公路桥涵技术资料 Microsoft Word 文档.docx
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第一节桥涵工程
一.桥涵的组成
桥涵主要由上部构造、下部构造、基础和调治构造物等四大部分组成（见图5-1所示）。
图5-1桥梁的基本组成
1.上部构造（即桥跨结构）
它包括承重结构、桥面铺装和人行道三大部分，由于桥梁有梁式、拱式等不同的基本结构体系，故其承重结构的组成各不相同。
2.下部构造
桥梁的下部工程包括桥台和桥墩或索塔，它是支撑桥跨结构并将恒载和车辆等活载传至地基的建筑物。
3.基础
基础是将桥梁墩、台所承受的各种荷载传递到地基上的结构物，是确保桥梁安全使用的关键部位。
有扩大基础（明挖浅基础）、桩基础和沉井基础等不同的结构形式。
随着桥梁技术的不断发展，一些新的基础形式（如地下连续墙基础、组合式基础等）也逐渐在桥梁工程中得到应用。
4.调治构造物
指为引导和改变水流方向，使水流平顺通过桥孔并减缓水流对桥位附近河床、河岸的冲刷而修建的水工构造物。
如桥台的锥形护坡、台前护坡、导流堤、护岸墙、丁坝、顺坝等，对保证河道流水顺畅和防止破坏生态环境有着极其重要的作用。
二、桥涵的分类
桥梁与涵洞是技术比较复杂和施工难度比较大的土木工程建筑，在公路建设中通常称为构造物，设计和施工都有其特殊的规定和要求，为适应各方面管理的需要，对桥涵进行了相应的分类。
桥涵分类的方法很多，主要按建设规模大小、桥梁结构类型、用途、主要承重结构所用的建筑材料、跨越障碍物的性质、上部结构中行车道所处的位置等进行分类。
1.按建设规模大小分类
主要是以桥涵的长度和跨径的大小作为划分依据，分为特大桥、大桥、中桥、小桥和涵洞五类。
交通部颁布的《公路工程技术标准》规定的划分标准，见表5-1。
桥梁涵洞按跨径分类表5-1
桥涵分类
特大桥
大桥
中桥
小桥
涵洞
多孔跨径总长L（m）
L＞1000
100≤L≤1000
30＜L＜100
8≤L≤30
-
单孔跨径Lk（m）
Lk＞150
40≤Lk≤150
20≤Lk＜40
5≤Lk＜20
Lk＜5
单孔跨径系指标准跨径而言。
《公路工程技术标准》规定，标准设计或新建桥涵，当跨径在50m以下时，应尽量采用标准跨径，并规定了从0.75m到50m的各种标准跨径共21种。
为了推行标准化设计，交通部有关专业部门出版了大量的桥涵标准设计图以供设计和施工选用。
对于圆管涵和箱涵，不论其管径或跨径的大小、孔数的多少，均称为涵洞。
2.按桥梁结构类型分类
桥梁上部构造形式，虽多种多样，但按其受力构件，总离不开弯、压和拉三种基本受力方式。
由基本构件所组成的各种结构物，在力学上可归纳为梁式、拱式、悬吊式三种基本体系以及它们之间的各种组合。
（1）梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构，其主要承重构件是梁,由于外力（包括自重和活载等）的作用方向与梁的轴线趋近于垂直，因此外力对主梁的弯折破坏作用特别大，故属于受弯构件。
它与同样跨径的其他结构体系相比，梁内产生的弯矩最大，所以，需要用抗弯能力较强的钢筋混凝土或预应力混凝土等材料来修建，如图5-4所示。
图5-4梁桥施工
梁式桥按其受力特点，可分为简支梁、连续梁和悬臂梁。
若就其构造形式而言，则有矩形板、空心板、T形梁、工形梁、箱形梁、桁架梁等不同构造形成。
其中T形梁和工形梁又称为肋形梁。
目前在公路建设中应用较广的是钢筋混凝土和预应力混凝土简支梁和连续梁。
图5-5拱桥施工
（2）拱式桥的主要承重结构是拱圈或拱肋，在竖向荷载作用下，拱的支承处会产生水平推力（桥墩或桥台将承受这种推力）。
