３.１橋梁的組成與基本分類３.１.１橋梁簡況橋梁是道路跨越障礙或者疏散和分流交通的人工構造物.當道路路線遇到江河、湖泊、山谷、深溝以及其他線路(公路或鐵路)等障礙時,為了保證道路上的車輛連續(xù)通行,充分發(fā)揮其正常的運輸能力,同時,也要保證橋下水流的流動、船只的通航或車輛的運行,就需要建造專門的人工構造物———橋梁,來跨越障礙.另外,隨著城市發(fā)展和橋梁工程建造技術的進步,城市立交橋以及過街天橋在市政交通中起到了不可或缺的作用.橋梁是一個為全社會服務的公益性建筑,是人文科學、工程技術與藝術三位合一的產物.下一頁返回３.１橋梁的組成與基本分類橋梁建筑以自身的實用性、巨大性、固定性、永久性及藝術性極大地影響并改變了人類的生活環(huán)境.優(yōu)秀的橋梁建筑不僅揭示了人類社會的發(fā)展,體現出人類智慧與偉大的創(chuàng)造力,而且往往成為時代的象征、歷史的紀念碑和游覽的勝地.它既是人類的物質財富,也是寶貴的精神財富,并且隨著時間的推移,其功能和美學價值會日益生輝,成為民族的驕傲、歷史的珍跡.以下介紹幾座我國著名橋梁.１.趙州橋趙州橋又名安濟橋,如圖３-１所示,建于隋代大業(yè)(公元６０５~６１８)年間,是著名匠師李春建造.上一頁下一頁返回３.１橋梁的組成與基本分類趙州橋全長為６４.４０m,跨徑為３７.０２m,是當今世界上跨徑最大、建造最早的單孔敞肩型石拱橋.因橋兩端肩部各有兩個小孔,(不是實的),故稱為敞肩型,這是世界造橋史上的一個偉大創(chuàng)舉(沒有小拱的稱為滿肩或實肩型).２.盧溝橋盧溝橋,如圖３-２所示,位于北京西南郊的永定河上,是一座聯(lián)拱石橋.盧溝橋始建于金大定二十九年(公元１１８９年),成于明昌三年(公元１１９２年),經元、明兩代修繕,清康熙三十七年(１６９８年)重修建.橋全長２１２.２m,有１１個孔.各孔的凈跨徑和矢高均不相等,邊孔小、中孔逐漸增大.全橋有１０個墩,寬度為５.３~７.２５m不等.上一頁下一頁返回３.１橋梁的組成與基本分類３.洛陽橋洛陽橋原名萬安橋,如圖３-３所示,位于福建省泉州東郊的洛陽江上,其是我國現存最早的跨海梁式大石橋.宋代泉州太守蔡襄主持洛陽橋的建橋工程,從北宋皇佑四年(公元１０５３年)至嘉祐四年(公元１０５９年),前后歷七年之久.洛陽橋全為花崗巖石砌筑,造橋工程規(guī)模巨大.建橋九百余年以來,先后修復十七次.現橋全長７３１.２９m,寬度為４.５m,高度為７.３m,有４４座船形橋墩,６４５個扶欄,１０４只石獅,１座石亭,７座石塔.４.南京長江大橋上一頁下一頁返回３.１橋梁的組成與基本分類南京長江大橋,如圖３-４所示,建成于１９６８年,是長江上第一座由我國自行設計建造的雙層式鐵路、公路兩用橋.該橋上層的公路橋長度為４５８９m,車行道寬度為１５m,可容４輛大型汽車并行,兩側還各有２m多寬的人行道;下層的鐵路橋長度為６７７２m,寬度為１４m,鋪有雙軌,可容兩列火車同時對開.江面上的正橋長度為１５７７m,其余為引橋,是我國橋梁之最.南京長江大橋完全依靠我國自身的技術力量和國產材料建成,標志著我國建橋技術進入到了獨立自主的新水平.５.重慶朝陽大橋上一頁下一頁返回３.１橋梁的組成與基本分類重慶朝陽大橋,如圖３-５所示,建于１９６９年,是我國最早的懸索橋(吊式橋).該橋主跨為１８６m,采用雙鏈式結構,并應用了鋼箱與混凝土橋面相結合的組合加勁梁.６.潤揚長江公路大橋潤揚長江公路大橋,如圖３-６所示,是我國第一座由懸索橋和斜拉橋構成的組合型特大橋梁.其于２０００年１０月２０日開工,２００５年４月３０日建成通車,總投資５８億元.該橋全長為３５.６６km,橋面平均寬度為３１.５m(行車道寬３０m),全線采用雙向六車道高速公路標準設計的,設計車速度為１００km/h.上一頁下一頁返回３.１橋梁的組成與基本分類大橋設計使用壽命為１００年,為了達到這個要求,在國內同類大橋中首次全面推廣使用了低堿水泥,這樣極大提高工程耐久性,保證混凝土施工質量,延長大橋使用壽命.潤楊大橋主跨跨度為１４９０m,建成時其排名為中國第一、世界第三.３.１.２橋梁的基本組成掌握橋梁的基本組成,了解橋梁的分類,是橋梁工程識圖的基礎.以梁式橋梁為例,一座完整的橋梁一般由上部結構、下部結構、支座系統(tǒng)與附屬結構四大部分組成,如圖３-７所示.(１)上部結構.上一頁下一頁返回３.１橋梁的組成與基本分類上部結構是指橋梁支座以上(框架主梁底線以上)跨越橋孔部分的總稱.橋梁的上部結構又稱為橋跨結構,包括跨越結構和橋面系統(tǒng).跨越結構直接承受橋上的交通荷載并通過支座傳遞給墩臺,是線路遇到障礙而中斷時,跨越障礙的主要承載結構.橋面系統(tǒng)包括行車道鋪裝、排水防水系統(tǒng)、人行道、安全帶、路緣石、欄桿、燈光照明、伸縮縫等.(２)下部結構.下部結構是指橋梁支座以下部分的總稱.橋梁的下部結構又稱為支承結構,包括橋墩、橋臺和基礎,其作用主要是支撐橋梁上部結構并把上部結構傳來的荷載安全的傳到地基基礎上,以達到共同受力的目的.上一頁下一頁返回３.１橋梁的組成與基本分類橋墩一般設置在兩橋臺的中間位置,其主要作用是支承橋跨結構.橋臺設置在橋梁的兩端,除有支承橋跨結構的作用外,同時,其還具有與路堤銜接并抵御路堤土的壓力,防止路堤的滑塌等作用.(３)支座系統(tǒng).支座系統(tǒng)是指架設于墩臺上,頂面支承橋梁上部結構的裝置.其功能是將上部結構固定于墩臺,承受作用在上部結構的各種力,并將它可靠地傳遞給墩臺;在荷載、溫度、混凝土收縮和徐變作用下,支座能適應上部結構的轉角和位移,使上部結構可自由變形而不產生額外的附加內力.橋梁支座是連接橋梁上部結構和下部結構的重要結構部件.它能將橋梁上部結構的反力和變形(位移和轉角)可靠地傳遞給橋梁下部結構,從而使結構的實際受力情況與計算的理論圖式相符合.上一頁下一頁返回３.１橋梁的組成與基本分類(４)附屬結構.橋梁的組成除上、下部結構體系外,往往還需要建造一些附屬構筑物,如擋土墻、橋頭錐形護坡、護岸、導流堤、導航裝置、防撞裝置等.附屬結構的作用是裝飾、保護整座橋梁.３.１.３橋梁的類型橋梁有許多類型,其分類的方法各有不同,每一種分類方式均反映出橋梁在某一方面的特征,它們都是在長期的生產活動中通過反復實踐和不斷總結逐步創(chuàng)造發(fā)展起來的.１.按橋梁用途劃分按橋梁用途可分為公路橋、鐵路橋、公路鐵路兩用橋、農用橋、人行橋、立交橋、高架橋等.上一頁下一頁返回３.１橋梁的組成與基本分類(１)公路橋.公路橋是指為公路跨越溝、谷、河流等障礙的橋梁.公路橋具有活載相對較輕,橋寬大的特點.(２)鐵路橋.鐵路橋是指為鐵路跨越溝、谷、河流等障礙的橋梁.鐵路橋具有活載大,橋寬小,結實耐用且易于修復的特點.(３)公路鐵路兩用橋.