道路工程課件 第4章 橋涵與隧道.

1、 一 概述 二 大中橋橋位選擇 三 小橋涵勘測設計 一一. 橋涵設計的基本要求橋涵設計的基本要求 橋涵是跨越各種障礙，提供通道的構造物，是公路的一個重要組成部分。設計時必須滿足以下基本要求。 (1)行車的要求 橋涵首先要滿足車輛行駛的安全、適用、舒適的要求即設計必須滿足公路橋涵設計通用規(guī)范(JTJ021-89)等規(guī)定的橋涵凈空、線形標準、設計荷載等的要求，并使橋涵結構在制造、運輸、安裝和使用過程中有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性和耐久性。 (2)排水的要求 橋涵的布置必須保證一定設計頻率洪水流量的安全宣泄，同時應考慮農田排灌的需要。對于三、四級公路，在交通允許有限中斷時，允許修建漫水橋和過水路面。

2、(3)經濟的要求 橋涵設計除技術上應合理選擇橋涵類型外，還應進行技術經濟比較，使橋涵的總造價為最小。 (4)施工上的要求 橋涵結構應便于制造和架設，施工可行。 (5)與路線一致的要求 一般公路上的特大橋，大、中橋橋位，原則上應服從路線走向橋、路綜合考慮，盡量選擇在河道順直、水流穩(wěn)定、地質良好的河段。(6)其他要求 對于有通航要求或立體交叉的跨線橋，橋下凈空還應保證通航或通車的凈空要求。二二. 跨徑和橋長跨徑和橋長 (1)跨徑 橋涵跨徑是指結構或構件支承間的水平距離，又分為計算跨徑、標準跨徑、凈跨徑。 對設有支座的橋涵而言(如梁板橋，蓋板涵)計算跨徑：為相鄰支座中心線間水平距離；凈跨徑：為設計水

3、位處相鄰兩墩或臺身內緣之間的 水平距離；標準跨徑：為相鄰兩墩中線或墩中線與臺背前緣間 水平距離。 對不設支座的橋涵而言(如拱橋、剛構橋、箱涵、拱涵)計算跨徑：為上、下部結構相交面中心間的水平距離；內緣間的凈跨徑：為上、下部結構相交處水平距離；標準跨徑：為凈跨徑。 目前，我國公路橋涵及大小是以跨徑來進行劃分的，公路工程技術標準的有關規(guī)定見表6.1。 橋涵分類多孔跨徑總長L(m)單孔跨徑L0(m)特大橋L500L0100大橋100L50040L0100中橋 30L10020L040小橋8L305L020涵洞L8L05 注：(1)Lo單孔跨徑指標準跨徑。 (2)圓管涵及箱涵不論管徑或跨徑大小孔數多少

4、。均稱為涵洞。 (3)L多孔跨徑總長，僅是劃分橋涵的指標。梁式橋、板式橋涵為多孔標準跨徑的總長：拱式橋涵為兩岸橋臺內起拱線間的距離，其他形式橋為橋面系車道長度。橋梁涵洞按跨徑分類橋梁涵洞按跨徑分類 表表6.1 三三. 橋涵凈空橋涵凈空 橋涵凈空分為橋面凈空和橋下凈空. 橋面凈空為橋梁行車道，人行道上方應保持的空間界限。它與路線的等級有關，公路工程技術標準對各種等級的公路有具體的規(guī)定。橋梁橋面凈空應與路線的建筑界限一致。 橋下凈空為滿足橋下通航(或行車、行人)的需要和保證橋梁安全而對上部結構底緣以下規(guī)定的空間界限。根據不同結構類型的要求，公路橋涵設計通用規(guī)范規(guī)定非通航河流橋梁下凈空和涵洞凈空參照

5、公路橋位 勘測設計規(guī)范 (JTJ06291)規(guī)定 對有淤積的河床應適當增加橋下凈空的高度。 跨線橋橋下凈空要符合路線建筑界限的規(guī)定。農村道路從公路下面穿過時，其凈空高度可根據當地通行的車輛和交叉情況而定。一般凈高25m，凈寬3.5m。 四四.橋涵設計流量和設計洪水頻率橋涵設計流量和設計洪水頻率 橋涵及其附屬工程的基本尺寸，都取決于設計流量的大小設計流量過大將造成經濟上的浪費.過小則帶來安全隱患。適當地確定設計流量，就需要有一個 標準。目前我國橋涵結構都采用洪水頻率作為設計標準，稱為設計洪水頻率。與設計洪水頻率相對應的洪水流量，稱為設計流量。同樣對應的洪峰流速、水位稱為設計流速、設計水位。 公路

