一、概述

橋梁墩台的作用：承受橋跨結構傳來的荷載，通過基礎傳給地基；橋梁墩台必須具有足夠的強度和穩定性 。

橋梁墩台的類型：

①重力式橋墩、橋台

②輕型橋墩、橋台

橋梁墩台的組成：墩（台）帽、墩（台）身和基礎三部分組成。

本章主要介紹墩（台）帽和墩（台）身的相關知識，基礎部分在此不再贅述。

橋梁墩台的一般構造及有關規定：

1.1橋梁墩台帽尺寸的拟定

1.1.1梁式橋的實體墩(台)帽

墩(台)帽厚度一般不小于40厘米,中小橋梁也不應小于30厘米,并應有5～10厘米的檐口,墩(台)帽可用15号、20号鋼筋混凝土或混凝土做成。

1 )墩(台)帽平面尺寸

(1)順橋向墩帽最小寬度

式中：

f：相鄰兩跨支座間的中心距

e0：伸縮縫寬

a、a ′：支座底闆順橋向寬度

c2：順橋向支座邊緣至墩台身邊緣最小距離

c1：檐口寬度

e1、e1 ′：梁端至支座中心線的長度

支座邊緣到墩（台）身邊緣的最小距離(厘米)

當采用鋼筋混凝土懸臂式墩(台)帽時,最小距離為支座至墩(台)帽邊緣的距離。

《橋規》對這個最小距離所作的規定，目的是：

①為了避免支座過分靠近墩身側面邊緣而導緻的應力集中；

②為了提高混凝土的局部抗壓強度以及考慮施工誤差和預留錨栓孔的要求。

(2)橫橋向墩帽最小寬度B

B=兩邊主梁中心距 支座底闆橫向寬度 2c2 橫橋向支座邊緣至墩台身邊緣最小距離 2c1檐口寬度

(3)順橋向台帽最小寬度b

b≥e0 e1 a/2 c1 c2

(4)橫橋向台帽最小寬度B

由橋面寬度、接線路基寬度等決定。

2）實體墩、台帽頂支座下鋼筋網的設置

墩、台帽頂支座下應設置鋼筋網

二、橋墩

2.1 梁橋重力式橋墩

重力式橋墩由：墩帽、墩身、基礎三部分組成。

2.1.1 墩帽

常采用的材料：C20混凝土、φ8鋼筋等。

同一座橋梁，若相鄰兩孔支座高度不同，加設混凝土墊石調整高程。

2.1.2 墩身

常采用15号片石混凝土或漿砌塊石及料石等。

《橋規》規定重力式橋墩墩身頂寬：小跨徑橋不宜小于80厘米；中等跨徑橋不宜小于100厘米；大跨徑橋視上部構造而定。

重力式橋墩可設計為實心墩、空心墩。墩身四周采用30：1或20：1（縱、橫向）的側坡，小跨徑橋可做成豎直的。在一些高大的橋墩中，為減少圬工體積、節約材料或減輕自重、降低基底承壓應力，可設計為空心橋墩。

2.1.3 基礎

設置在天然地基上的橋墩基礎采用15号或15号以上片石混凝土，也可采用漿砌塊石。若采用樁基或沉井，應根據具體情況進行設計。

沉井橋墩

2.1.4 重力式橋墩的特點和适用範圍

靠自身的重量來平衡外力，保證橋墩的強度和穩定性。常用圬工材料建造，适用于地基良好的大、中型橋梁。

2. 2拱橋重力式橋墩

2.2.1 拱座

梁橋橋墩的頂面要設置傳力的支座，且支座距頂面保持一定的距離；而無支架吊裝的拱橋橋墩則在其頂面的邊緣設置呈傾斜面的拱座，直接承受由拱圈傳來的壓力。故無鉸拱的拱座總是設計成與拱軸線成正交的斜面。