對于基礎工程復雜、墩臺造價較高的大橋或特大橋,以及靠近城市、鐵路公路均較稠密而需建造鐵路橋和公路橋以連接線路時,為了降低造價和縮短工期,可考慮造一座公路、鐵路同時共用的橋,稱為公路鐵路兩用橋.如圖３-４所示,南京長江大橋就是公路鐵路兩用橋.上一頁下一頁返回３.１橋梁的組成與基本分類(４)農用橋.農用橋通常修筑于農村地區(qū),適用于農用機械如農用拖拉機等的通行,方便進行農業(yè)生產.(５)人行橋.人行橋又稱為人行立交橋,一般建造在車流量大、行人稠密的地段,或者交叉口、廣場及鐵路上面.人行天橋只允許行人通過,用于避免車流和人流平面相交時的沖突,保障人們安全的穿越,提高車速,減少交通事故.(６)立交橋.立交橋全稱“立體交叉橋”,是在兩條交叉道路交匯處建立的上下分層、多方向互不相擾的現代化陸地橋.由于建設成本較高,通常只在高速公路互通、城市干道或快速路的交匯處建有立交橋,以使車輛不受路口紅綠燈管制而快速通過,如圖３-８所示.上一頁下一頁返回３.１橋梁的組成與基本分類(７)高架橋.高架橋是指擱在一系列狹窄鋼筋混凝土或圬工拱上,具有高支撐的塔或支柱,跨過山谷、河流、道路或其他低處障礙物的橋梁.城市發(fā)展后,交通擁擠,建筑物密集,而街道又難于拓寬,采用這種橋可以疏散交通密度,提高運輸效率.另外,在城市間的高速公路或鐵路,為避免和其他線路平面交叉、節(jié)省用地、減少路基沉陷(某些地區(qū)),也可不用路堤,而采用這種橋,如圖３-９所示.２.按承重結構選用材料劃分按橋梁主體結構所用材料可分為木橋、鋼橋、磚橋、石橋、鋼筋混凝土橋、預應力鋼筋混凝土橋等.上一頁下一頁返回３.１橋梁的組成與基本分類鋼橋具有較大的跨越能力,在跨度上一直處于領先地位.在現代橋梁工程建設中,鋼筋混凝土這一主要建筑材料早在上世紀初就得到廣泛應用.隨著預應力鋼筋混凝土結構的誕生,實現了土木工程的第二次飛躍.３.按橋梁平面形狀劃分按橋梁平面形狀可分為直橋、斜橋和彎橋.絕大部分橋梁為直橋(正交橋),如圖３-１０所示;斜橋是指水流方向與橋的軸線不呈直角相交的橋,如圖３-１１所示;彎橋是指橋梁的設計中心線在平面上不呈直線,而是具有一定轉彎弧度的弧線橋,也稱為曲線橋,如圖３-１２所示.４.按橋梁結構受力體系劃分上一頁下一頁返回３.１橋梁的組成與基本分類按橋梁結構體系即結構受力及立面形狀可分為梁式橋、拱式橋、剛構橋(剛架橋)、懸索橋(吊橋)和斜拉橋等幾種類型,以及由基本體系與其他體系或基本構件形成的組合體系橋.(１)梁式橋.梁式橋包括梁橋和板橋兩種.其主要承重構件是梁(板),梁部結構只受彎、剪,不承受軸向力,主要以其抗彎能力來承受荷載.橋梁的整體結構在豎向荷載作用下無水平反力,只承受彎矩,墩臺也僅承受豎向壓力.梁式橋結構簡單,施工方便,對地基承載能力的要求不高,跨越能力有限,常用于跨徑在２５m以下的中小型橋梁.上一頁下一頁返回３.１橋梁的組成與基本分類１)簡支梁橋.簡支梁橋是指由一根兩端分別支撐在一個活動支座和一個鉸支座上的梁作為主要承重結構的梁橋.以孔為單元,相鄰橋孔各自單獨受力,屬靜定結構(圖３-１３),適用于中小跨度.它的優(yōu)點是結構簡單,架設方便,結構內力不受地基變形、溫度改變的影響,并可有效降低造價,縮短工期,同時,最易設計成各種標準跨徑的裝配式構件.但相鄰兩跨之間存在異向轉角,路面有折角,影響行車平順.簡支梁橋是梁式橋中應用最早、使用最廣泛的一種橋形.２)懸臂梁橋.懸臂梁橋是指以一端或兩端向外自由懸出的簡支梁作為上部結構主要承重構件的梁橋,一般為靜定結構.上一頁下一頁返回３.１橋梁的組成與基本分類其結構內力不受地基變形影響,對基礎要求較低(圖３-１４).懸臂梁橋雖然在力學性能上優(yōu)于簡支梁橋,可適用于更大跨徑的橋梁方案,但由于懸臂梁橋的某些區(qū)段同時存在正、負彎矩,無論采用何種主梁截面形式,其構造均較為復雜,而且跨徑增大以后,梁體重量快速增加,不易采用裝配式施工,往往要在費用昂貴、速度緩慢的支架上現澆.３)連續(xù)梁橋.連續(xù)梁橋是指兩跨或兩跨以上連續(xù)的梁橋,屬于超靜定體系.該橋的連續(xù)梁在恒活載作用下,產生的支點負彎矩對跨中正彎矩有卸載的作用,使內力狀態(tài)比較均勻合理(圖３-１５),因而梁高可以減小,由此可以增大橋下凈空,節(jié)省材料,且剛度大,整體性好,超載能力大,安全度大,橋面伸縮縫少,并且因為跨中截面的彎矩減小,使得橋跨可以增大.上一頁下一頁返回３.１橋梁的組成與基本分類梁式橋體系可分為實腹式和空腹式.實腹式梁的截面形式多為T形、工字形和箱形等,如圖３-１６所示.大部分鋼筋混凝土橋梁都屬于實腹式梁.空腹式梁主要由拉桿、壓桿、拉壓桿以及連接件組成的桁架式橋跨結構,大部分鋼結構鐵路橋梁都屬于空腹式梁,如圖３-１７所示.(２)拱式橋.拱式橋是指在豎直平面內以拱作為結構主要承重構件的橋梁.拱橋的建造經濟合理,有很大跨越能力,外形美觀大方.拱橋的主要承重結構是拱圈或拱肋.拱圈的截面形式可以是實體矩形、肋形、箱形、桁架等.上一頁下一頁返回３.１橋梁的組成與基本分類拱式結構在豎向荷載作用下,主要承受軸向壓力,橋墩或橋臺將承受很大的水平推力,如圖３-１８所示.這種水平推力能顯著抵消荷載在拱圈或拱肋內引起的彎矩.因此,與同樣跨徑的梁相比,拱的彎矩和變形要小得多.拱橋對地基承載力要求較高,宜建于地基良好的地段.按照靜力學分析,拱又分為單鉸拱、雙鉸拱、三鉸拱和無鉸拱,如圖３-１９所示.但因鉸的構造較為復雜,一般避免采用,常用無鉸拱體系.無鉸拱的拱圈兩端固結于橋臺(墩),結構最為剛勁,變形小,比有鉸拱經濟;但橋臺位移、溫度變化或混凝土收縮等因素對拱的受力會產生不利影響,因而修建無鉸拱橋要求有堅實的地基基礎.上一頁下一頁返回３.１橋梁的組成與基本分類根據容許建筑高度的大小和實際需要,橋面可以布置在橋跨結構的不同位置.１)上承式拱橋.橋面系設置在橋跨主要承重結構(桁架、拱肋、主梁等)上面的橋梁,稱為上承式拱橋.其優(yōu)點是:橋面系構造簡單、施工方便,橋跨主要承重結構的寬度可以做得小一些(也可以密排),因而節(jié)省墩臺圬工;另外,橋上視野開闊.其缺點是:橋面到梁底的建筑高度較大,如圖３-２０(a)所示.２)中承式拱橋.橋面系設置在橋跨主要承重結構(桁架、拱肋、主梁等)中部的橋梁,稱為中承式拱橋.上一頁下一頁返回３.１橋梁的組成與基本分類中承式橋交多用于大跨徑的肋拱橋,一般在橋梁建筑高度受到嚴格控制時考慮,如圖３-２０(b)所示.３)下承式拱橋.橋面系設置在橋跨主要承重結構(桁架、拱肋、主梁)下面的橋梁,即橋梁上部結構完全處于橋面高程之上的橋被稱為下承式拱橋.下承式拱橋其橋面凈空必須滿足有關規(guī)定,一般在橋梁建筑高度受到嚴格控制時考慮,如圖３-２０(c)所示.(３)剛構(架)橋.剛構橋是指主要承重結構采用剛構的橋梁.