。

图2-2悬臂式与托盘式桥墩

图2-2悬臂式与托盘式桥墩

2.空心桥墩

空心桥墩是墩身为空腔体的桥墩,是实体墩向轻型化发展的一种较好的结构形式,多为混凝土或钢筋混凝土结构,广泛应用于较高的桥墩。

这种桥墩可大量节省墩身体积,一般混凝土墩可节省20%~30%,钢筋混凝土空心高墩可节省50%以上。墩身壁厚混凝土不小于50cm,钢筋混凝土不小于30cm。

空心高墩的断面形式如图2-3所示。

图2-3空心高墩断面形式

图2-3空心高墩断面形式

钢筋混凝土空心墩构造见图2-4,一般要设横隔板、通风孔、检查孔道及扶梯等。对于较高的空心墩,可采用预应力拼装的薄壁空心墩,它是以箱形预制块为基本构件,在四周预留孔道用以布穿垂直预应力钢筋,叠砌后张拉钢筋形成整体(图2-5)。墩柱的应力分析是将垂直预应力钢筋产生的张拉力考虑为和外力相当的轴向力,当作是空心截面的RC结构进行设计。悬臂墩帽梁一般也划分为预制块拼接,其应力分析作为全截面有效来设计。预制块接缝处使用树脂类黏结剂黏合,不能贯通布置抗拉钢筋,因此接缝处要按照设计荷载作用时不允许产生拉应力的全预应力条件设计。

我国第一座跨海大桥——东海大桥,在连续梁过渡孔设计中,为了尽量减少海上施工的难度,桥墩采用整体预制空心薄壁墩(图2-6),工厂预制,海上现场安装。预制墩柱与承台的连接采用混凝土湿接头。墩柱吊运至承台墩座槽内临时支承在混凝土短柱上,并用


图2-4空心桥墩构造图

图2-4空心桥墩构造图

预埋钢板调整位置、高程后,墩柱主筋与承台预埋钢筋搭焊连接,最后以C40高性能混凝土现浇墩座。

图2-5预应力拼装空心墩(尺寸单位:mm)


图2-5预应力拼装空心墩(尺寸单位:mm)

墩柱吊装设计,没有按常规在4个角点位置设预埋钢筋作为吊点,避免预埋件拆除形成结构钢筋锈蚀的通道。经设计研究核算,在墩柱进人孔两侧设宽16cm的槽口,吊具从进人孔插入滑至槽口端点位置,最后安全起吊(图2-7)。

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图2-6整体预制薄壁墩(尺寸单位:mm)

图2-7预制薄壁墩吊点布置(尺寸单位:mm)

图2-7预制薄壁墩吊点布置(尺寸单位:mm)

空心墩除按各种荷载作用下进行验算配筋外,还应考虑墩内外温差及太阳辐射侧晒产生的影响而增加配筋,其具体内容将在后文专门讲述。

3.桩(柱)式桥墩

当采用桩基础时,可一桩到顶,上加盖梁作为墩帽,形成桩式桥墩。还可在其他各类基础上,设计成柱式墩身而形成柱式桥墩。柱式桥墩可根据桥宽而修筑为单柱、双柱、多柱式桥墩。当河

中有漂流物或流冰时,为避免在柱间卡住而阻塞河道,宜在柱间加隔墙连接,使这部分墩身成为哑铃形,亦可与实体墩混合使用,以增加抗冲击稳定性。在这里要说明的是,独柱式桥墩在城市高架桥中应用很多,在其设计中,越来越重视景观问题,从墩帽梁与柱身的连接到墩柱截面和立面的造型都作很多构思。由于圆柱墩身变化余地较少,一般多采用矩形截面墩柱,如图2-8所示,墩帽梁与墩身以弧形曲线相连接;墩壁角用斜面过渡;墩身壁面以凸凹变化结合纹理来增强其修饰性。图2-9为独柱矩形墩柱壁面装饰构思示例。

图2-8城市立交独柱墩

图2-8城市立交独柱墩

图2-9独柱矩形墩柱壁面装饰构思示例

图2-9独柱矩形墩柱壁面装饰构思示例

对于桩(柱)式桥墩(图2-10),当墩柱高度大于桩的间距1.5倍时,为增加墩柱刚度而需在桩顶设置横系梁。但在北方寒冷地区应注意横系梁的位置,或采用横系梁下换土的方法,避免横系梁在土冻结时受到法向冻胀力的作用。横系梁可按构造要求选取尺寸和配筋,而不作受力计算。

图2-10桩柱式桥墩

a)桩式桥墩b)柱式桥墩图2-10桩柱式桥墩

1-盖梁;2-系梁;3-桩;4-墩柱;5-基础

在城市立交桥设计中,为使桥下主梁底面积平顺整齐,减弱盖梁高度对主梁走向的干扰影响,尤其对宽桥,减小盖梁高度可使桥下净空显得通畅开阔,如图2-11所示,可设计成隐式盖梁。

