理论教育 U形桥台构造简单,底承压面大,应力小

U形桥台构造简单,底承压面大,应力小

时间:2023-10-08 理论教育 版权反馈
【摘要】:U形桥台构造简单,基础底承压面大,应力较小。图1-45 梁桥重力式U形桥台U形桥台台身由前墙和侧墙组成。埋置式桥台挡土采用耳墙,耳墙长度一般不超过3~4m,厚度为0.15~0.3m,高度为0.5~2.5m,其主筋伸入台帽或背墙借以锚固。

U形桥台构造简单,底承压面大,应力小

桥台按其形式划分为:重力式桥台、埋置式桥台、轻型桥台、框架式桥台和组合式桥台。

一、梁桥桥台构造

1.重力式U形桥台

重力式U桥台一般采用砌石、片石混凝土或混凝土等圬工材料就地砌筑或浇筑而成,主要依靠自重来平衡台后土压力,从而保证自身的稳定。U形桥台构造简单,基础底承压面大,应力较小。但圬工体积大,由于自身重力而增加对地基的压力,一般宜在填土高度不大而且跨径在8m以上的桥梁中采用。

U形桥台由台帽、台身(前墙和侧墙)和基础组成,在平面上呈U字形(见图1-45)。前墙除承受上部结构传来的荷载外,还承受路堤的水平压力。前墙顶部设置台帽,以放置支座和安设上部构造,其构造要求与墩帽基本相同。台顶部分用防护墙(雉墙)将台帽与填土隔开,侧墙用以连接路堤并抵挡路堤填土向两侧的压力。

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图1-45 梁桥重力式U形桥台

U形桥台台身由前墙(含上端的防护墙)和侧墙组成。

梁桥U形桥台防护墙顶宽,对片石砌体不小于50cm;对块石料石砌体及混凝土不小于40cm。前墙任一水平截面的宽度,不宜小于该截面至墙顶高度的0.4倍,背坡一般采用5∶1~8∶1,前坡为10∶1或直立,桥台前墙的下缘一般与锥坡下缘相齐。侧墙长度可根据锥形护坡长度决定。尾端上部做成垂直,下部按一定坡度缩短,前端与前墙相连,改善了前墙的受力条件。侧墙外侧直立,内侧为3∶1~5∶1的斜坡,侧墙顶宽一般为60~100cm。任一水平截面的宽度,对片石砌体不小于该截面至墙顶高度的0.4倍,对块石、料石砌体及混凝土不小于0.35倍。如桥台内填料为透水性良好的砂性土或砂砾,则上述两项可相应减为0.35倍和0.3倍。

桥台内的填土容易积水,应注意防水,防止冻胀,以免桥台结构开裂。为了排除桥台前墙后面的积水,应于侧墙间略高于高水位的平面上铺一层向路堤方向设有斜坡的夯实黏土作为防水层,并在黏土层上再铺一层碎石,将积水引向设于桥台后横穿路堤的盲沟内。

基础尺寸可参照桥墩拟定。

桥台两侧设锥坡,坡度由纵向的1∶1逐渐变到横向的1∶1.5,锥坡的平面形状为1/4椭圆,用土夯实填筑,其表面用片石砌筑。

2.埋置式桥台

当路堤填土高度超过6~8m时,可采用埋置式桥台,见图1-46。它是将台身埋在锥形护坡中,只露出台帽,以安放支座和上部结构。由于台身埋入土中,利用台前锥坡产生的土压力来抵消部分台后填土压力,可以增加桥台的稳定性,桥台的尺寸也相应减小,不需另设翼墙,桥台圬工数量较省。但埋置式桥台的锥坡挡水面积大,对桥孔下的过水面积有所压缩。因此,仅适用于桥头为浅滩,溜坡受冲刷较小,填土高度在10m以下的中等跨径的多跨桥中。

埋置桥台的台身可用混凝土、片石混凝土或浆砌块石筑成,台帽及耳墙用钢筋混凝土做成。台身常做成向后倾斜,这样可减小台后土压力和基底合力偏心距。但施工时应注意桥台前后均匀填土,以防倾倒。由于作用在桥台上的水平力较U形桥台小,在拟定尺寸后,台身底部可略大于顶部尺寸,最后由验算确定。埋置式桥台挡土采用耳墙,耳墙长度一般不超过3~4m,厚度为0.15~0.3m,高度为0.5~2.5m,其主筋伸入台帽或背墙借以锚固。

