高速公路桥梁墩台设计

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  摘要:桥梁是现在交通中不可或缺的部分,任何桥梁都离不开墩台的支撑。在桥梁设计中,可供选择的桥梁墩台形式有多种,在选择具体的适合本桥梁的造型时,要考虑到墩台的形式对工程造价、工程质量及后期养护使用的深远影响,从长久的角度和全面的视图去考虑。下面将结合作者近几年一些施工设计项目,对桥梁墩、台形式的选择及相对应的注意事项进行初步探讨。
  关键词:桥墩;桥台;结构选型
  引言
  为了更好地服务我国经济的发展.公路桥梁大量建设.桥梁墩台的设计、施工方法也越来越多,桥梁墩台的施工方法的合理选择.采取有效的控制措施.可以实现高质量、低成本、更快速的效果。
  1、桥墩选型
  根据目前的设计实践情况,可供选择的桥墩形式,按照构造主要有实体桥墩、空心桥墩、柱式桥墩、框架桥墩等,下面将从桥墩形式、结构特点、适用情况等方面进行概括性探讨。
  1.1、实体桥墩。
  实体重力式桥墩:实体重力式桥墩是一种主要靠自身重力平衡外力的实体圬工墩,桥墩的强度与稳定完全依靠桥墩的自身重力来满足。此种桥墩自身刚度大,抗撞能力强,但同时存在受水流冲击阻力较大的缺陷,对地基的要求也较高,因此这种桥墩形式比较适合修建在地基承载力较高、覆盖层较薄、基岩埋深较浅的地基上。
  实体轻型桥墩:实体轻型桥墩可选用的材料有混凝土、浆砌石块、钢筋混凝土等,这种结构有效减少了圬工体积,减少了工程量,但它的抗冲击能力比较差,受到船只、浮冰或其他漂浮物撞击时,处于十分不利的状态,容易发生结构性、整体性破坏,一般用于中小跨径桥梁上,实体轻型桥墩多采用圆端,以减小水流冲击力度。
  1.2、柱式桥墩。
  柱式桥墩是目前公路桥梁中采用最多的桥墩形式。它具有线条简洁、明快、美观、等特点,既节省了材料又方便施工,特别适用于桥梁宽度较大的城市桥梁和立交桥。柱式桥墩一般有独柱、双柱、多柱等形式,它可以灵活的适应各种桥宽以及地物地貌。
  1.3、空心桥墩。
  部分镂空实体桥墩是一种相对合理的结构形式,他的外形与普通实体桥墩相仿,有较大的圬工体积,少量的钢筋等。由于镂空结构的存在,使混凝土等圬工工程量大大减少,结构趋于合理,提高了经济效益。薄壁空心桥墩基本结构形式与部分镂空实体桥墩相同,但所采用的材料多为强度较高的钢筋混凝土,以达到“薄壁”效果。
  1.4、框架式桥墩。
  框架式桥墩用平面框架(必要时可做成双层或多层的框架)代替墩身,支撑上部结构,一般采用钢筋混凝土或预应力混凝土构件组成。框架式桥墩也可以做成V型、Y型、x型等,这些形式给桥梁建筑增添了新的艺术美感,一改桥墩的笨拙形象;同时这些形式提高了桥梁的跨越能力,缩短了主梁跨径,降低主梁高度,是大跨度桥梁常用的桥墩结构形式。
  1.5、桩式桥墩。
  桩式墩是将钻孔桩基础向上延伸作为桥墩的墩身,在桩顶浇筑盖梁。在墩位上的横向可以是一根或多根桩,设置一排桩时叫排桩墩。这种墩型有很多优点,如节约材料、施工简便、外形简洁,特别适合在平原地区建桥时使用;但是它存在跨度上的局限性(一般小于13m),由于墩身较柔,抗撞能力差,不宜在有漂流物和流速过大的河流中采用。
  2、桥台选型
  桥台位于桥梁两端,是使道路与桥梁连结为整体的结构物,起桥梁支座与河岸护坡的作用,常采用的形式主要有:重力式、轻型、框架式、组合式、承拉式等。
  2.1、重力式桥台。
  重力式桥台主要靠自重来平衡台后的土压力,桥台台身建筑材料多为石砌、片石混凝土或混凝土等圬工材料。依据桥梁跨径、桥台高度及地形条件不同,重力式桥台常采用的类型有U型桥台、埋置式桥台、八字式和一字式桥台等,在铁路上还有T型桥台、十字形桥台等其他形式。
  在U型桥台中台身的作用是抵抗桥跨结构与台后土体的作用力,其翼墙在一定条件下可与前墙共同承担土压力,并形成护坡。八字型和一字型桥台的台身两侧为独立的翼墙,一般要在台身与翼墙之间设置变形逢。这两种形式的桥台要求有稳定的岩土地基,相对较低的桥台,低压缩性河床,中小跨桥多用于跨越人工河道,也可用于立交桥。翼墙外露时还可以起到引导河流的作用。埋置式桥台的台身埋置无翼墙,台帽两端的耳墙直接与路堤相连。它适用于填土高度在l0m以下,桥头为浅滩且冲刷较小的中等跨径的多跨桥。如果地质条件允许,可挖空台身,以减轻自重,节省材料。
