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1、第六章 桥涵与隧道 第一节 桥涵设计 第二节 隧道设计与施工 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。 (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
2、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 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。 对设
3、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。 桥涵分类 多孔跨径总长 L(m) 单孔跨径L0(m) 特大桥L500L0100 大桥100L50040L0100 中桥 30L10020L040
4、 小桥8L305L020 涵洞L8L05 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 (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61所示。 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
5、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 勘测设计规范 (JTJ06291)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25m，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
6、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 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65 构造物名称 公路等级 高速公路及 一级公路 二三四 特大桥1300110011001100 大、中桥l100l1001100150 小桥l100150125 125 涵洞及小型排水 构造物 1100150125不作规定 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。
7、 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 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。 第二节 大中桥桥位选择 一.桥位勘
8、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 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
9、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， 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 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 。 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
10、运和市政等方面的规划，尽可能相互 协调配合。 要照顾群众利益，少占良田，避免拆迁有价值的建 筑物。 要考虑施工场地，材料运输，设置便桥等要求。 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 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。 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。 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。 与河岸斜交的桥位，应避免在引道上游形成水袋与回流 区。 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
11、类河段的特点，分别考虑下列要求 ： 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 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。 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。 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。 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。 宽滩性河段，宜选在河滩地势较高，河
12、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2ms，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。 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 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， 侵蚀性盐类以及其他地质不良地段。 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 应选在远离浅滩急湾的顺直河段上，其顺直长度,
13、 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 。 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。 桥轴线应与航迹线垂直。如斜交时，桥轴的法线 与航迹线的交角不宜大于5。否则应增大通航孔跨 径。 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 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。 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
14、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。 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
15、置应考虑河床变形和流量不均匀分布的影响 。 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。 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，
