公路桥梁工程讲义2

2016/6/181/171B413000　公路桥梁工程第01讲　桥梁的构造（一）　　一、内容提要：1B413000　公路桥梁工程1B413010　桥梁的构造1B413020　常用模板支架和拱架的设计与施工1B413030　桥梁工程施工技术1B413040　大跨径桥梁施工1B413050　桥梁工程质量通病及防治措施　　　　二、　　　　三、　　　　四、大跨径桥梁施工——12　13　13　　五、质量通病与防治——13　13　14　　1B413010　桥梁的构造2016/6/182/17　　1B413011　桥梁的组成与类型　　一、桥梁组成　　桥梁由上部结构、下部结构、支座系统和附属设施四个基本部分组成。　　桥梁由五个“大部件”与五个“小部件”所组成。　　1.五大部件包括：桥跨结构、支座系统、桥墩、桥台、墩台基础。　　2.五小部件包括：桥面铺装（或称行车道铺装）、排水防水系统、栏杆（或防撞栏杆）、伸缩缝、灯光照明。　　　　二、相关尺寸术语　　1.梁式桥净跨径是设计洪水位上相邻两个桥墩（或桥台）之间的净距，用l0表示。对于拱式桥是每孔拱跨两个拱脚截面昀低点之间的水平距离。　　2.总跨径是多孔桥梁中各孔净跨径的总和，也称桥梁孔径，它反映了桥下宣泄洪水的能力。　　3.计算跨径对于具有支座的桥梁，是指桥跨结构相邻两个支座中心之间的距离，用l表示。拱圈（或拱肋）各截面形心点的连线称为拱轴线，计算跨径为拱轴线两端点之间的水平距离。　　　　4.桥梁全长简称桥长，是桥梁两端两个桥台的侧墙或八字墙后端点之间的距离，以L表示。对于无桥台的桥梁为桥面系行车道的全长。　　5.桥梁高度简称桥高，是指桥面与低水位之间的高差，或为桥面与桥下线路路面之间的距离。桥高在某种程度上反映了桥梁施工的难易性。　　6.桥下净空高度是设计洪水位或计算通航水位至桥跨结构昀下缘之间的距离，以H表示，它应保证能安全排洪，并不得小于对该河流通航所规定的净空高度。2016/6/183/17　　　　7.建筑高度是桥上行车路面（或轨顶）标高至桥跨结构昀下缘之间的距离，它不仅与桥梁结构的体系和跨径的大小有关，而且还随行车部分在桥上布置的高度位置而异。公路（或铁路）定线中所确定的桥面（或轨顶）标高，对通航净空顶部标高之差，又称为容许建筑高度。桥梁的建筑高度不得大于其容许建筑高度，否则就不能保证桥下的通航要求。　　8.净矢高是从拱顶截面下缘至相邻两拱脚截面下线昀低点之连线的垂直距离；计算矢高是从拱顶截面形心至相邻两拱脚截面形心之连线的垂直距离，以f表示。　　9.矢跨比是拱桥中拱圈（或拱肋）的计算矢高f与计算跨l之比，也称拱矢度，它是反映拱桥受力特性的一个重要指标。　　　　10.涵洞是用来宣泄路堤下水流的构造物。通常在建造涵洞处路堤不中断。为了区别于桥梁，单孔跨径不到5m的结构物，均称为涵洞。　　三、桥梁的分类　　（一）桥梁的基本体系　　按结构体系划分，有梁式桥、拱桥、刚架桥、悬索桥等四种基本体系。其他还有几种由基本体系组合而成的组合体系等。　　1.梁式体系　　梁作为承重结构是以它的抗弯能力来承受荷载的。梁分简支梁、悬臂梁、固端梁和连续梁等。悬臂梁、固端梁和连续梁都是利用支座上的卸载弯矩去减少跨中弯矩，使梁跨内的内力分配更合理，以同等抗弯能力的构件断面就可建成更大跨径的桥梁。2016/6/184/17　　　　2.拱式体系　　拱式体系的主要承重结构是拱肋（或拱箱），以承压为主，可采用抗压能力强的圬工材料（石、混凝土与钢筋混凝土）来修建。拱分单铰拱、双铰拱、三铰拱和无铰拱。拱是有推力的结构，对地基要求较高，一般常建于地基良好的地区。混凝土拱桥一般采用无铰拱体系。　　　　3.刚架桥　　它是由受弯的上部梁（或板）结构与承压的下部柱（或墩）整体结合在一起的结构。由于梁与柱的刚性连接，梁因柱的抗弯刚度而得到卸载作用，整个体系是压弯结构，也是有推力的结构。刚架桥的桥下净空比拱桥大，在同样净空要求下可修建较小的跨径。2016/6/185/17　　　　4.