桥梁工程基础知识

“梁式桥受力特点为主梁受弯

优点：采用钢筋砼建造的梁桥能就地取材、工业化施工、耐久性好、适应性强、整体性好且美观；这种桥型在设计理论及施工技术上都发展得比较成熟。

缺点：结构本身的自重大，约占全部设计荷载的30%至60%，且跨度越大其自重所占的比值更显著增大，大大限制了其跨越能力。

拱式桥受力特点为拱肋承压、支承处有水平推力。

优点：跨越能力较大；与钢桥及钢筋砼梁桥相比，可以节省大量钢材和水泥；能耐久，且养护、维修费用少；外型美观；构造较简单，有利于广泛采用。

缺点：由于它是一种推力结构，对地基要求较高；对多孔连续拱桥，为防止一孔破坏而影响全桥，要采取特殊措施或设置单向推力墩以承受不平衡的推力，增加了工程造价；在平原区修拱桥，由于建筑高度较大，使两头的接线工程和桥面纵坡量增大，对行车极为不利。

桥梁分类。多孔跨径总长L（m）。单孔跨径（L0）

特大桥。L≥500m。L0≥100m

大桥。100m≤L＜500m。40m≤L0＜100m

中桥。30m＜L＜100m。20m≤L0＜40m

小桥。8m≤L≤30m。5m≤L0＜20m

#桥跨结构:包含主要承重结构、纵横向联结系、拱上建筑、桥面构造和桥面铺装、排水防水系统，变形缝以及安全防护设施等部分。

下部结构，由桥墩、桥台、墩台基础几部分组成。

伸缩缝:在桥跨上部结构之间，或桥跨上部结构与桥台端墙之间，设有缝隙保证结构在各种因素作用下的变位。

桥梁全长:对于梁式桥而言，桥梁两个桥台侧墙或八字尾端间的距离L，称为桥梁全长（无桥台的桥梁为桥面系行车道长度）。桥梁总长:通常把两桥台台背前缘间距离L1称为桥梁总长。

净跨径:设计洪水位线上相邻两桥墩（或桥台）的水平净距l0称为桥梁的净跨径。

总跨径:各孔净跨径的总和，称为桥梁的总跨径。桥梁的总跨径反映它排泄洪水的能力。

计算跨径:桥跨结构两支点间的距离l,称为计算跨径。桥跨结构的力学计算是以计算跨径为准的。

桥下净空高度:设计洪水位或设计通航水位对桥跨结构最下缘的高差H，称桥下净空高度。它不得小于因排洪所要求的，以及对该河流通航所规定的净空高度。

建筑高度:桥面对桥跨结构最低边缘的高差h,称桥梁的建筑高度。桥梁的建筑高度不得大于它的容许建筑高度，否则不能保证桥下的通航或排洪要求。

总体设计

一、桥梁纵断面设计

桥梁纵断面设计包括确定桥梁的总跨径、桥梁的分孔、桥梁的标高、桥上和桥头引道的纵坡以及基础的埋置深度等。（一）桥梁总跨径的确定

桥梁的总跨径一般根据水文计算确定，必须保证桥下有足够的排洪面积，使河床不致遭受过大的冲刷。

（二）桥梁的分孔

根据通航要求、地理和地质情况，水文情况以及技术经济和美观的条件加以确定。

跨径越大、孔数越少，上部结构的造价就很高，墩台的造价就减少；反之，则上部结构的造价降低，而墩台的造价将提高。

最经济的分孔方式就是使上、下部结构的总造价趋于最低。

（三）桥道标高的确定

对于跨河桥梁，桥道的标高应保证桥下排洪和通航的需要；对于跨线桥，则应确保桥下安全行车。因此必须根据设计洪水位、

桥下通航（或通车）净空等需要，结合桥型、跨径等一起考虑，以确定合理的桥道标高。

二、桥梁横断面设计

。桥梁横断面的设计取决于桥上交通需求，主要内容是决定桥面的宽度和桥跨结构横截面的布置。

人行道的宽度0.75m或1m，一条自行车道的宽度为一米，当单独设置自行车道时，一般不应小于两条自行车道的宽度。从桥面中央倾向两侧的横坡度0.015-0.03，人行道设置向行车道倾斜的0.01的横坡

