墩台与基础 道路与桥隧工程

-闵涛 第十章 墩台与基础桥梁墩台及其基础构造1 桥梁基础施工2 桥梁墩台施工3 了解涵洞类型、结构组成学习要求 能进行各种涵洞施工了解涵洞的类型及组成掌握各类涵洞的施工方法熟悉施工规范 熟悉各类涵洞的构造与施工工艺 桥 墩 、 桥 台 为 桥 梁 的 下 部 结 构 ， 是 桥 梁 的 重 要 组 成 部 分 之 一 。 桥 梁 墩 台 的 主 要 作 用 是 承 受 上 部 结 构 传 来 的 荷 载 ,并 将 它 及 本身 自 重 传 给 地 基 。 桥 墩 支 承 相 邻 的 两 孔 桥 跨 ， 居 于 桥 梁 的 中 间 部 位 。 桥 台 居 于 全 桥 的 两 端 ， 它 的 前 端 支 承 桥 跨 ,后 端 与 路 基 衔 接 ，起 着 支 挡 台 后 路 基 填 土 并 把 桥 跨 与 路 基 连 接 起 来 的 作 用 。一、墩台的作用与要求10.1 桥梁墩台及其基础构造 桥 梁 墩 台 除 承 受 上 部 结 构 的 作 用 力 外 ， 桥 墩 还 受 到 风 力 、流 水 压 力 及 可 能 发 生 的 冰 压 力 、 船 只 和 漂 流 物 的 撞 击 力 ， 桥 台还 需 承 受 台 背 填 土 及 填 土 上 车 辆 荷 载 产 生 的 附 加 侧 压 力 。 因 此 ， 桥 梁 墩 台 不 仅 本 身 应 具 有 足 够 的 强 度 、 刚 度 和 稳定 性 ， 而 且 对 地 基 的 承 载 能 力 沉 降 量 、 地 基 与 基 础 之 间 的 摩阻 力 等 也 都 提 出 一 定 的 要 求 。 10.1 桥梁墩台及其基础构造 二 、 墩 台 的 组 成桥 梁 墩 (台 )主 要 由 墩 (台 )帽 、 墩 (台 )身 和 基 础 三 部 分 组 成 。10.1 桥梁墩台及其基础构造 三 、 桥 墩 构 造 10.1 桥梁墩台及其基础构造1重力式桥墩 重力式桥墩由墩帽、墩身和基础三部分组成。墩身的平面形状，在河中可以做成圆端形或尖端形，在无水岸墩或高架桥也可做成矩形，在水流与桥梁斜交时，可做成圆形。 2钢筋混凝土薄壁桥墩 由于重力式桥墩重力大，当地基土质条件较差时，为了减轻地基的应力，可考虑采用钢筋混凝土薄壁桥墩。3V形桥墩和Y形桥墩 大跨径桥梁，当上部结构为连续梁时，为了缩短桥梁的跨径，桥墩结构可采用V形桥墩和Y形桥墩。由于这种桥墩能缩短上部结构的跨径，所以上部结构所产生的弯矩比用其他形式的桥墩减少很多。10.1 桥梁墩台及其基础构造 V形桥墩Y形桥墩 10.1 桥梁墩台及其基础构造 4柱式桥墩和桩柱式桥墩 柱式桥墩和桩柱式桥墩是公路桥梁采用较多的桥墩形式之一，它能减轻墩身的重力，节约圬工材料，外形又较美观。10.1 桥梁墩台及其基础构造 5柔性排架桩墩 柔性排架桩墩是有成排打入的钢筋混凝土桩构成的，一般在墩高小于57m，跨径小于13m的桥梁上使用。 10.1 桥梁墩台及其基础构造 四 、 桥 台 构 造1.重力式桥台 重 力 式 桥 台 也 称 实 体 式 桥 台 ， 它 主 要 靠 自 重 来 平 衡 台 后 的土 压 力 。 桥 台 台 身 多 用 石 砌 、 片 石 混 凝 土 或 混 凝 土 等 圬 工 材料 建 造 ， 并 采 用 就 地 建 造 施 工 方 法 ， 适 合 于 砂 石 料 来 源 丰 宫的 桥 梁 工 点 选 用 。 它 的 形 状 简 单 ，施 工 方 便 ， 但 工 程量 大 ， 目 前 已 较 少采 用 。 当 填 土 不 高 、桥 跨 较 小 且 桥 面 不宽 时 可 考 虑 采 用 。U形 桥 台10.1 桥梁墩台及其基础构造 2.钢筋混凝土薄壁桥台 钢 筋 混 凝 土 薄 壁 桥 台 是 由 扶 壁 式 挡 土 墙 和 两 侧 的 薄 壁 侧 墙所 构 成 。 