埋置式桥台台顶部分的内角到路堤锥坡表面的距离不应小于50cm,否则应在台顶缺口的两侧设置横隔板,使台顶部分与路堤锥坡的填土隔开,防止土壅到支承平台上。桥台通过耳墙与路堤衔接,耳墙伸进路堤的长度一般不小于50cm。

埋置衡重式高桥台,利用衡重台及其上的填土重力平衡部分土压力,在高桥中圬工较省,如图1-47所示。它适用于跨径大于20m,高度大于10m的跨深沟及山区特殊地形的桥梁。

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图1-46 埋置式桥台

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图1-47 埋置衡重式高桥台

3.轻型桥台

轻型桥台通常用钢筋混凝土或圬工材料砌筑。圬工轻型桥台只限于桥台高度较小的情况,而钢筋混凝土轻型台应用范围更广泛。从结构形式上分,轻型桥台有薄壁型轻型桥台和支撑梁型轻型桥台。

(1)薄壁轻型桥台 常用的形式有悬壁式、扶壁式、撑墙式和箱式等,如图1-48所示,其主要特点是利用钢筋混凝土结构的抗弯能力来减少圬工体积从而使桥台轻型化。相对而言,悬壁式桥台的柔性较大,钢筋用量较大;而撑墙式和箱式桥台刚度大,但模板用量多。

用得较多的钢筋混凝土薄壁轻型桥台,是由扶壁式挡土墙和两侧的薄壁侧墙构成。挡土墙由厚度不小于15cm的前墙和间距为2.5~3.5m的扶壁组成。其顶帽及背墙成L形,并与其下的倒T形竖墙台身及底板连成钢筋混凝土整体结构。

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图1-48 薄壁轻型桥台

a)悬壁式 b)扶壁式 c)撑墙式 d)箱式

(2)支撑梁轻型桥台 用于跨径不大于13m的板(梁)桥,且不宜多于3孔,全长不大于20m。在墩台基础间设置支撑梁,在上部结构与台锚之间设置锚固栓钉连接,使上部结构与支撑梁共同支撑桥台,承受台后土压力(图1-49),减小桥台尺寸,节省圬工数量。其主要特点是:1)利用上部结构及下部的支撑梁作为桥台的支撑,防止桥台向跨中移动或倾覆。2)整个构造物成为四铰刚构系统,台身按上下铰接支承的弹性地基梁验算。

台帽为钢筋混凝土,混凝土强度不低于C20,厚度不小于30cm,并设5~10cm的挑檐。当填土高度较高或跨径较大时,宜采用有台背的台帽。当上部构造不设三角垫层时,可在台帽上做成有斜坡的三角垫层。上部构造与台帽间应用栓钉连接,栓钉孔、上部结构与台背之间需用小石子混凝土(强度同上部结构)或砂浆(M12)填实(图1-50)。栓钉直径不宜小于上部构造主筋的直径,锚固长度为台帽厚度加上三角垫层和板厚。

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图1-49 带耳墙轻型桥台(单位尺寸:m)

1—上部构造 2—锚固栓钉 3—立柱 4—耳墙 5—支撑梁 6—基础

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图1-50 上部构造与锚固栓钉连接

1—上部构造 2—锚固栓钉 3—立柱

台身用混凝土或浆砌块石砌筑,混凝土强度不低于C15,砂浆强度不低于M5,块石强度不低于MU25。台身厚度(含一字翼墙):块石砌体不宜小于60cm,混凝土不宜小于30~40cm,两边坡度为直立。①两边翼墙与桥台连成整体,成为一字形桥台(图1-51b),②把翼墙与桥台设缝分离,翼墙与水流方向成30°夹角,成为八字形桥台(图1-51a)。③为了节约圬工数量,也可在边柱上设置耳墙(图1-51c)。④为了增加桥台抵抗水平推力的抗弯刚度,也可将台身做成T形截面(图1-51d)。八字翼墙的顶面宽度:混凝土不宜小于30cm,块石砌体不宜小于50cm,端部顶面应高出地面20cm。

