道路工程课件第4章桥涵与隧道

道路工程课件第4章桥涵与隧道第一页，共44页。一概述二大中桥桥位选择三小桥涵勘测设计第一节桥涵设计第二页，共44页。第一节概述

一.桥涵设计的基本要求

桥涵是跨越各种障碍，提供通道的构造物，是公路的一个重要组成部分。设计时必须满足以下基本要求。

(1)行车的要求桥涵首先要满足车辆行驶的安全、适用、舒适的要求．即设计必须满足《公路桥涵设计通用规范》(JTJ021-89)等规定的桥涵净空、线形标准、设计荷载等的要求，并使桥涵结构在制造、运输、安装和使用过程中有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。第三页，共44页。(2)排水的要求桥涵的布置必须保证一定设计频率洪水流量的安全宣泄，同时应考虑农田排灌的需要。对于三、四级公路，在交通允许有限中断时，允许修建漫水桥和过水路面。(3)经济的要求桥涵设计除技术上应合理选择桥涵类型外，还应进行技术经济比较，使桥涵的总造价为最小。(4)施工上的要求桥涵结构应便于制造和架设，施工可行。(5)与路线一致的要求一般公路上的特大桥，大、中桥桥位，原则上应第四页，共44页。服从路线走向．桥、路综合考虑，尽量选择在河道顺直、水流稳定、地质良好的河段。(6)其他要求

对于有通航要求或立体交叉的跨线桥，桥下净空还应保证通航或通车的净空要求。二.跨径和桥长

(1)跨径

桥涵跨径是指结构或构件支承间的水平距离，又分为计算跨径、标准跨径、净跨径。

第五页，共44页。对设有支座的桥涵而言(如梁板桥，盖板涵)计算跨径：为相邻支座中心线间水平距离；净跨径：为设计水位处相邻两墩或台身内缘之间的水平距离；标准跨径：为相邻两墩中线或墩中线与台背前缘间水平距离。对不设支座的桥涵而言(如拱桥、刚构桥、箱涵、拱涵)计算跨径：为上、下部结构相交面中心间的水平距离；内缘间的净跨径：为上、下部结构相交处水平距离；标准跨径：为净跨径。目前，我国公路桥涵及大小是以跨径来进行划分的，《公路工程技术标准》的有关规定见表6.1。第六页，共44页。

桥涵分类多孔跨径总长L(m)单孔跨径L0(m)特大桥L≥500L0≥100大桥100≤L＜50040≤L0＜100中桥30＜L＜10020≤L0＜40小桥8≤L≤305≤L0＜20涵洞L＜8L0＜5

注：(1)Lo—单孔跨径．指标准跨径。

(2)圆管涵及箱涵不论管径或跨径大小．孔数多少。均称为涵洞。

(3)L—多孔跨径总长，仅是划分桥涵的指标。梁式桥、板式桥涵为多孔标准跨径的总长：拱式桥涵为两岸桥台内起拱线间的距离，其他形式桥为桥面系车道长度。桥梁涵洞按跨径分类表6.1第七页，共44页。

(2)桥长

桥长又称为桥梁全长，有桥台的桥梁为两岸桥台翼墙(侧翼或八字墙)尾端间的距离；无桥台的桥梁为桥面系行车道长度．如图6．1所示。第八页，共44页。

三.桥涵净空

桥涵净空分为桥面净空和桥下净空.

桥面净空为桥梁行车道，人行道上方应保持的空间界限。它与路线的等级有关，《公路工程技术标准》对各种等级的公路有具体的规定。桥梁桥面净空应与路线的建筑界限一致。桥下净空为满足桥下通航(或行车、行人)的需要和保证桥梁安全而对上部结构底缘以下规定的空间界限。根据不同结构类型的要求，《公路桥涵设计通用规范》规定非通航河流桥梁下净空和涵洞净空参照《公路桥位第九页，共44页。勘测设计规范》(JTJ062～91)规定对有淤积的河床．应适当增加桥下净空的高度。跨线桥桥下净空要符合路线建筑界限的规定。农村道路从公路下面穿过时，其净空高度可根据当地通行的车辆和交叉情况而定。一般净高≥2．5m，净宽≥3.5m。四.桥涵设计流量和设计洪水频率桥涵及其附属工程的基本尺寸，都取决于设计流量的大小．设计流量过大将造成经济上的浪费.过小则带来安全隐患。适当地确定设计流量，就需要有一个第十页，共44页。