悬索桥　　以悬索为主要承重结构的桥。其主要构造是：缆、塔、锚、吊索及桥面，一般还有加劲梁。悬索桥是大跨桥梁的主要形式，在刚度满足使用要求的情况下，能充分显示出其优越性，使其比其他形式的桥梁更能经济合理地修建大跨度桥。　　　　5.组合体系　　（1）连续刚构　　连续刚构都是由梁和刚架相结合的体系，它是预应力混凝土结构采用悬臂施工法而发展起来的一种新体系。　　　　（2）梁、拱组合体系　　这类体系中有系杆拱、桁架拱、多跨拱梁结构等。它们利用梁的受弯与拱的承压特点组成联合结构。2016/6/186/17　　　　（3）斜拉桥　　它是由承压的塔、受拉的索与承弯的梁体组合起来的一种结构体系。梁体用拉索多点拉住，好似多跨弹性支承连续梁，使梁体内弯矩减小，降低了建筑高度；又因栓焊连接与正交异性板的箱形断面构造的应用，使结构充分利用材料的受力特性，从而减小了结构自重，节省了材料。　　　　【例题】桥梁按结构体系划分，有梁式桥、拱桥、悬索桥和（　）四种基本体系。　　A.斜拉桥　　B.刚架桥　　C.连续刚构桥　　D.梁、拱组合体系桥  『正确答案』B『答案解析』本题考查的是桥梁的分类。按结构体系划分，有梁式桥、拱桥、刚架桥、悬索桥四种基本体系。其他还有几种由基本体系组合而成的组合体系等。参见教材P111。第02讲　桥梁的构造（二）　　1B413012　桥梁基础分类和受力特点　　桥梁基础按施工方法可分为扩大基础、桩基础、沉井、地下连续墙等。2016/6/187/17　　一、扩大基础　　一般采用明挖基坑的方法进行施工，故又称为明挖扩大基础或浅基础。扩大基础按其施工方法分为机械开挖基坑浇筑法、人工开挖基坑浇筑法、土石围堰开挖基坑浇筑法、板桩围堰开挖基坑浇筑法。　　扩大基础按其材料性能特点可分为配筋与不配筋的条形基础和单独基础。无筋扩大基础常用的有混凝土基础、片石混凝土基础等，抗拉、抗剪强度不高。钢筋混凝土扩大基础的抗弯和抗剪性能良好，可在竖向荷载较大、地基承载力不高以及承受水平力和力矩荷载下使用。　　适用于地基承载力较好的各类土层，根据土质情况分别采用铁镐、十字镐、挖掘机、爆破等设备与方法开挖。　　　　二、桩基础　　桩基础是深入土层的柱形结构，其作用是将作用于桩顶以上的结构物传来的荷载传到较深的地基持力层中去。　　　　1.桩的分类　　（1）按桩的使用功能分类　　·竖向抗压桩；竖向抗拔桩；水平受荷桩；复合受荷桩　　（2）按桩承载性能分类　　·摩擦桩；端承桩；摩擦端承桩；端承摩擦桩　　（3）按桩身材料分类　　可分为木桩，混凝土桩，钢桩，组合桩等。2016/6/188/17　　（4）按桩径大小分类　　·小桩：桩径d≤250mm。　　·中等直径桩：250mm＜d＜800mm。　　·大直径桩：桩径d≥800mm。此类桩除大直径钢管桩外，多数为钻、冲、挖孔灌注桩。　　（5）按施工方法分类　　可分为沉桩、钻孔灌注桩、挖孔桩，其中沉桩又分为锤击沉桩法、振动沉桩法、射水沉桩法、静力压桩法。　　·沉桩：　　锤击沉桩法一般适用于松散、中密砂土、粘性土，可根据土质情况选用适用的桩锤；　　振动沉桩法一般适用于砂土，硬塑及软塑的粘性土和中密及较松的碎石土；　　射水沉桩法适用在密实砂土，碎石土的土层；　　　　静力压桩法适用于标准贯入度N＜20的软粘土；　　钻孔埋置桩为钻孔后，将预制的钢筋混凝土圆形有底空心桩埋入，并在桩周压注水泥砂浆固结而成，适用于在粘性土、砂土、碎石土中埋置大量的大直径圆桩。　　·钻孔灌注桩适用于粘性土、砂土、砾卵石、碎石、岩石等各类土层。　　·挖孔灌注桩适用于无地下水或少量地下水，且较密实的土层或风化岩层。　　2.桩基础的受力计算　　·承台底面以上的竖直荷载假定全部由基桩承受；　　·桥台土压力可按填土前的原地面起算。　　在一般情况下，桩基不需进行抗倾覆和抗滑动的验算；特殊情况下，应验算桩基向前移动或被剪断的可能性。　　·在软土层较厚，持力层较好的地基中，桩基计算应考虑路基填土荷载或地下水位下降所引起的负摩阻力的影响。　　