桥梁墩台与基础工程复习资料.docx

基础：(1)按埋深分：浅基础，埋深 5米；深基础：埋深5米(2)按受力特点分：刚性扩大基础浅基础；桩基础、沉井基础-深基础2-1一、梁桥桥墩：重力墩，空心墩，柱式墩，柔性排架墩，刚构墩，薄壁墩 二、实体式桥墩(重力式)特点:1、利用自身重量(包括桥跨结构重)平衡外力，而保证桥墩的稳定2、圬工结构：砖、石、砼结构，不设受力钢筋仅配构造钢筋3、为了减少圬工体积，墩帽有时设计成悬臂式或托盘式缺点：圬工体积大，自重和阻水面积大，要求地基土承载力较高适用条件：a较大的大、中型桥梁（跨度大、受支座反力大、增加自重和稳定性）b. 流冰、漂流物较多的河流中，因体积大不怕碰撞c. 砂石料方便地区，可就地取材三、柱式墩：构造：墩身为柱，下面配桩或刚性扩大基础，有时采用桩柱一体为桩柱式。优点：1.轻巧，圬工量小 2.必须采用钢筋砼或预应力混凝土，特别是单柱式必须采用预应力混凝土适用条件：桥跨不大于30米，墩高不高于10米情况。四、柔性排架墩：由柔性桩柱墩（柱式）、主梁和刚性墩台组成的一联或多联的连续铰接刚架体系，既桥梁的上、下部构成一个共同承受外力和变形的整体将上部结构传来的水平力（制动力、温度影响力等）传到全桥各柔性墩台或相邻的刚性墩台上，使其整体受力，以减少柔性墩所受到的水平力，从而达到减少墩身截面的目的五、拱桥桥墩与梁桥桥墩不同之处1.拱是推力结构，它给与桥墩（台）以较大的水平推力2.桥墩的相对水平位移将给拱肋以较大的附加内力，所以拱桥墩台对地基的要求比静定的梁桥墩台为高3.梁式桥桥面与支座顶的高差就是承重结构（主梁）的建筑高度，而在上承式或下承式拱桥桥面到拱座之间还有拱上结构的高度，水平力对桥墩产生更大的弯矩。六、拱桥桥墩1.普通墩，重力式和柱式（桩柱式）同梁式桥一般不承受恒载水平推力（左右两跨相互抵消）或只承受经过相抵消后尚余的不平衡推力。2.单向推力墩（分段墩）.用于当一侧桥孔毁坏时，能承受单向的恒载水平推力，以保证另一侧不致倾塌。.为了施工时拱架的多次周转。a.悬臂墩 在桩柱式墩上加一对悬臂，拱脚支承在悬臂端。当一孔坍塌时，邻孔恒载单向推力对桩柱身产生的弯矩，被恒载竖直反力产生的反向弯距抵消一部分，从而减少桩拄的弯距，而能够承受拱的单向恒载推力。b.斜撑墩 在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。只用于桥不太高、旱地情况。c.重力式单向推力墩 将普通墩的尺寸加大，以承受单向恒载推力。3.交接墩（变坡墩）：当桥墩两侧的孔径不等时，恒载水平推力不平衡是，调整拱座标高位置使其在不同起拱线标高以上或将墩做成不对称形式，而使两孔推力对桥墩基底弯矩大致相等，或使恒载压力线接近墩的轴线和基底面积形心（变坡在长水位以下）七、桥墩与梁体匹配的几种典型情况A上部结构为T梁，空心板，下部结构多采用墩柱+盖梁，桥宽小时可采用独柱+悬臂盖梁，桥宽较大时多采用多柱+盖梁B上部结构为箱梁C城市高架桥D异形桥E曲线梁的抗扭2-2一、梁桥桥台1、重力式桥台a. U形桥台b.八字式或一字式桥台2、轻型桥台a.设有支撑梁的轻型桥台b.埋置式1.后倾式台身重心向后，用以后填土的倾覆力矩。 2.肋板式台身由肋板组成的框架 3.双柱式台身由立柱组成的框架。c.薄壁式：由扶壁式挡土墙和两侧的薄壁侧墙组成，根据两侧薄壁与前墙的角度又分U形、八字形。3、组合式：a.锚定板式（或称锚拉式）（1.分离式2.结合式）b.过梁式：桥台与挡土墙用梁结合在一起的桥台为过梁式组合桥台。桥台与挡土墙组合桥台4、承拉桥台二、拱桥桥台重力式：同梁式桥空腹式：适用于地基软弱、水位变化较小、冲刷较小的河岸。组合式：分两部分 前台（台身）配桩基础或沉井基础，承受拱脚传来的竖向力。 后台（后座）为普通U形桥台，承受拱脚传来的水平力。