剛構橋的梁與墩柱是剛性連接,橋的墩柱具有較大抗彎剛度,可分擔梁部跨中正彎矩,從而達到降低梁高、增大橋下凈空的目的,如圖３-２１(a)所示.上一頁下一頁返回３.１橋梁的組成與基本分類在豎向荷載作用下,主梁與立柱的連接處會產生負彎矩;主梁、立柱承受彎矩,也承受軸力和剪力;柱底約束處既有豎向反力,又有水平反力.剛構橋的形式多半是立柱直立、單跨或多跨的門形框架,柱底可以是鉸接約束或固定約束.鋼筋混凝土和預應力混凝土剛構橋較為常見,其適用于中小跨度的、建筑高度要求較嚴的城市或公路跨線橋.隨著預應力技術和對稱懸臂施工方法的發(fā)展,具有剛構形式和特點的橋梁可用于跨徑更大的情況.斜腿剛構橋的墩柱斜置并與梁部剛性連接,其受力特點介于梁和拱之間.上一頁下一頁返回３.１橋梁的組成與基本分類如圖３-２１(b)所示.在豎向荷載作用下,斜腿以承壓為主,兩斜腿之間的梁部也受到較大的軸向力.斜腿底部可采用鉸接或固結形式,并受到較大的水平推力.對跨越深溝峽谷、兩側地形不宜建造直立式橋墩的情況,可以考慮選用斜腿剛構橋.連續(xù)剛構橋是墩梁固結的連續(xù)梁橋.在連續(xù)梁橋的基礎上,將主跨內的較柔性的橋墩與梁部固結起來,就形成連續(xù)剛構橋,如圖３-２２所示.其特點是:橋墩較細,以受軸向力為主,表現出柔性墩的特性,這使得梁部受力仍然體現出連續(xù)梁的受力特點.這種橋式保持了連續(xù)梁的受力優(yōu)點,節(jié)省了大型支座的費用,減少了墩及基礎的工程量,改善了結構在水平荷載下的受力性能,有利于簡化施工工序,適用于需要布置大跨、高墩的橋位.上一頁下一頁返回３.１橋梁的組成與基本分類(４)懸索橋(吊橋).懸索橋又稱為吊橋,是指以通過索塔懸掛并錨固于兩岸(或橋兩端)的纜索(或鋼鏈)作為上部結構主要承重構件的橋梁.其纜索幾何形狀由力的平衡條件決定,一般接近拋物線.從纜索垂下許多吊桿,將橋面吊住,在橋面和吊桿之間常設置加勁梁,同纜索形成組合體系,以減小荷載所引起的撓度變形.懸索橋是以承受拉力的纜索或鏈索作為主要承重構件的橋梁,由懸索、索塔、錨碇、吊桿、橋面系等部分組成.懸索橋的主要承重構件是懸索,它主要承受拉力,一般用抗拉強度高的鋼材(鋼絲、鋼纜等)制作.現代懸索橋的懸索一般均支承在兩個塔柱上.塔頂設有支承懸索的鞍形支座.上一頁下一頁返回３.１橋梁的組成與基本分類承受很大拉力懸索的端部通過錨碇固定在地基中,如圖３-２３所示;也有固定在剛性梁的端部(自錨式懸索橋),如圖３-２４所示.懸索橋的適用范圍以大跨度及特大跨度公路橋為主,當今大跨度橋梁全采用此結構,其是大跨徑橋梁的主要形式.由于懸索橋可以充分利用材料的強度,并具有用料省、自重輕的特點,因此,懸索橋在各種體系橋梁中的跨越能力最大,跨徑可以達到１０００m以上.１９９８年建成的日本明石海峽大橋的跨徑為１９９１m,是目前世界上跨徑最大的橋梁,如圖３-２５所示.懸索橋的主要缺點是剛度小,在荷載作用下容易產生較大的撓度和振動,需注意采取相應的措施.上一頁下一頁返回３.１橋梁的組成與基本分類對跨度小、活載大且加勁梁較剛性的懸索橋,可以視為纜與梁的組合體系,但大跨度懸索橋的主要承重結構為纜,組合體系效應可以忽略.在豎向荷載作用下,其懸索受拉,錨錠處會產生較大向上的豎向反力和水平反力.懸索是由高強度鋼絲制成的圓形大纜,加勁梁則多采用鋼桁架或扁平箱梁,橋塔可采用鋼筋混凝土或鋼架.因懸索的抗拉性能得以充分發(fā)揮且大纜尺寸基本上不受限制,故懸索橋的跨越能力在各種橋型中具有無可比擬的優(yōu)勢.但是,由于懸索結構剛度不足,因此,懸索橋較難滿足鐵路用橋的要求.(５)斜拉橋.上一頁下一頁返回３.１橋梁的組成與基本分類斜拉橋又稱為斜張橋,是將主梁用許多拉索直接拉在橋塔上的一種橋梁,是由承壓的塔、受拉的索和承彎的梁體組合起來的一種結構體系.其可看作是拉索代替支墩的多跨彈性支承連續(xù)梁.其可使梁體內彎矩減小,降低建筑高度,減輕了結構重量,節(jié)省了材料.斜拉橋主要由索塔、主梁、斜拉索組成,如圖３-２６所示.其結構形式多樣,造型優(yōu)美、壯觀.在豎向荷載作用下,主梁以受彎為主,索塔以受壓為主,斜拉索則承受拉力.斜拉橋由許多直接連接到塔上的鋼纜吊起橋面,是一種自錨式體系,斜拉索的水平力由梁承受.梁除支承在墩臺上外,還支承在由塔柱引出的斜拉索上.梁體被斜拉索多點扣住,表現出彈性支承連續(xù)梁的特點.上一頁下一頁返回３.１橋梁的組成與基本分類這樣,梁體荷載彎矩減小,梁體高度就會降低,從而減輕結構自重并節(jié)省了材料.另外,塔和斜拉索的材料性能也能得到較充分的發(fā)揮.因此,斜拉橋作為一種拉索體系,比梁式橋的跨越能力更大,是大跨度橋梁的最主要橋型,其跨越能力僅次于懸索橋,是近幾十年來發(fā)展很快的一種橋型,但由于剛度受到限制,斜拉橋在鐵路橋梁的應用極為有限.蕪湖長江大橋為梁和拉索組成的斜拉橋,如圖３-２７所示.其是一種由主梁與斜纜相組合的組合體系.懸掛在塔柱上的斜纜將主梁吊住,使主梁像多點彈性支承的連續(xù)梁一樣工作,這樣既發(fā)揮了高強材料的作用,又顯著減少了主梁截面,使結構自重減輕,從而能跨越更大的空間.上一頁下一頁返回３.１橋梁的組成與基本分類３.１.４橋梁專有名詞及術語橋梁專有名詞及術語如圖３-２８所示.１.跨度跨度也稱為跨徑,表示橋梁的跨越能力,對多跨橋梁,最大跨度稱為主跨,跨度是表征橋梁技術水平的重要指標.(１)凈跨徑.凈跨徑對于梁式橋是指設計洪水位上相鄰兩個橋墩(橋臺)中線之間的水平凈距;凈跨徑對于拱式橋是指每孔拱跨兩個拱腳截面最低點之間的水平距離.(２)總跨徑.總跨徑是指多孔橋梁中各孔凈跨徑的總和,也稱為橋梁孔徑,它反映了橋下宣泄洪水的能力.上一頁下一頁返回３.１橋梁的組成與基本分類(３)計算跨徑.計算跨徑主要針對有支座的橋梁,是指橋跨結構相鄰兩個支座中心之間的水平距離;對于不設支座的橋梁則為上、下部結構的相交面之中心間的水平距離.計算跨徑是橋梁結構受力分析時的重要參數.(４)標準跨徑.標準跨徑對于公路橋梁,是指以兩橋墩之間橋中心線長度或橋墩中線與橋臺臺背前緣線之間橋中心線長度;對于鐵路橋梁,則以計算跨徑作為標準跨徑.２.橋梁全長對于梁式橋,兩橋臺側墻或八字墻尾端之間的距離稱為橋梁全長.對于無橋臺的橋梁,橋梁全長為橋面系行車道的全長.上一頁下一頁返回３.１橋梁的組成與基本分類兩橋臺臺背前緣之間的距離,稱為多孔跨徑總長或橋梁總長.３.橋下凈空高度設計洪水位或計算通航水位至橋跨結構最下緣之間的距離稱為橋下凈空高度;對于跨線橋,橋下凈空高度是指上部結構最低點至橋下線路路面頂面之間的垂直距離.(１)拱橋凈矢高.拱橋凈矢高是指拱頂截面下緣至相鄰兩拱腳截面最低點連線的垂直距離.(２)拱橋計算矢高.拱橋計算矢高是指拱頂截面形心至相鄰兩拱腳截面形心連線的垂直距離.上一頁下一頁返回３.１橋梁的組成與基本分類(３)拱橋矢跨比.