桥涵基础知识及水文计算（图文并茂）

桥涵基基础知知识及及水文文计算算黑龙江江省公公路桥桥梁勘勘测设设计院院有限限公司司二〇一一七年年九月月·哈尔滨桥涵设计计1、基础知知识2、外业调调查3、内业4、制图标标准一：基础础知识桥梁是跨跨越障碍碍物（河河流、沟沟谷、其其他道路路、铁路路等）的的结构物物。一：基础础知识桥梁的组组成传统的说说法：桥梁主要要由桥跨跨结构、、墩台、、基础、、附属工工程等部部分组成成……。随着大型型桥梁的的增多、、结构先先进性和和复杂性性的增强强、对桥桥梁使用用品质的的要求越越来越高高，传统统提法的的局限性性逐渐显显露。现在的提提法：桥梁由"五大部件件"与"五小部件件"组成。一：基础础知识所谓“五五大部件件”是指指——桥梁承受受汽车或或其他运运输车辆辆荷载的的桥跨上上部结构构与下部部结构，，它们必必须通过过承受荷荷载的计计算与分分析，是是桥梁结结构安全全性的保保证。五大部件件：1）桥跨结结构(或称桥孔孔结构、、上部结结构)。路线遇遇到障碍碍（如江江河、山山谷或其其他路线线等）的的结构物物。2）支座系系统。支承上部部结构并并传递荷荷载于桥桥梁墩台台上，它它应保证证上部结结构预计计的在荷荷载、温温度变化化或其他他因素作作用下的的位移功功能。3）桥墩。。是在河中中或岸上上支承两两侧桥跨跨上部结结构的建建筑物。。4）桥台。。设在桥的的两端；；一端与与路堤相相接，并并防止路路堤滑塌塌；另一一端则支支承桥跨跨上部结结构的端端部。为为保护桥桥台和路路堤填土土，桥台台两侧常常做一些些防护工工程。5）墩台基基础。是保证桥桥梁墩台台安全并并将荷载载传至地地基的结结构。基基础工程程在整个个桥梁工工程施工工中是比比较困难难的部分分，而且且常常需需要在水水中施工工，因而而遇到的的问题也也很复杂杂。◎前两个个部件是是桥跨上上部结构构，后三三个部件件是桥跨跨下部结结构。一：基础础知识所谓“五五小部件件”——是直接与与桥梁服服务功能能有关的的部件，，过去总总称为桥桥面构造造。五小部件件：1）桥面铺铺装(或称行车车道铺装装)。铺装的平平整、耐耐磨性、、不翘曲曲、不渗渗水是保保证行车车舒适的的关键。。特别是是在钢箱箱梁上铺铺设沥青青路面时时，其技技术要求求甚严。。2）排水防防水系统统。应能迅速速排除桥桥面积水水，并使使渗水的的可能性性降至最最小限度度。城市市桥梁排排水系统统应保证证桥下无无滴水和和结构上上无漏水水现象。。3）栏杆（或防撞撞栏杆））。它既既是保证证安全的的构造措措施，又又是有利利于观赏赏的最佳佳装饰件件。4）伸缩缝缝。桥跨上部部结构之之间或桥桥跨上部部结构与与桥台端端墙之间间所设的的缝隙，，以保证证结构在在各种因因素作用用下的变变位。为为使行车车顺适、、不颠簸簸，桥面面上要设设置伸缩缩缝构造造。5）灯光照照明。现代城市市中，大大跨桥梁梁通常是是一个城城市的标标志性建建筑，大大多装置置了灯光光照明系系统，构构成了城城市夜景景的重要要组成部部分。一：基础础知识结构示意意图一：基础础知识墩柱台帽挡块盖梁护栏桥台侧墙墙一：基础础知识墩柱盖梁挡块小箱梁支座垫石石支座一：基础础知识桥台台帽帽薄壁台台台身一：基础础知识1翼墙、耳耳墙定义：翼墙：指桥台前前墙两端端或涵洞洞口两侧侧设置的挡土墙墙，涵洞洞的翼墙墙还起导导流作用用。耳墙：指埋置式式桥台或或桩柱式式桥台，，与台帽梁（盖盖梁）连连结成一一体的小小型挡土土墙。一：基础础知识翼墙翼墙耳墙耳墙一：基础础知识2锥坡、护护坡定义：锥坡:指在桥梁梁或涵洞洞与路堤堤衔接处处，为保保持路堤堤稳定而而在桥梁梁两端或或洞口两两端构筑筑的锥形形填土及及其表面面的石砌砌防护体体。护坡：指桥台前前面为防防止土体体滑落而而构筑的的土体及及其表面面的石砌砌防护体体。