在橋梁設(shè)計中,可供選擇的橋梁墩臺形式有多種,墩臺形式的選擇將影響到工程造價、工程質(zhì)量及后期養(yǎng)護使用,根據(jù)目前的設(shè)計實踐情況,可供選擇的橋墩形式,按照構(gòu)造主要有實體橋墩、空心橋墩、柱式橋墩、框架橋墩等。如何做好橋梁墩臺結(jié)構(gòu)選型?
橋 墩 選 型
1.實體橋墩
實體重力式橋墩:實體重力式橋墩是一種主要靠自身重力平衡外力的實體圬工墩,橋墩的強度與穩(wěn)定完全依靠橋墩的自身重力來滿足。此種橋墩自身剛度大,抗撞能力強,但同時存在受水流沖擊阻力較大的缺陷,對地基的要求也較高,因此這種橋墩形式比較適合修建在地基承載力較高、覆蓋層較薄、基巖埋深較淺的地基上。
實體輕型橋墩:實體輕型橋墩可選用的材料有混凝土、漿砌石塊、鋼筋混凝土等,這種結(jié)構(gòu)有效減少了圬工體積,減少了工程量,但它的抗沖擊能力比較差,受到船只、浮冰或其他漂浮物撞擊時,處于十分不利的狀態(tài),容易發(fā)生結(jié)構(gòu)性、整體性破壞,一般用于中小跨徑橋梁上,實體輕型橋墩多采用圓端,以減小水流沖擊力度。
2.柱式橋墩
柱式橋墩是目前公路橋梁中采用最多的橋墩形式。它具有線條簡潔、明快、美觀、等特點,既節(jié)省了材料又方便施工,特別適用于橋梁寬度較大的城市橋梁和立交橋。柱式橋墩一般有獨柱、雙柱、多柱等形式,它可以靈活的適應(yīng)各種橋?qū)捯约暗匚锏孛病?/p>
3.空心橋墩
部分鏤空實體橋墩是一種相對合理的結(jié)構(gòu)形式,他的外形與普通實體橋墩相仿,有較大的圬工體積,少量的鋼筋等。由于鏤空結(jié)構(gòu)的存在,使混凝土等圬工工程量大大減少,結(jié)構(gòu)趨于合理,提高了經(jīng)濟效益。薄壁空心橋墩基本結(jié)構(gòu)形式與部分鏤空實體橋墩相同,但所采用的材料多為強度較高的鋼筋混凝土,以達到“薄壁”效果。
4.框架式橋墩
框架式橋墩用平面框架(必要時可做成雙層或多層的框架)代替墩身,支撐上部結(jié)構(gòu),一般采用鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件組成?蚣苁綐蚨找部梢宰龀蒝型、Y型、X型等,這些形式給橋梁建筑增添了新的藝術(shù)美感,一改橋墩的笨拙形象;同時這些形式提高了橋梁的跨越能力,縮短了主梁跨徑,降低主梁高度,是大跨度橋梁常用的橋墩結(jié)構(gòu)形式。
5.樁式橋墩
樁式墩是將鉆孔樁基礎(chǔ)向上延伸作為橋墩的墩身,在樁頂澆筑蓋梁。在墩位上的橫向可以是一根或多根樁,設(shè)置一排樁時叫排樁墩。這種墩型有很多優(yōu)點,如節(jié)約材料、施工簡便、外形簡潔,特別適合在平原地區(qū)建橋時使用;但是它存在跨度上的局限性(一般小于13m),由于墩身較柔,抗撞能力差,不宜在有漂流物和流速過大的河流中采用。
橋 臺 選 型
橋臺位于橋梁兩端,是使道路與橋梁連結(jié)為整體的結(jié)構(gòu)物,起橋梁支座與河岸護坡的作用,常采用的形式主要有:重力式、輕型、框架式、組合式、承拉式等。
1.重力式橋臺
重力式橋臺主要靠自重來平衡臺后的土壓力,橋臺臺身建筑材料多為石砌、片石混凝土或混凝土等圬工材料。依據(jù)橋梁跨徑、橋臺高度及地形條件不同,重力式橋臺常采用的類型有U型橋臺、埋置式橋臺、八字式和一字式橋臺等,在鐵路上還有T型橋臺、十字形橋臺等其他形式。