拱橋矢跨比是指拱橋中拱圈(或拱肋)的計算矢高與計算跨徑之比,也稱為拱矢高,是反映拱橋受力特性的一個重要指標.(４)橋梁建筑高度.橋梁建筑高度是指橋面到橋跨結構最下緣的高差.公路或鐵路橋定線中所確定的橋面(或軌底)標高與通航及排洪要求所規(guī)定的凈空高度之差,為容許建筑高度.橋梁建筑高度不得大于容許建筑高度.４.正橋與引橋對規(guī)模較大的橋梁工程,橋梁組成通常包含正橋與引橋兩部分.上一頁下一頁返回３.１橋梁的組成與基本分類正橋指橋梁跨越主要障礙物的結構部分,一般采用跨越能力較大的結構體系,需要較深的基礎,是整個橋梁工程中的重點;引橋指連接正橋和路堤的橋梁區(qū)段,其跨度一般較小,基礎一般較淺.在正橋和引橋的分界處,有時還會設置橋頭建筑.５.涵洞涵洞是用來宣泄路堤下水流的構造物,通常在建造涵洞處,路堤不中斷.為了區(qū)別于橋梁,?公路工程技術標準?(JTGB０１—２０１４)中規(guī)定,凡是多孔跨徑的全長小于８m和單孔跨徑小于５m的泄水結構物,均稱為涵洞.６.水位上一頁下一頁返回３.１橋梁的組成與基本分類(１)低水位:河流中的水位是變動的,在枯水季節(jié)的最低水位稱為低水位.(２)最高水位:在江河、湖泊的某一地點,經過長時期對水位的觀測后,得出的最高水位值,稱為最高水位.因此,最高水位必須指明其時間性,例如,年最高、月最高、若干年最高及歷史最高.最高水位在橋梁工程與防洪工程設計上具有重要的意義.為了防止水患,一般在河流的堤壩上都有一個警戒水位.上一頁下一頁返回３.１橋梁的組成與基本分類如果水的高度超過了警戒水位,就應提防小心,采取措施.歷史上達到的最高水位往往比警戒水位要高.(３)設計洪水位:橋梁設計中規(guī)定的設計洪水頻率計算所得的高水位,稱為設計洪水位.在大壩建設中,當遇到大壩設計標準洪水時,水庫經調洪后(壩前)達到的最高水位,也稱為設計洪水位.上一頁返回３.２橋梁基坑基礎工程識圖與構造３.２.１橋梁基坑工程識圖與構造基坑是在基礎設計位置按基底標高和基礎平面尺寸所開挖的土坑.城市橋梁工程基坑主要用于承臺、橋臺和擴大基礎施工,一般可分為無支護和有支護兩類.１.無支護基坑基礎埋置不深,施工工期較短,挖基坑時不影響鄰近建筑物的安全,或者地下水水位低于基底,或者滲透量小,在不影響坑壁穩(wěn)定性的情況下,可采用無支護基坑形式.無支護基坑的坑壁形式可分為垂直坑壁、斜坡、階梯形坑壁以及變坡度坑壁.下一頁返回３.２橋梁基坑基礎工程識圖與構造２.有支護基坑有支護基坑形式適用于基坑壁土質不穩(wěn)定,并且有地下水的影響;放坡土方開挖工程量過大,不經濟;容易受到施工場地或鄰近建筑物限制,不能采用放坡開挖.常用的基坑支護方式如下:(１)地下連續(xù)墻護壁(圖３-２９).在基礎工程中,地面上采用一種挖槽機械,沿著深開挖工程的周邊軸線,在泥漿護壁條件下,開挖出一條狹長的深槽.待清槽后,在槽內吊放鋼筋籠,然后用導管法灌注水下混凝土筑成一個單元槽段(圖３-３０),如此逐段進行,在地下筑成一道連續(xù)的鋼筋混凝土墻壁,作為截水、防滲、承重、擋水結構.上一頁下一頁返回３.２橋梁基坑基礎工程識圖與構造可用于密集建筑群中建造深基坑支護,地下深池、坑、豎井側墻、鄰近建筑物基礎的支護及水工結構或臨時圍堰工程等,特別適用作擋土、防滲結構.(２)土層錨桿支護.土層錨桿支護方法是在地面或深開挖的地下?lián)跬翂虻叵逻B續(xù)墻或基坑立壁未開挖的土層內鉆孔,達到一定設計深度后,再擴大孔的端部,形成球狀或其他形狀,并在孔內放入鋼筋、鋼管、鋼絲束、鋼絞線或其他抗拉材料,灌入水泥漿或化學漿液,使之與土層結合成為抗拉(拔)力強的錨桿,如圖３-３１所示.錨桿端部與護壁樁連接,防止土壁坍塌或滑坡,以維持工程構筑物所支護底層的穩(wěn)定性.上一頁下一頁返回３.２橋梁基坑基礎工程識圖與構造土層錨桿施工技術,在國內外廣泛應用于地下結構的臨時支護和作永久性建筑工程.土層錨桿一端錨固在穩(wěn)定的地層中,另一端與支護結構的擋墻相連接,將支護結構和其他結構所承受的荷載通過拉桿傳遞到錨固體上,再由錨固體將傳來的荷載分散到周圍穩(wěn)定的地層中去.錨桿支護體系由支護擋墻、腰梁及托架、錨桿三部分組成.(３)圍堰.圍堰是指在水利工程建設中,為建造永久性水利設施,修建的臨時性圍護結構.其作用是防止水和土進入建筑物的修建位置,以便在圍堰內排水,開挖基坑,修筑建筑物.圍堰主要用于水工建筑中,除作為正式建筑物的一部分外,一般在用完后拆除.上一頁下一頁返回３.２橋梁基坑基礎工程識圖與構造因此,圍堰是保證基礎工程開挖、砌筑、澆筑等的臨時擋水構筑物.圍堰的形式和適用范圍主要有以下幾種.１)土石圍堰(圖３-３２).土石圍堰適用于水深在２m以內,流速為０.５m/s,其在河床土質滲水較小、近淺灘的河邊尤為適用.土石圍堰由土石填筑而成,多用作上、下游橫向圍堰,它能充分利用當地材料,對基礎適應性強,施工工藝簡單.２)草袋圍堰(圖３-３３).草袋圍堰適用于水深≤３m,流速為１~２m/s,且河床不透水的情況.草土圍堰是用一層草一層土再一層草一層土在水中逐漸堆筑形成的擋水結構,是我國傳統(tǒng)的河工技術.上一頁下一頁返回３.２橋梁基坑基礎工程識圖與構造其下層的草土體靠上層草土體的重量,使之逐步下沉并穩(wěn)定,堰體邊坡很小,甚至可以沒有邊坡.其基本斷面是矩形,斷面寬度是依據水深和施工時上游壅水高度及基坑施工場地要求來確定.３)木板樁圍堰(圖３-３４).木板樁圍堰適用于水深≤５m,埋置不深的水中基礎,河床土質要求是砂性土、黏性土和不含卵石的其他土質.深度不大,面積較小的基坑可采用木板樁圍堰.當水不深時,可用單層木板樁,內部加支撐以平衡外部壓力;當水較深時,可用雙壁木板樁,必要時可在板樁外圍加填土堰,但水流速度不宜超過０.５m/s.４)鋼板樁圍堰.上一頁下一頁返回３.２橋梁基坑基礎工程識圖與構造鋼板樁圍堰是最常用的一種板樁圍堰,適用于各類土的滲水基礎,除用于擋水防水外,還可作為基礎結構的一部分,可采取拔除周轉使用,能節(jié)約大量木材.鋼板樁是帶有鎖口的一種型鋼,其截面有直板形、槽形及Z形(圖３-３５)等,有各種大小尺寸及聯(lián)鎖形式.其優(yōu)點為:強度高,容易打入堅硬土層;可在深水中施工,防水性能好;能按需要組成各種外形的圍堰,并可多次重復使用,因此,它的用途廣泛.在橋梁施工中,常用于沉井頂的圍堰,管柱基礎、樁基礎及明挖基礎的圍堰等,如圖３-３６所示.５)混凝土圍堰.混凝土圍堰一般在河床無覆蓋層的巖面,且水壓較高處使用.上一頁下一頁返回３.２橋梁基坑基礎工程識圖與構造它的主要特點是耐沖刷、安全性大、防透水性好,可以考慮作為永久性結構物的一部分(圖３-３７),但其施工較困難.混凝土圍堰主要用于水工建筑中,在其他土木工程中較少采用.