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1、.公路小桥涵的设计唐骁摘要：结合现代公路中小桥涵的重要性和建设实践,就小桥涵的设计产生论述。重点介绍小桥涵基础设计、小桥的设计和涵洞的设计内容以及注意问题。以保证小桥涵的设计安全合理。关键词：公路、小桥涵、小桥、涵洞、基础、设计修建一条公路要跨越沟谷、小型河流、人工渠道以及排除路基内侧边沟水流时等,因此修建一些用途不同的构造物是必然的,其中就需要修建各种横向排水构造物以使沟谷、河流、人工渠道穿过路基,使路基连续,确保路基不受水流冲刷或侵袭,从而达到路基稳定的目的,最常见的排水构造物就是小桥涵。有时公路为了跨越相交道路、管线或其他障碍物时,也常采用小桥涵。小桥涵作为公路的一个重要组成部分,在工程
2、量上占着很大比重。小桥涵设计对整条公路的造价和使用质量也起很大作用。这就要求小桥涵的设计和布置要尽可能的合理,以满足排水、车人通行需要。一、小桥涵的重要性小桥涵在公路工程中的作用和建设意义可归纳为以下几点。1数量多、比重大,直接影响公路工程的进度、质量和造价就个体而言,小桥涵工程数量较小,但对整条公路来说,因其分布全线,工程量占有很大比重。一般平原区每公里有13道,山区35道,据全国195条三、四级公路资料统计,小桥涵投资占公路总投资的20.56,其投资额为大、中桥的三倍左右。在高等级公路上,其所占比例更大。可见,小桥涵的设计与布置是否合理,对于整条公路的造价和使用质量都有很大影响。2分布广、
3、类型多,直接影响公路营运的安全小桥涵是公路防御洪水的重要结构物,沿线分布广、类型多,其跨径拟定、结构选择、轴线与水流方向的夹角确定、进出口处理以及台背回填等都与公路整体工程质量及安全运营有着密切关系,不能轻视。在使用中常常因为设计不当,造成较大水毁,不仅影响行车安全,而且给工程带来损失。3兴水利,利农业,直接影响农田水利灌溉公路是带状的线形结构物,通过农业区的公路,农田灌溉涵的设置十分重要,因此设计中应解决好农路结合问题,确实保护好农民的利益,充分考虑农田灌溉和农业水利的需求,处理不好,不仅影响农业生产,冲毁农田和庄舍,而且也影响公路的营运。4设通道、利行人,直接影响沿线群众生产生活5跨线桥,
4、架于路线上空,直接影响道路的景观小桥涵是公路的一个重要组成部分,就单个而言,小桥涵工程数量较小,但对整条公路来说,因小桥涵分布全线,工程量占着很大比重,小桥涵的设计与布置是否合理,对于整条公路的造价和使用质量都有很大影响,因此,我们要高度重视小涵洞设计。1涵洞类型的选择1.1钢筋混凝土圆管涵钢筋混凝土圆管涵一般在农田灌溉区采用的比较多。构造简单,受力情况和适应基础性能较好。不需墩台,圬工数量少,造价低,而且便于工厂预制,有利于装配运输。但是圆管涵过水能力小,而且施工过程中接缝的处理和防水层的设置不易保证其质量,常常因漏水问题而影响路基的稳定。1.2石拱涵石拱涵一般是山区公路常采用的类型之一。净
5、空较大能通过较大的洪水流量,石料丰富的地区便于就地取材,而且结构坚固,跨径较大,承载潜力较大。但是石拱涵的缺点也比较明显:由于自重引起的恒载较大,所以对地基承载能力要求较高,施工工序繁多,工期长,遭受破坏后修复困难,费用高。1.3盖板涵相对于圆管涵和石拱涵而言,既具有就地取材、结构坚固等特点外,对洞顶填土高度要求较低,甚至可以不填土,而且对地基承载力要求不高,施工简单,利于修筑.二、小桥涵的设计原则和基本要求1、设计原则小桥涵的设计应与所在的公路的等级、性质、使用任务和将来的发展需要相适应,应该遵循安全、适用、经济、美观和有利于环保的原则进行设计,并应做到因地制宜、就地取材、便于施工和养护等。
6、具体原则有以下几点:1) 小桥涵址应选择良好的地质地带, 以使基础稳定。当无法避开时, 其基础及地基必须进行特殊的处理。2) 要与农田灌溉及规划紧密联系起来, 使路线通过的地区, 不因小桥涵设置不当而成排洪不畅、冲毁路基、积水淹田。3) 小桥涵位置和方向的设置, 做到进出口要顺, 水流要稳, 不发生斜流、涡流现象, 避免引起上游水位壅高淹没农田、路基; 下游流速过大, 冲蚀沟岸, 使农业生产受破坏。4) 从工程的养护维修出发, 综合考虑, 全面比较, 尽可能减少工程量 , 以降低工程造价。2、基本要求1使用上的要求桥上的行车道和人行道宽度应保证车辆和人群的安全畅通,并应满足将来交通量增长的需要