图2-11隐式盖梁双柱墩(尺寸单位:mm)

图2-11隐式盖梁双柱墩(尺寸单位:mm)

4.柔性墩

设计经验证明,桥墩所受水平力的大小,直接影响墩身截面尺寸。如果将刚度不等的桥墩通过主梁连为一体,这样纵向水平力就会按各桥墩的剪力刚度进行分配,大部分传向刚度大的桥墩和桥台,小部分传给刚度小的桥墩,使那些刚度小的桥墩在顺桥方向的墩身可以做得很薄,叫做柔性墩。钢筋混凝土排架墩和薄壁墩是常用的典型柔性墩。

柔性墩的组合布置有两种形式,一种是全部用柔性排架墩,由预制的单排或双排的钢筋混凝土桩上修建钢筋混凝土盖梁组成(图2-12)。整体受力的段长(或称联长)由温度墩——两排互不联系的桩墩来分割,而该段(联)中的水平力主要由刚度大的双排墩来承受。一般以每段不超过4孔,长度不超过40~50m为宜,此种布置全部使用固定支座。

图2-12全部用柔性墩布置示例

图2-12全部用柔性墩布置示例

另一种组合布置是刚性墩和柔性墩联合使用(图2-13),水平力主要由段(联)内的刚性墩及桥台承受,以活动支座分割段(联)长。要求刚性墩(双排墩)布置在地面(河床)较高、地层较好的位置上。

图2-13柔性墩与刚性墩组合布置示例

图2-13柔性墩与刚性墩组合布置示例

A-固定支座;O-活动支座

柔性墩在大跨度连续刚构桥中也得到广泛应用。这种桥型是利用高墩的柔度来适应梁墩固结后由预应力、混凝土收缩徐变和温度变化引起的结构位移,一般采用双柱柔性墩。这是因为双柱提供的竖向反力能削减梁体弯矩的峰值,双柱间保持一定的距离,构成较大的整体抗弯刚度,同时其纵向抗推刚度较小,减小墩柱对梁体的约束,改善其内力分配。我国第一座预应力混凝土连续刚构桥,是1988年建成的广东省洛溪大桥,主跨长180m,4跨相连全长480m,采用双柱柔性墩,墩壁厚仅为50cm。1997年建成的主跨270m的广东省虎门大桥辅航道预应力混凝土连续刚构桥,跨度为世界同类桥梁之首,刚构联长为150m+270m+150m,桥宽33m,为双箱分离式结构,墩高35m,主墩也是双柱式空心薄壁墩,墩柱平面尺寸为2.5m×7.0m,壁厚50cm,顺桥向柱间净距7m(图2-14)。

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图2-14虎门大桥辅航道连续刚构桥桥墩构造图(尺寸单位:cm)

由于连续刚构桥适用于大跨高墩条件,现修建较多,我国50m以上高墩不胜枚举。湖北省位于沪蓉国道主干线宜昌至恩施公路上龙潭河特大桥主桥为106m+3×200m+106m的五跨预应力混凝土连续刚构桥,两主墩高度分别为178m和174m,是目前我国最高的桥墩,居世界第二位。墩身采用双柱变截面矩形空心墩,柱间净距9m,墩顶截面尺寸3.5m×8.5m,壁厚0.7m,纵向两墩柱外侧均按100:1放坡,横向从上至下分别采用100:1、60:1和40:1三种坡率(图2-15)。主墩承台厚4m,基础采用12根桩径2.4m的钻(挖)孔灌注桩。

图2-15龙潭河特大桥178m主墩一般构造图(尺寸单位:m)

图2-15龙潭河特大桥178m主墩一般构造图(尺寸单位:m)

5.杆、板式结构轻型桥墩

随着城市桥梁的建设,钢筋混凝土和预应力混凝土杆式、板式结构轻型桥墩,因适应桥梁建筑艺术、桥下净空和总体布置的要求得以发展。图2-16为城市桥梁中经常采用的V形墩、X形墩、Y形墩、倒T形薄壁墩等示意图。

V形墩上部结构有多种形式,可以是连续梁或其他梁式体系,此时支座布置在斜撑的顶部。V形墩与上部结构固结则形成V形刚架结构。采用V形墩的主要优点是缩短上部结构跨径并减小支点负弯矩,造型也显得强劲美观(图2-17)。为了减小桥墩基础尺寸或增大桥墩高度,可以从V形的交点向下延伸成Y形墩(图2-18)。

V形斜撑与水平面的夹角,依桥下净空要求和桥梁总体布置确定,通常采用大于45°角。

斜撑的受力大小依结构图和主梁与斜撑的刚度比确定。图2-19为H形桥墩,H形由承台向上逐渐展宽,转角处均以优美的弧线连接,具有挺拔而又轻盈的感觉。图2-20为L形悬臂式预应力桥墩,是一种应用于山区,有利于保护环境的桥墩形式。