由于水平推力的作用，从而使荷载在拱圈或拱肋内所产生的弯矩比同跨径的梁要小得多，而拱圈或拱肋主要是承受轴向压力，故属于受压构件。
因此，通常利用抗压性能较好的圬工（砖、石、混凝土）和钢筋混凝土等建筑材料来修建，如图5-5所示。
同时应当注意，为了确保拱桥能安全使用，下部结构和地基必须能经受住很大水平推力的不利作用。
（3）刚架桥。
其主要承重结构是梁或板和立柱或竖墙整体在一起的刚架结构，梁和柱的连接处具有很大的刚性。
在竖向荷载作用下，梁部主要受弯，而在柱脚处也具有水平反力，其受力状态介于梁桥和拱桥之间。
因此，对于同样跨径且在相同荷载作用下，刚架桥的跨中正弯矩要比一般梁桥小，相应地，其跨中的建筑高度就可以做得较矮。
刚架桥的缺点是施工比较困难，且梁柱刚结处容易开裂。
图5-6悬索桥
目前，在公路桥梁中属于刚架结构体系采用较多的桥型有T型刚构桥、连续刚构桥及刚构—连续组合梁桥等。
图5-7组合体系桥
（4）悬索桥。
又称吊桥。
桥梁的主要承重结构由桥塔和悬挂在塔上的缆索及吊索、加劲梁和锚碇结构组成。
荷载由加劲梁承受，并通过吊索将其传至主缆。
主缆是主要承重结构，但其仅承受拉力。
这种桥型充分发挥了高强钢缆的抗拉性能，使其结构自重较轻，能以较小的建筑高度跨越其他任何桥型无法比拟的特大跨度，是目前单跨超过千米的唯一桥型，如图5-6所示。
（5）组合体系桥。
根据结构受力特点，由几个不同体系的结构组合而成的桥梁称为组合体系桥。
其实质不外乎利用梁、拱、吊三者的不同组合，上吊下撑以形成新的结构。
组合体系桥一般均可采用钢筋混凝土来建造。
对于大跨径桥梁以采用预应力混凝土或钢结构修建为宜。
一般来讲，这种桥梁的施工工艺比较复杂。
斜拉桥就是一种有代表性而又广泛应用的组合体系桥。
3.按用途分类
有公路桥、铁路桥、公路铁路两用桥、城市桥、渡水桥（渡槽）、人行天桥和马桥，以及其他专用桥梁（如通过管道、电缆）等。
4.按承重结构所用建筑材料分类
有圬工桥（包括砖、石、混凝土桥）、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、钢桥和木桥等。
5.按跨越障碍物的性质分类
有跨河桥、跨线桥（立体交叉）和高架桥等。
高架桥一般是指跨越深沟峡谷以代替高填路堤的桥梁或在大城市中的原有道路之上另行修建快速车行道的桥梁，以解决交通拥挤的矛盾。
6.按上部结构行车道的位置分类
有上承式、下承式和中承式三种。
桥面布置在主要承重结构之上者，称为上承式桥；桥面布置在承重结构之下的为下承式桥；桥面布置在桥跨结构高度中间的称为中承式桥。
以上固定式桥梁外，有时根据建设环境和使用要求，还有开合桥、浮桥和漫水桥等形式的桥梁。
现行的公路桥涵设计规范、施工技术规范、预算定额、概算定额和估算指标、公路工程概预算项目的划分，以及建设工程管理的有关规定等，均以上述桥涵工程分类依据。
这样，就便于合理地规范人们从事公路建设活动，确保建设工程的顺利实现。
如交通部颁布的《公路桥涵设计通用规范》上就明确的规定：
“特大、大、中桥梁应进行必要的方案比选，选择最佳的桥型方案。
”这就为设计深度提出了极其明确的要求。
三、桥梁工程中常用的技术名词
在公路桥梁建设中，常用到以下的业技术术语。
1.设计洪水位
在进行桥涵设计时，按照一定设计洪水频率所计算得的水位，称为设计洪水位。
根据交通部颁布的《公路桥涵设计通用规范》的规定，一般按桥涵的建设规模和公路等级的具体情况，常用25年、50年和100年，高速公路和一级公路中的特大桥则以300年内一遇的最大洪水位作为设计洪水位，其目的是充分考虑桥位上游村镇和农田的安全，使其不受壅水淹没的危害。
2.计算跨径（l）
设支座的桥涵指桥跨结构在相邻两个支座中心之间的水平距离。
不设支座的桥涵（如拱桥、刚构桥、箱涵）指上下部结构相交面中心间的水平距离。
3.净跨径（l0）
