1、橋梁墩臺的設計、構造及計算內容提要橋梁墩臺的設計和構造橋梁墩臺的計算第一章 墩臺設計與構造第一節 概述功能橋墩橋臺多跨橋梁的中間支承結構橋端支承結構，銜接線路，擋土護岸組成墩臺帽墩臺身基礎承受荷載地震力風力流水壓力等豎向力水平力彎矩上部結構第二節 橋墩的類型與構造按受力剛性墩按構造實體墩空心墩柱式墩按截面圓端形尖端形等矩形圓形1、橋墩的類型柔性墩框架墩等2、橋墩的構造（1）實體橋墩 實體橋墩可分為實體重力式橋墩和實體輕型橋墩。重力式橋墩材料：實體圬工材料優點：靠自身重量平衡外力，保證其強度和穩定 自身剛度大，具有較強的防撞能力缺點：阻水面積大適用范圍：適合建于承載力較高、覆蓋層較薄、 基巖埋深

2、較淺的地基上輕型橋墩（或薄壁橋墩）材料：可用混凝土、漿砌塊石或鋼筋混凝土材料優點：顯著減少了圬工體積缺點：抗沖擊力、防撞能力較差適用范圍：不宜用在流速大并夾有大量泥沙的河 流或可能有船舶、冰、漂流物撞擊的河 流中；一般用于中小跨徑橋梁上 墩帽直接支承橋跨結構，應力較集中，因此對大跨徑的重力式橋墩墩帽混凝土一般C20，厚度一般0.4m，中小跨梁橋也應0.3m，并設有50100mm的檐口。 墩身是橋墩主體，其頂寬：小跨徑橋重力式墩墩身宜80cm，輕型墩墩身宜60cm；中跨徑橋宜100cm。（2）空心橋墩 在一些高大的橋墩中，為了減少圬工體積，節約材料，或為了減少自重，降低地基的承壓應力，可將墩身內

3、部作為空腔體、即所謂空心橋墩。它介于重力式橋墩和輕型橋墩之間。 構造要求：墩身最小壁厚 對砼50cm，對鋼砼30cm墩身縱橫隔板 應設置橫（或縱橫）隔板，加強墩 身局部穩定和抗撞能力檢查設施 設置進入洞或檢查設備通風孔泄水孔 墩身周圍設置直徑為2030cm的通 風孔或泄水孔，以調節壁內外溫差 和平衡水壓力裝配式預應力砼橋墩構造（3）柱式（樁柱式）橋墩結構：分離的兩根或多根立柱（或樁柱）組成：承臺、柱式墩身和蓋梁（如圖）分類：單柱式、雙柱式、啞鈴式、混合雙柱式優點：外型美觀，圬工體積少，施工方便缺點：因柱間空間局限，易阻滯漂浮物適用范圍：橋梁寬度較大的城市橋梁和立交橋； 多在淺基礎或高樁承臺上采

4、用構造要點：立柱一般采用C30C40混凝土，橫 截面尺寸0.61.5m，高度較大時設橫系 梁；蓋梁跨高比小于5時，剪力較大，其 混凝土強度等級應C25雙柱式方形墩雙柱式圓形墩（4）柔性排架樁墩結構組成：單排或雙排鋼砼樁與鋼砼蓋梁組成分類：單排樁、雙排樁、薄壁式特點：將上部結構傳來的水平力傳遞到全橋各柔 性墩臺或相鄰剛性墩臺上，減少單個柔 性墩所受水平力，從而減小樁墩截面缺點：墩頂可能產生過大的位移適用范圍：一般用于5080m橋長布置要點：橋長超過5080m時，需設置滑動支 座或設置剛度較大的溫度墩；孔數較多 時宜將橋跨分成若干聯（兩活動支座間 或剛性臺與第一個活動支座間稱為一聯） 黃石長江大橋