一：基础础知识锥坡护坡护坡锥坡锥坡一：基础础知识3桥台及基基础定义：桥台：是指桥梁梁两端与与路堤衔衔接的支支承上部部结构并并承受台台后土压压力的构构造物。。基础:扩大基础础桩基础沉井基础础一：基础础知识台前护坡坡桩基础一：基础础知识4桥墩及基基础定义：桥墩：指支承桥桥梁上部部结构而而不承受受土体侧侧压力的的构造物物。基础:扩大基础础桩基础沉井基础础一：基础础知识一：基础础知识钻孔灌注注桩是指采用用不同的的钻孔方方法，在在土中形形成一定定直径的的井孔，，达到设设计标高高后，将将钢筋骨骨架（笼笼）吊入入井孔中中，灌注注混凝土土形成的的桩基础础。一：基础础知识一：基础础知识制作、埋埋设护筒筒一：基础础知识埋设护筒筒一：基础础知识正反循环环成孔，，现在是是在护筒筒上拉十十字线，，是使钻钻机的钻钻头对准准桩的中中心线，，等钻机机对准后后往护筒筒里放水水，采用用泥浆护护壁进行行钻孔一：基础础知识一：基础础知识钢筋笼制制作１一：基础础知识一：基础础知识起吊一：基础础知识对准孔位位一：基础础知识钢筋笼安安放就位位一：基础础知识水下混凝凝土灌注注过程浇注水下下混凝土土不能将将混凝土土直接倾倾倒于水水中。因因为当混混凝土直直接与水水接触穿穿过水层层时，骨骨料和水水泥很快快将产生生分离，，骨料很很快沉入入水底，，而水泥泥在较长长时间内内呼吁悬悬浮状态态，当其其下沉时时，已凝凝结硬化化。因此此水下混混凝土的的浇注，，必须在在与周围围环境水水隔离的的条件下下进行。。水下混混凝土浇浇筑的方方法很多多。最常常用的是是导管法法。一：基础础知识一：基础础知识桩头混凝凝土取样样一：基础础知识承台基础础施工一：基础础知识承台基础础垫层一：基础础知识承台钢筋筋绑架一：基础础知识承台钢筋筋成型支支模一：基础础知识混凝土振振捣一：基础础知识承台浇筑筑完成养养护一：基础础知识承台拆模模桥墩施工工系梁位于于墩柱上上，是改改善柱子子及桩受受力的结结构，使使桩或墩墩的整体体刚度加加强。一一般为条条状，连连接同墩墩号两根根桩，使使两根桩桩或柱子子连成共共同受力力的整体体。一：基础础知识一：基础础知识盖梁施工工一：基础础知识一：基础础知识上承式中承式中承式中承式下承式下承式梁式桥一：基础础知识刚架桥悬索桥组合体系系明石海峡峡大桥日日本一：基础础知识法国塔恩恩河河谷谷的云雾雾从米约约高架桥桥下穿过过米约大桥桥的设计计非常精精巧，让让人无法法置信的的精巧，，有一种种蝴蝶般般优雅细细致的感感觉一：基础础知识赵州桥2、桥涵基基础知识识基础知识识理论力学学材料力学学结构力学学桥梁工程程结构分析析水力学初步认识识力学分分析与计计算对材料的的力学特特性的分分析与计计算受力计算算及方法法结构受力力计算及及方法自由度分分析主要承重重构件的的受力分分析水文计算算水头损失失层流紊流流量、流流速、冲冲刷计算算3、桥涵软软件目前常用用计算软软件上部计算算下部计算算桥梁博士士水文计算算Midascivil桥位设计计计算系系统(黑龙龙江江版版)桥梁梁通通桥友友1、桥桥涵涵外外业业调调查查记记录录小桥桥涵涵记记录录本本原有有桥桥涵涵记记录录本本二、桥涵涵外业工工作（1）、对于于旧路上上原有结结构物，，需要填填写以下下2个本子。。（2）、对于于新建道道路，需需要填写写“小桥桥涵原始始资料记记录簿””。1、桥涵外外业调查查记录Q1K0+100XXX河90腐殖土30%1.8m卵石（12mm）30m5m3-13m，空心板板梁肋板台、、柱式墩墩，桩基基础河道顺直直，流速速较慢，，无流冰冰现象，，河床多为为细沙及及卵石，，河床稳稳定。砌石需外外运，其其他建筑筑材料充裕，建建议采用用钢混结结构新建桥梁梁调查记记录1、桥涵外外业调查查记录H1K0+100人工渠90腐殖土30%1.8m卵石（12mm）1.5m0.5m1-2××1m钢筋混凝凝土箱涵涵河道顺直直，流速速较慢，，无流冰冰现象，，河床多为为细沙及及卵石，，河床稳稳定。