三、平面布置

桥梁的线形及桥头引道要保持平顺，使车辆能平稳的通过。高速公路和一级公路上的大、中桥，以及各级公路上的小桥的线形及其与公路的衔接，应符合路线布设的规定。

二、三、四级公路上的大、中桥线形，一般为直线，如必须设成曲线时，其各项指标应符合路线布设规定。

从桥梁本身的经济性和施工方便来说，应尽可能避免桥梁与河流或与桥下路线斜交，但对于一般小桥，为了改善路线线型，或城市桥梁受原由街道的制约时，也允许修建斜交桥，斜交角度通常不宜大于45度，桥墩沿水流方向的轴线与通航水位的主流方向一致，必须斜交时，在通航河流上则不宜大于5度。

桥梁设计荷载

。荷载分类：主要分为永久荷载，可变荷载和偶然荷载。

一、永久荷载（恒载）:是指结构在设计使用期内其值不随时间变化，或其变化与平均值相比可忽略不计的荷载。

二、可变荷载:是指结构在设计使用期内其值随时间变化,且其变化与平均值相比不可忽略的荷载。

三、偶然荷载

。偶然荷载是指结构在设计使用期内不一定出现，但一旦出现，其值很大，且持续时间很短的荷载。主要是指地震荷载和船只或漂流物的撞击力

车道布置

一、双向车道布置

。双向车道布置是指行车道的上下行交通布置在同一桥面上，上下行交通由划线分隔，没有明显的界限。车辆在桥梁上行驶的速度只能是中速或低速，对交通量较大的道路，桥梁往往会形成交通滞流状态。

二、分车道布置

。在桥面上设置分隔带，用以分隔上下行车辆，因而上下行交通互不干扰，可提高行车速度，便于交通管理。

在城市道路和高等级公路中常采用。

三、双层桥面的布置

双层桥面的布置是桥梁结构在空间上可以提供两个不在同一平面上的桥面构造。

桥面的构造组成：桥面铺装、排水和防水系统、伸缩装置、人行道（或安全带）缘石、栏杆、灯柱。

桥面铺装横坡：0.015-0.02纵坡：=<0.03

桥面纵坡大于0.02桥长小于50米，雨水可沿桥面流致桥头引道排出，桥上可不设泄水管。

纵坡大于0.02，桥长大于50米，每隔12-15米设置一个泄水管。纵坡小于0.02，6-8米设置一个。

桥面伸缩装置的作用：为了保证桥跨结构在气温变化、可变作用、混凝土收缩与徐变等影响下按静力图式自由地变形。

设置位置：两梁端之间，梁端与桥台背墙之间。

U型锌铁皮式伸缩装置：小跨径桥梁，变形量在2-4cm以内。

跨搭钢板式伸缩装置：梁端变形量在4-6cm以上。

橡胶伸缩装置：

连续梁桥

。适用范围：预应力混凝土梁桥，

钢筋混凝土连续梁常用跨径为：25-30m以下，

预应力混凝土连续梁常用跨径在：40-160m之间，在80-100m 左右跨径比较经济，最大跨径可达200m左右。

主要布置：连续梁桥的设计一般采用不等跨设计，故边跨长度一般为中跨的（0.5-0.8）倍；

截面形式：整体式、肋梁式、箱形截面、槽形截面。

主要尺寸：对于等高度连续梁，梁高一般取（1/20-1/30）L，常用（1/18-1/20）L；对于变高度梁，支点处一般取（1/16-1/20）L之间, 跨中处，若为折线形变高度梁则取（1/22-1/28）L，若为曲线形变高度梁则取（1/30-1/50）L。