设支座的桥涵为相邻两墩台身顶内缘之间的水平距离。
不设支座的桥涵为上下部结构相交处内缘间的水平距离。
4.总跨径
即净跨径之和。
5.标准跨径
梁式桥、板式桥涵以两个桥（涵）墩中线之间的距离或桥（涵）墩中线与台背前缘之间的距离为准；拱式桥涵、箱涵、圆管涵则以净跨径为准。
6.桥梁全长（总长度）
有桥台的桥梁为两岸桥台的侧墙或八字墙尾端之间的距离；无桥台的桥梁则为桥面系行车道的长度。
涵洞的长度是以其洞身两端洞口之间的水平距离为准，即路基横方向的长度。
7.桥梁多孔跨径总长
梁式、板式桥涵为多孔标准跨径之和；拱式桥法以两岸桥台内起拱线之间的水平距离为准；其他型式的桥梁为桥面系的行车道长度。
8.桥梁净空
它包含有两个方面的内容，一方面指桥面净空，即桥面的宽度和桥上的净空高度，我国公路桥面行车道净宽为车道数乘以车道宽度，并计入所设置的加（减）速车道，紧急停车道、爬坡车道、慢车道或错车道的宽度；桥上的净空高度是，高速公路、一级公路和二级公路应为5.0m，三、四级公路应为4.5m。
另一方面指桥下净空，即设计洪水位至上部结构最下缘之间的净空高度，是为保证洪水、流冰排泄无阻和符合河流通航净空要求所规定的一个重要设计参数。
9.建筑高度
是指桥梁的结构高度，即行车道路面的标高至上部结构最下缘之间的距离，它对降低路基平均填土高度有极其重要的影响。
10.矢跨比
是指拱顶下缘至起拱线之间的垂直距离与标准跨径之比，它是反映拱桥特性的一个重要指标。
11.设计荷载
是指桥涵除了承受本身自重和各种附加恒载外，主要还要承受各种交通荷载。
《公路桥涵设计通用规范》将其归纳成三类，永久荷载，如结构自重、预加应力、土的自重和侧压力等；可变荷载，（分基本可变荷载（活载））即汽车、人群等，其他可变荷载，即风力和温度影响力等；偶然荷载，如地震力等。
四.桥涵施工方法的选择
由于科学技术的日益发展，社会化施工生产的不断提高，自七十年代以来，随着公路桥梁建设预应力混凝土的广泛应用，施工机械设备的不断发展，从而引起施工工艺的不断革新，已形成了多种多样的施工方法，如现浇、预制安装、悬臂施工、顶推施工等。
但就其施工工艺的全过程来看，可以归纳为两类，一是就地砌筑或浇注，二是预制安装或悬拼。
基础和墩台工程的施工，基本上都是采用前一种施工方法，只是上部构造中的钢筋混凝土和预应力混凝土的桥跨结构采用后一种施工方法，同时，为了使桥梁上部构造具有较好的整体性能，以满足营运的需要，在安装或悬拼完成之后，还有适量的现浇接缝混凝土。
所以，施工方法也是错综复杂的。
桥梁的施工方法虽然很多，但都有其一定的适用范围和条件，表5-2是各种桥型常用的
施工方法。
表5-3所列桥梁施工方法常用的跨径范围，可在施工方法选择时参考。
各类桥型可选择的主要施工方法表5-2
桥型
施工方法
简支梁桥
悬臂梁桥T型刚构
连续梁桥
刚架梁
拱桥
桥组合体系桥
斜拉桥
悬索桥
现浇施工
√
√
√
√
√
√
√
预制安装
√
√
√
√
√
√
√
悬臂施工
√
√
√
√
√
√
转体施工
√
√
√
√
顶推施工
√
√
√
逐孔施工
√
√
√
√
横移施工
√
√
√
√
√
提升与浮运施工
√
√
√
√
各类施工方法的适用跨径表5-3
跨径（m）
施工方法
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
300
400
500
现浇施工
预制安装
悬臂施工
转体施工
顶推施工
逐孔施工
横移施工
提升与浮运施工
注：
桥梁跨径主要指混凝土桥。
常用跨径，施工达到的跨径。
图5-11桥涵设计及施工方法
桥涵设计确定其施工方法时，除需要充分考虑桥位的地形、水文、地质情况，经济合理，安全可靠外，施工技术水平，施工机具设备条件，社会环境，也是必须考虑的重要因素，以便合理地确定设计方案。
