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桥梁工程毕业设计论文
珠海金沙某大桥方案设计
1初步设计及方案比选
内容摘要：
本设计是针对珠海金沙某公路上的一座大桥进行初步方案设计，根据该桥桥址的地址、水文、河道通航等实际情况和道路走向工程技术及规范的实际需要，对大桥从跨度拟定，桥型选择，孔径确定，上部等细部构造设定，桩基础施工工艺到桥面板的施工工艺各要素进行初步方案设计，最后完成方案比选问题。
为了比较，考虑各桥型的适用范围，共提出110+200+110m预应力混凝土连续刚构，70+160+70m预应力混凝土上承式梁拱组合桥，100+200+100m斜拉桥三个设计方案。
最后从桥长、纵坡、工艺、造价、用材、美观、适用性能等方面对各方案进行综合比较，最后得到最佳方案。
这次大跨度桥梁方案设计，使我们从中学会到桥梁方案从桥孔计算、方案选择、截面确定、材料比选、墩台基础等结构的设计过程和计算方法，了解了桥梁工程初步规划的相关程序，培养工程师的基本技能，通过对所学课程《桥涵水文》、《桥梁工程》、《基础工程》、《公路工程概预算》等的运用，加上老师的细心辅导，自己寻找资料，初步掌握了桥梁方案初步设计整个过程的大部分内容，锻炼自己独立工作的能力
1.1设计概述
本桥位自上而下的地质情况如下：
（1）河岸部分，上层位7m左右的农耕土；次层为2m左右的淤泥层及淤泥夹粘土层，含水量大，粘性大，强度低；第三层为淤泥质种细砂层及淤泥加砂层，厚8m左右，含水量大，强度低；第四层为7.5m的强风化泥页岩层，比较松散，强度比较低；第五层微风化泥页岩层，强度大
（2）河槽部分，上层为4m左右弄耕土，次层为3m左右淤泥质中细砂层，其余层同河岸部分。
由以上地质情况可知，本桥位于工程地质较差地段，河滩部分要深至第五层的为风化泥页岩层，强度才能符合要求。
设计技术标准：
设计荷载：
公路－Ⅰ级（汽车荷载）
河面宽度：
454M
人群荷载：
3.5KN/M2
最大水深：
13M
桥面全宽：
18.50M
河床平均流速：
V＝0.6M/S
地震烈度：
6度
本设计是对珠海金沙某大桥的初步设计工作，这次设计的目的是使学生学会如何综合运用已学知识联系实践内容，解决中等复杂难度的桥梁工程中规划、设计以及施工方案等各方面的问题，培养学生初步具有工程师的基本技能。
因此，我们以所学《桥涵水文》、《桥梁工程》、《基础工程》、《公路工程概预算》这几门课程为主，加以其他相关规范，了解桥梁设计的整个过程和大部分内容，培养自己一下几方面的工程能力：
1、系统地巩固和加深已学到的理论知识和桥梁实习所取得的经验；
2、遵循国家建设方针，安装具体规范、准则，使用手册等参考资料进行独立设计
3、提高运用相关软件绘图技能
4、培养阅读文献、利用资料进行科研的能力
5、了解桥梁设计的整个过程和大部分内容
6、掌握设计文件的编制办法
7、熟悉与设计有关的各种设计资料和技术标准，了解有关设计参考资料
1.2桥位的选择
按照《公路桥位勘测规程》，桥位选择的一般要求如下：
1、应以国民经济发展和国防需要考虑，并与铁路，水利航道和市政等各方面的规划尽可能地相互协调和配合。
2、一般应以服从路线的总方向，并满足桥头接线要求，桥型要综合考虑。
3、可能地河道顺直、稳定、滩地较窄、较高，并且河槽能通过大部分设计流量地段
4、桥轴线应尽可能与洪水位主流正交，宜设在河滩与河槽流向一致的河段上。
5、宜选在地质条件较好的地段，尽量避免泥渍、盐沼土，以及其他不良地段通过
由于该路线方向已定，且基本与河道主流正交，河道较顺直，主河槽位右侧，两侧河滩较窄，河岸位农田，经综合分析各方面因素，决定桥轴线的总方向服从路线走向，桥台位置在两侧应尽量远离主槽，以免引起过高的壅水高度而淹没周围农田房屋，以及减少后台填土对桥台的压力
1.3水文
根据设计任务书所提供的资料，本桥位河床稳定，无冲积现象，由勘测所得的桥位地址剖面计算桥孔净长。
1.3.1经验公式法
从地质图中用Autocad软件可测得河槽过水面积wc=1350.8m2
河滩过水面积wt=541.5m2
天然情况下河槽设计流量
Qc=wcxV（1.1）
=1350.8x0.6=810.5m3/s
天然情况下河滩设计流量