标准。目前我国桥涵结构都采用洪水频率作为设计标准，称为设计洪水频率。与设计洪水频率相对应的洪水流量，称为设计流量。同样．对应的洪峰流速、水位．称为设计流速、设计水位。

《公路工程技术标准》对永久性桥涵设计洪水频率的规定见表6.5。桥涵设计洪水频率表6．5构造物名称公路等级高速公路及一级公路二三四特大桥1／3001／1001／1001／100大、中桥l／100l／1001／1001／50小桥l／1001／501／251／25涵洞及小型排水构造物1／1001／501／25不作规定第十一页，共44页。

五.桥下冲刷

桥下冲刷是确定墩台基础埋置深度的重要因素。由于桥梁墩台压缩水流，导致桥下流速增大而引起桥下河床断面冲刷，这种冲刷称为桥下一般冲刷。一般冲刷的深度达到最大。此时桥下的垂线水深，称为一般冲刷深度。由于桥墩(台)的阻碍，水流在桥墩周围以强烈的涡流形式冲刷河床面泥沙。在墩(台)前产生冲刷坑。这种冲刷称桥墩(台)局部冲刷。随着冲刷坑的不断加深和扩大，坑底流速逐渐降低，水流夹沙能力减弱，进出坑中的泥沙趋向平衡，同时，冲刷坑底的泥沙逐渐第十二页，共44页。粗化，抗冲能力增加，使水流的冲刷作用与河床的抗冲作用也趋向平衡，冲刷趋于停止，局部冲刷坑达到最深。冲刷坑外缘与桥墩坑底的最大高差，为墩台局部冲刷深度。第十三页，共44页。第二节大中桥桥位选择

一.桥位勘测的基本内容桥位设计直接关系到路基、桥梁的稳定，工程造价,施工与养护等。在进行桥位设计以前。必须对桥位地区地形、地质、水文以及经济情况等进行详细调查与测量,这项工作总称为桥位勘测，它包括下列主要内容。(1)桥位选择主要是合理选定桥梁跨河的位置。(2)桥位测量

第十四页，共44页。测绘桥位处平面图，桥址地形图和桥址纵断面图。(3)水文调查与勘测通过水文站观测资料的搜集分析，形态调查，水文气象观测等，了解河流的水文和气象情况，为桥位设计提供必须的设计水位、设计流速、冲刷深度、风速、气温等水文和气象资料。(4)工程地质勘察

查明桥位区域的地层岩性，地质构造，不良地质现象以及水文地质等工程地质条件，探明桥梁墩台地基覆盖层及基岩风化程度和风化层厚度及构造破碎程度，岩土的物理力学特性，地基承载力等。编写工程地质报告,阐明桥位区域的工程地质条件，第十五页，共44页。

作出评价，提出建议。并绘制地质平面图。地质纵断面图，钻孔地质柱状图等。(5)其他工作除以上工作外，还应听取当地各部门对建桥的意见，并根据建桥目的和使用要求，同有关部门取得必要的协议。搜集有关编制施工方案及设计概(预)算所需要的资料。二.桥位选择(1)一般要求①一般应服从路线的总方向，并满足桥头接线的要求。特殊情况时，经过论证。也可以因桥位的要求而改变。第十六页，共44页。②应从政治、国防和国民经济发展的要求出发，并考虑铁路、水利、航运和市政等方面的规划，尽可能相互协调配合。③要照顾群众利益，少占良田，避免拆迁有价值的建筑物。④要考虑施工场地，材料运输，设置便桥等要求。⑤桥轴线一般应为直线，否则宜采用较大的平曲线半径和较小的纵坡。(2)水文和地形方面要求

①尽可能选在河道顺直、水流稳定、滩地较窄、河槽较宽较深且能通过大部分设计流量的河段上。第十七页，共44页。②应避免在河汊、岛屿、沙洲、故河道、急湾、石梁、江河口以及容易形成流冰、流木阻塞的河段。③桥轴线应尽量与洪水主流流向正交，宜设在河滩与河槽流向一致的河段上。④与河岸斜交的桥位，应避免在引道上游形成水袋与回流区。⑤应考虑到河床在桥梁使用期限内可能发生的变形。此外，还要结合多类河段的特点，分别考虑下列要求：①峡谷性河段，一般宜采用单孔跨越。应尽量避免采用最小平曲线半径和最大纵坡。若不宜采用单孔跨越，可选在河谷第十八页，共44页。