轻型桥台相对重力式桥台而言，适用于小跨径。允许桥台向路堤方向有微小的转动，由台后土的弹性抗力来平衡拱的推力，注意台后添土质量，严格按照规范分层夯实。齿槛式：多用于软弱地基情况。三、组合原则 根据结构物的类型的不同，验算项目和要求的不同，选择在营运和施工中，可能出现的、同时作用的各种荷载和外力所产生的最不利状态，作为设计和验算依据，即最不利原则。四、水的浮力 1、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。2、基础嵌人不透水性地基的桥梁墩台不考虑水的浮力。3、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。4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。五、常见的几种组合1、最大竖向力组合（双跨布载） 验算内容：墩身强度和基底最大应力 将车道荷载纵向布置在相邻两孔桥跨上，并将集中力（重轴）布置在计算墩支反力影响线最大处，不计横向分布系数（按横向分布计算各支座反力再加起来是一样的）。 2、顺桥向最大水平力组合（单跨布载） 验算内容：墩身强度、基底应力、偏心距和稳定性 组合：各种作用组合（组合）施工组合（组合）将车道荷载在跨径较大的一侧，制动力、温度影响力、支座摩阻力与支座反力产生的弯矩效果要一致，对桥墩稳定性最不利。3、横桥向最大偏心和最大弯矩组合（偏载布载） 验算内容：墩身强度、基底应力、偏心距和稳定性 组合：永久作用和汽车、人群的组合(组合)、各种作用组合（组合）、施工组合（组合）汽车车道荷载布置在水流方向、风力方向的另一侧，能布几列计算几列最后取最大值。对重力式墩可不计横向分布和支座反力，求计算截面直接取车道荷载合力对截面中心的矩。2-4柱式墩验算一、计算图式一、双柱式：1、当盖梁的刚度与柱的线刚度（EI / l）之比5时，按简支梁和双悬臂梁计算。 简支梁的计算跨径：取盖梁支承中心之间的距离和1.15倍盖梁的净跨径的较小者, 其中在计算盖梁的净跨径时，圆形截面柱可换算为边长等于0.8倍直径的方形截 面柱 2、当盖梁的刚度与柱的线刚度（EI / l）之比 5时，按刚架计算二、荷载计算特点1、上部结构恒、活载通过支座以集中力形式作用与盖梁，位置固定、大小随车辆在横桥向的位置变化；2、对双柱式验算控制截面选取支点和跨中截面；计算跨中正弯矩时，应集中在中间对称布置荷载，横向分布系数采用杠杆法，由此算得的跨中弯矩最大；计算支点负弯矩时，应靠一侧非对称布载, 横向分布系数采用偏心压力法，由此算得的支点负弯矩最大二、多柱式：盖梁按连续梁计算，计算跨径取支承中心的距离，活载按验算截面的影响线布置，横向分布系数采用杠杆法，计算悬臂部分负弯矩时采用偏心压力法三、梁桥 带支撑梁的轻型桥台计算利用上部结构及下部结构支撑梁作为桥台支撑使整个结构构成四铰框架结构。1、台身可按上下铰接支撑的竖向简支梁承受水平压力；做跨中截面 抗压和支点截面抗剪的截面强度验算。2、桥台（包括基础）在横桥向作为一弹性地基梁在竖向荷载作用下 的强度验算，用初始参数法求解地基中点的弯矩进行验算。2-5轻型桥台：可绕基底重心向路堤方向产生一定的位移，路堤对台背和地基对基底均产生土的弹性抗力，外力由自重、台后填土的静止土压力和弹性土抗力以及地基土的弹性土抗力。 1.基本假设a.桥台只绕基底转动而无滑动。b.桥台台后土压力由静止土压力和桥台变位所引起的土的弹性抗力 之和计。c.桥台本身弹性变形忽略不计。第三章3-1刚性扩大基础一、特点：1.浅基础:埋深，不然土方量过大；计算简单2.明挖基础：干旱施工条件，水中施工必须围堰；施工简单不需要太多的施工设备，可土法上马3.在墩台身底截面扩大，稳定性好，能承受较大荷载4.