公路与桥梁的基本知识和养护管理 培训教案.docx

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公路与桥梁的基本知识和养护管理培训教案

公路养护培训教案

XX公路管理处

公路与桥梁的基本知识

第一部分公路

一、公路的概念：

联接城市、乡村和工矿基地之间，主要供汽车行驶并具备一定技术标准和设施的道路称公路。

二、公路的组成：

公路的主要组成部分有路基、路面、桥梁、涵洞、渡口码头、隧道、绿化、通讯、照明等设备及其它沿线设施组成。

路基：

指的是按照路线位置和一定技术要求修筑的作为路面基础的带状构造物，路基是用土或石料修筑而成的线形结构物。

它承受着本身的岩土自重和路面重力,以及由路面传递而来的行车荷载,是整个公路构造的重要组成部分。

路面：

路面是指用筑路材料铺在路基顶面，供车辆直接在其表面行驶的一层或多层的道路结构层。

用筑路材料铺在路基上供车辆行驶的层状构造物。

具有承受车辆重量、抵抗车轮磨耗和保持道路表面平整的作用。

为此，要求路面有足够的强度、较高的稳定性、一定的平整度、适当的抗滑能力、行车时不产生过大的扬尘现象，以减少路面和车辆机件的损坏，保持良好视距，减少环境污染。

路面按其力学特征分为刚性路面和柔性路面。

刚性路面在行车荷载作用下能产生板体作用，具有较高的抗弯强度，如水泥混凝土路面。

柔性路面抗弯强度较小，主要靠抗压强度和抗剪强度抵抗行车荷载作用，在重复荷载作用下会产生残余变形，如沥青路面、碎石路面。

根据设计要求和就地取材的原则，路面可用不同材料分层铺筑。

低、中级路面一般结构层次较少，通常包括面层、基层、垫层等层次；高级路面结构层次较多，一般包括面层、联结层、基层、底基层、垫层等层次。

面层

　　是直接同行车和大气相接触的层次。

承受行车荷载较大的竖向力、水平力和冲击力的作用，同时又受到降水的侵蚀作用和温度变化的影响。

因此，面层应较其他各层具有更高的结构强度、刚度、不透水和温度稳定性，表面还应有良好的平整度、粗糙度和耐磨性。

面层有时采用上下两层的双层结构。

联结层

　　是为了加强面层与基层之间的联结和提高面层抵抗疲劳能力而设置的，也是面层的路面结构一部分。

多用于交通繁重的道路，有时为了防止或减少面层受下层裂缝反映的影响，也采用联结层。

基层

　　是路面结构中的承重部分。

主要承受车辆荷载的竖向力,并把面层传下来的力扩散到垫层或土基,故基层也应具有足够的强度和刚度。

基层受自然因素的影响虽不如面层强烈，但也应具有足够的水稳定性，以防基层湿软后产生过大的变形，导致面层损坏。

底基层

　　是基层下面的一层，用来加强基层承受和传递荷载的作用，在重交通道路和高速公路上多用之。

对底基层材料的强度和刚度的要求可以略次于基层。

组成基层和底基层的材料有：

用各种工业废渣组成的混合料，用水泥、石灰或沥青稳定的或碎、砾石混合料，各种轧碎的砾石混合料或天然砂砾石和片石、块石、圆石等。

垫层

是介于基层（或底基层）和土基之间的层次。

其主要作用为改善土基的湿度和温度状况，以保证面层和基层的强度稳定性和抗冻胀能力，并扩散由基层传来的荷载以减小土基产生的变形，故垫层常铺设在土基水温状况不良地段。

在冻深较大的地区铺设的能起防冻作用的垫层称为防冻层；在地下水位较高的地区铺设能起隔水作用或防止地表积水下渗的垫层称为隔离层。

常用的垫层材料有砂、砾石、炉渣、石灰土、炉渣石灰土等透水性或稳定性较好的材料。

土基是路面的基础，它承受由路面传递下来的车轮荷载及路面的自重。

它不属路面结构层次，但设计路面时必须以土基状况为依据，路基路面应综合设计。

　　半个多世纪以来，路面的设计方法、新材料的使用和施工工艺都有很大发展。

在早期，路面的厚度是凭经验决定的，现在已发展到根据路面的实际受力状态，结合材料的特性,温度的变化,荷载时间等因素而得出比较严密的理论设计方法，使路面厚度的确定比较合理。