6、工程技術標準對永久性橋涵設計洪水頻率的規(guī)定見表6.5。 橋涵設計洪水頻率橋涵設計洪水頻率 表表65構造物名稱公路等級高速公路及一級公路二三四特大橋1300110011001100大、中橋l100l1001100150小橋l100150125 125涵洞及小型排水構造物1100150125不作規(guī)定 五五.橋下沖刷橋下沖刷 橋下沖刷是確定墩臺基礎埋置深度的重要因素。由于橋梁墩臺壓縮水流，導致橋下流速增大而引起橋下河床斷面沖刷，這種沖刷稱為橋下一般沖刷。一般沖刷的深度達到最大。此時橋下的垂線水深，稱為一般沖刷深度。 由于橋墩(臺)的阻礙，水流在橋墩周圍以強烈的渦流形式沖刷河床面泥沙。在墩 (臺)前產

7、生沖刷坑。這種沖刷稱橋墩 (臺)局部沖刷。隨著沖刷坑的不斷加深和擴大，坑底流速逐漸降低，水流夾沙能力減弱，進出坑中的泥沙趨向平衡，同時，沖刷坑底的泥沙逐漸 粗化，抗沖能力增加，使水流的沖刷作用與河床的抗沖作用也趨向平衡，沖刷趨于停止，局部沖刷坑達到最深。沖刷坑外緣與橋墩坑底的最大高差，為墩臺局部沖刷深度。 一一.橋位勘測的基本內容橋位勘測的基本內容 橋位設計直接關系到路基、橋梁的穩(wěn)定，工程造價,施工與養(yǎng)護等。在進行橋位設計以前。必須對橋位地區(qū)地形、地質、水文以及經濟情況等進行詳細調查與測量,這項工作總稱為橋位勘測，它包括下列主要內容。(1)橋位選擇 主要是合理選定橋梁跨河的位置。(2)橋位測量

8、 測繪橋位處平面圖，橋址地形圖和橋址縱斷面圖。 (3)水文調查與勘測 通過水文站觀測資料的搜集分析，形態(tài)調查，水文氣象觀測等，了解河流的水文和氣象情況，為橋位設計提供必須的設計水位、設計流速、沖刷深度、風速、氣溫等水文和氣象資料。 (4)工程地質勘察 查明橋位區(qū)域的地層巖性，地質構造，不良地質現象以及水文地質等工程地質條件，探明橋梁墩臺地基覆蓋層及基巖風化程度和風化層厚度及構造破碎程度，巖土的物理力學特性，地基承載力等。編寫工程地質報告,闡明橋位區(qū)域的工程地質條件， 作出評價，提出建議。并繪制地質平面圖。地質縱斷面圖，鉆孔地質柱狀圖等。(5)其他工作 除以上工作外，還應聽取當地各部門對建橋的意

9、見，并根據建橋目的和使用要求，同有關部門取得必要的協議。搜集有關編制施工方案及設計概 (預)算所需要的資料。二二.橋位選擇橋位選擇(1)一般要求 一般應服從路線的總方向，并滿足橋頭接線的要求。特殊情況時，經過論證。也可以因橋位的要求而改變。應從政治、國防和國民經濟發(fā)展的要求出發(fā)，并考慮鐵路、水利、航運和市政等方面的規(guī)劃，盡可能相互協調配合。要照顧群眾利益，少占良田，避免拆遷有價值的建筑物。要考慮施工場地，材料運輸，設置便橋等要求。橋軸線一般應為直線，否則宜采用較大的平曲線半徑和較小的縱坡。(2)水文和地形方面要求水文和地形方面要求 盡可能選在河道順直、水流穩(wěn)定、灘地較窄、河槽較寬較深且能通過大

10、部分設計流量的河段上。應避免在河汊、島嶼、沙洲、故河道、急灣、石梁、江河口以及容易形成流冰、流木阻塞的河段。橋軸線應盡量與洪水主流流向正交，宜設在河灘與河槽流向一致的河段上。與河岸斜交的橋位，應避免在引道上游形成水袋與回流區(qū)。應考慮到河床在橋梁使用期限內可能發(fā)生的變形。 此外，還要結合多類河段的特點，分別考慮下列要求：峽谷性河段，一般宜采用單孔跨越。應盡量避免采用最小平曲線半徑和最大縱坡。若不宜采用單孔跨越，可選在河谷 比較寬闊、水深較淺、流速較緩的河段，采用多孔跨越，但應進行方案比較。 次穩(wěn)定性河段，在彎曲河段上一般應選在主槽流向與河流總趨勢一致的較長河段上。若河灣已發(fā)展到直逼河谷的基本岸邊