砌石需外外运，其其他建筑筑材料充裕，建建议采用用钢混结结构0.5m155.5156新建涵洞洞调查记记录1、桥涵外外业调查查记录原有桥梁梁调查记记录Q2K0+100XXX河901990663-1035.04钢筋混凝凝土空心心板柱式墩，，桩基础础薄壁台，，桩基础础6011桥梁主梁梁破损严严重，梁梁底出现现横纵裂缝最大大缝宽达达2mm，梁底存存在多处漏筋，，钢筋腐腐蚀严重重。下部保存存完好，，因修建建年代较较早，荷载等级级无法满满足现有有标准要要求，建议拆除除新建。。1、桥涵外外业调查查记录原有涵洞洞调查记记录H2K0+100跨渠9019907.571-Φ1.014.5钢筋混凝凝土圆管管涵管节破损损严重，，错节现现象严重重。路基塌陷陷，洞口口已被淤淤泥堵死死。建议拆除除新建。。向气象局局收集每每年汛期期的各月月最大风风速和风风向、每每年年最最大风速速和风向向；历年年最高、、最低日日平均气气温，历历年最高高、最低低月平均均气温，，历年极极端最高高、最低低气温；；每年年年降水量量、降雪雪量、最最大24小时降水水量，最最大三日日降水量量、土壤壤冻深等等资料。。2、外业资资料收集集（1）向国土资资源局收收集地质质、地震震、建筑筑材料等等资料。。收集不不良地质质的分布布和规模模，以及及土壤类类型、地地形、地地貌、植植被情况况等特征征资料。。（2）向水利局局收集流流域水系系分布图图，防洪洪规划设设计、河河堤设计计文件、、河道安安全泄洪洪量及相相应水位位等资料料。调查查河道整整治方案案及实施施时间。。农灌（（包括水水库、水水渠、水水闸）规规划设计计。（3）向水文站站收集测测流断面面位置、、实测流流量、流流速、断断面面积积资料、、每年最最大流量量值系列列、河床床、河滩滩糙率、、洪水坡坡度、水水位-流量、、水位-面积关系系曲线。。有关气气象、降降雨资料料。收集集河段历历年变迁迁的水文文站有关关实测资资料。（4）沿线如有有铁路、、公路，，则应向向有关管管理、养养护部门门调查既既有桥涵涵建筑物物的历史史档案或或图纸及及使用情情况。根根据旧桥桥过水断断面、桥桥前（下下）水深深、冲刷刷情况，，初步判判断旧桥桥孔径是是否合适适。（5）方法：（1）调查旧桥涵过过水能力力，孔径径、高度度，基础有无冲刷刷，冲刷刷深度。。（2）对原有有结构物物进行水水文验算算，结构构安全验验算。（3）原有桥涵涵细部测测量：中中心桩号号，角度度，桥台台背墙前前缘桩号号，中线线左右桥桥宽，桥净宽，，护拦、、人行道道宽度。。桥面标标高、基基础顶面面、墩台台盖梁顶顶面标高高。（4）如果没有有竣工图图，还要要进行结结构细部部尺寸测测量。（5）结构使用用状态调调查：按按《公路路桥涵养养护规范范》JTGH11—2011要求内容容进行调查，并并进行桥桥梁使用用状态评评定。3、原有桥桥涵调查查：目的：原原有构造造物是否否满足设设计使用用要求。。（1）汇水面积：（2）河段调查查：按规定绘绘制沿线线水系图图。核实实低洼内内涝内、、分（滞滞）洪区区的分布布及主要要水利工工程位置置和形式式。从地形图图上量绘绘沿线各各汇水区区面积、、长度、、宽度、、坡度等等特征值值及主要要水利工工程控制制的汇水水面积。。调查河道道平面形形状及形形态，核核对与地地形图有有无出入入。调查支流流、分流流、滑坡坡、塌岸岸等现象象。调查河床床冲淤变变化，河河岸稳定定程度。。上游泥泥沙来源源，历史史上淤积积高度和和下切深深度。调查水流流泛滥宽宽度、根根据河床床形态、、泥沙组组成、植植被情况况，确定定河床、、河滩各各部分洪洪水糙率率。4、水文计计算：（3）洪水位位调查：收集的历历史洪水水资料，，在河段段两岸调调查洪水水发生的的时间、、洪痕位位置、涨涨落过程程、主流流方向，，调查有有无漫流流、分流流及受人人工建筑筑物的影影响，调调查河床床断面冲冲淤变化化情况。。