桥梁工程基础知识

第一章桥梁工程基础知识

第一节桥梁基本组成

桥梁由“五大部件”与“五小部件”组成。

1.五大部件：是指桥梁承受运输车辆和（或）其他荷载的桥跨上部结构与下部结构，它们必须

通过承受荷载的计算与分析，是桥梁结构安全性的保证。

⑴桥跨结构：线路跨越障碍（如江河、山谷或其他线路等）的结构物。

⑵支座系统：在桥跨结构与桥墩或桥台的支承处所设置的传力装置。它不仅要传递很大的荷载，

并且还要保证桥跨结构能产生一定的变位。

⑶桥墩：是在河中或岸上支承桥跨结构的结构物。

（4）桥台：设在桥的两端，一边与路堤相接，以防止路堤滑塌；另一边则支承桥跨结构的端部为保

护桥台和路堤填土。桥台两侧常做锥形护坡、挡土墙等防护工程。

⑸墩台基础：是保证桥梁墩台安全并将荷载传至地基的结构。

上述前两个部件是桥跨上部结构，后三个部件是桥跨下部结构。

2.五小部件：是直接与桥梁服务功能有关的部件，总称为桥面构造。

（1）桥面铺装（或称行车道铺装）：铺装的平整性、耐磨性、不翘曲、不渗水是保证行车舒适的关

键。特别是在钢箱梁上铺设沥青路面时，其技术要求甚严。

⑵排水防水系统：应能迅速排除桥面积水，并使渗水的可能性降至最小限度。城市桥梁排水系统

应保证桥下无滴水和结构上无漏水现象。

⑶栏杆（或防撞栏杆）：既是保证安全的构造措施，又是有利于观赏的最佳装饰件。

（4）伸缩缝：桥跨上部结构之间或桥跨上部结构与桥台端墙之间所设的设施，以保证结构在各种因

素作用下的变位。为使行车顺适、不颠簸，桥面上要设置伸缩缝构造。

⑸灯光照明：现代城市中，大跨桥梁通常是一个城市的标志性建筑，大多装置了灯光照明系统，

构成了城市夜景的重要组成部分。

第二节桥梁的主要类型

1.按受力特点划分

1.1梁式桥

梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构,用梁或桁架梁作主要承重结构，其上部结构在

竖向荷载作用下，支点只产生竖向反力。梁式桥为桥梁的基本体系之一，制造和架设均较为方便，使

用广泛，在桥梁建筑中占有很大比例。按照梁体受力情况，可分为简支梁桥、连续梁桥和悬臂梁桥。

图1-1简支箱梁桥

1.2拱式桥

拱式桥的主要承重结构是拱圈或拱肋。这种结构在竖向荷载作用下，桥墩或桥台将承受水平推力,

同时这种水平推力将显著抵消荷载所引起的在拱圈（或拱肋）内的弯矩作用。拱桥的承重结构以受压

为主，通常用抗压能力强的后工材料（砖、石、混凝土）和钢筋混凝土等来建造。

图1-4拱式桥

1.3刚构桥

刚构桥的主要承重结构是梁或板和立柱或竖墙整体结合在一起的刚架结构。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。同样的跨径在相同荷载作用下，刚架桥的正弯矩比梁式桥要小，刚架桥的建筑高度就可

以降低。但刚架桥施工比较困难，用普通钢筋混凝土修建，梁柱刚结处易产生裂缝。

图1-5刚构桥

1.4斜拉桥

斜拉桥又称斜张桥，是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由承压的塔、受拉的索

和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。其可看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁。其可使梁

体内弯矩减小，降低建筑高度，减轻了结构重量，节省了材料。斜拉桥主要由索塔、主梁、斜拉索组

成。

图1-6斜拉桥

1.5悬索桥

悬索桥以悬索为主要承重结构，结构自重较轻，构造简单，受力明确，能以较小的建筑高度经济

合理地修建大跨度桥。由于这种桥的结构自重轻，刚度差，在车辆动荷载和风荷载作用下有较大的变

形和振动。

图1-7悬索桥

1.6组合体系桥

主要承重构件采用两种独立结构体系组合而成的桥梁。如拱和梁的组合、梁和桁架的组合、悬索

和梁的组合等。组合体系可以是静定结构，也可以是超静定结构。可以是无推力结构，也可以是有推

力结构。结构构件可以用同一种材料，也可以用不同的材料制成。

图1-8三跨梁拱组合体系桥

图1-9斜拉、悬索组合体系桥

2.其他分类方式

⑴按桥梁多孔跨径总长或单孔跨径的长度，可分为特大桥、大桥、中桥、小桥。具体分类见下表。

表1-1桥梁按多孔跨径总长或单孔跨径分类表

桥梁分类多孔跨径总长L(m)单孔跨径LO(m)