  2.2、轻型桥台。
  钢筋混凝土结构充分发挥了钢筋与混凝土各自的长处,其结构在抵抗弯矩方面有很大优势,其特点是结构自重轻,施工方便。轻型桥台又分为薄壁轻型桥台与支撑梁轻型桥台。薄壁轻型桥台常常采用悬臂式、扶壁式、撑墙式、箱式等。悬臂式桥台钢筋与混凝土的用量相对其他形式一般要高,撑墙式与箱型桥台模板用量相对较高。支撑梁轻型桥台在条件允许的情况下,对于单跨或小跨径的桥,可在轻型桥台之间或台墩之间设置支撑梁,构成支撑梁型轻型桥台,增大轻型桥台的承载能力。
  2.3、组合桥台。
  为充分发挥不同部分的作用,将桥跨作用力与台后土体的作用力分由不同的构件承担,从这种思路出发形成了组合桥台。其优点是受力明确,节省材料。缺点是构造复杂,施工不方便。
  2.4、承拉桥台。
  在桥台中,根据受力的需要,要求桥台有抵抗压力和拉力的能力,在设计中必须满足受力要求,此种桥台主要在斜弯桥中使用,用来承受由于荷载的偏心作用而使支座受到的拉力。
  3、桥梁墩台基础施工中的注意事项
  3.1、控制温度
  3.1.1、采用改善骨料级配,用于硬性混凝土,掺混合料,加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量;拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度;热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度,利用浇筑层面散热。   3.1.2、规定合理的拆模时间,气温骤降时进行表面保温,以免混凝士表面发生急剧的温度。施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构,在寒冷季节采取保温措施。改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加强养护,防止表面干缩,特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要,应特别注意避免产生贯穿裂缝,出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的,因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主,其他裂缝为辅。
  3.2、施工工艺的改善
  3.2.1、墩台身混凝土与基础同期浇注情况下,基础弹性模量与墩台身弹性模量相同。即采用相同强度等级的混凝土时比较相似,其收缩接近同步,无论环境温度等如何变化,墩台身均不出现拉应力。所以,在施工步骤上应予重视,尽可能减少基础与墩台施工的时间间隔。
  3.2.2、加强桥梁墩台身的基础以上一定范围内的箍筋布置,减小箍筋在沿墩台身高度方向的间距,尽量采用环形闭口箍筋并与墩台身主筋焊接成网,防止混凝土开裂,减小裂缝宽度。降低材料的入模温度,控制墩台身混凝土的浇注和凝结温度,加强脱模前的养护。控制混凝土配比中的水泥用量,如果水灰比较大,养护的湿度不足,混凝土的收缩就大。
  桥梁墩台所处环境多样而且多变,受力情况不易定性定量的分析,应尽量保证其强度、刚度和稳定性有足够的富余度,而且有足够的适应变形或抵抗变形的能力,以避免墩台由于过大的水平位移、竖向沉降及转角而导致破坏。
  4、结语
  在桥梁总体设计中,应坚持安全性、适用性、耐久性三大原则不动摇,同时兼顾经济、美观要求。桥梁的下部结构,桥墩、桥台等的形式选取与整桥设计相统一,也要满足安全、适用、耐久、经济、美观等要求。另外,桥梁墩台结构形式的选取与现场的使用环境息息相关,同时,桥梁墩台还会经常性的受到各种动力荷载的作用,这对保证桥梁结构安全耐久提出更高的要求。所有这些都要求设计者具备深厚的理论功底与丰富的实践经验,同时又要有相当的洞察力与创新精神,保证桥墩、桥台的设计质量及使用效果,使其选择与布设能够更加经济合理。
  参考文献:
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