比较宽阔、水深较浅、流速较缓的河段，采用多孔跨越，但应进行方案比较。②次稳定性河段，在弯曲河段上一般应选在主槽流向与河流总趋势一致的较长河段上。若河湾已发展到直逼河谷的基本岸边，则宜选在河湾顶部中间部位,不宜选在两湾之间的直线河段上。③变迁性河段，宜选在两岸与河槽稳定的束窄河段，若必须跨越扩散段时，也应选在河槽摆动范围较小的河段。④游荡性河段，应选在河岸有比较固定依托的较长束窄段上。桥轴线宜与河岸正交。第十九页，共44页。⑤宽滩性河段，宜选在河滩地势较高，河槽居中、稳定和滩槽流量比较小的河段上。当滩、槽流量比大于2，河槽平均流速小于2m／s，滩内汊流距主槽较远时，宜选在河滩地形变化有利于分流的河段，并采用一河多桥方案。⑥冲积漫流性河段，宜选在冲击扇顶部或沉积区的下游。当必须跨越冲积扇时，桥轴线宜与洪水总趋势正交。若采用一河多桥方案，宜顺应等高线布设。(3)地质方面的要求①应尽可能选在河床有岩层或土质坚实，覆盖层较浅的地段，避免选在岩层有断层，滑坡，溶洞，石膏，第二十页，共44页。侵蚀性盐类以及其他地质不良地段。②地震区的桥位选择应按交通部颁发的《公路工程抗震设计规范》有关规定执行。(4)航运方面的要求①应选在远离浅滩急湾的顺直河段上，其顺直长度,在桥轴线的上游不宜小于最长拖船队或木排长度的3倍，顶推船队长度的4倍；在桥轴线的下游，则不宜小于最长拖船队或木排长度的1.5倍，顶推船队长度的2倍。②一般应选在航道稳定。具有足够水深的河段上；如不稳定，航道孔布置应留有余地。③桥轴线应与航迹线垂直。如斜交时，桥轴的法线第二十一页，共44页。

与航迹线的交角不宜大于5。否则应增大通航孔跨径。④在流放木排的河段上，宣选在码头，贮木场或木材编排场的上游。(5)其他方面的要求①在城镇附近的桥位，既要考虑城镇规划的要求，又要尽量避免通过市区；并应与治河、防洪、环境保护等规划相配合。②在旧桥附近的桥位，一般宜选在旧桥的下游。在实际工作中，往往不能选择一个桥位同时都满足上述各方面的要求；一般是选择几个桥位，通过分析比较后，选出一个较好的桥位，作为推荐方案。第二十二页，共44页。三桥孔布置一般跨河桥，总跨径可参照水文计算来确定。当总跨径确定后，就要进行桥孔布置。各孔的跨径应当多大,这不仅影响到使用效果、施工难易等，并且在很大程度上关系到桥梁的总造价。跨径加大，上部结构的造价升高，下部结构的造价下降；反之，上部结构造价下降，下部结构造价升高。最经济的分孔是使上、下部结构造价相等并使总造价趋于最低。桥孔布置应与天然河流断面流量分配相适应。在滩槽稳定河段上，其左右河滩桥孔长度之比应近似等于左右河滩流量之比；在滩槽不稳定河段或桥址位于河弯段时，桥孔布置应考虑河床变形和流量不均匀分布的影响。第二十三页，共44页。