2.2.2 拱座的位置

當橋墩兩側孔徑相等時，拱座設置在拱橋起拱線标高上，有時考慮橋面的縱坡，兩側起拱線

标高可以略有不同。

2.2.3 墩頂以上的構造

• 對于實腹式拱橋，墩頂以上部分通常做成與側牆平齊的形式。
• 對于空腹式拱橋，墩頂以上部分通常采用立柱加蓋梁式、橫牆式或跨越式。

重力式橋墩

鋼筋混凝土重力式橋墩

2.3梁橋輕型橋墩

①梁橋輕型橋墩的常見類型

鋼筋混凝土薄壁橋墩、柱式橋墩、柔性排架樁墩等。其中柱式橋墩由分離的兩根或多根立柱（或樁柱）所組成，是公路橋梁中采用較多的橋墩型式之一。

②輕型橋墩的特點

靠材料的強度來平衡外力，剛度較小，一般用鋼筋砼建造，适用于地基較差的橋位。梁橋輕型橋墩主要是為了減輕地基負擔，減輕墩身重量，節約圬工材料。

梁橋輕型橋墩

柱式橋墩：墩身由分離的兩根或多根立柱（樁柱）組成。

2.4拱橋輕型橋墩

拱橋輕型橋墩，一般是為配合鑽孔灌注樁基礎的樁柱式橋墩。

拱橋樁柱式橋墩一般采用單排樁，跨徑在40～50米以上的高墩，可采用雙排樁，在樁頂設置承台，與墩柱聯成整體。如果柱與樁直接連接，則應在結合處設置橫系梁。

拱橋是有推力的結構，常用橋墩型式有：

普通墩：除承受豎向荷載外，一般不承受恒載水平推力，如果相鄰跨徑不同時，可承受少量不平衡的水平推力。

制動墩：能承受單向的恒載水平推力。

拱橋輕型橋墩

帶斜杆的單向推力墩和懸臂式單向推力墩

三、橋台

橋台主要有重力式橋台、輕型橋台兩類。

3.1 重力式橋台

重力式橋台：靠自重來平衡台後填土的土壓力，台身多由圬工材料建造。

分類：U型台、八字台等。

組成：台帽、台身、基礎。

常用的重力式橋台為U型橋台：台身為前牆和兩個側牆構成的U字型結構。

由于拱橋橋台尚須承受水平推力，在結構尺寸上比梁橋橋台大。

結構尺寸：前牆與側牆按一定比例放坡，台身與路基同寬，各部尺寸均須滿足構造及受力要求，具體可參見《橋規》及《墩台與基礎》之規定。若橋台較寬，須按擋土牆計算其受力。

台後填土：須分層夯實，透水性好，壓縮性小的砂性土，并做好台後排水措施。

重力式橋台

3.2輕型橋台

輕型橋台：利用鋼筋砼結構的抗彎能力、整體剛度和材料強度承受外力，力求減少圬工體積而使橋台輕型化，節省材料，降低對地基強度的要求，适用于地質不好或軟土地基。

3.2.1梁橋輕型橋台

分類：肋闆式橋台、樁柱式橋台、埋置式橋台、鋼筋混凝土薄壁橋台、加筋土橋台。

組成：由台帽、台身、基礎三基本部分組成，其餘部分由橋台類型決定。

3.2.2 拱橋輕型橋台

拱橋輕型橋台利用台後填土的抗力來平衡拱推力，适用于小跨徑拱橋。

①分類：組合式橋台、空腹式橋台、齒檻式橋台。

②拱橋輕型橋台的組成

組合式橋台：由台身和後座組成。

空腹式橋台：由前牆、後牆、基礎闆及撐牆組成。

齒檻式橋台：由前牆、側牆、底闆及撐牆組成。

組合式橋台：台身基礎承受豎向力，一般采用樁基或沉井基礎；拱的水平推力由後座基底的摩阻力及台後的土側壓力平衡。後座基底标高低于拱腳下緣标高。台身與後座間應密切貼合，并設置沉降縫，以适應兩者的不均勻沉降。

空腹式橋台：前牆承受拱圈傳來的荷載，後牆支承台後的土壓力，在前、後牆之間設置撐牆，作為傳力構件。對後牆起到扶壁、對基礎起到加勁作用。空腹可以是敞口的，也可以是封閉的。一般在軟土地基、河床無沖刷或沖刷輕微、水位變化小的河道上采用。