在路面材料方面，从过去单纯地使用各种天然材料发展到使用各种人工粒料（如将煅烧燧石屑用于沥青磨耗层可提高耐磨性，将煅烧铝矾土同薄层环氧树脂一起铺成表面处治可改善滑溜问题，将多孔陶粒、膨胀粘土等修建强度和孔隙率很高的防冻层、隔离层等）；工业副产品（如使用被石灰活化的粒状矿渣、粉煤灰等作稳定性良好的基层；用废橡胶改善沥青路面性能和做成不易开裂的橡胶混凝土）；土工织物（如将聚酯类、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺挤压成丝状或带状，再织成网状等各种形状织物作隔离层，保护边坡和路面修补等用）以及各种乳化沥青、改性沥青、高强耐磨的混凝土块等，从而提高了路面质量。

在施工工艺方面，从早期的手工操作发展到目前的机械化、自动化、系列化的先进施工方法，工效高、质量好。

今后随着力学理论、运算工具、新材料、新设备的不断发展，道路路面的设计和施工必将更趋完善，路面工程的内容将更臻丰富。

　　路面按其力学特征可以分为：

刚性路面在行车荷载作用下能产生板体作用，具有较高的抗弯强度，如水泥混凝土路面。

柔性路面抗弯强度较小，主要靠抗压强度和抗剪强度抵抗行车荷载作用，在重复荷载作用下会产生残余变形，如沥青路面、碎石路面等。

有些路面材料在修建早期具有柔性路面特性，后期近乎刚性路面特性,对这种路面有时称为半刚性路面,如石灰稳定土、水泥稳定土，石灰粉煤灰、石灰炉渣等材料建成的路面。

三、公路的分类

1、按行政等级划分

公路按行政等级可分为：

国家公路、省公路、县公路和乡公路（简称为国、省、乡道）以及专用公路五个等级。

一般把国道和省道称为干线，县道和乡道称为支线。

国道是指具有全国性政治、经济意义的主要干线公路，包括重要的国际公路，国防公路、连接首都与各省、自治区、直辖市首府的公路，连接各大经济中心、港站枢纽、商品生产基地和战略要地的公路。

