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橋涵設計

1、基礎知識

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橋梁的組成:

傳統的說法:橋梁主要由橋跨結構、墩臺、基礎、附屬工程等部分組成……。

隨著大型橋梁的增多、結構先進性和復雜性的增強、對橋梁使用品質的要求越來越高,傳統提法的局限性逐漸顯露。

現在的提法:橋梁由"五大部件"與"五小部件"組成。

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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構與下部結構,它們必須通過承受荷載的計算與分析,是橋梁結構安全性的保證。

五大部件:

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

2)支座系統。支承上部結構并傳遞荷載于橋梁墩臺上,它應保證上部結構預計的在荷載、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橋跨上部結構的建筑物。

4)橋臺。設在橋的兩端;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構的端部。為保護橋臺和路堤填土,橋臺兩側常做一些防護工程。

5)墩臺基礎。是保證橋梁墩臺安全并將荷載傳至地基的結構。基礎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雜。

◎前兩個部件是橋跨上部結構,后三個部件是橋跨下部結構。 

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所謂“五小部件”——是直接與橋梁服務功能有關的部件,過去總稱為橋面構造。

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鍵。特別是在鋼箱梁上鋪設瀝青路面時,其技術要求甚嚴。

2)排水防水系統。應能迅速排除橋面積水,并使滲水的可能性降至最小限度。城市橋梁排水系統應保證橋下無滴水和結構上無漏水現象。

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

4)伸縮縫。橋跨上部結構之間或橋跨上部結構與橋臺端墻之間所設的縫隙,以保證結構在各種因素作用下的變位。為使行車順適、不顛簸,橋面上要設置伸縮縫構造。

5)燈光照明。現代城市中,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,構成了城市夜景的重要組成部分。

結構圖

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翼墻:指橋臺前墻兩端或涵洞口兩側設置的擋土墻,涵洞的翼墻還起導流作用。

耳墻:指埋置式橋臺或樁柱式橋臺,與臺帽梁(蓋梁)連結成一體的小型擋土墻。

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錐坡:指在橋梁或涵洞與路堤銜接處,為保持路堤穩定而在橋梁兩端或洞口兩端構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筑的土體及其表面的石砌防護體。

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橋臺:是指橋梁兩端與路堤銜接的支承上部結構并承受臺后土壓力的構造物。

基礎:擴大基礎、樁基礎、沉井基礎

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橋墩:指支承橋梁上部結構而不承受土體側壓力的構造物

基礎:擴大基礎、樁基礎、沉井基礎

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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。

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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。因為當混凝土直接與水接觸穿過水層時,骨料和水泥很快將產生分離,骨料很快沉入水底,而水泥在較長時間內呼吁懸浮狀態,當其下沉時,已凝結硬化。因此水下混凝土的澆注,必須在與周圍環境水隔離的條件下進行。水下混凝土澆筑的方法很多。最常用的是導管法。

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2、橋涵外業工作

橋涵外業調查記錄:

(1)、對于舊路上原有結構物,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”。

外業資料收集:

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原有橋涵調查

目的:原有構造物是否滿足設計使用要求。

方法:

  (1)調查舊橋涵過水能力,孔徑、高度,基礎有無沖刷,沖刷深度。

  (2)對原有結構物進行水文驗算,結構安全驗算。

  (3)原有橋涵細部測量:中心樁號,角度,橋臺背墻前緣樁號,中線左右橋寬,橋凈寬,護攔、人行道寬度。橋面標高、基礎頂面、墩臺蓋梁頂面標高。

  (4)如果沒有竣工圖,還要進行結構細部尺寸測量。

  (5)結構使用狀態調查:按《公路橋涵養護規范》JTG H11—2011要求內容進行調查,并進行橋梁使用狀態評定。

水文計算

(1)匯水面積:

按規定繪制沿線水系圖。核實低洼內澇內、分(滯)洪區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)河段調查:

調查河道平面形狀及形態,核對與地形圖有無出入。

調查支流、分流、滑坡、塌岸等現象。

調查河床沖淤變化,河岸穩定程度。上游泥沙來源,歷史上淤積高度和下切深度。

調查水流泛濫寬度、根據河床形態、泥沙組成、植被情況,確定河床、河灘各部分洪水糙率。

(3)洪水位調查:

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

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

同一次洪水應調查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、年齡和敘述內容。根據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。填寫洪水調查表。