1,梁式桥:
在组织实施时，施工单位应事先对每一座桥的具体情况，水文地质条件，企业现有施工机具和人员的能力认真细致的做好施工组织设计，按网络计划技术的要求，做到高计划地、科学地指导施工。
从广义上讲，以下工作内容也是属于施工方法选择的范畴，如天然基础的施工，应采用何种围堰，是采用人工还是机械开挖；构件体制是采用钢模还是木模；桥跨结构的安装应采用哪种吊装设备等。
预应力混凝土分为全预应力和部分预应力两种，前者在最大使用荷载下混凝土不会出现拉应力，后者则允许发生不超过设计规定裂缝宽度或拉应力值。
先张法预制空心板时，要修建张拉台座，在立模和浇筑混凝土之前，张拉预应力钢绞线或预应力筋，等混凝土达到了规定的强度（不得低于设计强度的70％）时，逐渐将预应力筋放松，并将其张拉的工作长度切割掉。
这样，就因预应力的弹性回缩通过与混凝土之间的粘结作用，从而使混凝土获得预压应力。
在编制施工图预算中，一般应计列张拉台座的费用，其钢绞线等预应力筋的张拉工作长度，一般可按板的设计长度另加1.5m计算确定预应力筋的消耗数量。
槽式台座形成一个承力框架，便于立模和浇筑混凝土，如图5-13所示。
横梁一般采用型钢制作，传力柱可采用钢筋混凝土制作或钢构件组拼，底板作为空心板的底模用。
这种台座的工料消耗大，若这种预制块的数量不多，是很不经济的。
传立柱
横梁
系梁
定位钢板
a）平面
底板
b）立面
图5-13槽式张拉台座
后张法的预应力空心板需要设置锚具张拉钢绞线和锚固，20m的预应力空心板一般采用7根钢绞线群锚、橡胶管制孔，在预制空心板时，按设计要求布置，形成钢绞线孔道，待其混凝土达到规定强度后，再在孔内穿入钢绞线，进行张拉并锚固，最后进行孔道压浆和浇筑板端封头混凝土，锚具就被埋置在板内。
封头混凝土的标号不宜低于构件本身标号的80％，亦不宜低于30号。
跨径在20m及以下的T梁，一般采用钢筋混凝土结构，跨径在25～50m的则用预应力混凝土结构。
T梁桥多采用装配施工
预应力连续梁，可以做成等跨和不等跨、等高的和不等高的结构形式。
其截面形式，除了中等跨径的梁桥采用T形或工形截面外，对大跨径的连续梁桥和采用顶推法或悬臂法施工的连续梁桥，都采用箱形截面，因为它能满足顶推法和悬臂法施工工艺的要求，又便于设置预应力筋。
预应力混凝土连续梁，以及刚构桥和斜拉桥，都是采用后张法施工，应根据设计所确定的预应力筋的规格品种，如高强钢丝、钢绞线等选配锚具形式，以利施加预应力。
预应力连续梁跨越能力大，常用的施工方法，有顶推法、悬臂法、先简支后连续等。
拱式桥与梁板式桥的主要区别，不仅在于外形上的差异,而且更主要的是受力不同。
由于水平推力的作用，使拱的弯矩与同跨径的梁板桥的弯矩相比就要小得多，使承重结构的拱圈主要承受压力。
因此，采用抗压性能较好而抗拉性能较差的天然石料和混凝土修建。
其缺点是自重较大，水平推力也大，相应增加了墩、台和基础的圬工数量，对地基的条件要求高，而且一般采用拱盔、支架来施工。
故机械化程度低，耗用劳动力多，施工周期长，施工工序较多，相应地增加了施工难度。
2,拱式桥:
拱桥按主拱圈的截面形式，分为板拱（包括石拱、钢筋混凝土薄壳拱和二铰板拱）、肋拱、双曲拱、箱形拱、桁架拱和刚架拱等；若按照拱上结构形式，则可分为实腹式和空腹式两类拱桥。
a）梁板式b）拱式
图5-34空腹式拱上建筑形式
主拱圈以上的建筑部分，常称为拱上建筑。
它将作用在桥面上的荷载均匀地传给主拱圈，并与主拱圈共同承受荷载。
实腹式的拱上建筑包括侧墙、帽石、护拱、防水层、拱背填料等工程内容，它结构简单，施工方便，因填料数量较多，恒载大，一般适用于跨径20m以下的小型石拱桥。
大、中跨径的拱桥都采用空腹式，以减少恒载，并使桥梁更显得轻巧美观，也有利于泄洪.
