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橋涵設(shè)計

1、基礎(chǔ)知識

橋梁的組成：

傳統(tǒng)的說法：橋梁主要由橋跨結(jié)構(gòu)、墩臺、基礎(chǔ)、附屬工程等部分組成……。

隨著大型橋梁的增多、結(jié)構(gòu)先進性和復(fù)雜性的增強、對橋梁使用品質(zhì)的要求越來越高，傳統(tǒng)提法的局限性逐漸顯露。

現(xiàn)在的提法：橋梁由"五大部件"與"五小部件"組成。

所謂“五大部件”是指——橋梁承受汽車或其他運輸車輛荷載的橋跨上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)，它們必須通過承受荷載的計算與分析，是橋梁結(jié)構(gòu)安全性的保證。

五大部件：

1）橋跨結(jié)構(gòu)(或稱橋孔結(jié)構(gòu)、上部結(jié)構(gòu))。路線遇到障礙（如江河、山谷或其他路線等）的結(jié)構(gòu)物。

2）支座系統(tǒng)。支承上部結(jié)構(gòu)并傳遞荷載于橋梁墩臺上，它應(yīng)保證上部結(jié)構(gòu)預(yù)計的在荷載、溫度變化或其他因素作用下的位移功能。

3）橋墩。是在河中或岸上支承兩側(cè)橋跨上部結(jié)構(gòu)的建筑物。

4）橋臺。設(shè)在橋的兩端；一端與路堤相接，并防止路堤滑塌；另一端則支承橋跨上部結(jié)構(gòu)的端部。為保護橋臺和路堤填土，橋臺兩側(cè)常做一些防護工程。

5）墩臺基礎(chǔ)。是保證橋梁墩臺安全并將荷載傳至地基的結(jié)構(gòu)�；A(chǔ)工程在整個橋梁工程施工中是比較困難的部分，而且常常需要在水中施工，因而遇到的問題也很復(fù)雜。

◎前兩個部件是橋跨上部結(jié)構(gòu)，后三個部件是橋跨下部結(jié)構(gòu)。

所謂“五小部件”——是直接與橋梁服務(wù)功能有關(guān)的部件，過去總稱為橋面構(gòu)造。

五小部件：

1）橋面鋪裝(或稱行車道鋪裝)。鋪裝的平整、耐磨性、不翹曲、不滲水是保證行車舒適的關(guān)鍵。特別是在鋼箱梁上鋪設(shè)瀝青路面時，其技術(shù)要求甚嚴。

2）排水防水系統(tǒng)。應(yīng)能迅速排除橋面積水，并使?jié)B水的可能性降至最小限度。城市橋梁排水系統(tǒng)應(yīng)保證橋下無滴水和結(jié)構(gòu)上無漏水現(xiàn)象。

3）欄桿（或防撞欄桿）。它既是保證安全的構(gòu)造措施，又是有利于觀賞的最佳裝飾件。

4）伸縮縫。橋跨上部結(jié)構(gòu)之間或橋跨上部結(jié)構(gòu)與橋臺端墻之間所設(shè)的縫隙，以保證結(jié)構(gòu)在各種因素作用下的變位。為使行車順適、不顛簸，橋面上要設(shè)置伸縮縫構(gòu)造。

5）燈光照明�，F(xiàn)代城市中，大跨橋梁通常是一個城市的標志性建筑，大多裝置了燈光照明系統(tǒng)，構(gòu)成了城市夜景的重要組成部分。

結(jié)構(gòu)圖

翼墻：指橋臺前墻兩端或涵洞口兩側(cè)設(shè)置的擋土墻，涵洞的翼墻還起導(dǎo)流作用。

耳墻：指埋置式橋臺或樁柱式橋臺，與臺帽梁（蓋梁）連結(jié)成一體的小型擋土墻。

錐坡:指在橋梁或涵洞與路堤銜接處，為保持路堤穩(wěn)定而在橋梁兩端或洞口兩端構(gòu)筑的錐形填土及其表面的石砌防護體。

護坡：指橋臺前面為防止土體滑落而構(gòu)筑的土體及其表面的石砌防護體。

橋臺：是指橋梁兩端與路堤銜接的支承上部結(jié)構(gòu)并承受臺后土壓力的構(gòu)造物。

基礎(chǔ):擴大基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)