5、薄壁墩構造 黃石長江大橋四個江中墩采用雙薄壁墩。左、右壁中心距為10.5m，墩身為310m矩形斷面（如圖）。 鋼筋混凝土雙壁墩的采用既可減小橋墩的抗推剛度，又可減小主梁支點負彎矩，同時增加了橋梁美觀。黃石長江大橋（五孔連續剛構橋）（5）框架墩結構：采用鋼砼或預應力砼等壓撓和撓曲構件組 成平面框架代替墩身分類：縱、橫向V形、X形、Y形、倒梯形等特點：輕巧美觀；同時提高橋梁的跨越能力，縮 短主梁的跨徑，降低梁高 X型橋墩某開合橋 V型橋墩我國首例鐵路V形橋墩轉體架梁3、橋墩防撞 流冰對橋墩的危害主要表現在大面積流冰對橋墩的撞擊和大面積流冰堆積現象以及流冰對橋墩的磨損。對此，在中等以上流冰河道（冰厚

6、大于0.5 m，流水速度1 m/s左右）及有大量漂流物的河道，應在迎水方向設置破冰棱體（如圖）。 航運繁忙的河道，船只往往因突發原因引起航行失控，或因能見度低造成船墩相撞。橋墩在設計中不但要有一定抵抗船舶沖擊的能力，還要考慮采用緩沖裝置和保護系統，預防或改變船只沖擊荷載的方向或減少對橋墩的沖擊荷載。墩身平面形狀與破冰棱體第三節 橋臺的類型與構造橋臺重力式橋臺輕型橋臺框架式橋臺八字式和一字式橋臺埋式橋臺U形橋臺1、橋臺的類型組合式橋臺承拉式橋臺薄壁輕型橋臺支承梁型橋臺2、橋臺的構造（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。橋臺臺身多數由石砌、片石混凝土或混凝土等圬工材料建造，并采

7、用就地澆筑的方法施工。 U形橋臺結構特點：由前墻和兩側墻構成 U 形優點：構造簡單；基底承壓面大，應力較小缺點：圬工體積大；臺內填土易積水，凍脹后使 橋臺結構產生裂縫適用范圍：810m填土高度的中等跨徑橋梁 埋置式橋臺結構特點：臺身埋置于臺前溜坡內，不需另設 翼墻，僅由臺帽兩端的耳墻與路堤銜接優點：圬工數量較省，自重較小缺點：溜坡伸入橋孔壓縮了河道，有時需要增 加橋長適用范圍：適用于橋頭為淺灘、溜坡受沖刷較 小、填土高度在10m以下的中等跨徑的 多跨橋中使用八字式和一字式橋臺 臺身兩側為獨立翼墻，一般將臺身與翼墻分開，其間設變形縫。適用于河岸穩定的低橋臺。（2）輕型橋臺 鋼砼輕型橋臺，其構造特

8、點是利用鋼砼結構的抗彎能力來減少圬工體積而使橋臺輕型化。 薄壁輕型橋臺 支承梁型橋臺（略）（3）框架式橋臺（4）組合式橋臺（5）承拉式橋臺第二章 橋梁墩臺的計算第一節 墩臺作用及其效應組合1、墩臺計算中的作用（1）永久作用恒載支承反力 包括上部結構砼收縮、徐變影響墩臺自重 包括基礎襟邊上的土重及其側壓力預應力 如對裝配式壓應力空心墩所施加的預應力基礎變位影響 變位對超靜定結構引起的附加內力水的浮力 對于透水性地基，穩定驗算時計算水的不 利浮力，應力驗算時考慮水的有利浮力（2）可變作用（橋臺不計風力、流水壓力、冰壓力）汽車荷載 包括汽車沖擊力（對重力式墩臺應計入沖 擊力）、離心力、制動力、土側壓

9、力人群荷載風力、流水壓力、冰壓力 橋臺不計此項溫度應力 溫度變化對超靜定結構引起的附加內力支座摩阻力（3）偶然作用（橋臺只考慮地震力）地震力 橋臺只考慮此項 船只或漂浮物撞擊力施工荷載涌潮等間歇性荷載 某些特殊河道出現涌潮現象2、荷載計算 包括恒載和水的浮力、側向土壓力、汽車荷載沖擊力、汽車荷載制動力、流水壓力、冰壓力、般只或漂浮物的撞擊力、地震力。（1）恒載和水的浮力 橋梁上部結構恒載傳至墩臺的計算值，由橋梁支座反力計算確定。對于墩臺在水下和土中部分自重的計算方法，要根據地基土性質加以考慮。 公路橋梁設計規范中，在考慮水的浮力時，對不同的土質和不同的計算內容作了不同的規定：位于透水性地基上的