Qt=WtxV（1.2）
=541.5x0.6=324.9m3/s
河床断面平均流速
（1.3）
水面宽B=454m河槽宽Bc=170m
河床断面平均水深
（1.3）
对稳定河段，河槽平均单宽流量
qc=
（1.3）
河槽平均水深
（1.3）
则水流压缩系数
（1.4）
所以，桥孔净长
Lj=
（1.4）
即满足通航要求的最小泄洪宽度为198m
1.3.2冲刷系数法
初步拟定上部结构采用预应力钢筋混凝土简支梁，本河流为三级航道，要求桥下净跨不小于40m，选用标准跨径40m，并假定墩宽1m，取冲刷系数P=1.2，侧收缩系数u=1-0.375
=0.99（1.5）
过水面积折减系数
（1.6）
通过设计流量时所需的桥下最小毛过水面积
Wg=
（1.6）
在全部河滩中布置桥孔，在170m宽的河槽上可以得到毛过水面积1351m2，另外需要河滩上布置过水面积为1393-1351=42m2
则沿左岸河滩上伸出25m，增加过水面积52m2，若在右岸水面处布置一桥台前缘，采用5孔跨径40m的桥孔，则另一桥台前缘位于距离200m处，即桥孔长度600m，其桥孔净长Lj=5x（40-1）=195m，与经验公式法计算结果相差不大
上述计算结果是桥下宣泄洪水所需最小孔径，实际中应考虑桥前壅水，桥下冲刷，河道主流摆动幅度，以及技术经济方面的要求，为减少对航运影响，还可加大航道所在桥孔的跨径、
桥面标高的确定
由设计资料可知，此河道属于三级航道，设计时要求航道净空达到三级标准、通航水位取涨潮水位H=2.3m
依照《桥梁工程》决定通航净空为：
图1.1单位：
mm
桥底标高：
H底=设计通航水位+通航净空
=1.3+10
=11.3m
桥顶标高：
H顶=桥底标高+建筑高度
1.4桥孔分孔
对于大、中型桥梁，分孔问题是设计中最基本，最复杂的问题之一，必须进行深入全面的分析，才能得到比较完美的方案。
（1）、必须满足排洪和通航的要求，各跨的总和应大于或接近桥梁净跨径；
（2）、从地质情况考虑，分孔后各桥墩所处位置的优劣；
（3）、从施工条件考虑，同一图式中不宜采用多种跨径，且不宜选用太大跨径；
（4）、宜尽量选用标准跨径；
（5）、当采用不等跨方案时，跨度变化不宜太多，并适当安排各跨比例，以求合理受力及美观；
（6）、从建桥材料及结构型式来考虑跨度的大小，在分孔时，可利用“经济跨径”作参考。
1.5方案选择
（1）、为了使结构图式经济合理，必须很好地熟悉各种桥跨结构的力学和构造特点，及其适用范围；
（2）、从地质情况来考虑选用合理的墩，台型式及上部结构型式（静定，超静定，有推力，无推力）；
（3）、从建筑高度，跨越能力，所需材料等方面来考虑；
（4）、考虑施工方法和施工能力；
（5）、满足战备要求；
（6）、注意桥型美观，尽量与周围环境协调；
（7）、其它特殊要求，如引进新技术，新工艺的试验等。
综合以上考虑，决定采用一下几个方案
1.5.1方案一，预应力混凝土连续刚构
（一）主要构造物形式
1）桥台，采用桩柱式桥台，可减小主跨跨径，节省工程材料，同时还消掉了墩顶的负弯矩尖峰，在外观上显得轻巧美观。
台身埋在填土路堤以内，在台帽处设有搭板伸向路堤内，可以提早使桥台承受活载，减少对桥台的冲击作用，此种桥台适用于各种土壤地基，填土高度为3-5米，跨度较大的桥梁
2）桥墩，采用双薄壁墩，其刚度较大，适用性较广，能够满足刚构桥的柔性要求，并可与桩基配合使用，外形美观，圬工体积较小，而且重量轻
3）上部结构，采用装配式预应力混凝土连续变截面单箱双室梁桥，桥面连续，引桥为30m的简支T梁
图1.2单位：
mm
（二）结构尺寸拟定
1）主跨，110+200+110m，主梁采用预应力混凝土连续梁，单箱双室，墩支座处梁高11m，为中跨跨径的1/18，跨中截面梁高3.6m，为中孔跨径的1/55，梁底板厚度30—100cm，顶板悬臂3.5m，没室宽5.5m，梁全宽18.5m，设1.5%双向横坡，省去三角垫层，顶板厚度主要由受力和布筋要求决定，中部厚52.6cm，悬臂板端20cm，肋厚50cm，具体尺寸如图所示。
2）引桥，采用30m混凝土简支T梁，结构尺寸参照30m标准图
1.5.2方案二，预应力混凝土上承式梁拱组合桥
（一）主要构造物形式
（1）桥台，同方案一
（2）桥墩，同方案一