图2-16杆、板式结构轻型桥墩示意图

图2-16杆、板式结构轻型桥墩示意图

图2-17V形墩构造图(尺寸单位:m)

图2-17V形墩构造图(尺寸单位:m)

图2-18Y形桥墩

图2-18Y形桥墩


图2-19H形桥墩构造图(尺寸单位:m)

图2-19H形桥墩构造图(尺寸单位:m)

图2-20L形悬臂式桥墩

图2-20L形悬臂式桥墩

图2-21丹麦大带东桥塔墩造型

图2-21丹麦大带东桥塔墩造型

6.其他类型桥墩

从桥墩的受力和设计的复杂性来说,斜拉桥和悬索桥的塔墩是比较特殊的桥墩。目前,斜拉桥多采用塔墩固结体系,桥墩除要承受桥塔及上部结构的全部荷载外,还要承受塔身在各种荷载作用下传来的很大弯矩和剪力。由于一般塔和墩一体,所以塔墩的造型协调就显得很重要。丹麦在大带海峡修建的大带东桥(又译大贝尔特桥)是一座超大跨径的悬索桥,主跨为1624m,塔墩总高254m,比金门大桥桥塔还高26m,创塔墩最高世界纪录。塔柱截面呈锥形变化,塔墩浑然一体,受力合理,稳定性好,造型美观(图2-21)。目前,我国是大跨斜拉桥最多的国家,世界上最高的斜拉桥塔墩为法国米约桥,为244.8m(图1-14)。我国巴东长江公路大桥塔墩高度为119.8m,在同类桥梁中居亚洲第一位,巴东长江公路大桥位于湖北省著名的长江三峡下峡口,为双塔双索面预应力混凝土斜拉桥,主跨38m,最高索塔总高为212m,其中,塔墩高为图221丹表大带东桥塔嫩造型119.8m(图2-22)。塔柱为钢筋混凝土空心构造,顺桥向宽6m,横桥向宽4m,柱身外侧为椭圆弧柱面。塔墩上段为桥面以下两塔柱过渡内收段,其尺寸为6m和4m。下段塔墩在横桥向为两层门形结构,分别为单箱双室及单箱三室,其尺寸分别为11m、7m和14m、10m,横梁均为6m,预应力混凝土箱形结构。塔墩下座为高6m、长宽尺寸为39m×24m的实心承台,16根3.0m桩基,桩长56m(图2-23)。

图2-22巴东长江公路大桥桥型布置图(尺寸单位:m)

图2-22巴东长江公路大桥桥型布置图(尺寸单位:m)

斜拉桥中的辅助墩和过渡墩又称拉力墩、锚固墩,是在斜拉桥设计中为了增加结构刚度而在边跨设置的中间支墩,其作用是为了防止当活载作用于中跨时边跨上拱度过大,避免边跨斜拉索可能出现松弛或退出工作的现象,故其支座能够承受负反力(拉力)。一般辅助墩不要求承受恒载反力,它还可使边跨的挠度明显地减小,当索塔刚度不大时,对中跨的受力也有明显的改善。现常用的辅助墩和边墩如图2-24所示,多为空心墩柱,用钢索将主梁端部锚固在墩柱底的横隔板上,主要承受上拨力。由于允许有水平位移,锚固钢索要尽可能地长。墩上可设支座承受压力。

当水面辽阔、水深较深、不便在水中修筑固定的桥墩和基础时,可用钢筋混凝土浮箱作为水中的浮桥墩,在其上架设贯通的桥面系统而形成沟通两岸交通的架空桥梁结构(图2-25)。

浮动支墩必要时可设锚碗以固定其位置。

图2-23巴东长江公路大桥塔墩构造图(尺寸单位:cm)

图2-23巴东长江公路大桥塔墩构造图(尺寸单位:cm)

钢塔架桥墩是以型钢为基本构件,在现场拼装外形呈塔架状的桥墩。一般用于地质地形条件差,又缺少施工用水的地方。其基础多为现浇混凝土,墩身与基础通过铸钢法兰盘连接,多用于较高桥墩。我国最高钢塔架桥墩为贵昆铁路北盘江大桥,墩高为43.59m。

7.多层立体交叉桥墩

为了扩大桥下视野,减小体量少占地,同时也从美观角度考虑,城市及高等级公路立体交叉桥墩,可采用钢筋混凝土或预应力混凝土杆、板式结构,向轻型化、装配化发展(图2-16)。有时根据立交结构设计要求,桥墩布置形式除单层外,还有多层对称和非对称布置(图2-26)。

这种桥墩设计时,要注意在不对称荷载作用下的整体和局部抗扭验算,及在离心力、横向力矩作用下受力验算问题。

图2-24斜拉桥的边墩和辅助墩图(尺寸单位:m)

图2-24斜拉桥的边墩和辅助墩图(尺寸单位:m)

图2-25浮体桥墩示意图(尺寸单位:mm)

图2-25浮体桥墩示意图(尺寸单位:mm)

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