在山区的深谷上，或在水深流急的江河中，修建桥墩不利或困难，通常宜单孔跨越。有时为了避开不利的地质段，需要改变桥基位置，常将跨径加大或缩小。对于某些体系的多跨桥梁，为了使结构受力合理，各跨径之间应有适当的比例。如三跨连续梁，边跨与中跨之比约为0.8:1.0。桥孔布置还与施工能力有关，有时选用较大跨径经济上合理，但由于施工能力的限制只能采用较小跨径。总之，大中桥梁的桥孔布置是最基本、最复杂的问题，必须根据使用任务，桥位处的地形、地质、水文等具体情况，结合施工技术，经过技术经济等方面的比较,才能定出比较完美的方案。第二十四页，共44页。四.桥孔长度桥孔长度是指设计水位处两桥台前缘之间(埋入式桥台则为两桥台护坡面之间)的水面宽度。扣除全部桥墩宽度后，称为桥梁孔径或桥孔净长。桥孔长度的确定，首先要确定桥孔净长，影响桥孔净长的因素较多，目前这些影响因素，还不能用一个比较完善的计算公式来表达。对峡谷性河段．可按地形布孔，不作桥孔长度计算，对其他河段，《公路桥位勘测设计规范》制定出各种桥孔净长计算经验公式，根据经验公式计算结果．再结合桥位地形、断面形态、河床地质、桥前壅水、冲刷深度、桥头引道、填土高度综合考虑分析确定桥孔长度。第二十五页，共44页。第三节小桥涵勘测设计一、小桥涵勘测设计内容

小桥涵在道路工程中占有重要地位．它具有跨越沟渠、道路排水、农田排灌、居民通行的功能，分布在公路的全线，工程量大，平原区每公里1～3道，山区3～5道，所占总造价约达20％，小桥涵勘测设计是公路勘测设计的重要组成部分。小桥涵勘测设计主要内容为：

(1)小桥涵位置选择。

(2)小桥涵类型选择。

(3)桥涵测量与调查：包括水文勘测及调查．桥涵位置的地形及断面等测量，地质及其他调查等。为小第二十六页，共44页。

桥涵内业设计搜集资料。

(4)设计流量计算，即水文计算。

(5)孔径确定：根据设计流量，通过水力计算，结合小桥涵所在河沟的具体条件，确定涵洞及小桥的孔径尺寸。

(6)小桥涵布置：绘出反映小桥涵及进出口附属工程细部构造布置图。

(7)工程数量计算。二、小桥涵位置选择和测量第二十七页，共44页。

小桥涵位置选择主要包括两方面的内容，一是确定在路线的哪些位置需设小桥涵。二是当位置确定后，具体定出小桥涵的中心桩号、轴线方向以及在路线上的轴线位置。(1)位置选定一般情况下，应在下列位置考虑设置小桥涵。①一沟一桥(涵)：凡路线与一条有明显沟形的干沟、小溪、河流相交，当上游汇水面积大于0.1km2时，原则上应设一座小桥涵。②农田灌溉涵：路线经过农作物区，当跨越稻田、水渠，为了不致因修路阻水而影响自流灌溉或淹没庄稼时，必须设置满足排水的涵洞。第二十八页，共44页。③路基边沟排水涵洞：山区公路的傍山线，为排出路基内侧边沟的流水，通常每隔200～400m应设置一道涵洞。④路线交叉时设涵：当路线与铁路、公路或大车道、机耕道平面交叉时，为了不使边沟排水受阻，同时不致冲坏相交路线的路基，一般应设排水涵洞。⑤其他设涵情况在平原区，路线通过较长的低洼地带，为保证路基稳定，避免排水不畅及长期积水，在地面具有天然纵坡的地方应设置多道涵洞。(2)小桥定位主要根据地形、水文、地质等综合选定。应考虑以下条件：第二十九页，共44页。①桥梁纵轴线应尽可能与洪水主流方向垂直。如不能正交时，应使墩台轴线与水流方向平行，如图6.2。②桥位最好选在河流顺直、水流平稳地段。当路线选在河湾时，最好把桥位选择在河湾的上游。③桥位应选择在河床地质良好的地段。④桥位应在有利与路线平顺衔接的地段。⑤跨越溪沟时．桥位应在大河倒灌水位线范围以外，如图6.3。第三十页，共44页。(3)涵洞定位①顺沟设涵山区河沟坡陡流急，应顺沟设涵，如图6.4。②改沟设涵在平原区当河流弯曲时可改沟设涵，如图6.5。在山区坡陡水急，一般不宜改沟设涵强求正交，涵位布置应尽量符合水流方向，只有当河沟比较浅，沟底纵坡平缓、水流较小时才可考虑改沟设涵。改沟时要注意做引水及防护工程，并注意对下游农田的影响。第三十一页，共44页。③涵位与路基排水密切配合结合路线平、纵面设计，选择以下位置设置：路线上、下坡变坡处，如图6．6。纵坡陡缓变坡处，如图6.7。当路线由大于5％的纵坡变换至小于3％的纵坡时。边沟水流由急变缓，易产生冲刷，应考虑设涵。第三十二页，共44页。④陡坡急弯处，当路线的偏角较大(大于900)，平曲线半径较小，路线入弯道前的纵坡又为大于4％的陡坡时，边沟急流直接顶冲路基内侧，在暴雨期甚至水流溢出边沟漫过路基。在弯道起(止)点附近应设边沟排水涵，如图6.8。⑤在路基挖方边坡上。设有截水沟的挖方地段，截水沟出口处应设排水涵，如图6.9。第三十三页，共44页。三.小桥涵类型选择