这 种 桥 台 比 重 力 式 U形 桥 台 可 减 少 圬 工 体 积 40 50 ， 同 时 还 因 自 身 重 力 轻 而 减 小 对 地 基 的 压 力 。 但 其 构 造 复杂 ， 钢 筋 用 量 也 比 较 多 ， 适 用 于 在 软 土 地 基 上 建 造 的 桥 梁 。10.1 桥梁墩台及其基础构造 3.埋置式桥台 埋 置 式 桥 台 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 。 埋 置 式 桥 台 利 用 台 前 锥 坡 产 生 的 土 压 力 来抵 消 台 后 的 主 动 土 压 力 ， 可 以 增 加 桥 台 的 稳 定 性 ， 桥 台 的 尺寸 也 相 应 减 小 。 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 。 10.1 桥梁墩台及其基础构造 4.组合式桥台 组 合 式 桥 台 由 台 身 和 后 座 两 部 分 组 成 (如 图 2-5-7)。 台 身 基础 承 受 竖 向 力 ， 一 般 采 用 桩 基 础 。 拱 的 水 平 推 力 则 主 要 由 后座 基 底 摩 阻 力 及 台 后 的 土 侧 向 压 力 来 平 衡 。10.1 桥梁墩台及其基础构造 10.1 桥梁墩台及其基础构造 五 、 基 础1.浅基础 桥 梁 基 础 根 据 埋 置 深 度 分 为 浅 基 础 和 深 基 础 。 一 般 将 埋 置 深 度较 浅 (一 般 在 数 米 以 内 )， 且 施 工 简 单 的 基 础 称 为 浅 基 础 ； 由 于 浅层 土 质 不 良 ， 需 将 基 础 置 于 较 深 的 良 好 土 层 上刚性扩大基础 单独和联合基础10.1 桥梁墩台及其基础构造 2.桩基础 桩 基 础 是 由 设 置 在 土 中 或 部 分 置 于 土 中 的 桩 和 承 台 连 接 而 成 的深 基 础 ， 桩 基 础 由 桩 和 承 台 两 个 部 分 组 成 ， 如 图 所 示 。 桩 在 平 面排 列 上 可 成 为 一 排 或 几 排 ， 桩 顶 由 承 台 联 成 整 体 并 传 递 荷 载 。 在承 台 上 再 修 筑 桥 墩 或 桥 台 以 及 上 部 结 构 ， 桩 身 可 全 部 或 部 分 埋 入地 基 土 中 ， 当 桩 身 外 露 在 地 面 以 上 较 高 时 ， 在 桩 之 间 应 加 设 横 系梁 ， 以 加 强 各 桩 的 横 向 联 系 。10.1 桥梁墩台及其基础构造 3.沉井基础 沉 井 是 井 筒 状 的 结 构 物 。 它 是 以 井 内 挖 土 ， 依 靠 自 身 重 力 克 服井 壁 摩 阻 力 后 下 沉 到 设 计 高 程 ， 然 后 经 过 混 凝 土 封 底 并 填 塞 井 孔 ，使 其 成 为 桥 梁 墩 台 或 其 它 结 构 的 基 础沉井下沉示意图 沉井基础10.1 桥梁墩台及其基础构造 浅基础浅平基明挖（扩大）基础桩 基 础沉 井 （ 沉 箱 基 础 ）管 柱 基 础地 下 连 续 墙深 基 础预制桩、就地灌筑桩；沉入桩、钻（挖）孔桩10.2 桥梁基础施工 一、旱地基础的基坑开挖 坑壁不加固的基坑垂直开挖 土质湿度正常，结构均匀深度松软土0.75m，中密1.25m,密实2.0m10.2 桥梁基础施工 放坡开挖坑壁土 坑 壁 坡 度 基坑顶缘 无载重 基坑顶缘有 静载 基坑顶缘 有动载 砂土类 1 1 1 1.25 1 1.5 碎石类土 1 0.75 1 1 1 1.25 黏性土、 粉土 1 0.33 1 0.5 1 0.75 极软岩、 软岩 1 0.25 1 0.33 1 0.67 较软岩 1 0 1 0.1 1 0.25 极硬岩、 硬岩 1 0 1 0 1 0 基坑坑壁坡度表 注：坡度坡的高度与坡的水平距离之比 10.2 桥梁基础施工 基坑开挖 注意： 边坡稳定 不中断人工或机械施工弃土、动载开挖、砌筑、回填、夯实防水 反坡、截水沟10.2 桥梁基础施工 坑壁加固的基坑使用条件：坑深、土方量大 、场地窄 、土 松 、水大。