齒檻式橋台：基底面積較大，可支承一定的垂直壓力；底闆下的齒檻可以增加摩擦和抗滑的穩定性；台背做成斜擋闆，利用背面的原狀土和前牆背面的新填土，共同平衡拱的水平推力；前牆與後牆之間的撐牆可以提高結構的剛度。

四、橋墩計算

4.1荷載及其組合

4.1.1 恒載

1、上部構造的恒重對墩帽或拱座産生的支承反力

2、橋墩自重

3、預應力

4、基礎變位影響力

5、水的浮力

4.1.2 活載

1、基本可變荷載

①汽車荷載（鋼筋混凝土墩台計入沖擊力，重力式墩台不計沖擊力）

②挂車荷載

③人群荷載

2、其他可變荷載

①作用于上部構造和墩身上的縱、橫向風力

②汽車荷載引起的制動力

③墩身上的流冰壓力

④墩身上的冰壓力

⑤上部構造因溫度變化對橋墩産生的水平力

⑥支座摩阻力

3、偶然荷載

①地震力

②作用于墩身上的船隻或漂浮物的撞擊力

4.1.3 荷載組合

1、梁橋重力式橋墩

①組合1：按橋墩各截面上可能産生最大豎向力的情況進行組合.

用來驗算墩身強度和基底最大應力。

《橋規》中的組合Ⅰ或組合Ⅲ 。

②組合2：按橋墩各截面在順橋方向上可能産生最大偏心和最大彎矩的情況進行組合。

用來驗算墩身強度、基底應力、偏心及橋墩的穩定性。

《橋規》中的組合Ⅱ。

③組合3：按橋墩各截面在橫橋方向上可能産生最大偏心和最大彎矩的情況進行組合。

用來驗算橫橋方向的墩身強度、基底應力、偏心及橋墩的穩定性。

《橋規》中的組合Ⅱ、組合Ⅳ 。

2、拱橋重力式橋墩

①順橋方向的荷載及其組合

對于普通橋墩為相鄰兩孔的永久荷載，在一孔或跨徑較大的一孔滿布基本可變荷載的一種或幾種，其他可變荷載中的汽車制動力、縱向風力、溫度影響力等，并由此對橋墩産生不平衡水平推力、豎向力和彎矩。

對于單向推力墩，隻考慮相鄰兩孔中跨徑較大一孔的永久荷載作用力。

②橫橋方向的荷載及其組合

在橫橋向作用于橋墩上的外力有風力、流水壓力、冰壓力、船隻或漂浮物撞擊力或地震力等。對于公路橋梁橫橋方向的受力驗算一般不控制設計。

4.2重力式橋墩計算

圬工橋墩墩身強度驗算

對于較矮的橋墩一般驗算墩身的底截面和墩身的突變處截面；對于較高的橋墩，由于危險截面不一定在墩身底部，應沿豎向每隔2～3米驗算一個截面。

4.2.1 計算步驟:

①内力計算

将作用于每個截面上的外力按順橋方向和橫橋方向分别進行荷載組合，以求得相應的縱向力、水平力和彎矩。

②抗壓強度的驗算

對于軸心受壓和偏心受壓的橋墩，可按《橋規》有關公式進行驗算，如果不滿足要求，應修改墩身截面尺寸，重新驗算。

③偏心距的驗算

橋墩承受偏心受壓荷載時，偏心距不得超過規定的容許值。

④抗剪強度驗算

當拱橋相鄰兩孔的推力不相等時，驗算拱座底截面的抗剪強度。

4.2.2 墩頂水平位移驗算

高度超過20米的重力式橋墩應驗算墩頂水平方向的彈性位移。

《橋規》規定墩頂端水平位移的容許限值為：

l：相鄰墩台間最小跨徑長度，以米計。跨徑小于25米按25米計。

4.2.3 基礎底面土的承載力和偏心距的驗算

1、基礎底面土的承載力驗算

順橋向：

橫橋向：

式中:

σmax：應力重分布後基底最大壓應力

N：作用于基礎底面合力的豎向分力

a、b：橫橋方向和順橋方向基礎底面積的邊長

[σ]：地基土壤的容許承載力

cx：順橋方向驗算時，基底受壓面積在順橋方向的長度

cy：橫橋方向驗算時，基底受壓面積在橫橋方向的長度

ex、ey ：合力在X軸和Y軸方向的偏心距

2、基底偏心距驗算

在基礎的縱向和橫向，計算荷載偏心距應滿足規定。

式中：

ρ：墩台基礎底面的核心半徑

W：墩台基礎底面的截面模量

A：墩台基礎底面的面積

N：作用于基底合力的豎向分力

∑M：作用于墩台的水平力和豎向力對基底形心軸的彎矩

4.2.4 橋墩的整體穩定性驗算

1、傾覆穩定性驗算

式中：

M穩：穩定力矩

M傾：傾覆力矩

∑Pi：作用于基底豎向力的總和

(piei)：作用于橋墩上各豎向力與它們到基底形心軸距離的乘積

(Tihi)：作用于橋墩上各水平力與它們到基底距離的乘積

x：基底截面重心0至偏心方向截面邊緣的距離

e0：所有外力的合力的豎向分力對基底重心的偏心距

2、滑動穩定性驗算

式中：

∑Pi：作用于基底各豎向力的總和

∑Ti：作用于橋墩上各水平力的總和

f：基礎底面與地基土之間的摩擦系數求得的傾覆與滑動穩定系數K0、Kc均不得

小于規定的最小值。

4.3 樁柱式橋墩計算

樁柱式橋墩的計算包括蓋梁和樁身。

4.3.1 蓋梁計算

樁柱式橋墩的蓋梁，對雙柱式橋墩，當蓋梁的剛度與樁柱的剛度比大于5時，一般忽略樁柱對蓋梁的彈性約束，近似地按雙懸臂梁計算；對于多柱式或多樁式橋墩，近似地按多跨連續梁計算；當橋墩承受較大橫向力時，則蓋梁應作為橫向剛架的一部分進行驗算。

蓋梁計算内容：

1、恒載及其内力計算

2、活載及其内力計算

3、施工吊裝荷載及其内力計算

4、荷載組合及其内力包絡圖

5、配筋計算

4.3.2 樁身計算

樁墩一般分為剛性樁墩和柔性樁墩兩種。剛性樁墩的計算方法與重力式橋墩相似；柔性樁墩需要從整個橋梁體系的分析來确定各橋墩的受力。

柔性樁墩（多跨鉸接剛架）的計算：

1、基本假定

1）柔性樁墩作為下端固結、上端鉸結的超靜定梁；

2）作用于墩頂的豎向力、不平衡彎矩以及由溫度力、制動力等水平力所引起的墩頂位移，先分别進行力學分析，然後進行内力跌加，不計這些力的相互作用影響。

3）計算制動力時，各墩台受力按墩頂抗推剛度分配，在計算土壓力時，如設有實體剛性墩台，則由岸墩承受土壓力，并假定此時各個樁頂所受到的水平力将經各支座直接傳遞到對岸，為對岸土抗力平衡，其餘個柔性墩均不考慮受力。