刚性的圬工结构，本身不产生挠曲，不配筋 二、缺点1.自重大2.扩大基础面积受到限制.3.对地基强度要求较高. 三、刚性扩大基础与柔性基础的定义 基础的悬出部分相当于悬臂梁，将基础悬出段限制在一定范围以内或使基础圬工具有足够的截面，使材料的容许应力大于由于地基反力产生的弯曲拉应力和剪应力，保证悬出部分根部截面(a-a截面)不会出现裂缝，此为刚性扩大基础否则在基础中配置足够的钢筋，这种由钢筋砼筑成的基础为柔性基础（刚性扩大基础圬工不变形、柔性基础配筋容许有些变形）四、刚性扩大基础与柔性基础的区分刚性角：由材料性质决定控制悬出部分高宽之比，使之悬出部分满足材料的抗拉、抗剪强度（a-a截面）的最大角度。五、适用条件1.地基地质资料比较明确,有较好的持力土层,否则用桩基础或沉井基础；2.旱地上;3.在水中,便于围水造成干旱施工条件情况.3-2基础埋深考虑因素：确定基础的埋置深度时，必须综合考虑地基的地质、地形条件，河流的冲刷程度，当地的冻结深度，上部结构形式，以及保证持力层稳定所需的最小埋深和施工技术条件等因素。（A地质条件B河流的冲刷条件C地基土的冻胀性d.上部结构类型e.地形条件f. 保持持力层的最小埋置深度g.其他相邻建筑的影响：地下水的渗流，特别是当土质为粉、细砂时可能发生流砂现象；施工工期）3-3刚性扩大基础的验算一、 地基承载力的验算：基本公式软弱下卧层：地基由多层土组成时，持力层以下存在容许承载力小于持力层容许承载力的土层时，这样的土层叫做软弱下卧层。二、基底偏心距的验算 在墩、台基础设计计算中，应使恒载产生的基底应力尽可能分布比较均匀，既基底最大压应力与最小压应力不要相差过大，否则会使基础产生不均匀沉降，导致整个墩台的倾斜，因此基底合力偏心距应加以限制。三、基础的稳定性验算1、抗倾覆稳定性验算为了保证桥墩桥台不发生倾覆应使，以抗倾覆稳定系数表示，既：2、抗滑动稳定性验算为了保证墩台基础不发生沿基底的滑动应使抗滑力大于滑动力，以抗滑稳定系数表示。当 Kc Kc时，既不满足抗滑动稳定条件时，采用如下措施： （1）换土法将基底以一层厚3050，f 值较大的土（如砂砾），换基底下f小的土；（2）改基础底面为倾斜面（3）设防滑齿坎3、浮力的计算：当地基为透水性土层，稳定验算时：按设计水位考虑水浮力，基底应力验算时：不考虑浮力或按低水位考虑浮力。当地基为不透水性土层：不考虑浮力四、基础沉降量验算(1) 地质条件复杂（含软弱下卧层），地层分布不均；(2) 相邻两孔跨径相差比较悬殊； (3) 对跨线、跨河通航河流的桥，为保证桥下净空高度需预留沉降量时；(4) 对上部结构为超静定结构的桥，沉降会对上部结构产生附加内力，一般均应验算； 第四章 桩基础4.1一：桩基础：深基础，它将承台或盖梁的力传递给桩，然后通过桩再传给周围土和桩尖深层土，成为整体基础。二：优点：(1)适用于各类土层和岩层。(2)变水下作业为水上作业，便于机械化施工，速度快。(3)承载力高，稳定性好，容易控制，沉降量少，抗震性能好。(4)材料用量少。1、按材料分：钢筋混凝土桩、混凝土预制方桩、钢桩、预应力混凝土桩（多用于锚桩）、木桩2、按桩与土的作用性质分：摩檫桩：桩身轴向荷载由桩侧摩阻力和桩尖处的支承力共同承受，用于一般地基中柱 桩：这种基桩用于桩底支立岩石情况或嵌入岩层情况（也称嵌岩桩），设计时考虑桩身轴向荷载全部由桩尖地基来承受，柱桩比摩檫桩承载力大、较安全、沉降小，如果条件允许首先考虑采用此桩。破坏形式：纵向挠曲破坏，3、按成桩方法分类a. 预制桩：先预制，然后通过不同方法将桩沉至设计位置，打入桩: 锤击法、振动法优点：桩身质量有保证，施工快、造价低。 缺点：长桩必须有接头，不能打大桩，调整桩长有困难。b. 就地灌注桩：借机具和人工在现场进行钻孔或挖孔，然后在孔内放置钢筋笼，浇注混凝土形成基础。