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图1-51 支撑梁轻型桥台

a)八字形桥台 b)一字形桥台 c)边柱上设耳墙 d)台身做成T形

1—桥台 2—耳墙 3—边柱 4—支撑梁

轻型桥台基础按支承于弹性地基上的梁进行验算,一般用混凝土浇筑。当其长度大于12m时,应按构造要求配筋。基础埋置深度一般在原地面(无冲刷时)或局部冲刷线以下不小于1m。

桥台下端与相邻桥台(墩)之间设置支撑梁,并设在铺砌层及冲刷线之下。支撑梁可用20cm×30cm的钢筋混凝土筑成,或用尺寸不小于40cm×40cm的混凝土或块石砌筑。支撑梁按基础长度之中线对称布置,其间距约2~3m。当基础能嵌入风化岩层15~25cm时,可不设支撑梁。

4.框架式桥台

框架式桥台由台帽、立柱和基础组成,是一种在横桥向呈框架式结构的钢筋混凝土轻型桥台。它采用埋置式,台前设置溜坡,所受的土压力较小,适用于多种基础形式、台身较高、跨径较大的梁桥,是目前桥梁中采用较多的桥台形式。其构造形式有柱式、肋板式、半重力式和双排架式、板凳式等。

柱式桥台指台帽置于立柱上,台帽两端设耳墙以便与路堤衔接,台身与基础的构造和柱式、桩柱式桥墩相似。可以在浅基础上设立柱,形成柱式桥台;也可在桩基础顶部直接设立柱形成桩柱式桥台。这种结构的特点是构造简单、圬工数量小,适用于填土高度小于5m的情况(图1-52)。框架柱式桥台的立柱可采用双柱式或多柱式,根据桥宽确定,尺寸可参照桩柱式桥墩拟定,并通过计算配筋。钢筋的上、下端分别伸入台帽、桩基、浅基。立柱一般用普通箍筋柱。

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图1-52 框架柱式桥台

当填土高度大于5m时,用钢筋混凝土薄墙(肋板)代替立柱支承台帽,即成为肋板式桥台。可以在浅基础上设置肋板;也可在桩基础顶部设承台,承台上设置肋板支承台帽,当水平力较大时,桩基础设置成双排或多排桩。台帽两端同样设耳墙便于同路堤衔接,必要时在台帽前方两侧设置挡土板(图1-53)。肋板式桥台,墙厚一般为0.4~0.8m,通过计算配筋。

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图1-53 框架肋板式桥台

半重力式桥台。与肋板式桥台相似,只是墙更厚,不设钢筋。半重力式桥台与墙式桥台常用桩做基础,桩径一般为0.6~1.0m,桩数根据受力情况结合地基承载力决定。半重力式桥台墙厚较大,不设钢筋,尺寸亦通过计算确定。(www.daowen.com)

当水平力较大时,桥台可采用双排架式或板凳式,它由台帽、台柱和承台组成。排架装配式桥台如图1-54所示。

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图1-54 框架排架装配式桥台(单位:m)

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图1-55 锚锭板式组合桥台

a)分离式 b)组合式

1—主梁 2—立柱 3—台身 4—挡土墙 5—拉杆 6—锚锭板

5.组合式桥台

为使桥台轻型化,可以将桥台上的外力分配给不同对象来承担,桥台本身主要承受桥跨结构传来的竖向力和水平力,而台后的土压力由其他结构来承担,这就形成了由分工不同的结构组合而成的桥台,即组合式桥台。常见的组合式桥台有锚碇板式、过梁式、框架组合式以及桥台与挡土墙组合式等。

(1)锚锭板式组合桥台 锚锭板式组合桥台有分离式与结合式两种形式。分离式是台身与锚锭板、挡土结构分开,台身主要承受上部结构传来的竖向力和水平力,锚锭板结构承受土压力。锚锭板结构由锚锭板、立柱、拉杆和挡土板组成,如图1-55a所示,桥台与结构间预留空隙、基础分开,互不影响,受力明确。结合式是锚锭板结构与台身结合在一起,台身兼做立柱和挡土板(图1-55b)。作用在台身的所有水平力假定均由锚锭板的抗拔力来平衡,台身仅承受竖向荷载,与分离式锚锭板结构相比,其结构简单、施工方便、工程量较小,但受力不很明确。