如圖３-３８所示,三峽工程采用的就是混凝土圍堰.在橋梁基礎施工中,當橋梁墩、臺基礎位于地表水位以下時,可根據當地材料修筑成各種形式的土堰;在水較深且流速較大的河流可采用木板樁或鋼板樁(單層或雙層)圍堰.圍堰既可以防水、圍水,又可以支撐基坑的坑壁.３.２.２橋梁基礎形式與構造上一頁下一頁返回３.２橋梁基坑基礎工程識圖與構造橋梁基礎的作用是承受上部結構傳遞來的全部荷載,并將它們和下部結構荷載傳遞給地基.因此,為了全橋的安全和正常使用,要求地基和基礎要有足夠的強度、剛度和整體穩(wěn)定性,使其不產生過大的水平變位或不均勻沉降.橋梁基礎可大致分為淺置基礎和深置基礎兩大類.淺置基礎主要有直接基礎(又稱為擴大基礎或明挖基礎)和浮橋浮體形式兩種;淺置基礎用于地基地質情況較好的條件下或無須在土層中建造的基礎.深置基礎則包括樁基礎、沉井基礎等多種形式.深置基礎需要將基礎深置,使其達到地質狀況較好的地層(如巖石),以利于承受荷載.與一般建筑物基礎相比,橋梁基礎通常埋置較深.上一頁下一頁返回３.２橋梁基坑基礎工程識圖與構造１.明挖基礎明挖基礎也稱為擴大基礎,只需直接開挖基坑到設計深度,砌筑塊石或澆筑鋼筋混凝土基礎即可,其埋置深度較其他類型基礎淺,故稱為淺基礎,如圖３-３９所示.明挖基礎構造簡單,由于所用材料不能承受較大的拉應力,故基礎的厚寬比要足夠大,使之形成所謂剛性基礎,受力時不致產生撓曲變形.為了節(jié)省材料,這類基礎的立面往往砌成臺階形,平面將根據墩臺截面形狀而采用矩形、圓形、T形或多邊形等,如圖３-４０所示.建造這種基礎多用明挖基坑的方法施工.在陸地開挖基坑,將視基坑深淺、土質好壞和地下水位高低等因素,來判斷是否采用坑壁支護,在水中開挖則應先修筑圍堰.上一頁下一頁返回３.２橋梁基坑基礎工程識圖與構造明挖基礎適用于淺層土較堅實,且水流沖刷不嚴重的淺水地區(qū).由于它的構造簡單、埋深淺、施工容易,加上可以就地取材,故造價低廉,被廣泛用于中小橋涵及旱橋.２.浮橋浮體浮橋浮體一般用于浮橋,其基礎采用船只、油桶或圓木等相連接,如圖３-４１所示.３.樁基礎樁基礎由基樁和連接于樁頂的承臺共同組成.若樁身全部埋于土中,承臺底面與土體接觸,則稱為低承臺樁基;若樁身上部露出地面而承臺底位于地面以上,則稱為高承臺樁基,如圖３-４２所示.上一頁下一頁返回３.２橋梁基坑基礎工程識圖與構造建筑樁基通常為低承臺樁基礎.在高層建筑中,樁基礎應用廣泛.樁的作用是將上部建筑物的荷載傳遞到深處承載力較強的土層上,或將軟弱土層擠密實以提高地基土的承載能力和密實度.外力通過承臺分配到各樁頭,再通過樁身及樁端將力傳遞到周圍土及樁端深層土中,故屬于深基礎.樁基礎適用于土質深厚處.在所有深基礎中,它的結構最輕,施工機械化程度較高,施工進度較快,是一種較經濟的基礎結構.樁基礎工程技術經歷了幾千年的發(fā)展過程,無論是樁基材料和樁類型,或者是樁基礎工程機械和施工方法都有了巨大的發(fā)展,已經形成了現代化基礎工程體系.上一頁下一頁返回３.２橋梁基坑基礎工程識圖與構造在某些情況下,采用樁基可以大量減少施工現場的工作量和材料的消耗.(１)按照基礎的受力原理劃分.１)端承樁:是使基樁坐落于承載層上(巖盤上)使之可以承載構造物,這樣的樁稱為端承樁.端承樁在豎向極限荷載作用下,樁頂荷載全部或主要由樁端阻力承受,樁側阻力相對樁端阻力而言較小或可忽略不計,如圖３-４３(a)所示.２)摩擦樁:如果樁穿過并支撐在各種壓縮土層,并且主要依靠樁側土的摩阻力支撐垂直荷載,即利用地層與基樁的摩擦力來承載構造物,這樣的樁就稱為摩擦樁.上一頁下一頁返回３.２橋梁基坑基礎工程識圖與構造其一般適用于地層無堅硬的承載層或承載層較深的情況,如圖３-４３(b)所示.(２)按照施工方式劃分.１)預制樁:是指在工廠或施工現場制成的各種材料、各種形式的樁(如木樁、混凝土方樁、預應力混凝土管樁、鋼樁等),用沉樁設備將樁打入、壓入或振入土中.中國建筑施工領域采用較多的預制樁主要是混凝土預制樁和鋼樁兩大類.其優(yōu)點是材料省,強度高,適用于較高要求的建筑;缺點是施工難度高,受機械數量限制施工時間長.如圖３-４４所示為某鋼筋混凝土方樁結構示意.上一頁下一頁返回３.２橋梁基坑基礎工程識圖與構造２)灌注樁:首先在設計的樁位上進行開孔,其截面為圓形,當成孔達到所需深度后,在孔內加放鋼筋籠,灌注混凝土而成.其優(yōu)點是施工難度低,尤其是人工挖孔樁,可以不受機械數量的限制,所有樁基同時進行施工,可大大節(jié)省時間;其缺點是承載力低,費材料.如圖３-４５所示為某灌注樁結構示意.４.沉井基礎沉井是用鋼筋混凝土制成的井筒,下有刃腳,以利于下沉和封底.上一頁下一頁返回３.２橋梁基坑基礎工程識圖與構造在施工時,先按基礎的外形尺寸,在基礎的設計位置上制成井筒,然后在井內挖土,使井筒在自重及配重作用下,克服土的摩阻力緩緩下沉;當底節(jié)井筒頂面下沉到接近地面時,再接第二節(jié)井筒,繼續(xù)挖土,逐步接筑,直至下沉到設計標高.最后,灌注混凝土封底,并用混凝土或砂礫石填充井孔;在頂部澆筑鋼筋混凝土頂板,形成深埋實體基礎.沉井基礎示意圖如圖３-４６所示.由于沉井基礎埋深較大、整體性好、穩(wěn)定性好,具有較大的承載面積,能承受較大的垂直和水平荷載.上一頁下一頁返回３.２橋梁基坑基礎工程識圖與構造其施工工藝簡便,技術穩(wěn)妥、可靠,無須特殊專業(yè)設備,并可做成補償性基礎,避免過大沉降,故其在深基礎或地下結構中應用較為廣泛,如橋梁墩臺基礎、地下泵房、水池、油庫、礦用豎井以及大型設備基礎、高層和超高層建筑物的基礎.但沉井基礎施工工期較長,粉砂、細砂類土在井內抽水時易發(fā)生流砂現象,造成沉井傾斜;在沉井下沉過程中遇到的大孤石、樹干或井底巖層表面傾斜過大,也將給施工帶來一定的困難.(１)沉井基礎斷面形式及特點.１)圓形斷面:沉井四周受土壓力、水壓力的作用.上一頁下一頁返回３.２橋梁基坑基礎工程識圖與構造從受力條件看,圓形沉井的優(yōu)點是:抵抗水平壓力性能較好,形狀對稱,下沉過程不易傾斜;其缺點是:往往與基礎形狀不相適應,如圖３-４７(a)所示.２)矩形斷面:矩形使用較方便,立模簡單.其缺點是在側向壓力作用下,井壁要承受較大彎矩.為減少轉角處的集中應力,四角應做成圓角.當平面尺寸較大時,可在井孔中設置隔墻,以提高沉井的剛度,且成為雙孔或多孔,比單孔下沉容易糾偏.如圖３-４７(b)(c)(d)(f)所示.３)圓端形斷面:適用于圓端形的橋墩墩身,但立模相對比較麻煩.同樣,當平面尺寸較大時,也可在井孔中設置隔墻,成為雙孔或多孔,如圖３-４７(e)所示.上一頁下一頁返回３.２橋梁基坑基礎工程識圖與構造(２)沉井基礎立面形式及特點.１)柱形立面:此形式沉井基礎與四周土體互相貼緊,如井內挖土均勻,井筒下沉一般不易傾斜.