11、，則宜選在河灣頂部中間部位,不宜選在兩灣之間的直線河段上。 變遷性河段，宜選在兩岸與河槽穩(wěn)定的束窄河段，若必須跨越擴散段時，也應選在河槽擺動范圍較小的河段。 游蕩性河段，應選在河岸有比較固定依托的較長束窄段上。橋軸線宜與河岸正交。寬灘性河段，宜選在河灘地勢較高，河槽居中、穩(wěn)定和灘槽流量比較小的河段上。當灘、槽流量比大于2，河槽平均流速小于2ms，灘內汊流距主槽較遠時，宜選在河灘地形變化有利于分流的河段，并采用一河多橋方案。沖積漫流性河段，宜選在沖擊扇頂部或沉積區(qū)的下游。當必須跨越沖積扇時，橋軸線宜與洪水總趨勢正交。若采用一河多橋方案，宜順應等高線布設。(3)地質方面的要求應盡可能選在河床有巖層

12、或土質堅實，覆蓋層較淺的地段，避免選在巖層有斷層，滑坡，溶洞，石膏， 侵蝕性鹽類以及其他地質不良地段。地震區(qū)的橋位選擇應按交通部頒發(fā)的公路工程抗震設計規(guī)范有關規(guī)定執(zhí)行。(4)航運方面的要求應選在遠離淺灘急灣的順直河段上，其順直長度,在橋軸線的上游不宜小于最長拖船隊或木排長度的3倍，頂推船隊長度的4倍；在橋軸線的下游，則不宜小于最長拖船隊或木排長度的1.5倍，頂推船隊長度的2倍。一般應選在航道穩(wěn)定。具有足夠水深的河段上；如不穩(wěn)定，航道孔布置應留有余地。橋軸線應與航跡線垂直。如斜交時，橋軸的法線 與航跡線的交角不宜大于5。否則應增大通航孔跨徑。在流放木排的河段上，宣選在碼頭，貯木場或木材編排場的上

13、游。(5)其他方面的要求在城鎮(zhèn)附近的橋位，既要考慮城鎮(zhèn)規(guī)劃的要求，又要盡量避免通過市區(qū)；并應與治河、防洪、環(huán)境保護等規(guī)劃相配合。在舊橋附近的橋位，一般宜選在舊橋的下游。 在實際工作中，往往不能選擇一個橋位同時都滿足上述各方面的要求；一般是選擇幾個橋位，通過分析比較后，選出一個較好的橋位，作為推薦方案。三橋孔布置三橋孔布置 一般跨河橋，總跨徑可參照水文計算來確定。當總跨徑確定后，就要進行橋孔布置。各孔的跨徑應當多大,這不僅影響到使用效果、施工難易等，并且在很大程度上關系到橋梁的總造價?？鐝郊哟螅喜拷Y構的造價升高，下部結構的造價下降；反之，上部結構造價下降，下部結構造價升高。最經濟的分孔是使上、

14、下部結構造價相等并使總造價趨于最低。 橋孔布置應與天然河流斷面流量分配相適應。在灘槽穩(wěn)定河段上，其左右河灘橋孔長度之比應近似等于左右河灘流量之比；在灘槽不穩(wěn)定河段或橋址位于河彎段時，橋孔布置應考慮河床變形和流量不均勻分布的影響。 在山區(qū)的深谷上，或在水深流急的江河中，修建橋墩不利或困難，通常宜單孔跨越。 有時為了避開不利的地質段，需要改變橋基位置，常將跨徑加大或縮小。 對于某些體系的多跨橋梁，為了使結構受力合理，各跨徑之間應有適當的比例。如三跨連續(xù)梁，邊跨與中跨之比約為0.8 : 1.0。 橋孔布置還與施工能力有關，有時選用較大跨徑經濟上合理，但由于施工能力的限制只能采用較小跨徑。 總之，大中