(4)水文斷面測繪——形態斷面測量

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

B、形態斷面應在橋位上、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、繪制內容:應標出河床地面線、植被和地質情況、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修正代替。

F、測繪內容: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、根據流量觀測資料推算設計流量

B、地區性經驗公式

C、暴雨推理法

D、徑流形成法

E、形態調查法

F、直接類比法

G、省院編寫的經驗公式

大中橋:

A、采用暴雨推理法

B、水文觀測站歷年流量計算

C、利用全國水文分區經驗公式確定設計流量(觀測資料特別的少)

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(6)設計水位計算       

推算設計流量對應的水位線高程即為設計水位高程

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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 cv變差系數  p130

(7)橋孔長度計算

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(8)沖刷計算及基礎埋深

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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)對于穩定性河段,河槽穩定、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)若河槽內邊灘下移,深槽擺動,則在深槽可能擺動的范圍內,全部橋墩均應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,由于導流堤或錐形護坡改善了橋臺部分的水流狀態,往往較橋墩的局部沖刷為小;但未設置導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,應予以注意,一般可通過調查或計算確定。

E、基礎埋深

1)擴大基礎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)涵洞基礎往往埋置過深,沒必要埋在凍漲線下25cm。應按規范公式確定埋深。

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

橋位地形圖范圍應能滿足橋梁改河、布設調治構造物的需要。原有地形圖不能滿足要求時應進行補測。

C、橋位地形圖測量

大橋應從水準點引測高程測量,橋址處縱斷面及現有結構物高程,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,當地形、地物變化時應加樁補測。特別是橋臺處應注意加樁,便于確定橋臺基礎標高及錐坡基礎高度。

對于冰凍河流應鑿冰眼后實測河床標高。

當地面橫坡較大時應實測左右側路肩處輔助縱斷面,以方便合理確定墩臺基礎標高。

橋涵結構選擇

橋梁:

1)根據不同的孔徑要求可采用簡支結構或簡支轉連續結構。橋梁跨徑<10m上部結構采用鋼筋混凝土板式結構,20m≥L≥10m上部結構采用預應力混凝土板;40m>L>20m,建筑高度受限制的橋梁宜采用預應力混凝土小箱梁結構;建筑高度不受限制的橋梁采用預應力混凝土T梁結構。

根據運輸條件、板梁數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)下部結構根據孔徑、墩臺高度、基礎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U型橋臺、重力式墩。擴大基礎要求承載力在300 kPa以上的礫砂、卵石、碎石土等密實的土基上。

4)山區高填方深溝設橋還是設涵問題。當路基挖方棄土過多時應優先考慮設涵,當地基承載力較高時,可采用暗板橋。

涵洞:

涵洞可根據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:

1)合理選擇橋孔長度。橋孔不宜壓縮河槽,可根據設計流量、橋位河段特性、橋下沖刷深度、橋頭引道和調治構造物布置情況等因素綜合確定。

2)橋孔布設要跨過主溝

3)橋孔布設要考慮左右河灘流量比。

4)橋孔布設要考慮高跨比,橋下凈空高度與橋梁單孔跨徑比值不宜小于1/6~1/8。 

5)對于兩岸有堤壩的河流,橋的基礎最好不要落在內側堤壩上,并使橋跨跨出堤壩(特殊情況除外),同時還要了解堤壩有無抗洪時通車要求,如有應滿足。

   6)斜彎橋梁平面布置:對于單、多孔現澆或預制裝配式簡支體系橋跨,建議斜橋斜做;對于斜度不大的簡支梁橋或各種斜度的連續體系橋跨,建議斜橋正做;對于橋跨較長且多處跨線、跨河斜交時,建議采用正斜做結合的平面布設方式。

7)跨公路、鐵路、渠道橋

橋孔布設要經濟、合理、協調,不可肓目追求大跨徑。

橋涵外業工作

1、橋涵勘測調查總說明。

2、橋涵水文計算書。

3、原有橋涵調查記錄本。

4、小橋涵原始資料調查記錄本。

5、沿線水系分布圖。

6、小橋梁工程一覽表,涵洞工程一覽表初稿。

7、橋涵標高計算表。

8、有關舊橋涵檔案、氣象、規劃、協議等資料。

9、向市水利部門關于灌溉渠道的征求意見書。

10、向鄉鎮政府關于小橋涵設置的征求意見書。

3、內業

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4、制圖標準