但當沉井外壁圖的摩擦力較大或土的堅軟程度差異明顯,均會導致井筒被卡或偏斜,校正糾偏在一定程度上難度加大,如圖３-４８(a)所示.２)外側階梯形立面:沉井井壁受土壓力和水壓力作用,隨深度增加而增大,因此,下部井壁厚些,上部相對減薄形成階梯形立面.地基土比較密實時,為減少井筒下沉的困難,將階梯設置于井壁外側.階梯的寬度一般為１０~１５cm,刃腳處階梯的高度為１.２~２.２m,這樣除底節(jié)外的其他各節(jié)井壁與土的摩擦力都下降很多,如圖３-４８(b)所示.上一頁下一頁返回３.２橋梁基坑基礎工程識圖與構造３)內側階梯形立面:為避免井周土體破壞范圍過大,可把階梯設在內側,外壁直立,但內側階梯容易影響取土機具升降,較少采用,如圖３-４８(c)所示.４)錐形立面:此形式沉井基礎帶斜坡,坡比一般為１/２０~１/５０,下沉阻力小,下沉不穩(wěn),制作較困難,如圖３-４８(d)所示.(３)沉井基礎組成及構造.如圖３-４９所示,沉井一般由井筒(井壁)、刃腳、隔墻、井孔、頂板、凹槽及底板等構造組成.１)井筒(井壁):井筒在沉井下沉過程中起到擋土、擋水的作用.沉井施工完畢后,井筒成為基礎一部分將上部荷載傳遞到地基.上一頁下一頁返回３.２橋梁基坑基礎工程識圖與構造沉井主要是靠井壁的自重來克服正面阻力和側面阻力而下沉的.因此,要求沉井井壁不僅要有足夠的強度承受施工荷載,而且還要有一定的重量,以便滿足沉井下沉的要求.因此,井壁厚度主要取決于沉井大小、下沉速度、土層的物理力學性質以及沉井能在足夠的自重下順利下沉的條件來確定.２)刃腳:刃腳是指井壁最下端形如刀刃狀的部分,其作用是減少下沉阻力,在沉井自重作用下易于切土下沉.刃腳還應具有一定的強度,以免在下沉過程中損壞.刃腳有多重形式,包括普通刃腳(適用于下沉中不會遇到障礙的情況)、鋼筋加固或包有角鋼刃腳(適用于需通過緊密土層的情況)、鋼刃尖刃腳(適用于需穿過堅硬土層或巖石的情況).上一頁下一頁返回３.２橋梁基坑基礎工程識圖與構造３)隔墻:根據使用和結構上的需要,在沉井井筒內需設置內隔墻.大尺寸沉井的隔墻,底面要高出刃腳５０cm以上,避免妨礙沉井下沉.內隔墻的主要作用是增加沉井在下沉過程中的剛度,減小井壁受力計算跨度.同時,又把整個沉井分隔成多個施工井孔(取土井),使挖土和下沉可以較均衡地進行,也便于沉井偏斜時的糾偏.內隔墻因不承受水土壓力,所以,其厚度較沉井,外壁要薄一些.４)井孔:沉井內設置的內隔墻或縱橫隔墻或縱橫框架的形成的格子稱為井孔.井孔尺寸應滿足工藝要求.它是挖土排土的工作場所和通道,其大小視取土方法而定.上一頁下一頁返回３.２橋梁基坑基礎工程識圖與構造５)頂板:頂板是指傳遞沉井上部荷載的構件,其一般為鋼筋混凝土結構.６)凹槽:當沉井下沉到設計標高,經過技術檢驗并對井底清理整平后,即可封底,以防止地下水滲入井內.為了使封底混凝土和底板與井壁間有更好的連接,以傳遞基底反力,使沉井成為空間結構受力體系,常于刃腳上方井壁內側預留凹槽,以便在該處澆筑鋼筋混凝土底板和樓板及井內結構.凹槽的高度應根據底板厚度決定,主要為傳遞底板反力而采取的構造措施.凹槽底面一般距離刃腳踏面２.５m左右,凹入深度為１５０~２５０mm.槽高約為１.０m,接近于封底混凝土的厚度,以保證封底工作順利進行.上一頁下一頁返回３.２橋梁基坑基礎工程識圖與構造若井孔為全部填實的實心沉井,也可以不設凹槽.７)底板:底板又稱為封底混凝土,將墩臺的全部荷載傳遞到地基的承重結構,其厚度根據承受壓力的設計要求而定,底板頂面應高出刃腳根部并澆筑到凹槽上端,封底混凝土必須與基底及井壁都緊密結合.上一頁返回３.３橋梁墩臺、支座識圖與構造３.３.１橋墩的識圖與構造橋墩是多跨橋梁的中間支承結構物,既承受上部結構荷載,又承受水流、風等自然力及可能出現的冰荷載、船只、排筏或漂浮物的撞擊力.橋墩按不同的劃分方法,可分成不同類型,見表３-１.１.按構造劃分(１)實體橋墩.實體橋墩由實體結構組成,按其截面尺寸和橋墩重力的不同,又可分為實體重力式和實體薄壁式兩種.如圖３-５０所示.１)實體重力式橋墩.下一頁返回３.３橋梁墩臺、支座識圖與構造實體重力式橋墩采用實體圬工材料,其優(yōu)點是能靠自身重量平衡外力,保證其強度和穩(wěn)定,自身剛度大,具有較強的防撞能力;其缺點是阻水面積大.適合建于承載力較高、覆蓋層較薄的地層,基巖埋深較淺的地基上.２)實體薄壁式(輕型)橋墩.實體薄壁式(輕型)橋墩采用混凝土、漿砌塊石或鋼筋混凝土材料,其優(yōu)點是顯著減少了圬工體積;其缺點是抗沖擊力、防撞能力較差.不宜用在流速大并夾有大量泥沙的河流或可能有船舶、冰、漂流物撞擊的河流中建造;一般用于中小跨徑橋梁上.實體橋墩由墩帽、墩身和基礎構成,如圖３-５１所示.上一頁下一頁返回３.３橋梁墩臺、支座識圖與構造①墩帽是橋墩頂端的傳力部分,它通過支座承托上部結構的荷載,將相當大的較為集中的力,分散均勻地傳給墩身.因此,對墩帽的厚度和強度要求較高.②墩身是橋墩的主體.通常由塊石,混凝土或鋼筋混凝土這幾種材料建造,它承受墩帽傳遞下來的垂直荷載,并將其傳遞給基礎及地基.③基礎介于墩身與地基之間,承受墩身傳遞的荷載,并將其傳遞給地基.基礎種類很多,詳見本章３.２.２小節(jié)內容.如圖３-５１所示為實體重力式橋墩的剛性擴大基礎.工程中一般采用三面正投影(即三視圖)來表達橋墩的具體構造.上一頁下一頁返回３.３橋梁墩臺、支座識圖與構造如圖３-５２所示為某重力式橋墩構造圖.(２)空心橋墩.空心橋墩是一種采取薄壁鋼筋混凝土的空格形橋墩,四周壁厚只有３０cm左右,為了墩壁的穩(wěn)定,應在適當間距設置豎直隔墻及水平隔板.墩身內設橫隔板或縱、橫隔板,墩身周圍應設置適當的通風孔與泄水孔,如圖３-５３所示.對于高大的橋墩或位于軟弱地基橋位的橋墩,為了減少圬工體積、減輕自重以及減小地基的負荷,可將墩身內部做成空腔體或部分空腔體,形成空心橋墩.它介于重力式橋墩和輕型橋墩之間.空心橋墩有兩種形式:一種為部分鏤空實體橋墩;另一種為薄壁空心橋墩.上一頁下一頁返回３.３橋梁墩臺、支座識圖與構造１)部分鏤空實體橋墩:部分鏤空實體橋墩在重力式橋墩基礎上,鏤空中心一定數量圬工體積.其構造組成與重力式實體橋墩相同,如圖３-５３所示.２)薄壁空心橋墩:薄壁空心橋墩采用高強度、墩身壁較薄的混凝土構件,大幅度地削減墩身圬工體積和自重,減小了地基負荷.其適用于橋梁跨徑較大的高墩和軟弱地基橋墩.薄壁空心橋墩外形與重力式橋墩相似,這種橋墩具有截面積小、截面模量大、自重輕、結構剛度和強度較好的特點,多用于高橋.薄壁空心橋墩和重力式實體橋墩比較,一般可減少圬工量４０％~６０％.上一頁下一頁返回３.３橋梁墩臺、支座識圖與構造如圖３-５４所示為某空心橋墩構造圖.從圖中可知,該橋墩與實體重力式橋墩在外形上相同,但其內部設有５個空洞.