橋墩：指支承橋梁上部結(jié)構(gòu)而不承受土體側(cè)壓力的構(gòu)造物

基礎(chǔ):擴大基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)、沉井基礎(chǔ)

鉆孔灌注樁是指采用不同的鉆孔方法，在土中形成一定直徑的井孔，達到設(shè)計標高后，將鋼筋骨架（籠）吊入井孔中，灌注混凝土形成的樁基礎(chǔ)。

水下混凝土灌注過程：澆注水下混凝土不能將混凝土直接傾倒于水中。因為當(dāng)混凝土直接與水接觸穿過水層時，骨料和水泥很快將產(chǎn)生分離，骨料很快沉入水底，而水泥在較長時間內(nèi)呼吁懸浮狀態(tài)，當(dāng)其下沉?xí)r，已凝結(jié)硬化。因此水下混凝土的澆注，必須在與周圍環(huán)境水隔離的條件下進行。水下混凝土澆筑的方法很多。最常用的是導(dǎo)管法。

2、橋涵外業(yè)工作

橋涵外業(yè)調(diào)查記錄：

（1）、對于舊路上原有結(jié)構(gòu)物，需要填寫以下2個本子。

（2）、對于新建道路，需要填寫“小橋涵原始資料記錄簿”。

外業(yè)資料收集：

原有橋涵調(diào)查

目的：原有構(gòu)造物是否滿足設(shè)計使用要求。

方法：

（1）調(diào)查舊橋涵過水能力，孔徑、高度，基礎(chǔ)有無沖刷，沖刷深度。

（2）對原有結(jié)構(gòu)物進行水文驗算，結(jié)構(gòu)安全驗算。

（3）原有橋涵細部測量：中心樁號，角度，橋臺背墻前緣樁號，中線左右橋?qū)挘瑯騼魧�，護攔、人行道寬度。橋面標高、基礎(chǔ)頂面、墩臺蓋梁頂面標高。

（4）如果沒有竣工圖，還要進行結(jié)構(gòu)細部尺寸測量。

（5）結(jié)構(gòu)使用狀態(tài)調(diào)查：按《公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范》JTG H11—2011要求內(nèi)容進行調(diào)查，并進行橋梁使用狀態(tài)評定。

水文計算

（1）匯水面積：

按規(guī)定繪制沿線水系圖。核實低洼內(nèi)澇內(nèi)、分（滯）洪區(qū)的分布及主要水利工程位置和形式。

從地形圖上量繪沿線各匯水區(qū)面積、長度、寬度、坡度等特征值及主要水利工程控制的匯水面積。

（2）河段調(diào)查：

調(diào)查河道平面形狀及形態(tài)，核對與地形圖有無出入。

調(diào)查支流、分流、滑坡、塌岸等現(xiàn)象。

調(diào)查河床沖淤變化，河岸穩(wěn)定程度。上游泥沙來源，歷史上淤積高度和下切深度。

調(diào)查水流泛濫寬度、根據(jù)河床形態(tài)、泥沙組成、植被情況，確定河床、河灘各部分洪水糙率。

（3）洪水位調(diào)查：

收集的歷史洪水資料，在河段兩岸調(diào)查洪水發(fā)生的時間、洪痕位置、漲落過程、主流方向，調(diào)查有無漫流、分流及受人工建筑物的影響，調(diào)查河床斷面沖淤變化情況。

洪水調(diào)查的河段宜選擇兩岸有較多洪痕點，水流順直穩(wěn)定，無回流、分洪及人工建筑物影響，并宜靠近水文斷面。

同一次洪水應(yīng)調(diào)查3個以上較可靠的洪痕點，作出標志，記錄洪痕指定人的姓名、職業(yè)、年齡和敘述內(nèi)容。根據(jù)指定的洪痕標志物情況，指定人對洪水記憶程度，綜合分析、判斷洪痕點的可靠性。填寫洪水調(diào)查表。