10、墩臺，在驗算穩定時，應 采用設計高水位的浮力；在驗算地基應力時， 僅考慮低水位時的浮力，或不考慮水的浮力。基礎嵌入不透水性地基的墩臺，可不考慮水的 浮力。當地基是否透水未定時，按透水與不透水，以 最不利荷載組合計算。 關于自由水與結合水對浮力的影響砂性土：孔隙水多為自由水，可按有浮力考慮粘性土：孔隙水中既有自由水又有結合水含水量接近或超過液限，應考慮浮力含水量小于塑限時 ，不考慮浮力含水量介于液限與塑限之間 ，按不利情況考慮（2）土的重力及側向土壓力 一般橋臺和擋土墻考慮主動土壓力，臺前和墻前可考慮靜土壓力。靜土壓力標準值ej高度h處靜土壓力強度； 壓實土的靜土壓力系數； 土的重力密度； 土的

11、內摩擦角； h填土頂面至任一點高度；H填土頂面至基底高度；Ej高度范圍內單位寬度的靜 土壓力標準值。主動土壓力標準值a 土層特性無變化且無汽車荷載時E主動土壓力標準值； 土的重力密度；B臺的計算寬度或擋土 墻的計算長度；H計算土層高度； 填土表面與水平面的 夾角。 主動土壓力的著力點自計算土層地面算起，C=H/3。b 土層特性無變化但有汽車荷載，在=0時按下式計算h 汽車荷載的等代均布土層厚度。土壓力著力點自計算土層地面算起：c 當=0時，破壞棱體破裂面與豎直線間的夾角的正切 值可按下式計算式中樁柱式橋臺土壓力的計算寬度 公路橋涵設計規范規定： 當樁柱間凈距 li 不大于樁柱直徑 D 或寬度時

12、，不考慮樁柱間空隙的折減，作用在每根樁柱上的土壓力計算寬度 b 按下式計算： 當樁柱間凈距 li 大于樁柱直徑 D 或寬度時：若 D1m若 D 1m（3）汽車荷載沖擊力 鋼筋混凝土樁柱式墩臺，以及其它輕型墩臺，在計算汽車荷載時應計入沖擊力。因屬于局部加載，故沖擊系數取1.3。（4）汽車荷載制動力 汽車荷載的制動力是橋梁墩臺承受的主要縱向水平力之一。制動力可按公路橋涵設計規范中有關規定計算。在計算梁式橋墩臺時，制動力可移至支座中心（鉸或滾軸中心）或滑動支座、橡膠支座、擺動支座的底座面上。（5）流水壓力 作用在橋墩上的流水壓力，可按公路橋涵設計規范中有關規定計算。流水壓力的合力作用點，假定在設計水

13、位以下1/3水深處，即假定河底的流速為零，作用力的分布呈倒三角形。 位于涌潮河段的橋墩臺，應考慮因涌潮潮差產生的水壓力和涌潮對橋墩的拍擊力。由于涌潮現象機理十分復雜，在設計計算前須對涌潮在橋位出現的規律及對結構物的作用力大小和計算圖式進行研究分析。（6）冰壓力 嚴寒地區位于有冰棱河流或水庫中的橋梁墩臺，應根據當地冰棱的具體情況及墩臺形狀計算冰壓力。 冰壓力有豎向和水平向作用力，主要是水平向作用力。豎向力是由冰層水位升降而對橋梁墩臺產生的作用；水平向作用力包括因風和水流作用于大面積冰層而產生的靜壓力、冰堆整體推移產生的靜壓力、河流流冰產生的動壓力（流冰壓力）等。（7）船只或漂流物的撞擊力 船只或