加固方式：挡板支撑、喷射混凝土 、混凝土围圈等 。横挡板支撑竖挡板支撑10.2 桥梁基础施工 框架式10.2 桥梁基础施工 大面积基坑支撑10.2 桥梁基础施工 喷射混凝土 构造与施工要求：现浇混凝土围圈基 坑 垂 直 开 挖 ， 自 上而 下 ， 逐 段 立 模 灌 筑混 凝 土 ， 壁 厚 8 15cm，每 层 高 1.0 1.5m， 24h拆 模10.2 桥梁基础施工 二、水中基础的基坑开挖围 堰 要 求 ： 满 足 基 础 施 工 要 求 ； 防 水 性 好 ；满 足 强 度 和 稳 定 要 求 ； 堰 顶 在水 位 以 上 0.5m； 对 河 床 断 面 压 缩 小围 堰 形 式 ： 土 、 石 围 堰 、 草 （ 麻 ） 袋 围 堰 、 钢 板 桩 围堰 、 钢 筋 混 凝 土 板 桩 围 堰 、 套 箱 围 堰 和 木（ 竹 ） 笼 围 堰 。 10.2 桥梁基础施工 主桥墩采用28m直径双壁钢围堰加16根直径3m钻孔灌注桩基础，具有较高的防船舶撞击能力。黄 石 长 江 大 桥 桥梁基础施工 6.2 水中基础的开挖 三、基坑排水 排 水 方 法 ： 集 水 排 水 、 井 点 法 降 水 集水排水法v抽水设备：渗水量约1.52.0倍v优点：设备简单，费用低；v缺点：黏聚力小的土中易涌沙10.2 桥梁基础施工 井 点 降 水 法类型:抽水:轻型井点、喷射井点 、射流泵井点 、深井泵井点真空泵、离心泵、多级离心泵或独立泵 水中挖基抓土斗、空气吸泥机、水力吸泥机10.2 桥梁基础施工 施工工序四、沉入桩基础10.2 桥梁基础施工 混 凝 土 桩 的 预 制 10.2 桥梁基础施工 方法锤击振动射水静压沉管灌注 施工方法10.2 桥梁基础施工 单 打 汽 锤 10.2 桥梁基础施工 震 动 打 桩 机 10.2 桥梁基础施工 水中桩基的施工 （1）钢板桩围堰法（2）吊箱围堰法（3）打桩船法（4）套箱式模板修筑承台先围堰后沉桩，先沉桩后围堰顺序：搭设平台 打钢板桩 装支撑 水中挖土 沉桩 水下混凝土封底 抽水 筑承台。有底套箱10.2 桥梁基础施工 施工主要工序： 准备工作 场地准备 旱 地 ： 浅 水 ： 深 水 ：平整 、 夯实场地围囹法筑岛场地准备埋设护筒制备泥浆钻孔清孔钢筋笼入孔灌注水下混凝土等五、钻孔桩基础10.2 桥梁基础施工 （2）埋设护筒护筒的作用护筒的埋置深度固定桩位、导向头 、隔离地面水 、保护孔口 、提高水位。 黏土、粉土 砂土土岛护筒顶护筒厚度钢48mm钢筋混凝土： 810cm地下1.0m地下2.0m河床底面以下1.0m高出施工水位2.0m,地面以上0.5m10.2 桥梁基础施工 护 壁 套 筒 10.2 桥梁基础施工 （ 3） 泥 浆 制 备护壁机理其它作用土质化学处理剂净化孔壁土体液态支撑；形成泥皮稳定孔壁 悬浮钻渣、润滑钻具 、正循环排渣。膨润土，水的PH值78之间，不含杂质 重力沉淀法；振动筛净孔法。无机：纯碱等。促使颗粒分散、防止凝聚下沉有机：丹宁液、拷胶液等降低粘度 10.2 桥梁基础施工 泥 浆 池 10.2 桥梁基础施工 冲击法冲抓法旋转法钻孔 钻 孔10.2 桥梁基础施工 冲击钻机钻孔钻头十字形管形10.2 桥梁基础施工 十 字 钻 头 10.2 桥梁基础施工 孔 径 0.82.0m； 孔 深 80m 孔 径 1.22.5m； 孔 深 80m10.2 桥梁基础施工 冲 击 钻 孔 的 施 工 要 点邻 孔 混 凝 土 达 2.5MPa后 开 钻 ； 开 孔 小 冲程 ； 孔 深 为 钻 头 高 加 冲 程 后 正 常 冲 击 。