空洞尺寸大小相同,均為６６０mm×２８８mm×６００mm.墩身頂部４００mm高為實心,底部擴大部分的高度為９００mm,其內部空洞(即最下面一個)處壁厚度為長邊方向１８８.５mm,寬邊方向１２４.５mm.以上４個空洞的壁厚逐漸減小,最上面一個空洞頂部的壁厚僅有７１.５mm(長邊與寬邊處壁厚相同).空洞之間設有厚度為１００mm的橫隔板,板中設尺寸為３００mm×１００mm檢查孔,與上方空洞相連通.橋墩墩身和墩帽均采用C１４混凝土,墩帽(頂帽)尺寸為８３５mm×３４０mm×６０mm.上一頁下一頁返回３.３橋梁墩臺、支座識圖與構造(３)柱(樁柱)式橋墩.柱(樁柱)式橋墩由分離的兩根或多根立柱(或樁柱)構成,一般包括承臺、柱式墩身和蓋梁等結構構件,如圖３-５５所示.根據柱的數量,可分為單柱式、雙柱式、啞鈴式、混合雙柱式、多柱式等類型,如圖３-５６所示.其優(yōu)點是外形美觀,圬工體積少,施工方便;缺點是因柱間空間局限,易阻滯漂浮物.柱(樁柱)式橋墩適用于橋梁寬度較大的城市橋梁和立交橋;多在淺基礎或高樁承臺上采用.工程中柱式橋墩的立柱一般采用圓柱形,采用矩形立柱的橋墩比較少見.柱式橋墩多用于沿河流走向的高架橋.如圖３-５７所示為某樁柱式橋墩構造圖.上一頁下一頁返回３.３橋梁墩臺、支座識圖與構造該橋墩為雙柱式橋墩,相應的柱身下設置一根樁基礎,其直徑為１２０cm.橋墩柱身直徑為１００cm,高度６６５－１００－６０－１３０＝３７５(cm).兩柱墩中心處間距為５２０cm.墩蓋梁為L形截面,長度為９００cm,寬度為１２０cm,總高度為１３０＋６０＝１９０(cm).其底部收口至墩柱,立面呈船形.為保持墩柱的穩(wěn)定性,增加結構的整體性,在兩墩柱之間設置一連系梁,寬度為７０cm,高度為１００cm.連系梁是聯(lián)系結構構件之間的系梁,主要起連接單榀框架的作用,以增大建筑物或構筑物的橫向或縱向剛度;連系梁除承受自身重力荷載及上部的隔墻荷載作用外,不再承受其他荷載作用.上一頁下一頁返回３.３橋梁墩臺、支座識圖與構造(４)框架式橋墩.框架式橋墩的墩身是采用鋼筋混凝土或預應力鋼筋混凝土等受力明確的壓彎和撓曲構件組成的平面框架.支撐上部結構必要時,框架式橋墩在橫橋向可以做成雙層或多層的空間框架受力體系;在橋梁縱、橫向可采用頂部分開底部連在一起的V形(圖３-５８),頂部分開底部與直立橋墩連在一起的Y形(圖３-５９)或頂部與底部均分開形成剪刀狀的X形(圖３-６０)的墩身結構,在現代混凝土梁橋中均較常采用.框架橋墩的優(yōu)點是減輕墩身的重量,節(jié)約圬工材料,而且使橋梁的跨越能力大大提高,縮短了主梁跨徑,降低了梁高.上一頁下一頁返回３.３橋梁墩臺、支座識圖與構造另外,這類橋墩輕巧美觀,給橋梁建筑增加了新的藝術造型.另外,其剛度較大、適用性廣,并可與樁基配合使用;其缺點在于模板工程較復雜,施工較麻煩.柱間空間小,易于阻滯漂浮物.框架橋墩適用于水深不大的淺基礎或高樁承臺上,而應避免在深水、深基礎及漂浮物多、有木筏的河道上采用.２.按截面形式劃分橋墩按截面形式可分為矩形、圓形、圓端形和尖端形四種類型,如圖３-６１所示.(１)矩形橋墩.矩形橋墩因為阻水較大,不利于水流經過,多用于無水或靜水處,如路上橋梁.上一頁下一頁返回３.３橋梁墩臺、支座識圖與構造(２)圓形橋墩.圓形橋墩截面呈正圓形,有利于水流經過,但導向水流流向較差,多用于河流急彎、流向不固定或與水流斜交角大于１５°的情況.(３)圓端形橋墩.圓端形橋墩兩端呈半圓形,中間部分呈直線形,既不容易阻水,又能起到導向水流方向的作用,多用于水流斜交角小于１５°的順直河中情況.(４)尖端形橋墩.尖端形橋墩兩端呈尖角,具有破冰作用,多用于北方冰凍地區(qū)河流中的橋梁.３.按施工工藝劃分上一頁下一頁返回３.３橋梁墩臺、支座識圖與構造(１)就地澆(砌)筑橋墩.就地澆(砌)筑橋墩采用現場組裝模板,現場澆筑混凝土,現場養(yǎng)護.其優(yōu)點是橋墩的整體性好,剛度大,抗震抗沖擊性好,防水性好,對不規(guī)則平面的適應性強,開洞容易;缺點是需要大量的模板,現場的作業(yè)量大,工期也較長.(２)預制安裝橋墩.預制安裝橋墩是在工廠或預制場先將橋墩分節(jié)或分段制作好,然后在施工現場進行安裝.其優(yōu)點是可以節(jié)省模板,改善制作時的施工條件,提高勞動生產率,加快施工進度;其缺點是橋墩的整體性、剛度、抗震性能相對較差.４.按受力劃分橋墩按受力劃分可分為剛性橋墩與柔性橋墩兩種.上一頁下一頁返回３.３橋梁墩臺、支座識圖與構造一般在多跨橋的兩端設置剛性較大的橋臺,中墩均為柔性墩.柔性橋墩不能單獨使用,需通過橋跨與縱向剛度很大的剛性橋墩串聯(lián),形成共同承受縱向水平力的結構.柔性墩體的整體剛度很小,在墩頂水平推力的作用下會發(fā)生較大的水平位移.在這種剛柔搭配的結構中,由于橋墩的水平推力是按各墩的剛度分配的,故分配到每個柔性墩上的水平推力很小.柔性墩是橋墩輕型化的途徑之一.３.３.２橋臺的識圖與構造橋臺與橋墩一樣支撐橋跨結構物,是橋梁結構的重要組成部分.其主要由臺帽、臺身和基礎三部分組成,如圖３-６２所示.上一頁下一頁返回３.３橋梁墩臺、支座識圖與構造橋臺與橋墩一樣,承擔著橋梁上部結構所產生的荷載,并將荷載有效地傳遞給地基基礎,起著“承上啟下”的作用.橋臺設置在橋梁兩端,除支承橋跨結構外,同時銜接兩岸接線路堤構筑物,起到擋土護岸和承受臺背填土及填土上車輛荷載附加內力的作用.橋臺按構造可分為重力式橋臺、埋置式橋臺和輕型橋臺三種類型.１.重力式橋臺重力式橋臺主要靠自身重力來平衡臺后的土側壓力,橋臺臺身一般由圬工材料采用就地澆(砌)筑或砌筑施工建成.常用的重力式橋臺有U形橋臺、矩形橋臺等,如圖３-６３所示.上一頁下一頁返回３.３橋梁墩臺、支座識圖與構造在工程實際中U形橋臺應用較多,梁式橋和拱式橋均較多采用.它由前墻和兩側墻構成U形,構造簡單;基底承壓面大,應力較小.但其圬工體積大,兩側墻之間的臺內填土易積水,增大土壓力且凍脹后使橋臺結構產生裂縫,一般適用于８~１０m填土高度的中等跨徑橋梁.因此,U形橋臺中間多采用骨料或滲水性土體來填筑,并要求設置較完善的排水設施如隔水層及臺后排水盲溝,以避免土中積水,如圖３-６４所示.U形橋臺臺帽的構造和尺寸要求與相應的橋墩墩帽有許多共同之處,不同的是,臺帽頂面只設置單排支座,在另一側則要砌筑擋住路堤填土的矮錐墻,或稱為背墻.上一頁下一頁返回３.３橋梁墩臺、支座識圖與構造背墻一般做成垂直的,并與兩側側墻連接.如果臺身放坡時,則在靠路堤一側的坡度與臺身一致.在臺帽放置的支座的構造尺寸等可按相應的墩帽構造進行設計.臺身由前墻和側墻構成,側墻與前墻結合,兼有擋土墻和支撐墻的作用.側墻正面一般是直立的,其長度視橋臺高度和錐坡坡度而定.前墻的下緣一般與錐坡下緣相齊.