15、橋梁的橋孔布置是最基本、最復雜的問題，必須根據使用任務，橋位處的地形、地質、水文等具體情況，結合施工技術，經過技術經濟等方面的比較,才能定出比較完美的方案。 四四. 橋孔長度橋孔長度 橋孔長度是指設計水位處兩橋臺前緣之間(埋入式橋臺則為兩橋臺護坡面之間)的水面寬度?？鄢繕蚨諏挾群?，稱為橋梁孔徑或橋孔凈長。 橋孔長度的確定，首先要確定橋孔凈長，影響橋孔凈長的因素較多，目前這些影響因素，還不能用一個比較完善的計算公式來表達。對峽谷性河段可按地形布孔，不作橋孔長度計算，對其他河段，公路橋位勘測設計規(guī)范制定出各種橋孔凈長計算經驗公式，根據經驗公式計算結果再結合橋位地形、斷面形態(tài)、河床地質、橋前壅水

16、、沖刷深度、橋頭引道、填土高度綜合考慮分析確定橋孔長度。 第三節(jié)小橋涵勘測設計 一、小橋涵勘測設計內容一、小橋涵勘測設計內容 小橋涵在道路工程中占有重要地位它具有跨越溝渠、道路排水、農田排灌、居民通行的功能，分布在公路的全線，工程量大，平原區(qū)每公里13道，山區(qū)35道，所占總造價約達20，小橋涵勘測設計是公路勘測設計的重要組成部分。小橋涵勘測設計主要內容為： (1)小橋涵位置選擇。 (2)小橋涵類型選擇。 (3)橋涵測量與調查：包括水文勘測及調查橋涵位置的地形及斷面等測量，地質及其他調查等。為小 橋涵內業(yè)設計搜集資料。 (4)設計流量計算，即水文計算。 (5)孔徑確定：根據設計流量，通過水力計算

17、，結 合小橋涵所在河溝的具體條件，確定涵洞及小橋的孔 徑尺寸。 (6)小橋涵布置：繪出反映小橋涵及進出口附屬工 程細部構造布置圖。 (7)工程數量計算。 二、小橋涵位置選擇和測量二、小橋涵位置選擇和測量 小橋涵位置選擇主要包括兩方面的內容，一是確定在路線的哪些位置需設小橋涵。二是當位置確定后，具體定出小橋涵的中心樁號、軸線方向以及在路線上的軸線位置。(1)位置選定 一般情況下，應在下列位置考慮設置小橋涵。一溝一橋(涵)： 凡路線與一條有明顯溝形的干溝、小溪、河流相交，當上游匯水面積大于0.1km2時，原則上應設一座小橋涵。農田灌溉涵： 路線經過農作物區(qū)，當跨越稻田、水渠，為了不致因修路阻水而影

18、響自流灌溉或淹沒莊稼時，必須設置滿足排水的涵洞。 路基邊溝排水涵洞： 山區(qū)公路的傍山線，為排出路基內側邊溝的流水，通常每隔200400m應設置一道涵洞。 路線交叉時設涵： 當路線與鐵路、公路或大車道、機耕道平面交叉時，為了不使邊溝排水受阻，同時不致沖壞相交路線的路基，一般應設排水涵洞。 其他設涵情況在平原區(qū)，路線通過較長的低洼地帶，為保證路基穩(wěn)定，避免排水不暢及長期積水，在地面具有天然縱坡的地方應設置多道涵洞。(2)小橋定位 主要根據地形、水文、地質等綜合選定。應考慮以下條件： 橋梁縱軸線應盡可能與洪水主流方向垂直。如不能正交時，應使墩臺軸線與水流方向平行，如圖6.2。橋位最好選在河流順直、水

19、流平穩(wěn)地段。當路線選在河灣時，最好把橋位選擇在河灣的上游。橋位應選擇在河床地質良好的地段。 橋位應在有利與路線平順銜接的地段?？缭较獪蠒r橋位應在大河倒灌水位線范圍以外，如圖6.3。n(3)涵洞定位n順溝設涵 山區(qū)河溝坡陡流急，應順溝設涵，如圖6.4。n改溝設涵 在平原區(qū)當河流彎曲時可改溝設涵，如圖6.5。在山區(qū)坡陡水急，一般不宜改溝設涵強求正交，涵位布置應盡量符合水流方向，只有當河溝比較淺，溝底縱坡平緩、水流較小時才可考慮改溝設涵。改溝時要注意做引水及防護工程，并注意對下游農田的影響。n涵位與路基排水密切配合 結合路線平、縱面設計，選擇以下位置設置：路線上、下坡變坡處，如圖66。縱坡陡緩變坡處