国道中跨省的高速公路由交通部批准的专门机构负责修建、养护和管理。

省道是指具有全省（自治区、直辖市）政治、经济意义，并由省（自治区、直辖市）公路主管部门负责修建、养护和管理的的公路干线。

县道是指具有全县（县级市）政治、经济意义，连接县城和县内主要乡（镇）、主要商品生产和集散地的公路，以及不属于国道、省道的县际间公路。

县道由县、市公路主管部门负责修建、养护和管理。

乡道是指主要为乡（镇）村经济、文化、行政服务的公路，以及不属于县道以上公路的乡与乡之间及乡与外部联络的公路。

乡道由人民政府负责修建、养护和管理。

专用公路是指专供或主要供厂矿、林区、农场、油田、旅游区、军事要地等与外部联系的公路。

专用公路由专用单位负责修建、养护和管理。

也可委托当地公路部门修建、养护和管理。

2、按使用任务、功能和适应的交通量划分

根据我国现行的《公路工程技术标准》（JTJB01-2003），公路按使用任务、功能和适应的交通量分为高速公路、一级公路、二级公路、三级公路、四级公路五个等级：

1、高速公路为专供汽车分向分车道行驶并应全部控制出入的多车道公路。

四车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量25000～55000辆。

六车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量45000～80000辆。

八车道高速公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量60000～100000辆。

2、一级公路为供汽车分向分车道行驶并可根据需要控制出入的多车道公路。

四车道一级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量15000～30000辆。

六车道一级公路应能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量25000～55000辆。

3、二级公路为供汽车行驶的双车道公路。

一般能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量5000~15000辆。

4、三级公路为主要供汽车行驶的双车道公路。

一般能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量2000～6000辆。

5、四级公路为主要供汽车行驶的双车道或单车道公路。

双车道四级公路能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量2000辆以下。

单车道四级公路能适应将各种汽车折合成小客车的年平均日交通量400辆以下。

第二部分桥梁

一、桥梁的基本组成和分类

（一、）桥梁的基本组成

1、基本组成

2、桥梁的分类

桥梁按受力体系分类：

梁、拱、吊三大基本体系

（1）梁式桥

①组成：

②受力特点：

在竖向荷载作用下，桥墩和桥台处无水平反力，梁以受弯为

主。

③用材：

抗弯、抗拉能力强的材料（钢、配筋混凝土、钢一混凝土组合结构等）型式：

（2）拱桥

①组成：

②受力特点：

在竖向荷载作用下，桥墩和桥台将承受水平推力，承重结构（拱圈或拱肋）以受压为主。

③用材：

抗压能力强的圬工材料（如砖、石、混凝土）和钢筋混

凝土、钢等来建造。

④型式：

双曲拱a、中承式钢管拱c、系杆拱桥d、“飞雁式”三跨自锚式微小推力拱桥

（3）刚构桥

①组成：

梁（或板）与立柱（或竖墙）整体结合在一起的刚架结构，梁和柱的连结处具有很大的刚性，以承担负弯矩的作用。

②受力特点：

在竖向荷载作用下，柱脚处具有水平反力，梁部主要受弯，但弯矩水平值较同跨径的简支梁小，梁内还有轴压力H，因而其受力状态介于梁桥与拱桥之间。

③用材：

钢筋混凝土、预应力混凝土、钢等

（4）斜拉桥

①组成：

②受力特点：

竖向荷载作用下，受拉的斜索将主梁多点吊起，并将主梁的恒载和车辆等其它荷载传至塔柱，再通过塔柱基础传至地基。

塔柱基本上以受压为主。

跨度较大的主梁就象一条多点弹性支承（吊起）的连续梁一样工作，从而使主梁内的弯矩大大减小。

主梁截面的基本受力特征为偏心受压构件。

高次超静定结构。

③用材：

高强平行钢丝或钢绞线等制成斜拉索，主梁用材有预应力混凝土、钢、钢－混凝土组合（结合、叠合）、钢－混凝土混合等。

（5）悬索桥跨越能力最大，受力简单明了，成卷的钢缆易于运输，在将缆索架设完成后，便形成了一个强大稳定的结构支承系统，施工过程中的风险相对较小。

①组成：

②受力特点：

竖向荷载作用下，通过吊杆使缆索承受很大的拉力，缆索锚于悬索桥两端的锚碇结构中。

缆索传至锚碇的拉力可分解为垂直和水平两个分力，因而悬索桥也是具有水平反力（拉力）的结构

2、桥梁的其他分类简述

（1）按用途来划分：

公路桥、铁路桥、公铁两用桥、农桥、人行桥、水运桥、管线桥等。

（2）按桥梁全长和跨径划分：

（3）按照主要承重结构所用的材料划分：

圬工桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、钢桥、钢－混凝土组合桥和木桥（不用于永久性桥）等