(2)过梁式、框架式组合桥台 桥台与挡土墙用梁结合在一起的桥台为过梁式组合桥台,使桥台与桥墩的受力相同。当梁与桥台、挡土墙刚结,则形成框架式组合桥台,如图1-56。

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图1-56 框架式组合桥台

(3)桥台与挡土墙组合桥台 由轻型桥台支承上部结构,台后设挡土墙承受土压力的组合式桥台。台身与挡土墙分离,上端做伸缩缝,使受力明确。当地基条件比较好时,也可将桥台与挡墙放在同一基础之上(图1-57)。这种桥台主要优点是可以不压缩河床,但构造比较复杂。

在梁桥中,除上述桥台以外,还有一些特殊形式的桥台,如根据上部结构需要及受力要求,具有承压和承拉功能的承拉桥台如图1-58;桥台下土质比较密实,河床比较稳定,无冲刷,直接搁于地基上的枕梁式桥台(图1-59)等。

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图1-57 桥台与挡土墙组合桥台

1—防水伸缩缝 2—AIB配方隔离涂层 3—桩

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图1-58 承拉桥台

1—氯丁橡胶 2—悬臂腹板 3—预应力钢束 4—端横梁

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图1-59 枕梁式桥台

1—枕梁 2—碎石垫层 3—梁 4—护坡

二、拱桥桥台构造

1.重力式U形桥台

重力式U形桥台在拱桥中用得最多,其构造与梁桥U形桥台相仿,也是由前墙、侧墙和基础三部分组成(图1-60)。前墙承受拱圈推力和路堤填土压力。前墙上设有台帽,构造和拱桥墩帽相同。对空腹式拱桥,在前墙顶设有防护墙。侧墙和前墙连成整体,伸入路堤锥坡内75cm,并抵挡路堤填土向两侧的压力。

2.组合式桥台

组合式桥台由台身和后座两部分组成(图1-61)。台身基础承受竖向力,一般采用桩基础。

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图1-60 拱桥重力式U形桥台

1—侧墙 2—前墙 3—基础 4—防护墙 5—台帽 6—锥坡

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图1-61 组合式桥台

1—沉降变形缝 2—后座 3—基桩

拱的水平推力主要由后座基底摩阻力及台后的土侧压力来平衡。组合式桥台的承台与后座间必须密切贴合,并设置沉降变形缝,以适应两者的不均匀沉降。后座基底标高应低于拱脚下缘标高,桥台后土侧压力和基底摩阻力的合力作用点同拱座中心标高一致。

3.轻型桥台

(1)八字形轻型桥台 台身可做成等厚或变厚的。变厚度的台身背坡一般为2∶1~4∶1,台口尺寸应满足抗剪强度要求。两边八字翼墙与台身分开,其顶宽为40cm,前坡为10∶1,后坡为5∶1(图1-62)。

(2)前倾式轻型桥台 由于台身向桥孔方向倾斜,因此比直立台身的受力情况要好,用料要省。前倾台身可做成等厚度的,前倾坡度可达4∶1。其缺点是施工比较麻烦(图1-63)。

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图1-62 八字形桥台

1—台身 2—八字翼墙 3—基础

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图1-63 前倾式一字形桥台

此外,拱桥轻型桥台还有多种形式,如U字形桥台(图1-64),由前墙(等厚度的)和平行于行车方向的侧墙组成。当桥台宽度较大时,为了保证前墙和侧墙的整体性,可在U字形桥台的中间加一道背撑,成为山字形桥台。当拱桥在软土地基而桥台本身不高时,可采用空腹L形桥台(图1-65)、履齿式桥台、屈膝式桥台等。

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图1-64 U字形桥台

1—前墙 2—侧墙 3—基础

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图1-65 空腹L形桥台

1—前墙 2—后墙 3—基础板 4—撑墙

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