（3）上部结构，采用预应力混凝土上承式梁拱组合桥，桥面连续
（二）结构尺寸拟定
图1.3单位：
mm
（1）主跨，70+160+70m，主拱结构形式为闭口箱行截面，拱圈采用圆曲线，拱箱用C40混凝土，高220cm，底板厚25cm，全部预制，顶板厚30cm，主孔跨径160m，失跨比1/7，边跨跨径70m，失跨比1/8，桥面行车道宽15m，两边各设1.75m人行道，总宽18.5m
本桥拱圈宽15m，宽跨比为1/11，满足横向稳定要求，利用悬挑人行道，拱上建筑采用轻型结构，主跨每边布置9孔6m简支钢筋混凝土肋板，为主拱跨径的1/26，肋板有7根梁肋，宽40cm，高60cm，板厚15cm，根部加厚至20cm。
（2）引桥，参照30m标准跨径结构图
1.5.3方案三，双搭单索面预应力混凝土斜拉桥
（一）主要构造物形式
（1）桥台，同方案一
（2）桥墩，同方案一
（3）上部结构，采用预应力混凝土上承式梁拱组合桥，桥面连续
（二）结构尺寸拟定
图1.4单位：
mm
（1）主梁，为使主梁具有足够的抗扭刚度，故主梁采用三室闭合箱梁，梁高取2.85m，为主跨跨径的1/70，箱顶宽22m，其中中央索区分隔带3.5m，箱梁各部分厚度由受力或构造决定，顶板、斜腹板28cm，底板厚25cm，中腹板30cm，每道拉索处设一横隔梁，厚60cm，为保证塔下结构稳定，采用塔梁墩刚性联结，主墩墩顶设两道横隔梁。
（2）索塔为倒Y型独柱，置于箱梁中央部位，两腿通过墩顶横梁与梁墩固结，塔身钢索锚固段高30m，塔腿部分高25m，塔腿截面尺寸为3.5x3m，中间挖空1.5x1.2m，塔身为矩形截面，6x4.5m，中间挖空，1.8x2.0m，拉索由φ7高强钢丝组成，极限强度1600Mpa，根据5000KN的张拉设备，每塔设计为11拉索，在梁上的素距取8.5m，中孔塔取1.25倍索间距既10m，拉索角度由外索至内索为260—780，塔上竖向间距2m，塔顶至第一根拉索距离为4m。
2桥型方案工程量计算
2.1预应力混凝土刚构桥
2.1.1基础工程
（一）筑岛及围堰
施工水位1.3m，考虑到河流断面被压缩后，水位涨高，因此施工水位加一个壅水高度0.5m，即1.3+0.5=1.8m作为施工期间的最高控制水位。
由地质图以及各墩台所在位置可知，6#—11#桥墩为水下施工，其中11#为深水墩，6#—10#为浅水墩，1#—5#，12#——18#为陆地施工。
1）根据《公路桥涵施工技术规范》，水深在3m以内，流速在1.5m/s以内，河床土质渗水较小时，可采用草袋围堰，围堰高度应高出施工期间可能出现的最高水位（包括浪高）0.5—0.7m，所以，对于6#—10#桥墩，采用草袋围堰，围堰顶高出施工期间最高水位0.5m，则围堰高度可确定为：
H=施工期间最高控制水位+0.5m
=1.8+0.5
=2.3m
围堰顶宽度取2m，内侧及外侧边坡均取2：
1，围堰长以h/2处的长度计算。
2）工程量计算：
筑岛填心体积、围堰长
1对于6#桥墩
图2.1.1单位：
mm
上底面积：
S上=5.723x12.123=69.4m2
S下=4x10.4=41.6m2
筑岛填心体积V6=
95.6m3
围堰长L6=
=32.2m
2对于7#桥墩
图2.1.2单位：
mm
上底面积：
S上=5.723x12.123=69.4m2
S下=4x10.4=41.6m2
筑岛填心体积V7=
144.6m3
围堰长L7=
=32.2m
3对于8#桥墩
图2.1.3单位：
mm
上底面积：
S上=5.723x12.123=69.4m2
S下=4x10.4=41.6m2
筑岛填心体积V8=
151.1m3
围堰长L8=
=32.2m
4对于9#桥墩
图2.1.4单位：
mm
上底面积：
S上=18.257x18.229=332.8m2
S下=15.412x15.600=240.4m2
筑岛填心体积V9=
815.4m3
围堰长L9=
=67.6m
5对于10#桥墩
图2.1.5单位：
mm
上底面积：
S上=23.445x18.229=427.4m2
S下=20.6x15.6=321.4m2
筑岛填心体积V9=
884.6m3
围堰长L10=
=77.8m
则对于6#—10#桥墩
围堰总长L总=32.2x3+67.6+77.8=242m