中 、 低 冲 程 ：1 2m 中 等 冲 程 ：2 3m 高 冲 程 ：3 5m分级扩钻粘性土、风化层、砾砂石等砂卵石等基岩、漂石和密实卵石层十字形钻头钻 1.5m以上孔径分2级管形钻头0.7m以上孔分24级10.2 桥梁基础施工 冲抓钻机钻孔10.2 桥梁基础施工 旋转钻机钻孔类型人工推钻、机械推钻或螺旋钻、正循环旋转、反循环旋转钻、潜水钻等。10.2 桥梁基础施工 正 循 环 钻 结 构 示 意 图10.2 桥梁基础施工 10.2 桥梁基础施工 反 循 环 钻 结 构 示 意 图10.2 桥梁基础施工 常 见 事 故 ： 坍 孔 、 钻 孔 漏 浆 、 弯 孔 、 糊 钻 、 缩 孔 、 梅花 孔 、 卡 钻 和 掉 钻 。 钻孔事故10.2 桥梁基础施工 清孔、钢筋笼入孔 及浇筑水下混凝土目的和方法目的方法减薄沉淀，提高孔底承载力沉渣厚度：柱 7cm；摩擦柱 30cm。抽渣法，吸泥法，换浆法。及时清孔防泥浆沉淀；补充清水和新泥浆，保持水位。柱桩灌注前，应射水冲孔35min，水压0.05MPa。 清 孔施工要点 10.2 桥梁基础施工 钢筋笼入孔10.2 桥梁基础施工 钻 孔 桩的 质 量 检 验检 验 目 的 质 量 要 求 检 测 方 法 了 解 桩 的 承 载力 大 小 ； 桩的 质 量 是 否 符合 要 求 。 强 度 要 求 ； 无 夹 层断 桩 ； 无 混 凝 土 离析 桩 底 高 程 ； 桩底 沉 淀 层 厚 度 要 求 。 混 凝 土 试 件 检 测 ； 检 测管 超 声 波 检 测 ； 钻 孔 取 芯 样检 测 。 动 力 试 桩 case法 检 测 承 载 力 墩 台 施 工 方 法 现 场 就 地 浇 筑 与 砌 筑现 场 拼 装 预 制 （ 混 凝 土 、 钢 筋 混 凝土 、 预 应 力 混 凝 土 ） 块 件墩 台 施 工 过 程 模 板 工 程混 凝 土 工 程砌 体 工 程墩 台 施 工 基 本 要 求 ： 保 证 其 位 置 、 高 程 、 各 部 分 尺 寸 与 材 料 强 度 均 符合 设 计 的 规 定 。 10.3 桥梁墩台施工 一、墩台模板类型与构造模 板 是 保 证 桥 梁 墩 台 施 工 精 度 的 基 础 。 模 板 的 构 造 要 求（ 1） 尺 寸 准 确 ， 构 造 简 单 ， 便 于 制 作 、 安 装 和 拆 卸 ；（ 2） 具 有 足 够 的 强 度 和 刚 度 ， 能 承 受 各 种 荷 载 ；（ 3） 结 构 紧 密 不 漏 浆 ， 外 表 面 模 板 平 整 、 光 滑 ；（ 4） 便 于 混 凝 土 浇 筑 。 10.3 桥梁墩台施工 模 板 制 作 的 允 许 偏 差 模 板 安 装 的 允 许 偏 差 模 板 的 类 型类 型 拼 装 式 模 板常 备 式 组 合 钢 模 板滑 升 模 板整 体 吊 装 模 板 10.3 桥梁墩台施工 （ 1） 拼 装 模 板板 扇 划 分 原 则 ： 类 型 少 ， 尺 寸 符 合 墩 台 和 起 吊 要 求板 扇 划 分 示 意 图 （ mm）(a) 圆 端 形 桥 墩 (b)圆 形 桥 墩 10.3 桥梁墩台施工 模 板 骨 架 10.3 桥梁墩台施工 钢 模 墩 身 帽 梁10.3 桥梁墩台施工 木 模 10.3 桥梁墩台施工 10.3 桥梁墩台施工 （ 2） 整 体 吊 装 模 板 10.3 桥梁墩台施工 墩 身 模 板 及 浇 注 -110.3 桥梁墩台施工 墩 身 模 板 及 浇 注 -210.3 桥梁墩台施工 二、混凝土浇筑为 防 止 墩 台 基 础 的 第 一 层 混 凝 土 中 的 水 分 被 基 底 吸收 或 基 底 水 分 渗 入 混 凝 土 ， 应 满 足 以 下 要 求 ： 如 果 为 湿 土 时 ， 应 在 基 底 设 计 高 程 下 铺 填 一层 1015cm厚 片 石 或 碎 石 层 。 