（4）水文斷面測繪——形態(tài)斷面測量

A、形態(tài)斷面首先選在比較規(guī)則的順直河段上，宜與流向垂直。其次斷面選在洪痕分布較多、河岸穩(wěn)定、沖淤不大、泛濫寬度較小、無死水和回流的位置。

B、形態(tài)斷面應(yīng)在橋位上、下游各測繪一個；對河面不寬的中橋，可只測繪一個；當(dāng)橋位斷面符合水文斷面條件時，橋位斷面可作為水文斷面。

C、橫向范圍：平面寬灘河流測至歷史最高洪水泛濫線以外50m。

D、繪制內(nèi)容：應(yīng)標出河床地面線、植被和地質(zhì)情況、糙率特征水位等。

E、縱向范圍：水文斷面下游長度不小于1倍河道泛濫寬度，水文斷面上游2倍泛濫寬度。無洪痕點時，可用常水位或河道縱斷經(jīng)修正代替。

F、測繪內(nèi)容：河床比降線、測時水面比降線、歷次洪水比降線、水文斷面及橋位斷面位置。

（5）流量計算

小橋涵：

A、根據(jù)流量觀測資料推算設(shè)計流量

B、地區(qū)性經(jīng)驗公式

C、暴雨推理法

D、徑流形成法

E、形態(tài)調(diào)查法

F、直接類比法

G、省院編寫的經(jīng)驗公式

大中橋：

A、采用暴雨推理法

B、水文觀測站歷年流量計算

C、利用全國水文分區(qū)經(jīng)驗公式確定設(shè)計流量（觀測資料特別的少）

（6）設(shè)計水位計算

推算設(shè)計流量對應(yīng)的水位線高程即為設(shè)計水位高程

Cv為均方差與均值比

查皮爾遜III曲線kp值 cs=3.5cv cs偏差系數(shù) cv變差系數(shù) p130

（7）橋孔長度計算

（8）沖刷計算及基礎(chǔ)埋深

D、橋下河槽最低沖刷線

1)總沖刷深度

橋下河槽中，橋梁墩臺處的最低沖刷線，應(yīng)為橋下全部沖刷完成后的沖刷坑底（見圖）。全部沖刷完成后的最大水深，稱為總沖刷深度 hs ，是自然（演變）沖刷 △ h 、一般沖刷 hp和局部沖刷hɓ 等各種沖刷深度的總和，即hs=hɓ+hp+ △ h 。由設(shè)計水位Hs減去總沖刷深度，就是橋梁墩臺處河槽的最低沖刷線標高 Hm，亦即Hm=Hs-hs。

2)幾點說明

（1）對于穩(wěn)定性河段，河槽穩(wěn)定、不會拓寬，位于河槽部分和河灘部分的墩臺，可分別計算沖刷深度，各自采用不同的最低沖刷線標高。

（2）若河槽內(nèi)邊灘下移，深槽擺動，則在深槽可能擺動的范圍內(nèi)，全部橋墩均應(yīng)采用相同的最低從刷線標高并按河槽的最大水深計算沖刷深度。

（3）在穩(wěn)定的河灘部分，可按河灘特點計算沖刷深度，灘地墩臺可采用相同的最低沖刷線標高。

（4）對于河灘不夠穩(wěn)定的河段，如果河灘可能被沖成河槽（河槽擴寬），則河槽和河灘部分的所有墩臺，均采用相同的最低沖涮線標高，并按河槽的最大水深計算沖刷深度。

（5）橋臺的局部沖刷，由于導(dǎo)流堤或錐形護坡改善了橋臺部分的水流狀態(tài)，往往較橋墩的局部沖刷為小；但未設(shè)置導(dǎo)流堤而突出于水流中的橋臺，則近似于丁壩頂部的局部沖刷，在河灘流量較大時沖刷十分嚴重，應(yīng)予以注意，一般可通過調(diào)查或計算確定。