（4）按跨越障碍的性质：

跨河桥、跨海桥、跨线桥、立交桥、高架桥等

（5）按桥跨结构的平面布置：

正交桥、斜交桥和弯桥。

（6）按上部结构的行车道位置：

上承式桥、中承式桥和下承式桥。

（7）按桥梁的可移动性：

固定桥、活动桥（开启桥、升降桥、旋转桥、浮桥等）

二、桥面布置与构造

桥面部分：

桥面铺装、防水和排水设施、伸缩装置、人行道（或安全带）、缘石、栏杆和灯柱等构造。

（一）、桥面铺装

功用：

是保护桥面板不受车辆轮胎（或履带）的直接磨耗，防止主梁遭受雨水的侵蚀，并能对车辆轮重的集中荷载起一定的分布作用。

类型：

可采用水泥混凝土、沥青表面处治和沥青混凝土等

（二）、桥面防水和排水设施

1、防水层的设置

设置原则：

对于防水程度要求高，或桥面板位于结构受拉区而可能出现裂纹的混凝土梁式桥上，应在铺装内设置防水层。

类型:

①沥青涂胶下封层；

②高分子聚合物涂胶；

③沥青或改性沥青防水卷材，以及浸渍沥青的无纺土工布等。

2.泄水管和排水管的设置

位置：

宜设置在桥面行车道边缘处，距离缘石10～50cm；

可以沿行车道两侧对称排列，也可交错排列。

间距：

应依据设计径流量计算确定，但最大间距不宜超过20m。

设置方式：

竖向排水：

适用于跨越一般河流、水沟的桥梁，桥面水直接向下排放；

横向排水：

孔道易淤塞。

纵向（封闭式）排水：

适用于跨越公路、铁路、通航河流的桥梁以及城市桥梁。

3、桥面横坡的设置

坡度：

可按路面横坡取用或比后者大0.5%。

桥面横坡的形成：

1）将墩台顶部而做成倾斜的——适用于板桥或就地浇筑的肋板式梁桥，可节省铺装材料并减轻恒载；

2）在桥面板上采用不等厚的铺装层

（包括混凝土的三角垫层和等厚的路面

铺装层）——适用于桥面不很宽的装

配式肋板式梁桥;

3）直接将行车道板做成双向倾斜——适用于桥宽较大时，以减轻恒载。

（三）、桥梁伸缩装置

功能：

适应桥梁上部结构在气温变化、活载作用、混凝土收缩徐变等因素的影响下变形的需要，并保证车辆通过桥面时平稳。

位置：

一般设在两梁端之间以及梁端与桥台背墙之间。

注：

在伸缩缝附近的栏杆、人行道

结构也应断开，以满足梁体的自由变形。

（四）、人行道

人行道设置于城镇和近郊的桥梁上，其宽度和高度应根据行人的交通流量和周围环境来确定。

人行道横坡：

倾向桥面1～1.5％的排水横坡。

宽度：

0.75m或1m，当宽度要求大于1m时，按0.5m的倍数增加。

三、桥梁墩台的类型和构造

桥梁下部结构由桥墩、桥台和基础组成；桥梁墩（台）主要由墩（台）

帽、墩（台）身和基础三部分组成，如图所示。

梁的自重及梁所承受的荷载，通过桥台、桥墩传给地基。

一）、梁桥桥墩

桥墩按其构造可分为实体桥墩、空心桥墩、柱式排架桩墩、柔性墩和框架墩等五种类型。

（一）实体式（重力式）桥墩

实体桥墩是由一个实体结构组成。

它们由墩帽、墩身

和基础构成。

（二）桩（柱）式桥墩

柱式桥墩的结构特点是由分离的两根或多根立柱（或桩柱）所组

成。

它的外型美观，圬工体积少，因此是目前公路桥梁中广泛采用的桥墩型式之一，特别是在较宽较大的城市桥和立交桥中。

（三）钢筋混凝土薄壁式墩和空心墩

在一些高大的桥墩中，为了减少圬工体积，节约材料，减轻自重，减少软弱地基的负荷，也可将墩身内部做成空腔体、即所谓空心桥墩。

这种桥墩在外形上与实体重力式桥墩并无大的差别，只是自重较实体重力式的轻，因此，它介于重力式桥墩和轻型桥墩之间。

几种常见的空心桥墩如图所示。

四）柔性（排架）墩

柔性排架桩墩其主要特点是，可以通过一些构造措施，将上部结构传来的水平力（制动力、温度影响力等）传递到全桥的各个柔性墩台，或相邻的刚性墩台上，以减少单个柔性墩所受到的水平力，从而达到减小桩墩截面的目的。