筑岛填心体积V总=95.6+144.6+151.1+815.4+884.6=2091.3m2
6对于11#桥墩
图2.1.6单位：
mm
由于11#桥墩为深水墩，需要套箱围堰用以修建承台，参照《公路桥涵施工手册》用套箱法修建承台知，宜在基桩沉入完毕后，用吸泥机清除桩顶覆土，再下沉套箱，浇筑水下混凝土封底，抽水，建筑承台
套箱厚5mm，套箱为钢套箱，骨架均用角钢焊接，钢箱顶高出最高施工水位0.5m，根据水深情况可知，11#深水套箱高度为8m，则每米套箱重量为
（15.6+20.6）x2x0.05x78=28.24KN/m
所以，套箱总重量为8x28.24=22.59T
（二）回旋钻机钻孔
采用回旋钻机钻孔，桩顶进入微风化层1.5倍桩径，其中1#—8#、13#—18#桩径为1.8m，其余为2.0m
表2.1.1回旋钻机钻孔
农耕土
淤泥夹
粘土层
淤泥质
中细砂层
强风化
泥页岩层
微风化
泥页岩层
桩数
桩径
1#
6.705
2.806
9.104
5.111
2.7
2
2
2#
9.725
2.11
8.756
5.72
2.7
2
2
3#
7.741
2.215
8.716
6.228
2.7
2
2
4#
7.966
2.32
8.676
6.735
2.7
2
2
5#
7.41
2.425
8.636
7.243
2.7
2
2
6#
5.969
2.53
8.596
7.749
2.7
2
2
7#
5.021
2.635
8.556
8.258
2.7
2
2
8#
4.838
2.74
8.516
8.764
2.7
2
2
9#
2.699
2.792
8.618
8.719
3
9
2
10#
2.699
2.938
9.111
8.079
3
12
2
11#
-
2.203
2.283
4.109
3
12
2
12#
-
2.039
5.456
4.057
3
9
2
13#
4.811
2.242
5.154
4.452
2.7
2
2
14#
5.369
2.377
4.851
4.849
2.7
2
2
15#
6.121
2.511
4.548
5.244
2.7
2
2
16#
6.879
2.646
4.245
5.642
2.7
2
2
17#
7.559
2.781
3.942
6.038
2.7
2
2
18#
8.617
4.71
3.72
5.58
2.7
2
2
单位：
m
（一）灌注桩混凝土
表2.1.2灌注桩混凝土
桩长
桩径
单桩底面积
单桩体积
桩数
体积
1#
26.426
2
3.14
82.98
2
165.96
2#
29.011
2
3.14
91.09
2
182.19
3#
27.6
2
3.14
86.66
2
173.33
4#
28.397
2
3.14
89.17
2
178.33
5#
28.414
2
3.14
89.22
2
178.44
6#
27.544
2
3.14
86.49
2
172.98
7#
27.17
2
3.14
85.31
2
170.63
8#
27.558
2
3.14
86.53
2
173.06
9#
25.828
2
3.14
81.10
9
729.90
10#
25.827
2
3.14
81.10
12
973.16
11#
11.595
2
3.14
36.41
12
436.90
12#
14.552
2
3.14
45.69
9
411.24
13#
19.359
2
3.14
60.79
2
121.57
14#
20.146
2
3.14
63.26
2
126.52
15#
21.124
2
3.14
66.33
2
132.66
16#
22.112
2
3.14
69.43
2
138.86
17#
23.02
2
3.14
72.28
2
144.57
18#
25.327
2
3.14
79.53
2
159.05
总体积
4769.35m3
体积单位：
m3其余单位：
m
2.1.2墩台结构
（一）混凝土桥台
1#、18#桥台尺寸如图所示，通过Autocad软件可以测得1#桥台其截面面积为：
S=9.23m2
体积V1=9.23x18.5=170.76m3
18#桥台与1#桥台对称，故其体积