14、漂流物的撞擊力，雖是橋梁墩臺的偶然荷載，但是對橋墩結構的危害性很大，對于通航河道或有漂流物的河流中的墩臺，設計時應考慮船只或漂流物的撞擊力。 漂流物的撞擊力，在無實際資料時可按下式估算：W漂流物的重量；可根據實際調 查確定； V水的流速； T撞擊時間，在無實際資料時可 用1s； g 重力加速度9.81。 規范規定，船只的撞擊力可根據河道等級和船只的撞擊力方向查表（如下表）取值。如航道中有大噸位船只航行時，應根據具體情況另作分析確定。 船只撞擊力的作用點，假定在計算通航水位線上，墩臺身的寬度或長度的中點處；當設有與墩、臺分開的防撞擊的防護構造時，可不計船只撞擊力；對于四、五、六級航道內的鋼筋混凝

15、土樁墩，順橋向撞擊力按表中所列數值的50計算。內河航道標準船舶噸位DWT(t)橫橋向撞擊作用(kN)順橋向撞擊作用(kN)一 3000 1400 1100二 2000 1100 900三 1000 800 650四 500 550 450五 300 400 350六 100 250 200七 20 150 125（8）地震力 地震力是一項十分重要和危害性大的偶然荷載，在墩臺設計計算時要進行抗震驗算和必要的防護構造措施設計。 橋梁下部結構在地震時可能會出現的震害有：受地震后，墩臺、基礎截面強度延性和穩定性不夠，以致發生結構開裂、折斷、位移而引起落梁；地基土液化使墩臺下沉、位移、傾斜；引道、岸坡滑

16、移下沉致使墩臺損壞。因此，深入研究地震力對橋梁下部結構的作用力、作用方式，在結構設計和地基處理方面進行抗震驗算是不可缺少的，橋梁的抗震設計計算和設防可參照公路工程抗震設計規范有關規定進行。3、荷載組合 橋梁墩臺計算時，通常需要對各種可能的荷載進行組合計算，滿足各種不同的要求。在進行墩臺荷載效應組合時，尚需考慮按順橋向和橫橋向的最不利布載。 在所有荷載中，車輛荷載的變動對荷載組合起著支配作用。橋墩計算中，一般需驗算墩身截面的強度、作用在墩身截面上合力的偏心距及橋墩的穩定性等。因此，需根據不同的驗算內容選擇各種可能的最不利荷載組合。 下面分別說明梁橋和拱橋墩臺可能出現的組合。 （1）梁橋重力式橋墩

17、第一種組合：橋墩各截面可能產生最大豎向力 （驗算墩身強度和基底最大應力） 將車道均布荷載沿縱向布置在相鄰的兩孔橋跨上，并且將集中荷載（重軸）布置在計算橋墩處。這時可得到橋墩的最大汽車豎向力荷載，但偏心較小（如圖a）。第二種組合：橋墩各截面在順橋方向可能產生 最大偏心和最大彎矩（驗算順橋方向墩身強度、 基底應力、偏心和橋墩穩定性） 車道荷載僅在一孔橋跨（相鄰兩跨的較大跨）上布置，且有其它水平荷載（如風力、船撞力、流水壓力等）作用于墩身，這時豎向力較小，而水平荷載引起的彎矩大，可能使墩身截面產生很大的合力偏心距（如圖b）。第三種組合：橋墩各截面在橫橋方向可能產生 最大偏心和最大彎矩（驗算橫橋方向墩

18、身強度、 基底應力、偏心和橋墩穩定性） 在橫向計算時，橋跨上的汽車荷載可能是一列或幾列靠邊行駛，這時可能產生最大橫向偏心距；也可能是多列滿載，使豎向力較大而橫向偏心較小（如圖c）。（2）拱橋重力式橋墩順橋方向的作用及其效應組合 對于普通橋墩，應布置相鄰兩孔的永久作用、在較大的一孔滿布車道荷載和人群荷載、其他可變作用（如制動力、縱向風力、溫度影響力等），此時可對橋墩產生不平衡水平推力、豎向力和彎矩。 對于單向推力墩，只考慮相鄰兩孔中跨徑較大一孔的永久作用效應。橫橋方向的作用及其效應組合 橫橋方向作用于橋墩上的外力有風力、流水壓力、冰壓力、船只或漂流物撞擊力、地震力等。但是對于公路橋梁，橫橋方向的