拱桥建设的另一个重要工作环节，就是需要塔设拱盔和支架，常简称为拱架，以支承全部或部分拱圈和拱上建筑的重量，并保证拱圈的形状符合设计要求。
拱桥中常用的拱架，有土牛拱、木拱架和钢拱架三种，如图5-35所示。
图5-35拱架
（1）土牛拱一般只宜用于无常流水的河沟中修建的小型石拱桥，实际很少使用。
（2）木拱架，包括拱盔、支架和支架基座三部分工程内容，有满堂式和桁架式两种形式，如图5-36所示。
图5-36木拱架的主要形式
满堂式根据跨中所设支点的形式和个数，又分为排架式、撑架式和扇形式三种。
桁架式一般用于经常性通航、水域较深或墩台较高的桥孔，跨中不设支点。
支架的基座必须稳固，当地基为石质时，应挖去表土，将柱根处的岩石凿平；若为密实土壤时，则可用枕木和石块铺砌作为基座；若为松软土壤时，则应采用桩基或其他加固措施，以确保支架基座承重后的下沉值符合设计要求。
在公路拱桥建设中木拱架使用比较广泛。
（3）钢拱架，有工字梁钢拱架和钢桁架拱架两种，如图5-37所示，系用钢构件组拼而成，可重复使用，它不需要设置支架，只需在墩台上预留缺口设置拱脚铰，以支承拱架，钢拱架拆除后，将缺口予以修复。
故钢拱架的安装拆除工作，可按钢拱架全套设备的重量，并以桥梁拱盔的工程定额计算所需的费用。
但在安装钢拱架时，需要另行配备吊装设施，如缆索、扒杆等。
在公路拱桥建设中使用钢拱架的也比较少。
图5-37钢拱架形式
肋拱桥实质上是在板拱的基础上演变而成的，就是将板拱分割成两条或多条刚度较大、分离的平行拱肋，而肋与肋之间则用横系梁进行连接，以增强其整体稳定性，在拱肋上设置立柱和盖梁，以支承桥面结构，如图5-38所示。
肋拱桥的主要特点，是拱肋的横截面较小，而一般又多采用两肋组成，这样就能较多地节省材料用量，不仅减轻了拱体的重量，而且相应地减少了拱上建筑、墩台及基础的工程数量，从而能有效地降低工程造价、节约投资。
因此，适用于较大跨径的拱桥。
图5-38肋拱
装配式的肋拱桥，可根据跨径的大小和构件的轻重，采用扒杆配简单支架或缆索安装。
拱肋的预制工作，也同其他大型预制构件一样，要修建预制场地、大型预制构件曲面底座、构件出坑起吊龙门架和运输轨道等设施。
箱形拱圈通常根据跨径大小，分为三段或五段预制，采用无支架的缆索吊装施工。
公路工程预算定额中的缆索吊装设备定额，是以主索、起重索、牵引索、扣索、风缆，以及塔架，主索和扣索、地锚，天线滑车等工程内容进行综合的，如图5-41所示，是吊装拱桥的专用设备，不能作为梁板式桥的吊装计价依据。
因为梁板桥无需设置扣索等工程内容。
图5-41缆索吊装设备
1.墩扣；2.扣索天线；3.主索天线；4.天扣；5.塔扣；6.顶段；7.中段；8.端段
这种桥型也同前述的肋拱、双曲拱一样，其箱形拱圈在预制时要设置预制场地等辅助工程设施，如图5-42所示。
图5-42缆索吊装施工