洪水调查查的河段段宜选择择两岸有有较多洪洪痕点，，水流顺顺直稳定定，无回回流、分洪及人人工建筑筑物影响响，并宜宜靠近水水文断面面。同一次洪洪水应调调查3个以上较较可靠的的洪痕点点，作出出标志，，记录洪洪痕指定定人的姓姓名、职职业、年年龄和叙叙述内容容。根据据指定的的洪痕标标志物情情况，指指定人对对洪水记记忆程度度，综合合分析、、判断洪洪痕点的的可靠性性。填写写洪水调调查表。。4、水文计计算：（4）水文断面面测绘——形态断面面测量A、形态断面面首先选选在比较较规则的的顺直河河段上，，宜与流流向垂直直。其次次断面选选在洪痕分布较较多、河河岸稳定定、冲淤淤不大、、泛滥宽宽度较小小、无死死水和回回流的位位置。B、形态断面面应在桥桥位上、、下游各各测绘一一个；对对河面不不宽的中中桥，可可只测绘绘一个；；当桥位断断面符合合水文断断面条件件时，桥桥位断面面可作为为水文断断面。C、横向范围：平平面宽滩滩河流测测至历史史最高洪洪水泛滥滥线以外外50m。D、绘制内内容：应应标出河河床地面面线、植植被和地地质情况况、糙率率特征水水位等。。E、纵向范围：水水文断面面下游长长度不小小于1倍河道泛泛滥宽度度，水文文断面上上游2倍泛滥宽度。无无洪痕点点时，可可用常水水位或河河道纵断断经修正正代替。F、测绘内容容：河床床比降线线、测时时水面比比降线、、历次洪洪水比降降线、水水文断面面及桥位位断面位置置。4、水文计计算：小桥涵：：A、根据流量量观测资资料推算算设计流流量B、地区性经经验公式式C、暴雨推理理法D、径流形成成法E、形态调查查法F、直接类比比法G、省院编编写的经经验公式式大中桥：：A、采用暴雨推理理法B、水文观观测站历历年流量量计算C、利用全全国水文文分区经经验公式式确定设设计流量量（观测测资料特特别的少少）（5）流量计计算4、水文计计算：（6）设计水水位计算算推算设计计流量对对应的水水位线高高程即为为设计水水位高程程4、水文计计算：查皮尔逊逊III曲线kp值cs=3.5cvcs偏差系数数cv变差系数数p130Cv为均方差差与均值值比值（7）桥孔长长度计算算开阔、顺顺直微弯弯、及滩滩、槽可可分的不不稳定河河段：A、式中Kq、n3与河道类类型有关关的系数数和指数数，查表表确定。。宽滩河段段，宜按按下式计计算桥孔孔最小净净长：B、式中：β—水流压缩系系数滩、槽难分分的不稳定定河段：C、式中：B。——基本河槽宽宽度。Cp——洪水频率系系数。4、水文计算算：（8）冲刷计算及及基础埋深深河床自然演演变冲刷A、包括河床逐逐年自然下下切的变形形和河槽横横向变动引引起的自然然演变冲刷刷。桥下一般冲冲刷计算B、1)非粘性土河河床的一般般冲刷河槽部分河滩部分4、水文计算算：2)粘性土河床床的一般冲冲刷河槽部分河滩部分式中——单宽流流量集中系系数,取1.0~1.2;——冲刷坑坑范围内粘粘性土液性性指数，适适用范围为为0.16~1.19。4、水文计算算：墩台局部冲冲刷计算C、1)非粘性土河河床桥墩局局部冲刷当V≤当V>式中：——桥身局部冲冲刷深度——墩形系数，，可按附录录B选用——桥墩设计宽宽度——一般冲刷后后的最大水水深——河床泥沙平平均直径——河床颗粒影影响系数——河床泥沙起起动流速——墩前泥沙起起冲流速——指数V——一般冲刷后后墩前行近近流速4、水文计算算：D、桥下河槽最最低冲刷线线1)总冲刷深度度桥下河槽中中，桥梁墩墩台处的最最低冲刷线线，应为桥桥下全部冲冲刷完成后后的冲刷坑坑底（见图图）。全部部冲刷完成成后的最大大水深，称称为总冲刷刷深度hs，是自然（（演变）冲冲刷△h、一般冲刷刷hp和局部冲刷刷hɓ等各种冲刷刷深度的总总和，即hs=hɓɓ+hp+△h。由设计水水位Hs减去总冲刷刷深度，就就是桥梁墩墩台处河槽槽的最低冲冲刷线标高高Hm，亦即Hm=Hs-hs。