三、沉井2016/6/189/17　　　　　　当桥梁结构上部荷载较大，在一定深度下有好的持力层，扩大基础开挖工作量大，施工围堰支撑有困难，此时采用沉井基础与其他深基础相比，经济上较为合理。　　沉井是桥梁墩台常用的一种深基础型式，有较大的承载面积。将基底放置在承载力较大的土层上，能承受较大的上部荷载。　　沉井基础刚度大，有较大的横向抗力，抗振性能可靠，尤其适用于竖向和横向承载力大的深基础。　　四、地下连续墙　　地下连续墙具有多功能性，可适用于各种用途，通常可作为基坑开挖时防渗、挡土，或挡水围堰，或邻近建筑物基础的支护，或直接作为承受上部荷载的基础结构。地下连续墙可用于除岩溶和地下承压水很高处的其他各类土层中施工。　　地下连续墙分类如下：　　按成墙方式可分为桩排式、壁板式、组合式；　　下连续墙；按墙的用途可分为临时挡土墙、用作主体结构一部分兼作临时挡土墙的地下连续墙、用作多边形基础兼作墙体的地　　按挖槽方式大致可分为抓斗式、冲击式、回转式。　　1B413013　桥梁下部结构分类和受力特点　　一、桥梁下部结构分类　　公路桥梁下部结构可分为重力式桥墩、重力式桥台、轻型桥墩、轻型桥台。　　（一）重力式墩、台　　1.重力式墩、台：这类墩、台的主要特点是靠自身重量来平衡外力而保持其稳定，因此，墩、台身比较厚实，用天然石材或片石混凝土砌筑。它适用于地基良好的大、中型桥梁，或流冰、漂浮物较多的河流中。主要缺点是圬工体积较大，因而其自重和阻水面积也较大。　　2.拱桥重力式桥墩分为普通墩与制动墩。2016/6/1810/17　　3.梁桥和拱桥上常用的重力式桥台为U型桥台，它适用于填土高度在8～10m以下或跨度稍大的桥梁。缺点是桥台体积和自重较大，也增加了对地基的要求；此外，桥台的两个侧墙之间填土容易积水，结冰后冻胀，使侧墙产生裂缝。所以宜用渗水性较好的土夯填，并做好台后排水措施。　　　　（二）轻型墩、台　　1.梁桥轻型桥墩、台　　（1）梁桥轻型桥墩　　·钢筋混凝土薄壁桥墩：施工简便，外形美观，过水性良好，适用于低级土软弱的地区。　　2016/6/1811/17　　柱式桥墩：外形美观，圬工体积少，而且重量较轻。　　·钻孔桩柱式桥墩：适合于多种场合和各种地质条件。通过增大桩径、桩长或用多排桩加建承台等措施，也能适用于更复杂的软弱地质条件以及较大的跨径和较高的桥墩。　　　　·柔性排架桩墩：优点是用料省、修建简便、施工速度快。主要缺点是用钢量大，使用高度和承载能力受到一定限制。因此它只适合于在低浅宽滩河流、通航要求低和流速不大的水网地区河流上修建小跨径桥梁时采用。　　　　（2）梁桥轻型桥台　　·设有支撑梁的轻型桥台：适用于单跨桥梁，桥孔跨径6～10m，台高不超过6m。2016/6/1812/17　　　　·埋置式桥台：分为后倾式、肋形埋置式、双柱式、框架式等类型。其中桩柱式桥台对于各种土壤地基都适宜。其适用范围是：桥孔跨径8～20m，填土高度3～5m。当填土高度大于5m时宜采用框架式埋置式桥台。　　·钢筋混凝土薄壁桥台：适用于软弱地基的条件，但其构造和施工比较复杂，并且钢筋用量也较多。　　·加筋土桥台：在台后路基填土不被冲刷的中、小跨径桥梁，台高3～5m时，可采用加筋土桥台。　　2.拱桥轻型桥墩、台　　（1）拱桥轻型桥墩　　·带三角杆件的单向推力墩：只在桥不太高的旱地上采用。　　·悬臂式单向推力墩：适用于两铰双曲拱桥。2016/6/1813/17　　　　（2）拱桥轻型桥台　　拱桥轻型桥台适用于13m以内的小跨径拱桥和桥台水平位移量很小的情况。　　·八字形桥台：适合于桥下需要通车或过水的情况；　　·U字形桥台：适合于较小跨径的桥梁；　　·背撑式桥台：适用于较大跨径的高桥和宽桥；　　·靠背式框架桥台：适合于在非岩石地基上修建拱桥桥台。　　拱桥的其他形式桥台：　　·组合式桥台：适用于各种地质条件；　　·空腹式桥台：一般是在软土地基、河床无冲刷或冲刷轻微、水位变化小的河道上采用；　　·齿槛式桥台：适用于软土地基和