19、受力驗算一般不作控制設計。（3）梁橋重力式橋臺 橋臺也須針對驗算截面的臺身截面強度、地基應力、橋臺穩定性等按公路橋涵設計規范進行可能的荷載組合。橋臺荷載組合和驗算只考慮順橋方向。 在橋跨結構上布置車輛荷載、溫度下降、制動力（向 橋孔方向），并考慮臺后土側壓力（考慮最大彎矩組 合，如圖a）；在臺后破壞棱體上布置車輛荷載、溫度下降、并考慮 臺后土側壓力（考慮最大水平力與最大反向彎矩組 合，如圖b）；在橋跨結構上和臺后破壞棱體上都布置車輛荷載、溫 度下降、制動力（向橋孔方向），并考慮臺后土側壓 力（考慮最大豎向力組合，如圖c）。 （4）拱橋重力式橋臺 同梁橋重力式橋臺一樣。 對于單跨無鉸拱的順橋向活

20、荷載布置一般取活荷載布置于橋跨結構上和活荷載布置于臺背后破壞棱體上（分別類似于上圖a、b）。 第二節 墩臺計算與驗算1、重力式橋墩計算與驗算 重力式橋墩主要采用圬工材料，按承載能力極限狀態設計時，采用下列表達式：0結構重要性系數：特大橋、重要大橋取1.1，大橋、 中橋、重要小橋取1.0，小橋、涵洞取0.9； S作用效應組合設計值； R構件承載力設計值函數； fd材料強度設計值；ad幾何參數設計值（可采用設計文件規定值）。（1）截面承載能力極限狀態驗算驗算截面的選取通常選取基礎頂面、墩身截面突變處懸臂式墩帽與墩身交界處高墩沿墩身每隔23m選取一個截面截面驗算截面的內力計算 豎向力N、水平力H、彎

21、矩M。承載力極限狀態驗算 按軸心或偏心受壓構件驗算墩身各截面承載力。截面偏心驗算 各驗算截面在各種組合下的偏心距 e=(M)/(N)均不應超過表中限值。作用組合偏心距限值基本組合e 0.6s偶然組合e 0.7s受壓構件偏心距限值 當偏心距超過上表限值時，構件應按下列公式計算： Nd軸向力設計值； A構件截面面積； W 受拉邊緣彈性抵抗拒；ftmd彎曲抗拉強度設計值； 砌體偏心受壓構件承載載力影響系數或混凝土軸心受壓構件彎曲系數。直接抗剪驗算 當拱橋相鄰兩孔的推力不相等時，應按下式驗算拱座截面的抗剪強度：Vd 剪力設計值； A受剪截面面積；fvd 砌體或混凝土抗剪強度設計值； f 摩擦系數，取0

22、.7；Nk與受剪截面垂直的壓力標準值。【注】上述所有參數均應按公路圬工橋涵設計規范（JTG D61-2005）中有關規定取值。（2）橋墩的穩定性驗算縱向撓曲穩定性驗算Nj 各種組合中最不利的設計荷載效應（豎向力）； 受壓構件縱向彎曲系數，按公式計算或查表； 與砂漿強度有關的系數：對5、2.5、1號砂漿分別 采用0.002、0.0025、0.004，對混凝土采用0.002； A驗算截面的面積；Rja材料的抗壓極限強度； m安全系數。關于縱向彎曲系數 的確定 受壓構件縱向彎曲系數，軸心受壓墩臺的值可查閱鋼筋混凝土與預應力混凝土橋涵設計規范表5.3.1；偏心受壓時，彎曲平面內的縱向彎曲系數按下式計算