小桥和涵洞的使用，主要根据设计流量、路堤高度、沟谷的深浅及河床纵坡、地基情况以及建筑材料等确定.一般在宣泄能力容许范围内，设计流量较小时，跨越常年水流或季节性水流漂浮物少，不受路堤高度限制时采用涵洞比采用小桥经济。当设计流量较大，河道漂浮物多或有泥石流或冲积堆，两岸为陡峭的深沟并填土过高时宜考虑采用小桥。

(1)石拱桥(涵)(2)石盖板涵

(3)钢筋混凝土盖板涵和钢筋混凝土箱涵第三十四页，共44页。(4)钢筋混凝土圆管涵

(5)钢筋混凝土板桥

(6)钢筋混凝土拱桥

(7)各类桥涵单孔与双孔的选择一般情况下，宜采用单孔。因为在相同的宣泄条件下。单孔比双孔要经济。双孔小桥涵通常是在建筑高度受限无法采用单孔，或因修建单孔跨径过大而不经济且河床中有良好的修建涵墩的地基条件时才采用。四.小桥涵布置

(1)一般要求小桥应按每座桥绘出正式的设计图。包括立面(或第三十五页，共44页。纵剖面)、平面、横断面以及其他有关剖面及细部大样图。标注各部分尺寸、所用材料、标高及桥起讫点的里程。除此之外，图中还应绘出河床地面线、地质剖面线以及各种水位的标高，并附上文字说明及工程数量表。文字说明主要说明设计依据、设计技术要点、对地基的要求、施工事项及注意问题等。涵洞结构虽小，但数量多，设计工作量较大．所以在公路设计中一般只要求对每个涵洞绘一纵立面图；对于斜涵还要求绘出平面图。涵洞图中应示出设涵处原地面线、路基及边坡线以及涵洞纵向布置并注明各部分尺寸和标高以及地质土壤情况。每张图上可绘多个涵洞，按桩号排列，并附文字说明及工程.第三十六页，共44页。五、小桥涵孔径确定孔径计算的任务是：在足以宣泄设计洪水流量并保证桥涵前壅水不致过高，桥涵下流速不致冲刷河床或结构物的条件下，通过水力计算确定合理经济的桥涵孔径尺寸。在孔径计算中，小桥涵与大中桥有着不同的特点。大中桥允许河床发生一定的冲刷，一般采用天然河槽平均流速作为设计流速。小桥涵一般不允许桥下和涵内的河底发生冲刷，但允许有较大的雍水高度，通常都采用人工加固河床的方法，来提高河床的容许(不冲刷)流速，以达到适当缩减孔径的目的。第三十七页，共44页。六、小桥涵构造(1)小桥

小桥构造基本上与大中桥相同，主要由上部结构，下部结构，附属结构组成，见图6.1。①上部结构，包括承重结构和桥面系。它的作用是承受车辆荷载，并通过支座传给墩台。②下部结构，包括桥墩、台和基础，是支承上部结构的建筑物。墩台的作用是支承上部结构，并将结构重量和车辆荷载传给基础；桥台还与路堤衔接，并抵御路堤的土压力。③附属结构，包括桥头路堤锥形护坡，护岸等。它的作用是防止路填土不致向河中坍塌，并抵御水流的冲刷。第三十八页，共44页。(2)涵洞①涵洞组成涵洞是路基下一个横向过水构造物，由洞身和洞口组成。见图6.13第三十九页，共44页。

洞身一般由承重结构物(拱圈、盖板等)、涵台、基础、伸缩缝、防水层等构成。洞身的作用：一是保证水流通过,

二是直