主要钢筋：预应力混凝土连续梁桥中，预应力钢筋为主要受力钢筋。

预应力钢筋布束一般采用曲线形，跨中截面钢束布置在靠近梁底的位置，在支点截面由于有负弯矩的作用，钢束应布置在梁顶附近，以抵抗负弯矩作用。

简支梁桥

常用跨径:装配式钢筋混凝土简支梁的常用跨径是8.0-20.0m，高跨比一般在1/11-1/18，跨径超过20m时一

般采用预应力混凝土简支梁桥，通常其高跨比为

1/15-1/25左右，

横隔梁:对于简支梁桥，一般在跨中，四分点，支点处各设一道横隔梁就可满足要求。横隔梁的高度可取为主梁高度的四分之三左右，在支点处可同于梁高。

连接形式:装配式T梁桥的横向连接一般用钢板式、扣环式、桥面的企口铰三种方法进行连接：

。装配式简支梁桥一般可以按横截面形式分为五种基本类型：

。（1）Π形梁桥: 一般只用于L=6-12m的小跨径桥梁。

。(2）T形梁桥:常用跨径7.5-20m，预应力混凝土则为20-40m。。（3）箱形梁桥:跨径是是几种截面里最大的。

。（4)实心板梁桥:一般采用钢筋混凝土，跨径小于8m，梁高一般为0.16-0.36m左右。

。（5）空心板梁桥:钢筋混凝土时跨径一般在6-13m，梁高一般在0.4-0.8m左右；预应力混凝土时跨径一般在8-20m，梁高一般在0.4-0.85m左右。

主要钢筋:

T形截面、Π形截面、以及箱形截面中钢筋分为纵向受力钢筋、斜筋、箍筋、架立筋和水平纵向钢筋等。

纵向受力钢筋：主要布置在截面受拉区，在构造满足的情况下应尽量向下缘靠近；应该保证至少两根纵向受力钢筋通过全截面。纵向受力钢筋常采用的两种布筋方式为：全部锚固在梁端，和部分锚固在梁端、部分锚固在梁体。

斜筋：主要承受主拉应力，通常在近梁端部区域由纵向受力钢筋弯起而成

箍筋：垂直于梁的轴线布置，作用是承受部分主拉应力，固定纵向受力钢筋，保证梁截面内受拉区和受压区的联系。

架立钢筋：是根据构造要求布置的，用来架设箍筋，将各种钢筋扎成骨架。

拱桥

※按照拱上建筑的形式可以分为：实腹式拱桥及空腹式拱桥、组合体系式拱桥

。实腹式拱桥：是指拱上建筑作成实体结构，拱圈和主梁之间用石料或砌块填充的拱桥形式。优点是刚度比较大，构造简单，施点是随着桥梁跨径的增大，拱桥的自重迅速加大，无法作成较大跨径的拱桥。一般用在跨径较小的拱桥中，常用跨径为20-30m。

。空腹式拱桥：是指拱圈和主梁之间用立柱支撑。其优点是较实腹式拱桥轻巧，节省材料，外形美观，还有助于泄洪；缺点是施工比较麻烦，受力较复杂。一般用在大跨径的桥梁中。

。组合体系式拱桥：由拱和梁组成主要承重结构的拱桥。通常用钢筋混凝土或钢结构建造。兼有实腹式拱桥和空腹式拱桥的优点,跨越能力较大。一般用在大、中跨度的桥梁中。

按照拱轴线的型式可分为：圆弧拱桥、抛物线拱桥、悬链线拱桥；圆弧拱桥：一般适用于跨度小于20m的石拱桥。

抛物线拱桥：优点是弯矩小，材料省，跨越能力较大。

悬链线拱桥：弯矩不大，节省材料

按照桥面的位置可分为：上承式拱桥、下承式拱桥、中承式拱桥；上承式拱桥：桥面系设置在拱圈之上的拱桥。优点是桥面系构造简单，拱圈与墩台的宽度较小，桥上视野开阔，施工方便；缺点是桥梁的建筑高度大，纵坡大和引桥长。一般用在跨度较大的桥梁。