优点：可做大直径桩，无桩接头，桩长容易调节，能检验桩侧及桩底土的性质，适用于各类土层。缺点：因扰动了地基土，故承载力相对较小，桩身的质量可靠性较预制桩小。c.管柱桩（空心桩）钢筋混凝土管（或钢管），振动下沉，管内配以高压射水、吸泥，钻岩成孔，然后下钢筋笼，灌注混凝土，使管柱与岩层牢固连接，多用于深水基础或岩层起伏不平或倾斜的河床上，造价较高。4、按承台位置分(指承台联接的群桩):高桩承台桩基础：承台底面位于地面或局部冲刷线以上低桩承台桩基础：承台底面位于地面或局部冲刷线以下 一般对于旱桥以及季节性河流或冲刷深度较小的河床采用低桩承台。对于常年有水，且水位较高，施工时不易排水或河床冲刷较深，则多采用高桩承台。低桩承台桩基础的受力状态、稳定性要好于高桩承台桩基础。 5、沉井桩结合4-2一、埋置护筒作用：(1)隔离地面水免其流入井口，保护井口不坍塌；(2)固定桩位，引导钻头下落方向；(3)用护筒隔离地面水，保持泥浆水头高度，形成孔内向孔壁的静水压力，以维护孔壁免于坍塌。挖埋式护筒 适用于旱地或岸滩,当地下水位在地面以下大于1m时填筑式护筒 适用于桩位处地面标高与施工水位(或地下水位)的高差小于1.52.0m时围堰筑岛护筒 当水深小于3m的浅水位,一般须围堰筑岛。岛面应高出施工水位1.52.0m。深水护筒 适用于水深在3m以上的深水河床中。其主要工序为搭设工作平台（有搭设支架、浮船、钢板桩围堰、浮运薄壳沉井、木排、筑岛等方法。二、制备泥浆作用：a. 由于泥浆在相对密度大于水的相对密度，形成相外压力；b. 泥浆可在孔壁形成一层泥浆皮，阻隔孔下地下水渗流，保持孔避免于坍塌；c. 比重大，能产生较大浮力，可悬浮钻渣。三、钻孔方法：旋转钻施工（正循环、反循环）. 冲抓钻施工 冲击钻施工 正循环成孔：泥浆池泥泵钻杆钻头溢流口流出（沙、泥、钻渣） 沉淀池泥浆池 由泥浆悬带钻渣上升，影响速度反循环成孔：泥浆池泥泵钻孔 钻头吸入钻杆沉淀池泥浆池优点：靠钻头吸入，钻孔进度较快，需要泥浆量较少，清孔时间快，钻机消耗动力较少； 缺点是钻锥孔易被堵、易塌孔。 四、清孔目的：（换浆法、抽浆法、掏渣法）1、减少孔底沉淀的钻渣和泥浆厚度，提高砼的承载力；2、保证灌注的钢筋砼质量 4-3一：单桩在轴向力作用下破坏模式：当桩穿过抗剪强度较低的软弱土层支承在很硬的土层（或岩石）时，桩在轴向受压荷载作用下出现纵向挠曲破坏，这种桩轴向力全部由桩尖反力承受，承载力取决于桩身的材料强度，为桩承桩（嵌岩桩）。当桩穿过抗剪强度较低的软弱土层达到在强度较高的土层桩底土体能形成滑动面出现整体剪切破坏和桩入土深度较深而桩周土抗剪强度均匀出现刺入式破坏，这两种桩轴向力大部分由桩侧摩阻力承受，部分由桩尖反力承受，一般称为摩檫桩。二：负摩阻：当桩穿过较厚的软弱可压缩土层而又支承在较坚实的持力土层时,由于穿过的软弱土层在地表较大的荷载作用下发生较大的沉降，而支承于较坚实持力层上的桩身虽有压缩但桩的总沉降一般是不大的，这样就使桩周土相对桩向下位移，土对桩产生向下作用的摩阻力，这样不能抵抗外荷载，反而成为加在桩上的外荷载，大大降低了桩的轴向容许承载力，成为公害。三：产生负摩阻力的几种情况：（1）在桩的地面附近大量堆载，引起地面沉降；（2）土层中抽取地下水或其他原因地下水位下降，使土层产生自重固结下沉；（3）高回填土；（4）发生大量沉降的融化的冻土（冻融）。4-5单桩横向承载力-线弹性地基反力法一、“m”法，适合钢筋混凝土钻孔灌注桩。我国公路桥涵设计规范中规定，用“m”法，因为桥规规定地面处位移量10mm ，而“m”法线弹性地基反力法不容许挠度过大。这正好适合于桥台、桥墩情况，否则用此法误差较大。（1）土体破坏：桩比较短、桩径较大、入土深度较小或周围土层较松软，既桩的刚度相对土层的刚度较大时为刚性桩；按侧向容许土抗力验算。