特大桥L>1000L0>150

大桥10002L21001502L0240

中桥100>L^3040>L0>20

小桥302L28202L025

注：①单孔跨径系指标准跨径。梁式桥、板式桥以两桥墩中线之间桥中心线长度或桥墩中线与桥

台台背前缘线之间桥中心线长度为标准跨径；拱式桥以净跨径为标准跨径。

②梁式桥、板式桥的多孔跨径总长为多孔标准跨径的总长；拱式桥为两岸桥台起拱线间的距

离；其他形式的桥梁为桥面系的行车道长度.

⑵按用途划分，有公路桥、铁路桥、公铁两用桥、农用桥、人行桥、运水桥（渡槽）及其他专用

桥梁（如通过管路、电缆等）。

⑶按主要承重结构所用的材料来分，有与工桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、钢桥、钢-混

凝土结合梁桥和木桥等。

⑷按跨越障碍的性质来分，有跨河桥、跨线桥（立体交叉桥）、高架桥和栈桥。

⑸按上部结构的行车道位置分为上承式（桥面结构布置在主要承重结构之上）桥、下承式桥、中

承式桥。

第三节桥梁结构形式及常用施工方法

1.桥梁基础及施工方法

1.1桥梁基础形式

结构形式分：扩大基础、灌注桩基础、预制桩基础

施工方法分为：明挖基坑施工、钻孔桩施工、挖孔桩施工、打入桩施工

（1）扩大基础：由块石或混凝土砌筑而成的大块实体基础，基础的立面往往砌成台阶形，平面将根

据墩台截面形状而采用矩形、圆形、T形或多边形等。明挖基础埋置深度浅，构造简单，多用明挖基坑

的方法施工，在水中开挖则应先筑围堰。

图1-1扩大基础

⑵灌注桩基础：是指在工程现场通过机械钻孔、钢管挤土或人力挖掘等手段在地基土中形成桩孔,

并在其内放置钢筋笼、灌注混凝土而做成的桩，依照成孔方法不同，灌注桩又可分为沉管灌注桩、钻

孔灌注桩和挖孔灌注桩等几类。

图1-2灌注桩基础

⑶预制桩基础：是在工厂或施工现场制成的各种材料、各种形式的桩（如混凝土方桩、预应力混

凝土管桩、钢桩等），用沉桩设备将桩打入、压入或振入土中。

图1-3预制桩基础

1.2桥梁基坑围护形式

对于基坑围护和施工方式有很多，如排桩支护、地下连续墙支护、板桩支护、喷锚支护、基坑内

支撑、放坡开挖等形式，对于桥梁而言，常用的基坑施工和围护形式主要有以下几种：

⑴放坡开挖：基坑内不设支护，仅在基坑四周放坡的坑内土体开挖方法。

图1-4放坡开挖施工

⑵筑岛围堰：在某些条件适合的浅水域进行桥梁施工时，采用在墩位附近堆积出高于水面的人工

岛屿的方法，把水面转变为陆地，在上面安置设备进行施工。

图1-5筑岛围堰施工

⑶板桩支护：主要用于深基坑支护，支护材料主要有槽钢、拉森钢板桩、U型钢等，根据基坑深

度、地质情况、地下水情况计算选择合适的支护材料和内支撑方式。其中对于有基坑防渗水要求的基

本采用拉森钢板桩支护，拉森钢板桩是带有锁口的一种型钢，其截面为槽形，有各种大小尺寸及联锁

形式。适用于浅水低桩承台并且水深4m以上，河床覆盖层较厚的砂类土、碎石土和半干性粘土，风化

岩层等基础工程。

图1-6拉森钢板桩围护施工

⑷双壁钢围堰：双壁钢围堰是大中型桥梁深水桥墩施工的大型临时设施，通过四周围堰和封底混

凝土围水，为施工提供无水环境。双壁钢围堰一般为圆形围堰，其堰壁钢壳由有加劲肋的内外壁板和

若干层水平桁架组成，堰壁底端设刃脚，以利下沉入土；堰壁内腔用隔舱板分为若干密闭的隔舱，借

阻向密封隔舱注水或抽水来控制围堰下沉。

图1-7双壁钢围堰施工

⑸钢吊箱：钢吊箱围堰是为承台施工的阻水结构，其作用是通过吊箱围堰侧板和底板上的封底碎

围水，为承台施工提供无水的干燥环境。同钢围堰相比，钢吊箱围堰具有施工工期短、水流阻力小、