下承式拱桥：桥面系设置在拱圈之下的拱桥。优点是桥梁建筑高度很小，纵坡小，可节省引道长度；缺点是构造复杂，拱肋施工麻烦。一般用于地基差的桥位上。

中承式拱桥：桥面系设置在拱肋中部的拱桥。优点是建筑高度较小，引道较短；缺点是桥梁宽度大，构造较复杂，施工也较麻烦。

按照铰的多少可分为：两铰、三铰、无铰。

三铰拱：适用于地质条件差

两铰拱：但较无铰拱对地基要求略低。

无铰拱：应建设在可靠的地基上。

主拱

主拱圈截面形式：分为板拱、肋拱和箱形拱：

拱脚：拱圈与墩台或其它支承结构连接处的拱圈截面。拱自身的重量和拱上所承受的其他荷载，都是通过拱脚传递给墩台或其他承重构件的。

拱顶：对称拱的跨中截面，不对称拱圈最高处的截面，称为拱顶。拱上建筑

1、拱腹填料

2、侧墙

3、护拱

4、变形缝

5、防水层：粘贴式

6、泄水管：

7、桥面层：

8、腹拱。

9、腹拱墩。

墩台

1、柱式墩：一般由基础上的承台、柱式墩身和盖梁组成。优点是能减轻墩身自重，节约圬工材料，比较美观，刚度和强度都较大，在有漂流物和流冰的河流中可以使用。

2、柔性墩：是在多跨桥的两端设置刚性较大的桥台，中墩均为柔性墩。即墩体的整体刚度很小，在墩顶水平推力的作用下发生较大的水平位移。。

3、轻型桥台：钢筋混凝土轻型桥台，是利用钢筋混凝土结构的抗弯能力来减少圬工体积而使桥台轻型化。主要可分为薄壁轻型桥台和支撑梁轻型桥台。其优点是结构自重轻，施工方便。

支座

支座系统:设置在桥梁上、下结构之间的传力和连接装置。

板式橡胶支座：由几层橡胶片和嵌在其间的各类加劲物构成或仅由一块橡胶板构成的支座。外形有长方形、梯形、圆形等。

盆式橡胶支座：橡胶块紧密地放置在钢盆里的大吨位橡胶支座。由于橡胶块受到三向压力作用，因此使支座的极限承载能力有所加强。

钢筋混凝土简支梁桥施工

有支架就地浇筑

工序：

（1）浇筑前的检查。

包括：1、支架和模板的检查；2、钢筋和钢索位置的检查；3、浇筑混凝土前的准备工作。

（2）混凝土浇筑。

包括：1、确定混凝土的浇筑速度； 2、确定混凝土的浇筑顺序。

有以下几种浇筑方法：

1、水平分层浇筑：在一跨全长内分层浇筑，在跨中合拢。适用于跨径不大的简支梁桥；

2、斜层浇筑：混凝土从主梁的两端用斜层法向跨中浇筑，在跨中合拢；

3、单元浇筑法：当桥面较宽且混凝土数量较大时，可分为若干纵横向单元分别浇筑。

跨墩龙门架架梁法

蝴蝶架架梁法

注意架梁顺序

预应力钢筋混凝土简支梁桥施工

先张法一般操作

后张法

注意张拉程序

钢筋混凝土连续梁桥施工

悬臂施工法

悬臂施工法是从桥墩开始，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：

1、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；

2、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；

3、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；

4、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100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，可在跨径100m以下的大桥中选用；

5、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。

悬臂拼装法：是利用移动式悬拼吊机将预制梁段起吊至桥位，然后采用环氧树脂胶及钢丝束预施应力连接成整体。采用逐段拼装，一个节段张拉锚固后，再拼装下一节段。悬臂拼装施工包括块件的预制、运输、拼装及合拢。

悬臂浇筑法：采用移动式挂篮作为主要施工设备，以桥墩为中心，对称向两岸利用挂篮逐段浇筑梁段混凝土，待混凝土达到要求强度后，张拉预应力束，再移动挂篮，进行下一节段的施工。

拱桥

转体施工法

在河流的两岸或适当位置，利用地形或使用简便的支架先将半桥预制完成，然后以桥梁结构本身为转动体，使用一些机具设备，分别将两个半桥转动到桥的轴线位置合拢成桥的建桥方法。

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:

1、可以利用地形，方便预制构件；

2、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；

3、施工设备少，装置简单，容易制作并便于掌握；

4、节省木材，节省施工用料。采用转体施工与缆索无支架施工比较，可节省木材80%，节省施工用钢60%；

5、减少高空作业，施工工序简单，施工迅速；当主要构件先期合拢后，给以后施工带来方便；

6、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；

7、大跨径桥梁采用转体施工将会取得较好的技术经济效益，转体重量轻型化、多种工艺综合利用，是大跨径及特大跨径桥梁施工有利的竞争方案。

顶推法

顶推法施工是沿桥轴方向，在台后开辟预制场地，分节段预制梁身并用纵向预应力筋将各节段连成整体，然后通过水平液压千斤顶施力，借助滑动装置，将梁段向对岸推进。这样分段预制，逐段顶推，待全部顶推就位后，落梁、更换正式支座，完成桥梁施工。