基 底 为 非 粘 性 土 或 干 土 时 ， 应 将 其 湿 润 。 如 为 岩 石 时 ， 应 将 其 湿 润 ， 铺 一 层 厚 23cm水 泥 浆 ， 然 后 在 浆 凝 结 前 浇 筑 混 凝 土 。10.3 桥梁墩台施工 墩 台 是 大 体 积 圬 工 ， 为 避 免 水 化 热 过 高 ， 导 致 混 凝土 因 内 外 温 差 引 起 裂 缝 ， 可 采 取 如 下 措 施 ：改 善 集 料 级 配 、 降 低 水 灰 比采 用 C3A、 C3S含 量 小 、 水 化 热低 的 水 泥减 小 浇 筑 层 的 厚 度 ， 加 快 混凝 土 散 热 速 度用 料 避 免 太 阳 曝 晒混 凝 土 内 埋 置 冷 却 管 通 水 冷 却10.3 桥梁墩台施工 水 化 热 产 生的 裂 缝 10.3 桥梁墩台施工 （ 1） 石 料 ： 石 料 及 砂 浆类 型 ： 漂 石 、 片 石 、 块 石 、 粗 料 石 、 半 细 料 石 及细 料 石 。强 度 等 级 ： 70mm立 方 体 的 抗 压 极 限 强 度 MU10MU120。（ 2） 砂 浆 ：强 度 等 级 ： 70.7mm立 方 体 的 抗 压 极 限 强 度 M10M20。三、砌体墩台施工10.3 桥梁墩台施工 （ 1） 挂 线 砌 筑 或 配 料 设 计 图 砌 筑 施 工 要 点 ：桥 墩 配 料 大 样 图 a） 桥 墩 I-I剖 面 b） 桥 墩 II-II剖 面10.3 桥梁墩台施工 （ 2） 坐 浆 或 不 坐 浆（ 3） 砌 石 顺 序 ： 角 石 镶 面 石 腹 石（ 4） 允 许 偏 差 ：项 目 允 许 偏 差 （ mm）片 石 块 石 粗 料 石 （ 混 凝 土块 ）砌 体 边 距 设 计 中 心 线 尺 寸 30 20 15顶 面 高 程 15 15 15两 相 邻 砌 块 外 表 面 相 互 错 开 5 3垂 直 度 或 坡 度 0.5 0.3 0.3轴 线 偏 位 10 10 10 大 面 积 平 整 度 50 20 10 10.3 桥梁墩台施工 本章小结桥梁墩台与基础是桥梁工程的重要组成部分，主要由墩(台)帽、墩(台)身和基础三部分组成。公路桥梁上常用的墩、台形式大体上可以归纳为两大类：梁桥墩台和拱桥墩台。梁桥桥墩按其构造可分为实体桥墩、空心桥墩、柱式排架桩墩、柔性墩和框架墩等五种类型；拱桥桥墩按其构造可分为重力式桥墩、桩柱式桥墩和单向推力墩。梁桥桥台按其构造可分为重力式U形桥台、钢筋混凝土薄壁桥台、埋置式桥台、轻型桥台、枕梁式桥台等五种类型；拱桥桥台按其构造可分为重力式U形桥台、组合式桥台、空腹L形桥台、轻型桥台、履齿式桥台、屈膝式桥台等类型。桥梁基础根据埋置深度分为浅基础和深基础。浅基础主要有刚性扩大基础、单独和联合基础和条形基础；深基础主要由桩基础和沉井基础组成。浅基础基础施工时要重点考虑基坑开挖情况，要根据地基、地下水位等情况确定开挖的方法和支护方案，水中开挖还需要进 行围堰。桩基础施工时要根据地层情况选择合适的施工机械，采用打入或钻孔的方法进行施工。沉井施工要根据现场情况选择岸上沉井施工还是水中沉井施工，从而选择合适的施工方案。 小知识坐落在法国南部塔恩河谷的米约大桥是目前世界上最高的大桥，桥面与地面最底处垂直距离达270米。米约大桥是斜拉式桥梁。全长达2460m，最高的桥墩达到343米，超过埃菲尔铁塔23米。 思考题1、桥墩按照构造可以分为几种？其主要特点是什么？2、桥台按照构造可以分为几种？其主要特点是什么？3、桥梁基础可以分为哪些类型？4、常用的围堰按其构造可以分为几种？其适用条件是什么？5、桩基础分为哪些类型？6、简述正循环和反循环旋转钻机钻孔的原理？是什么？7、钻孔灌注桩混凝土灌注的程序是什么？8、沉井的构造有哪些？