23、： 矩形截面取 =l0 / hw；l0、hw墩臺計算長度、截面在彎曲平面的高度； e0豎向力偏心距；rw 在彎曲平面內截面（換算截面）的回轉半徑。抗傾覆穩定性驗算 如右圖，當橋墩處于臨界穩定平衡狀態時，繞傾覆轉軸AA取矩，可得 即 上述方程左邊第一項為穩定力矩，第二項為傾覆力矩。 于是，抗傾覆穩定系數K0可按下式計算：M穩 穩定力矩；M傾 傾覆力矩； Pi 作用標準值組合（地震除外）引起的豎向力； ei 豎向力Pi對驗算截面重心的力臂（平距）； Hi 作用標準值組合（地震除外）引起的水平力； hi 水平力Hi對驗算截面重心的力臂（垂距）； s 截面形心O至驗算傾覆轉軸AA的水平距離； K01抗

24、傾覆穩定系數最小容許值（見表）。抗滑移穩定性驗算 抗滑移穩定系數Kc可按下式計算： Pi 豎向力總和（包括水的浮力）；Hip 抗滑穩定水平力總和；Hia 滑動水平力總和； f 圬工基礎底面與地基土之間的摩擦系 數，無實測資料時可按表取值； Kc1抗滑移穩定系數最小容許值（見表）。地基土分類摩擦系數 f黏土（流塑堅硬）、粉土0.25 砂土（粉砂礫砂）0.30 0.40 碎石土（松散密實）0.40 0.50 軟巖（極軟巖較軟巖）0.40 0.60 硬巖（較硬巖堅硬巖）0.60 0.70作用組合驗算項目穩定系數 結構自重、土重及側壓力、浮力、汽車、人群的標準值效應組合抗傾覆 K01抗滑移 Kc11.

25、51.3 同上，但計入其他作用或偶然作用（地震除外）標準值效應組合抗傾覆抗滑移1.31.2 施工階段作用標準值效應組合抗傾覆抗滑移1.2基底摩擦系數抗傾覆和抗滑動穩定系數（3）墩臺頂端水平位移計算 對高度超過20m的重力式墩臺及輕型墩臺，應驗算頂端水平方向的彈性位移，使之符合規定。頂端水平位移的規定 墩臺頂端水平位移的容許極限值為：y 墩臺頂端水平位移值（mm），包括墩臺水平方向 彈性位移和因地基不均勻沉降產生的水平位移 （地基不均勻沉降所產生的水平位移值，可通過 計算不均勻沉降引起的傾斜角求得）； L 相鄰墩臺間的最小跨徑（m），L25m 。頂端水平彈性位移的計算 計算時可認為墩臺身相當于一

26、個固定于基礎頂面的懸臂梁（不考慮上部結構對墩臺頂端位移的約束作用），引起水平彈性位移的荷載為制動力、風力及偏心的豎向支反力等。由于將墩臺視為固定于基礎頂面的懸臂梁，完全忽略了上部結構對墩臺頂端的約束作用，所以結果是偏大的。 重力式墩臺帽一般可不進行驗算，支座墊石下的局部承壓應力與支座計算的有關內容相同。采用懸臂式帽的重力式墩臺，懸臂墩臺帽需配受力鋼筋，懸臂部分按懸臂梁計算。有關施工時的特殊受力，可按實際情況驗算。2、樁柱式橋墩計算與驗算 樁柱式墩臺的計算包括蓋梁計算、墩臺樁柱計算、墩臺頂端位移計算。（1）蓋梁計算 包括外力計算、內力計算、配筋計算。 a 當蓋梁線剛度與樁柱線剛度比大于5時 雙柱式的蓋梁 一般可按簡支梁或懸臂梁進行計算和配筋；多根樁柱 的蓋梁可按連續梁計算； b 當蓋梁計算跨徑與梁高之比對簡支梁小于2，對連續梁 小于2.5時 應按公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋 涵設計規范附錄六作為深梁計算。 c 當線剛度比小于5時 或橋墩承受較大橫向力時，蓋梁 應作為橫向剛架的一部分予以驗算。外力計算 作用在蓋梁上的外力主要考慮上部結構