根据公路工程预算定额所规定的预制、安装箱形拱的工程内容，开口箱主拱圈的工程量，只能以开口箱的体积作为编制施工图预算的依据，其盖板（顶板）应按小型构件另行计价，至于盖板的安砌工作，因已将其工料消耗综合在主拱圈的安装定额内，不能再另行计算。
图5-43桁架拱桥的主要组成
桁架拱由桁拱片及其横向联系和桥面板三部分组成的，如图5-43所示，是一种常用斜拉杆桥型，常用30号混凝土做成，它外形美观，是将拱圈与拱上建筑组合成为一个整体而共同承受荷载。
桁拱片是桁架拱桥的主要承重结构，它由下弦杆、上弦杆、腹杆（包竖杆和斜杆）和拱顶实腹段所组成，下弦杆一般采用圆弧形，这样施工较方便。
为了使桁拱片连成整体而共同受力，以保证其横向稳定，故在桁拱片之间设置横向联系。
这种横向联系结构，因所设在位置的不同，有拉杆、横系梁和剪刀撑、横隔板等不同的称谓。
拉杆和横系梁分别设置在上下弦杆的节点处，拱顶的实腹段一般每隔3～5m也要设置横系梁。
横隔板则分别设置在实腹段与桁架部分的连接处和跨中（拱顶），它的高度顶到桥面板。
剪刀撑一般设置在1/4跨径附近的上下弦杆节点之间和端部。
刚架拱桥是在桁架拱桥等基础上发展起来的另一种轻型钢筋混凝土桥型，它具有构件少，自重轻，整体性好，刚度大，外形美观等优点。
也同桁架拱桥一样，是属于具有水平推力的拱式结构，适宜用于50m以内跨径的桥梁。
刚架拱桥由刚拱片、横系梁和桥面板等组成,如图5-44所示,桥面板一般都采用微弯板,这样钢材用量省。
刚拱片是由跨中的实腹段的主梁、空腹段的次梁（包括中腹段和边腹段）、主拱腿（主斜撑）、次拱腿（次斜撑）等所组成。
一般都采用30号混凝土来制作。
主梁一般采用圆弧形。
主梁与主拱腿的交接处称为主接点，次梁与次拱腿的交接处称为次接点。
刚架拱桥大都采用装配式的施工方法修建，为了减轻吊装重量，一般都将主梁、次梁和斜撑等分开进行预制，当跨径较大时，次梁还可分段预制，吊装就位后，用现浇混凝土接头。
为使各刚拱片联成整体共同受力，一般在跨中（拱顶），主、次接点，次梁的端部等处都要设置横系梁，以保证横向的稳定和桥梁的安全营运。
刚架拱桥也采用缆索吊装施工，预制时，同桁架拱一样，要修建预制场地等辅助工程设施。
钢管混凝土拱桥是我国近年来公路桥梁建筑发展的新技术，具有自重轻、强度大、抗变形能力强的优点。
它比较好的解决了修建桥梁所要求的用料省、安装重量轻、施工简便、承重能力大的诸多矛盾，是大跨径拱桥的一种比较理想的结构形式。
钢管混凝土结构的应用，使拱桥的跨越能力得到提高，同时使拱桥更加轻巧，表现力也更强，更加美观。
由于具有以上优点，所以钢管混凝土拱桥在我国得到了迅速发展，目前，已建成的钢管混凝土拱桥的最大跨径为270m，钢管混凝土劲性骨架拱桥的最大跨径为420m。
刚构桥又称刚架桥，是由梁式桥跨结构与墩台（支
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