利于通航、不需要沉入河床、施工难度小、碎用量小等特点。

图1-8钢吊箱围堰施工

2.桥梁下部结构及施工方法

2.1桥墩

多跨桥的中间支承结构称为桥墩。桥墩分为实体墩、空心墩、桩或柱式桥墩等；按平面形状可分

为矩形墩、尖端形墩、圆形墩等。桥墩采用桥墩模板立模施工，对于高墩身可采取分节段翻模、爬模

施工。

图1-9实体墩

图1-10空心墩施工

图1-11桩或柱式桥墩

2.2桥台

桥台指位于桥梁两端，支承桥梁上部结构并和路堤相衔接的建筑物。其功能除传递桥梁上部结构

的荷载到基础外。还具有抵挡台后的填土压力、稳定桥头路基、使桥头线路和桥上线路可靠而平稳地

连接的作用。桥台一般是石砌或素混凝土结构，轻型桥台则采用钢筋混凝土结构。桥台具有多种形式,

主要分为重力式桥台、轻型桥台、框架式桥台、组合式桥台等。

图1-12重力式桥台

3.桥梁上部结构施工方法

桥梁上部结构施工总体上分为现场浇筑法和预制安装法。具体又分为支架现浇法、悬臂施工法、

转体施工法、顶推施工法、逐孔施工法、横移施工法和提升与浮运施工法等。

3.1膺架法施工

膺架法施工是在桥位处搭设支架，在支架上浇筑桥体混凝土，达到强度后拆除模板、支架。

膺架法施工无需预制场地，而且不需要大型起吊、运输设备。它的缺点主要是工期长，施工质量

不容易控制；对预应力混凝土梁由于混凝土的收缩、徐变引起的应力损失比较大；施工中的支架模板

耗用量大，施工费用高；搭设支架影响排洪、通航，施工期间可能受到洪水和漂流物的威胁。

图1-24膺架法施工

3.2移动模架法施工

移动模架是一种自带模板，利用承台或墩柱作为支承，对桥梁进行现场浇筑的施工机械。其适用

于滩涂、峡谷高墩身、城市高架桥等场地的连续梁或简支梁的现浇混凝土桥梁的施工。国内已开始在

高速公路、铁路客运专线上使用。移动模架造桥机主要由：支腿机构、支承桁梁、内外模板、主梁提

升机构等组成，可完成由移动支架到浇筑成型等一系列施工。

图1-25移动模架法施工

3.3连续梁（刚构）悬臂法施工

悬臂法施工是从桥墩开始，两侧对称进行现浇梁段或将预制节段对称进行拼装。前者称悬臂浇筑

施工，后者称悬臂拼装施工，有时也将两种方法结合使用。

悬臂施工的主要特点是：

⑴桥梁在施工过程中产生负弯矩，桥墩也要求承受由施工产生的弯矩，因此悬臂施工宜在营运状

态的结构受力与施工状态的受力状态比较接近的桥梁中选用，如预应力混凝土T型刚构桥、变截面连

续梁桥和斜拉桥等；

⑵非墩桥固接的预应力混凝土梁桥，采用悬臂施工时应采取措施，使墩、梁临时固结，因而在施

工过程中有结构体系的转换存在；

⑶采用悬臂施工的机具设备种类很多，就挂篮而言，也有桁架式、斜拉式等多种类型，可根据实

际情况选用；

⑷悬臂浇筑施工简便，结构整体性好，施工中可不断调整位置，常在跨径大于100m的桥梁上选

用；悬臂拼装法施工速度快，桥梁上、下部结构可平行作业，但施工精度要求比较高；

⑸悬臂施工法可不用或少用支架，施工不影响通航或桥下交通。

图1-26悬臂浇筑施工

3.4转体施工法

转体施工是将桥梁构件先在桥位处岸边（或路边及适当位置）进行预制，待混凝土达到设计强度

后旋转构件就位的施工方法。转体施工其静力组合不变，它的支座位置就是施工时的旋转支承和旋转

轴，桥梁完工后，按设计要求改变支撑情况。转体施工可分为平转、竖转和平竖几何的结合的转体施

工。

转体施工的主要特点是：

⑴可以利用地形，方便预制构件；

⑵施工期间不断航，不影响桥下交通，并可在跨越通车线路上进行桥梁施工；

⑶施工设备少，装置简单，容易制作并便于掌握；

（4）转体施工适合于单跨和三跨桥梁，可在深水、峡谷中建桥采用，同时也适应在平原区以及用于

城市跨线桥；

⑸大跨径桥梁采用转体