V18=170.76m3
所以桥台总体积V总=170.76x2=341.5m3图2.1.7单位：
mm
2.1.3桥台锥形护坡
1#桥台设一座锥形护坡，护坡高度小于4m，桥台宽18.5m；12#桥台设一座锥形护坡，护坡高度小于4m，桥台宽18.5m
2.1.4混凝土桥墩
图2.1.8单位：
mm
表2.1.3混凝土桥墩
墩长
墩径
墩底
面积
墩数
墩
体积
盖梁截
面积
盖梁
厚
盖梁
体积
1#
-
-
-
-
-
-
-
-
2#
1.858
1.8
2.75
2
10.2
23.87
2
47.74
3#
2.861
1.8
2.75
2
15.7
23.87
2
47.74
4#
3.329
1.8
2.75
2
18.3
23.87
2
47.74
5#
4.61
1.8
2.75
2
25.4
23.87
2
47.74
6#
6.696
1.8
2.75
2
36.8
23.87
2
47.74
7#
8.328
1.8
2.75
2
45.8
23.87
2
47.74
8#
9.197
1.8
2.75
2
50.6
23.87
2
47.74
9#
9.693
11.5x3-10.1x1.6
18.34
2
355.5
-
-
-
5.477
11.5x3-10.1x1.6
18.34
2
200.9
-
-
-
10#
3.727
11.5x3-10.1x1.6
18.34
2
136.7
-
-
-
11#
7.556
11.5x3-10.1x1.6
18.34
2
277.2
-
-
-
12#
5.202
11.5x3-10.1x1.6
18.34
2
190.8
-
-
-
9.417
11.5x3-10.1x1.6
18.34
2
345.4
-
-
-
13#
6.856
1.8
2.75
2
37.7
23.87
2
47.74
14#
6.065
1.8
2.75
2
33.4
23.87
2
47.74
15#
5.078
1.8
2.75
2
27.9
23.87
2
47.74
16#
4.087
1.8
2.75
2
22.5
23.87
2
47.74
17#
3.174
1.8
2.75
2
17.5
23.87
2
47.74
18#
桥墩总体积：
1848.3
盖梁总体积：
572.9
所需混凝土总体积：
2421.2
体积单位：
m3其余单位：
m
2.1.5承台
9#墩处，承台底面积S=182.4m2，高4m，则承台体积
V9=182.4x4=729.6m3
10#墩处，承台底面积S=352.96m2，高4m，则承台体积
V9=352.96x4=1411.84m3
11#墩处承台与10#墩处相同，12#墩处承台与9#墩处相同，所以承台总体积
V=2x729.6+2x1411.84=4282.88m3
2.1.6上部构造
（一）预制、安装钢筋混凝土T型梁上部构造
引桥方案如下图所示
图2.1.9单位：
mm
图2.1.10单位：
mm
参照30m标准跨径结构图可知，一片预制T型梁的体积为：
V内梁=25.34m3
V边梁=24.43m3
则，一跨预制T梁的体积
V跨=6xV内梁+2xV边梁
=6x25.34+2x24.43
=200.9m3
全桥14跨预制T梁总体积V总=14x200.9=2812.6m3
2.1.7桥跨结构
主跨：
箱梁分段预制
梁底曲线方程为：
（单位：
mm）（2.1）
作梁纵向截面，各分段的距离及高度如下图所示：
图2.1.11单位：
mm
表2.1.4100m半跨
预制长（m）
高度（m）
面积（m2）
平均面积（m2）
各段长度（m）
各段体积（m3）
0.00
12.88
50.56
50.56
5.25
265.42
2.75
12.34
48.97
49.76
2.75
136.85
6.75
11.60
46.78
47.87
4.00
191.49
10.75
10.89
44.73
45.75
4.00
183.01
14.75
10.21
42.81
43.77
4.00
175.08
18.75
9.57
41.03
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