二）、拱桥桥墩

拱桥桥墩通常采用实体式（重力式）和桩（柱）式墩

（一）拱座

拱座相当于梁式桥墩（台）的墩（台）帽是直接支撑拱圈的部分，相邻桥跨的拱推力相互抵消后，将不平衡的推力传至墩身。

单向推力墩，它的主要作用是：

在它的一侧的桥孔因某种原因遭到毁坏时，能承受住单侧拱的恒载水平推力，以保证其另一侧的拱桥不致遭到倾坍。

当施工时为了拱架的多次周转，或者当缆索吊装设计的工作跨径受到限制时为了能按桥台与某墩之间或者按某两个桥墩之间作为一个施工段进行分段施工，在此情况下也要设置能承受部分恒载单向推力的制动墩。

二、梁台的类型及适用性

一）、桥梁桥台

一种是重力式墩台。

这类墩、台的主要特点是靠自身重量来平衡外力而保持其稳定。

因此，墩身、台身比较厚实，可以不用钢筋，而用天然石材或片石混凝土砌筑。

它适用于地基良好的大、中型桥梁，或流冰、漂浮物较多的河流中。

在砂石料方便的地区，小桥也往往采用重力式墩、台。

其主要缺点是圬工体积较大，因而其自重和阻水面积也较大。

另一种是轻型墩台。

一般说来，这类墩台的刚度小，受力后允许在一定的范围内发生弹性变形，所用的建筑材料大都以钢筋混凝土和少筋混凝土为主，但也有一些轻型墩台，通过验算后可以用石料砌筑。

（一）重力式桥台

重力式桥台主要靠自重来平衡台后的土压力，通常用石料、片石混凝土或混凝土等圬工材料建造。

（二）、埋置式桥台

埋置式桥台将台身大部分埋入锥形护坡（溜坡）内，缩短翼墙（耳墙），仅由台帽两侧耳墙与路堤衔接，如图所示：

（三）、桩柱式桥台

桩柱式桥台是当前常用的桥台形式之一，它比实体埋置式桥台能节省更多的圬工，而且施工更为简易，如图所示：

（四）轻型桥台

轻型桥台的体积轻巧、自重较小，一般由钢筋混凝土材料建造，它借助结构物的整体刚度和材料强度承受外力，从而可节省材料，降低对地基强度的要求和扩大应用范围，为在软土地基上修建桥台开辟了经济可行的途径

二）、拱桥桥台

（一）齿槛式桥台结构特点：

基底面积较大，可以支承一定的垂直压力；

底板下的齿槛可以增加磨擦和抗滑的稳定性；

台背做成斜挡板，利用它背面的原状土和前墙背面的新填土，共同平衡拱的水平推力；

前墙与后墙板之间的撑墙可以提高结构的刚度；

齿槛的宽度和深度一般不小于50cm。

这种桥台适用于软土地基和路堤较低的中小跨径拱桥。

（二）空腹式桥台

空腹式桥台:

前墙、后墙、基础板和撑墙等部分组成。

前墙承受拱圈传来的荷载，后墙支承台后的土压力。

在前后墙之间设置撑墙3～4

道，作为传力构件，并对后墙起到扶壁，对基础板起到加劲作用

（三）组合式桥台

组合式桥台由台身和后座两部分组成台身部分承受拱的竖直压力，后座部分则通过后座底板的摩阻力及台后的土侧压力来平衡拱的水平推力。

三、桥梁基础