4、水文计算算：2)几点说明（1）对于稳定定性河段，，河槽稳定定、不会拓拓宽，位于于河槽部分分和河滩部部分的墩台台，可分别别计算冲刷刷深度，各各自采用不不同的最低低冲刷线标标高。（2）若河槽内内边滩下移移，深槽摆摆动，则在在深槽可能能摆动的范范围内，全全部桥墩均均应采用相相同的最低低从刷线标标高并按河河槽的最大大水深计算算冲刷深度度。（3）在稳定的的河滩部分分，可按河河滩特点计计算冲刷深深度，滩地地墩台可采采用相同的的最低冲刷刷线标高。。（4）对于河滩滩不够稳定定的河段，，如果河滩滩可能被冲冲成河槽（（河槽扩宽宽），则河河槽和河滩滩部分的所所有墩台，，均采用相相同的最低低冲涮线标标高，并按按河槽的最最大水深计计算冲刷深深度。（5）桥台的局局部冲刷，，由于导流流堤或锥形形护坡改善善了桥台部部分的水流流状态，往往往较桥墩墩的局部冲冲刷为小；；但未设置置导流堤而而突出于水水流中的桥桥台，则近近似于丁坝坝顶部的局局部冲刷，，在河滩流流量较大时时冲刷十分分严重，应应予以注意意，一般可可通过调查查或计算确确定。4、水文计算算：E、基础埋深1）扩大基础础埋深满足足冲刷要求求及地基承承载力要求求。一般不不宜超过5.5m。2）桩基桩顶顶一般不高高于地面或或常水位。。有时桩柱柱埋置桥台台台高大于于5m时，可采用用提高桩顶顶标高采解解决桩柱抗抗力不足问问题。3）肋板埋置置台承台不不必全埋入入土中，以以承台不脱脱空为宜，，埋入0.5~1.0m为宜。4）涵洞基础础往往埋置置过深,没必要埋在在冻涨线下下25cm。应按规范范公式确定定埋深。4、水文计算算：A、桥位平面控控制测量大桥要求进进行桥位平平面控制测测量，定测测时要求在在桥轴线方方向上，（（曲线桥可可在切线方方向上），，每岸设置置1—2个桥位桩。。桥轴线相相对中误差差与路线控控制测量要要求相同。。B、桥位地形图图测量桥位地形图图范围应能能满足桥梁梁改河、布布设调治构构造物的需需要。原有有地形图不不能满足要要求时应进进行补测。。C、桥位地形图图测量大桥应从水水准点引测测高程测量量，桥址处纵断断面及现有有结构物高高程，中、、小桥、涵涵洞可引测测桥涵附近近整桩高程程。也可利利用路线纵纵断测量资资料，当地地形、地物物变化时应应加桩补测测。特别是是桥台处应应注意加桩桩，便于确确定桥台基基础标高及及锥坡基础础高度。对于冰冻河河流应凿冰冰眼后实测测河床标高高。当地面横坡坡较大时应应实测左右右侧路肩处处辅助纵断断面，以方方便合理确确定墩台基基础标高。。5、桥梁测量量：5、桥梁测量量：瓦拉干项目目桥梁河底底及冰厚度度测量额木尔河河河底高程测测量桥梁：1）根据不同同的孔径要要求可采用用简支结构构或简支转转连续结构构。桥梁跨跨径＜10m上部结构采采用钢筋混混凝土板式式结构，20m≥L≥10m上部结构采采用预应力力混凝土板板；40m>L>20m,建筑高度受受限制的桥桥梁宜采用用预应力混混凝土小箱箱梁结构;建筑高度不不受限制的的桥梁采用用预应力混混凝土T梁结构。根据运输条条件、板梁梁数量决定定空心板采采用先张法法或后张法法板。2）主线桥梁梁与路线的的夹角宜控控制在60o≤α≤120o，超过30o时宜考虑改改移河沟或或增大跨径径。3）下部结构构根据孔径径、墩台高高度、基础础条件可选选择轻型桥桥台、薄壁壁桥台，桩桩柱式墩台台、肋板理理置式台，，现U型桥台、重重力式墩。。扩大基础础要求承载载力在300kPa以上的砾砂砂、卵石、、碎石土等等密实的土土基上。4）山区高填填方深沟设设桥还是设设涵问题。。当路基挖挖方弃土过过多时应优优先考虑设设涵，当地地基承载力力较高时，，可采用暗暗板桥。6、桥涵结构选选择：涵洞：涵洞可根据据具体情况况选用园管管涵、盖板板涵、拱涵涵、箱涵等等型式。圆管涵孔径径为1.0、1.25、1.5m