适用于中等跨径、等截面的直线或曲线桥梁。顶推施工依照顶推的施工方法分类有单点顶推和多点顶推。

(1)单点顶推：顶推的装置集中在主梁预制场地附近的桥台或桥墩上，前方墩各支点上设置滑动支承。

(2)多点顶推：在每个墩台上设置一对小吨位的水平千斤顶，将集中的顶推力分散到各墩上。由于可利用水平千斤顶传给墩台的反力来平衡梁体滑移时在桥墩上产生的摩阻力，从而使桥墩在顶推过程中承受较小的水平力，因此可以在柔性墩上采用多点顶推法。同时多点顶推所需的顶推设备吨位小，容易获得。

缆索吊装法

缆索吊装施工，在预制场地预制拱肋（箱）和拱上结构，将预制拱肋和拱上结构通过平车等运输设备移运至揽索吊装位置，将分段预制的拱肋吊运至安装位置，利用扣索对分段拱肋进行临时固定，吊装合拢拱肋，对各段拱肋进行轴线调整，主拱圈合拢，拱上结构安装。

墩台施工

桥梁墩台按施工方式的不同分为砌筑墩台、装配式墩台、现场浇筑墩台等几种类型。

装配式墩(柱式墩、后张法预应力墩)

装配式墩台施工适用于山谷架桥、跨越平缓无漂流物的河沟、河滩等的桥梁，特别是在工地干扰多、施工场地狭窄，缺水与沙石供应困难地区，其效果更为显著。其优点是：结构形式轻便，

建桥速度快，坞工省，预制构件质量有保证等等。

装配式墩有柱式墩、后张法预应力墩两种形式：

1、装配式柱式墩

将桥墩分解成若干轻型部件，在工厂或工地集中预制，再运送到现场装配成桥梁。

2、后张法预应力墩

分为基础基础、实体墩身和装配墩身三大部分。装配墩身由基本构件、隔板、顶板及顶冒四种不同形状的构件组成，用高强钢丝穿入预留的上下贯通的孔道内，张拉锚固而成。

基础施工方法

扩大基础

扩大基础或称明挖基础属直接基础，是将基础底板设在直接承载地基上，来自上部结构的荷载通过基础底板直接传递给承载地基。其施工方法通常是采用明挖的方式进行的，施工中坑壁的稳定性是必须特别注意的问题。

明挖扩大基础施工的主要内容包括基础的定位放样、基坑开挖、基坑排水、基底处理以及砌筑（浇筑）基础结构物等。基础的定位放样

放样工作系根据桥梁中心线与墩台的纵横轴线，推出基础边线的定位点，再放线画出基坑的开挖范围。基坑各定位点的标高及开挖过程中标高检查，一般用水准测量的方法进行。

水中基础的基坑开挖

围堰的作用主要是防水和围水,有时还起着支撑施工平台和基坑坑壁的作用.

围堰必须满足以下的要求:

(1)围堰顶高宜高出施工期间最高水位70cm，最低不应小于50cm，用于防御地下水的围堰宜高出水位或地面20～40cm。

(2)围堰的外形应适应水流排泄，大小不应压缩流水断面过多，以免壅水过高危害围堰安全，以及影响通航、导流等。围堰内形应适应基础施工的要求，并留有适当的工作面积。堰身断面尺寸应保证有足够的强度和稳定性，使基坑开挖后，围堰不至发生破裂，滑动或倾覆。

(3)围堰要求防水严密，应尽量采取措施防止或减少渗漏，以减轻排水工作。对围堰外围边坡的冲刷和筑围堰后引起的河床的冲刷均应有防护措施。

(4)围堰施工一般应安排在枯水期间进行。

公路桥梁常用的围堰的类型有：土石围堰，木笼围堰或竹笼围堰，钢板桩围堰，套箱围堰。

基坑排水

(1)集水坑排水法，除严重流沙外，一般情况下均可采用。

(2)井点排水法。当土质较差有严重流沙现象，地下水位较高，挖基较深，坑壁不易稳定，用普通排水的方法难以解决时，可用井点排水法。井点排水法因需要设备较多，施工布置复杂，