因此,橋臺越高,錐坡越平坦,側墻則越長.側墻尾端應有不小于７５cm的長度伸入路堤內,以保證與路堤有良好的銜接.臺身寬度通常與路基相同.如圖３-６５所示為某U形橋臺構造示意.２.埋置式橋臺上一頁下一頁返回３.３橋梁墩臺、支座識圖與構造橋臺臺身埋置于臺前錐坡內,無須另設翼墻,僅露出臺帽在外以安置支座及上部構造,由臺帽兩端的耳墻與路堤銜接,如圖３-６６所示.埋置式橋臺臺身為圬工實體,臺帽及耳墻采用鋼筋混凝土,圬工數量較省.將臺身埋在錐形護坡中,橋臺所受土壓力小,其體積也相應減小,但錐坡深入到橋孔,壓縮了河道,有時需增加橋長.埋置式橋臺適用于橋頭為淺灘,錐坡受沖刷小的,填土高度在１０m以下的中等跨徑的多跨橋梁.當地質情況較好時,可將臺身挖空成拱形,以節(jié)省圬工,減輕自重.(１)后傾式埋置式橋臺(圖３-６７).后傾式埋置式橋臺實質上屬于一種實體重力式橋臺,它的工作原理是靠臺身重心向后,使重心落在基底截面的形心之后,用以平衡臺后填土的傾覆力矩,但傾斜度應適當.上一頁下一頁返回３.３橋梁墩臺、支座識圖與構造(２)肋形埋置式橋臺(圖３-６８).肋形埋置式橋臺的臺身是由兩塊后傾式的肋板與頂面帽梁連接而成.在橋臺高度≥１０m時需設置連系梁.帽梁、連系梁和肋板均需配置鋼筋,臺身與帽梁、臺身與基礎之間只需布置少量接頭鋼筋,臺身及基礎可采用強度相對較低如C１５的混凝土.(３)樁柱式埋置式橋臺.樁柱式埋置式橋臺對于各種土壤地基均適用,根據橋寬和地基承載力可以采用雙柱(圖３-６９)、三柱或多柱的形式.柱與鉆孔灌注樁相連的稱為樁柱式;柱子嵌固在普通擴大基礎之上的稱為立柱式;完全由一排鋼筋混凝土和樁頂蓋梁(或帽)梁連接而成的稱為柔性柱臺.上一頁下一頁返回３.３橋梁墩臺、支座識圖與構造(４)框架式埋置式橋臺(圖３-７０).框架式埋置式橋臺的優(yōu)點在于其比樁柱式橋臺具有更好的剛度,又比肋形埋置式橋臺挖空率更高,更節(jié)約圬工體積.這種橋臺結構本身存在斜桿,能產生水平分力以平衡土壓力,加上臺身基底較寬,又通過連系梁連接成一個框架整體,因此,穩(wěn)定性較好,可用于填土高度在５m以下的橋臺;其缺點在于必須使用雙排樁基礎,鋼筋和水泥用量都較大.３.輕型橋臺輕型橋臺力求體積輕巧、自重較小,一般由鋼筋混凝土建造而成,借助結構物的整體剛度和材料強度承受外力,可節(jié)省材料,降低對地基強度的要求、擴大應用范圍,可用于軟土地基.上一頁下一頁返回３.３橋梁墩臺、支座識圖與構造(１)薄壁輕型橋臺.薄壁輕型橋臺常用的形式有懸臂式、扶壁式、撐墻式及箱式等,如圖３-７１(a)所示.鋼筋混凝土薄壁式橋臺是由扶壁式擋土墻和兩側的薄壁側墻組成的,如圖３-７１(b)、(c)所示.臺頂由豎直于墻和支于扶壁上的水平板構成,用以支承橋跨結構.兩側薄壁可以與前墻垂直,有時也做成與前墻斜交.一般情況下,懸臂式橋臺的混凝土數量和用鋼量較高、撐墻式與箱式的模板用量較高.薄壁橋臺的優(yōu)點與薄壁橋墩類同,可依據橋臺高度、地基強度和土質等因素選定.(２)支撐梁輕型橋臺.支撐梁輕型橋臺這種橋臺臺身為直立的薄壁墻,臺身兩側有翼墻,在條件許可的情況下,可在輕型橋臺之間或臺與墩間,設置３~５根鋼筋混凝土支撐梁,如圖３-７２所示.上一頁下一頁返回３.３橋梁墩臺、支座識圖與構造梁與橋臺設置錨固栓釘,此時橋臺與支撐梁及上部結構形成四鉸框架結構系統(tǒng),使上部結構與支撐梁共同支撐橋臺承受臺后土壓力,借助兩端臺后的被動土壓力來保持穩(wěn)定.支撐梁輕型橋臺單跨或少跨的小跨徑橋,支撐梁設在沖刷線或河床鋪砌線以下.一般適用于跨徑≤１３m、橋孔≤３孔的梁(板)橋.(３)加筋土橋臺(錨錠板橋臺).加筋土橋臺(圖３-７３)一般由臺帽和豎向面板、拉桿、錨錠板及其間填料共同組合的臺身組成.拉桿兩端分別與豎向面板和錨錠板相連,組成加筋土的擋土結構.其工作原理是:豎向面板后填料的主動土壓力作用到面板上,再通過拉桿將力傳遞給錨錠板,而錨錠板則依靠位于板前且具有一定抗剪能力的土體所產生的拉拔力來平衡拉桿的拉力,使整個結構處于穩(wěn)定狀態(tài).上一頁下一頁返回３.３橋梁墩臺、支座識圖與構造３.３.３橋梁支座的識圖與構造橋梁支座是連接橋梁上部結構和下部結構的重要結構部件,它能將橋梁上部結構的反力和變形可靠地傳遞給橋梁下部結構,從而使結構的實際受力情況與計算的理論圖式相符合.橋梁支座可分為固定支座和活動支座兩大類.橋梁支座設置在橋梁上部結構與墩臺之間(圖３-７４),將上部結構的荷載傳遞給橋墩,并適應活載、溫度、混凝土收縮與徐變等因素產生轉角和位移,使上部結構可自由變形而不產生額外的附加內力,上、下部結構均能保持正常的受力狀態(tài).１.簡易墊層支座上一頁下一頁返回３.３橋梁墩臺、支座識圖與構造簡易墊層支座是由油氈、石棉泥或水泥砂漿墊層做成的簡單的支座,如圖３-７５所示.跨徑為１０m以下的簡支板、梁橋,可不設專門的支座,而將板或梁直接放在上述墊層上.這種支座變形性能較差,固定支座除設置墊層外,還應用錨栓將上、下部結構相連.如油毛氈支座主要作用是隔離梁與墩臺,且不約束梁的順橋向變形.一般是做成三油兩氈的,即兩層油毛氈刷三層瀝青.２.鋼支座鋼支座靠鋼部件的滾動或滑動完成支座位移和轉動,其承載能力突出,對橋梁位移和轉動的適應性良好.上一頁下一頁返回３.３橋梁墩臺、支座識圖與構造(１)平面鋼板支座.平面鋼板支座由上、下兩塊平面鑄鋼板(座板)構成,用于跨度小于８m或１２m的梁式橋.座板之間如加設銷釘,即可構成固定支座.(２)弧形鋼板支座(圖３-７６).弧形鋼板支座是其活動支座由平板支座中的下座板改為圓弧面板而成,在座板間加銷釘或齒板與齒槽,可提高其滑移和轉動性能,用于跨度小于２０m的公路橋、鐵路橋.(３)輥軸鋼支座(圖３-７７).輥軸鋼支座是由在鉸式固定支座的下擺下面加設鋼輥軸和鑄鋼座板而成,輥軸的數量及尺寸根據支承反力的大小來確定,其常用于大跨度梁式橋.３.鋼筋混凝土擺柱式支座上一頁下一頁返回３.３橋梁墩臺、支座識圖與構造鋼筋混凝土擺柱式支座(圖３-７８)適用于跨度等于或大于２０m的梁式橋,能夠承受較大荷載和位移.擺柱式支座由兩塊平面鋼板和一個擺柱組成.擺柱是一個上、下有弧形鋼板的鋼筋混凝土短柱,兩側面設有齒板,兩塊平面鋼板的相應位置設有齒槽,安裝時應使齒板與齒槽相吻合.鋼筋混凝土柱身采用強度等級為C４０~C５０的混凝土制成.４.橡膠支座橡膠支座具有構造簡單、加工方便、節(jié)省鋼材、造價低、結構高度低、安裝方便、減振性能好等優(yōu)點.上一頁下一頁返回３.３橋梁墩臺、支座識圖與構造(１)板式橡膠支座(圖３-７９):常用的板式橡膠支座用幾層包鋼板或鋼絲網做加勁層,支座處于無側限受壓狀態(tài),抗壓強度不高,可用于支承反力為３００kN左右的中等跨徑橋梁.(２)盆式橡膠支座(圖３-８０):將純氯丁橡膠塊放置在鋼制的凹形金屬