20、，如圖6. 7。當路線由大于5的縱坡變換至小于3的縱坡時。邊溝水流由急變緩，易產生沖刷，應考慮設涵。n陡坡急彎處，當路線的偏角較大(大于900)，平曲線半徑較小，路線入彎道前的縱坡又為大于4的陡坡時，邊溝急流直接頂沖路基內側，在暴雨期甚至水流溢出邊溝漫過路基。在彎道起(止)點附近應設邊溝排水涵，如圖6.8。n在路基挖方邊坡上。設有截水溝的挖方地段，截水溝出口處應設排水涵，如圖6.9。三三.小橋涵類型選擇小橋涵類型選擇 小橋和涵洞的使用，主要根據設計流量、路堤高度、溝谷的深淺及河床縱坡、地基情況以及建筑材料等確定.一般在宣泄能力容許范圍內，設計流量較小時，跨越常年水流或季節(jié)性水流漂浮物少，不受路

21、堤高度限制時采用涵洞比采用小橋經濟。當設計流量較大，河道漂浮物多或有泥石流或沖積堆，兩岸為陡峭的深溝并填土過高時宜考慮采用小橋。 (1)石拱橋(涵) (2)石蓋板涵 (3)鋼筋混凝土蓋板涵和鋼筋混凝土箱涵 (4)鋼筋混凝土圓管涵 (5)鋼筋混凝土板橋 (6)鋼筋混凝土拱橋 (7)各類橋涵單孔與雙孔的選擇 一般情況下，宜采用單孔。因為在相同的宣泄條件下。單孔比雙孔要經濟。雙孔小橋涵通常是在建筑高度受限無法采用單孔，或因修建單孔跨徑過大而不經濟且河床中有良好的修建涵墩的地基條件時才采用。四四.小橋涵布置小橋涵布置 (1)一般要求 小橋應按每座橋繪出正式的設計圖。包括立面(或 縱剖面)、平面、橫斷面

22、以及其他有關剖面及細部大樣圖。標注各部分尺寸、所用材料、標高及橋起訖點的里程。除此之外，圖中還應繪出河床地面線、地質剖面線以及各種水位的標高，并附上文字說明及工程數量表。文字說明主要說明設計依據、設計技術要點、對地基的要求、施工事項及注意問題等。涵洞結構雖小，但數量多，設計工作量較大所以在公路設計中一般只要求對每個涵洞繪一縱立面圖；對于斜涵還要求繪出平面圖。涵洞圖中應示出設涵處原地面線、路基及邊坡線以及涵洞縱向布置并注明各部分尺寸和標高以及地質土壤情況。每張圖上可繪多個涵洞，按樁號排列，并附文字說明及工程.五、小橋涵孔徑確定五、小橋涵孔徑確定 孔徑計算的任務是：在足以宣泄設計洪水流量并保證橋涵

23、前壅水不致過高，橋涵下流速不致沖刷河床或結構物的條件下，通過水力計算確定合理經濟的橋涵孔徑尺寸。在孔徑計算中，小橋涵與大中橋有著不同的特點。大中橋允許河床發(fā)生一定的沖刷，一般采用天然河槽平均流速作為設計流速。小橋涵一般不允許橋下和涵內的河底發(fā)生沖刷，但允許有較大的雍水高度，通常都采用人工加固河床的方法，來提高河床的容許(不沖刷)流速，以達到適當縮減孔徑的目的。六、小橋涵構造六、小橋涵構造(1)小橋 小橋構造基本上與大中橋相同，主要由上部結構，下部結構，附屬結構組成，見圖6.1。 上部結構，包括承重結構和橋面系。它的作用是承受車輛荷載，并通過支座傳給墩臺。 下部結構，包括橋墩、臺和基礎，是支承上部結構的建筑物。墩臺的作用是支承上部結構，并將結構重量和車輛荷載傳給基礎；橋臺還與路堤銜接，并抵御路堤的土壓力。附屬結構，包括橋頭路堤錐形護坡，護岸等。它的作用是防止路填土不致向河中坍塌，并抵御水流的沖刷。n(2)涵洞n涵洞組成 涵洞是路基下一個橫向過水構造物，由洞身和洞口組成。見圖6 .13 洞身一般由承重結構物(拱圈、蓋板等)、涵臺、基礎、伸縮縫、防水層等構成。 洞身的作用： 一是保證水流通過, 二是直接承受荷載和填土壓力，并傳給地基。涵洞洞底應有適當的縱坡，以