4）計算溫度變形時，樁墩對梁産生的彈性拉伸或壓縮影響忽略不計，而隻計樁墩頂部水平力對樁墩所引起彎矩的影響。

2、計算步驟

1）抗推剛度的計算

Ki=1/δi

①當墩柱下端固定在基礎或承台頂面時

δi=li3/3EI

②當考慮樁側土的彈性抗力時，

δi按樁基礎公式計算。

式中δi：單位水平力作用在第i柔性墩頂産生 的水平位移（m/KN）

li：第i柔性墩柱下端固着處到墩頂的高度（m）

I：墩身橫截面對形心軸的慣性矩（m4）

2）墩頂制動力的計算

HiT= KiT/∑Ki

HiT：作用在第i墩台的制動力（KN）

T：全橋或第一聯承受的制動力（KN）

墩頂水平位移δiT為：δiT= HiT/Ki

3）梁的溫度變形引起的水平力計算

各墩頂由溫度引起的水平位移為：δit= αtxi

各排架樁頂所受的溫度力：Hit= Ki δit

墩頂發生的水平位移為：δi= δiT δit

相應的水平力為：Hi= Ki δi= HiT Hit

4）由于墩頂産生的水平位移δi、豎向力N引起墩内彎矩而産生的水平反力

HN= -5 Nδi/4 li

5）由于墩頂偏心彎矩M0而産生的水平反力

HM0= -1.5 M0/ li

作用在一個墩頂的各項水平力計算完成後，便可根據最不利荷載情況進行組合，柱墩按柱頂處的水平力、豎向力及彎矩驗算各截面強度和穩定性。排架應考慮樁側土的彈性抗力，按彈性地基梁法進行内力計算和截面強度、穩定性、樁的入土深度等項目的驗算。另外，柔性排架墩在橫橋向是一個多跨剛架，橫橋向水平荷載不大，一般不控制設計，可不作驗算。

五、橋台計算

5.1重力式橋台的計算

5.1.1重力式橋台的計算特點

計算重力式橋台所考慮的荷載與重力式橋墩計算基本一樣，不同的是：對于橋台需計入車輛荷載引起的土側壓力，而不計縱、橫向風力、流水壓力、冰壓力、船隻或漂浮物的撞擊力。另外，橋台的強度、偏心距和穩定性的驗算也與橋墩基本相同，但隻作順橋方向的驗算。

5.1.2 重力式橋台計算的荷載組合

1、梁橋重力式橋台的荷載組合

車輛荷載的布置：

1）車輛荷載僅布置在台後填土的破壞棱體上

2）車輛荷載僅布置在橋跨結構上

3）車輛荷載同時布置在橋跨結構和破壞棱體上。

台後的土側壓力，一般按主動土壓力計算，大小與土的壓實程度有關。

2、拱橋重力式橋台的荷載組合

車輛荷載的布置：

1）橋上滿布車輛荷載，使拱腳水平推力達到最大值；

2）在台後破壞棱體上布置車輛荷載。

台後的土側壓力，一般按主動土壓力計算，大小與土的壓實程度有關。

5.2樁長計算

5.2.1 計算步驟

1、利用上部計算結果，計算單樁樁頂外力P；

2、假定樁長L，計算單樁容許承載力[P]；

3、比較單樁樁頂外力P與單樁容許承載力[P]的大小：

①若滿足[P]≥ P，且相差不大時，可确定設計樁長為假定樁長L；

②若不滿足[P]≥ P，則加長樁長或加大樁徑，重新進行試算，确定設計樁長L；

③若滿足[P]≥ P，但相差較大時，可減短樁長或減小樁徑，重新進行試算，确定設計樁長L；

5.2.1 計算公式

[P]=1/2（ULτP AσR）

式中：

[P]：單樁軸向受壓容許承載力（KN）

當按鑽孔樁樁周土的極限摩阻力τi值計算時，在局部沖刷線以下時，樁身重力的1/2作為外力考慮。

U：樁的周長（m）按成孔直徑計算

L：樁在局部沖刷線以下的有效長度（m）

τP：樁壁土的平均極限摩阻力(Kpa )

A：樁底橫截面面積(m 2)，采用設計直徑

σR：樁尖處土的極限承載力（Kpa）

τp= ∑τi L i / L

n：土層的層數

Li：承台底面或沖刷線以下各土層厚度（ m）

τi：與Li對應的各土層與樁壁的極限摩阻力(Kpa)

[σ0]：樁尖處土的容許承載力（Kpa）

h：樁尖的埋置深度（ m）

h的計算值不大于40米，當大于40米時，按40米計算。

k2：地面土容許承載力（Kpa）

γ2：樁尖以上土的容重（KN/ m3）

λ：修正系數

m0：清底系數

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