E、基礎(chǔ)埋深

1）擴大基礎(chǔ)埋深滿足沖刷要求及地基承載力要求。一般不宜超過5.5m。

2）樁基樁頂一般不高于地面或常水位。有時樁柱埋置橋臺臺高大于5m時，可采用提高樁頂標高采解決樁柱抗力不足問題。

3）肋板埋置臺承臺不必全埋入土中，以承臺不脫空為宜，埋入0.5~1.0m為宜。

4）涵洞基礎(chǔ)往往埋置過深,沒必要埋在凍漲線下25cm。應(yīng)按規(guī)范公式確定埋深。

橋梁測量

A、橋位平面控制測量

大橋要求進行橋位平面控制測量，定測時要求在橋軸線方向上，（曲線橋可在切線方向上），每岸設(shè)置1—2個橋位樁。橋軸線相對中誤差與路線控制測量要求相同。

B、橋位地形圖測量

橋位地形圖范圍應(yīng)能滿足橋梁改河、布設(shè)調(diào)治構(gòu)造物的需要。原有地形圖不能滿足要求時應(yīng)進行補測。

C、橋位地形圖測量

大橋應(yīng)從水準點引測高程測量，橋址處縱斷面及現(xiàn)有結(jié)構(gòu)物高程，中、小橋、涵洞可引測橋涵附近整樁高程。也可利用路線縱斷測量資料，當(dāng)?shù)匦巍⒌匚镒兓瘯r應(yīng)加樁補測。特別是橋臺處應(yīng)注意加樁，便于確定橋臺基礎(chǔ)標高及錐坡基礎(chǔ)高度。

對于冰凍河流應(yīng)鑿冰眼后實測河床標高。

當(dāng)?shù)孛鏅M坡較大時應(yīng)實測左右側(cè)路肩處輔助縱斷面，以方便合理確定墩臺基礎(chǔ)標高。

橋涵結(jié)構(gòu)選擇

橋梁：

1）根據(jù)不同的孔徑要求可采用簡支結(jié)構(gòu)或簡支轉(zhuǎn)連續(xù)結(jié)構(gòu)。橋梁跨徑＜10m上部結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土板式結(jié)構(gòu)，20m≥L≥10m上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力混凝土板；40m>L>20m,建筑高度受限制的橋梁宜采用預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁結(jié)構(gòu);建筑高度不受限制的橋梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土T梁結(jié)構(gòu)。

根據(jù)運輸條件、板梁數(shù)量決定空心板采用先張法或后張法板。

2）主線橋梁與路線的夾角宜控制在60o≤α≤120o，超過30o時宜考慮改移河溝或增大跨徑。

3）下部結(jié)構(gòu)根據(jù)孔徑、墩臺高度、基礎(chǔ)條件可選擇輕型橋臺、薄壁橋臺，樁柱式墩臺、肋板理置式臺，現(xiàn)U型橋臺、重力式墩。擴大基礎(chǔ)要求承載力在300 kPa以上的礫砂、卵石、碎石土等密實的土基上。

4）山區(qū)高填方深溝設(shè)橋還是設(shè)涵問題。當(dāng)路基挖方棄土過多時應(yīng)優(yōu)先考慮設(shè)涵，當(dāng)?shù)鼗休d力較高時，可采用暗板橋。

涵洞：

涵洞可根據(jù)具體情況選用園管涵、蓋板涵、拱涵、箱涵等型式。

圓管涵孔徑為1.0、1.25、1.5m。要求基底承載力大于100kPa，過水能力為1.5~5.0m3/s。

蓋板涵孔徑為1.5、2.0、3.0、4.0 m。過水能力力5.0~40 m3/s，承載力要求200 kPa以上。

二級公路最好選用1.25m以上孔徑。

箱涵孔徑1.5×1.25~7×4.2m，要求基底承載力大于100kPa。

拱涵分石拱涵、鋼筋混凝土拱涵，孔徑在1.5-6.0m之間，適合地基承載力較高，路基填土較高的情況。

橋涵橋孔布設(shè)：