（2）桩身材料破坏：桩比较长、桩径较小、入土深度较大或周围土层较坚实，既桩的刚度相对土层的刚度较小时在水平力作用下，要产生挠曲变形为弹性桩；d. “m” 法有弹性桩和刚性桩之分，当 时，假设桩刚度无穷大，按刚性基础计算，当 时，按弹性桩计算，按桩身材料截面强度验算。假设当桩顶产生单位位称时，桩顶所产生的相应约束力，或者说，产生单位位移时所需要的力，即单桩刚度系数，4-6承台：指的是为承受、分布由墩身传递的荷载，在基桩顶部设置的联结各桩顶的钢筋混凝土平台。低桩承台一般埋在土中或部分埋进土中，高桩承台一般露出地面或水面。高桩承台由于具有一段自由长度，其周围无支撑体共同承受水平外力。基桩的受力情况极为不利。桩身内力和位移都比同样水平外力作用下低桩承台要大，其稳定性因而比低桩承台差。4-7群桩效应就是指群桩基础受竖向荷载后，由于承台、桩、土的相互作用使其桩侧阻力、桩端阻力、沉降等性状发生变化而与单桩明显不同，承载力往往不等于各单桩承载力之和这一现象；5-1沉井基础一概念：沉井是一个刚性深基础，是井状结构物（预制），在井中挖土，依靠自身重量（或主要依靠自重）来克服井壁与周围土的阻力，下沉到设计标高，经封底、添台基土、加盖板、形成基础。二、优点1.入土深度可很大 2.整体性强，稳定性好，能承受较大荷载3.施工工艺容易，可土法上马。三、适用条件1、上部荷载较大，结构对基础的变位较敏感，浅层地基土的承载力不足，不宜使用桩基础2、水较深，冲刷较大或河中有较大卵石不便桩基础施工时。3、可做为组合基础的一部份（桩与沉井组合基础），适用于围水挖基，浇注承台有困难时，（沉井尺寸按承台尺寸拟定，沉井沉至承台底面标高后，在沉井内钻孔直至桩底设计标高，然后灌注成桩。沉井施工中起到围堰作用，钻孔中起到护筒作用，营运中起到承台作用。） 4、做为施工当中的围堰结构物5、可做为施工事故处理（如钻灌桩出现问题时）四缺点1.施工周期较长。 2.对细砂和粉砂类土，在井中抽水下沉，易发生流砂现象，而使沉井倾斜。3.下沉中如遇障碍物（大孤石，树干，井底岩层倾斜过大或起伏不平时）给施工造成很大困难（设计、施工前、地质资料一定要明确）。5-4沉井刃脚的计算：受力情况：水平闭合框架 竖直悬臂6-1一、浅埋基础下面几种地基需要加固处理（软弱地基）1、表层地基土的强度不只2、沉降量较大或有不均匀沉降3、滑动稳定性差二、加固处理的方法a换土垫层法：挖除软弱土层，换强度高，稳定性好的中砂粗砂或砾石b深层挤压法：）强夯法：强大的夯击，加速一定深度范围内的固结，增大土的密度。）砂桩挤密法：通过锤击打入木桩（或有活动管靴的钢管）然后拔出，同时回填砂，形成砂桩，增大土的密度。c排水固结法：通过排水，加速土的固结：）砂井堆载预压法）塑料板排水法：将带状塑料板用插板机将其插入软土中然后地基面上加载预压，土中水沿塑料板的通道逸出，从而使地基加固。d浆液灌入法：向土中注入固化剂，填充孔隙，增加土颗粒之间的联结，改变粒度成份，加强土体稳定，而达到加固目的。e深层搅拌法：利用水泥，石灰等材料作为固化剂，使用特制的深层搅拌机械，在地基深部将软土和固化剂强制拌合，形成坚硬的拌和柱体。6-2 换土法经换土后，基础底面以下地基便由砂砾垫层及软弱下卧层组成，较大的附加应力由垫层承受，而在下卧层顶面的附加应力显著减小。6-3 砂桩挤密法作用1. 对松散砂土，通过挤密增大砂土地基的相对密度，减少固结沉降。2. 对软弱粘性土：砂桩构成复合地基，均高地基承载力和整体稳定性。7-2冻土对基础有冻胀和冻融两种作用：冻结时水分集聚（由暖土向冻土）土体膨胀对刚性扩大基础基础拱起、倾斜，甚至倒塌对桩基础产生向上冻拔力冻融时：土层上部积聚的冰晶体融化，土中含水量增大，土层处于饱和状态，强度降低对刚性扩大基础发生下沉或不均匀下沉 对桩基础地面附近桩侧大量沉降，产生负摩阻力