在U型橋臺中臺身的作用是抵抗橋跨結(jié)構(gòu)與臺后土體的作用力,其翼墻在一定條件下可與前墻共同承擔土壓力,并形成護坡。八字型和一字型橋臺的臺身兩側(cè)為獨立的翼墻,一般要在臺身與翼墻之間設(shè)置變形逢。這兩種形式的橋臺要求有穩(wěn)定的巖土地基,相對較低的橋臺,低壓縮性河床,中小跨橋多用于跨越人工河道,也可用于立交橋。翼墻外露時還可以起到引導河流的作用。埋置式橋臺的臺身埋置無翼墻,臺帽兩端的耳墻直接與路堤相連。它適用于填土高度在10m以下,橋頭為淺灘且沖刷較小的中等跨徑的多跨橋。如果地質(zhì)條件允許,可挖空臺身,以減輕自重,節(jié)省材料。
2.輕型橋臺
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮了鋼筋與混凝土各自的長處,其結(jié)構(gòu)在抵抗彎矩方面有很大優(yōu)勢,其特點是結(jié)構(gòu)自重輕,施工方便。輕型橋臺又分為薄壁輕型橋臺與支撐梁輕型橋臺。薄壁輕型橋臺常常采用懸臂式、扶壁式、撐墻式、箱式等。懸臂式橋臺鋼筋與混凝土的用量相對其他形式一般要高,撐墻式與箱型橋臺模板用量相對較高。支撐梁輕型橋臺在條件允許的情況下,對于單跨或小跨徑的橋,可在輕型橋臺之間或臺墩之間設(shè)置支撐梁,構(gòu)成支撐梁型輕型橋臺,增大輕型橋臺的承載能力。
3.組合橋臺
為充分發(fā)揮不同部分的作用,將橋跨作用力與臺后土體的作用力分由不同的構(gòu)件承擔,從這種思路出發(fā)形成了組合橋臺。其優(yōu)點是受力明確,節(jié)省材料。缺點是構(gòu)造復雜,施工不方便。
4.承拉橋臺
在橋臺中,根據(jù)受力的需要,要求橋臺有抵抗壓力和拉力的能力,在設(shè)計中必須滿足受力要求,此種橋臺主要在斜彎橋中使用,用來承受由于荷載的偏心作用而使支座受到的拉力。
注 意 事 項
橋梁墩臺所處環(huán)境多樣而且多變,受力情況不易定性定量的分析,應(yīng)盡量保證其強度、剛度和穩(wěn)定性有足夠的富余度,而且有足夠的適應(yīng)變形或抵抗變形的能力,以避免墩臺由于過大的水平位移、豎向沉降及轉(zhuǎn)角而導致破壞。當?shù)鼗鶠檐浲恋鼗鶗r,對橋墩、橋臺形式的選取應(yīng)引起特別注意。所選的橋墩結(jié)構(gòu)形式,必須具備足夠的抗水平荷載能力。柱式橋墩在深軟土地質(zhì)條件下不宜采用,因為它水平抗推剛度較小,在水平力作用下會因變形較大而失去承載能力。橋臺的選取應(yīng)盡量離陡邊坡的河岸遠些,這樣可以避免出現(xiàn)臺前凌空面。而且長橋臺相對于短橋臺而言,臺前土體壓力大些,對臺后填土護道起有利作用,也有利于緩解橋頭跳車的程度。在這種情況下,長橋臺經(jīng)濟效益較好,結(jié)構(gòu)安全性高,行車舒適性優(yōu)。
在橋梁總體設(shè)計中,應(yīng)堅持安全性、適用性、耐久性三大原則不動搖,同時兼顧經(jīng)濟、美觀要求。橋梁的下部結(jié)構(gòu),橋墩、橋臺等的形式選取與整橋設(shè)計相統(tǒng)一,也要滿足安全、適用、耐久、經(jīng)濟、美觀等要求。另外,橋梁墩臺結(jié)構(gòu)形式的選取與現(xiàn)場的使用環(huán)境息息相關(guān),同時,橋梁墩臺還會經(jīng)常性的受到各種動力荷載的作用,這對保證橋梁結(jié)構(gòu)安全耐久提出更高的要求。所有這些都要求設(shè)計者具備深厚的理論功底與豐富的實踐經(jīng)驗,同時又要有相當?shù)亩床炝εc創(chuàng)新精神,保證橋墩、橋臺的設(shè)計質(zhì)量及使用效果,使其選擇與布設(shè)能夠更加經(jīng)濟合理。