7、。桥型、跨度大小和桥涵下净空应满足泄洪、安全通航或通车等要求。建成后的桥涵要保证使用年限,并便于检查和维修。2、经济上的要求桥涵设计应体现经济上的合理性。在设计中必须进行详细周密的技术经济比较,使桥涵的总造价和材料等的消耗为最少。桥型应能够因地制宜、就地取材、施工方便的原则进行选择。3设计要求小桥涵作为一种常见的多用小型排水人工构造物。在使用上应满足行车、排水、通航、跨越等基本要求,现分述如下：1) 行车要求：设计必须满足公路工程技术标准JTG B012003、公路桥涵设计通用规范JTG D602004规定的桥涵的设计安全等级、桥涵净空、路线宽度、线形标准、设计荷载等要求。2) 排水要求：排除
8、路基两侧的水流,确保路基的稳定是桥涵的基本功能3) 通航净空要求：桥涵净空包括桥面净空和桥下净空。A桥面净空桥面净空应符合关于公路建筑限界的规定。小桥和涵洞宜与路基同宽。B桥下净空桥下净空是指上部结构最低边缘至计算水位或通航水位间距离。对于跨越其它路线的桥梁,是指上部结构最低边缘至所跨越路线的路面间的距离。桥下净空应根据计算水位或最高流冰水位加安全高度确定,当在河流中形成流冰阻塞的危险或有漂浮物通过时,桥下净空应按当地具体情况确定。对于有淤积的河床,应适当增加桥下净空的高度。在通航的河流上,桥下净空应符合通航标准。C涵下净空涵洞的净空面积应满足雨水渲泄和农田灌溉的要求,在需要通行的地方设置的涵
9、洞还应满足农村的具体要求。一般说小桥涵不要求通航,但对跨径比较大的小桥来说小桥下的河流可能遇到通航的问题。4) 跨线要求：当桥下需要通行火车、汽车、自行车、行人、牲畜时,应满足必要地通行净空尺寸5) 满足设计荷载要求：公路桥涵的设计荷载由车道荷载和车辆荷载组成6) 桥上线形及桥头引道要求：根据公路桥涵设计通用规范JTG D602004规定4、结构尺寸和构造上的要求整个桥涵结构及其各部分构件,在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。5、施工上的要求桥涵结构应便于制造和架设。应尽量采用先进的工艺技术和施工机械,以利于加快施工速度,保证工程质量和施工安全。6、美观上的要
10、求桥涵也应具有优美的外形,应与周围的景致相协调。城市桥涵和游览区的桥涵,可较多地考虑建筑艺术上的要求。合理的结构布局和轮廓是桥涵所追求的美观的主要因素,但决不应把美观片面地理解为豪华的细部装饰三、小桥涵基础设计一、桥涵基础的重要性及一般要求1重要性任何土木建筑物结构都要建造在一定的地层上,基础是结构物直接与地层接触的下部分,在基础底面下,承受由基础传来的荷载的那一部分地层称为结构物的地基.工程实践表明,结构的地基与基础设计与施工质量的好坏,是整个结构物质量的根本。2.一般要求1小桥涵的基础设计应保证其有足够的强度、稳定以及耐久性,应结合结构物和地基的特点和要求,根据桥涵的水文、地质、地形、结构
11、形式,材料供应和施工条件合理的选用基础类型、地基加固形式,确定基础的埋置深度,全面分析、综合考虑、精心设计。2符合公路桥涵地基与基础设计规范JTG D632007的有关规定和要求。3小桥涵的址处的工程地质的好坏直接影响基础的强度和稳定。二、基础设计资料收集 基础的设计方案与计算中的有关参数选用,都需要根据当地的地质条件,水文条件、结构形式、荷载特征、材料情况及施工要求等因素全面考虑。施工方案和方法也应该结合设计要求、现场地形、施工技术设备、施工季节、气候、水文等情况来研究决定。因此应在事前通过详细的调查研究,充分的掌握必要的、符合实际情况的资料。三、基础类型的选择小桥涵基础的类型很多,可根据使
12、用材料、构造形式以及工作条件来划分1.按建筑材料来划分选择材料的时候,主要从材料的耐久性包括抗水、抗冰性,能否就地取材,并结合机械化程度、劳动力条件、施工方法以及期限等方面来综合考虑。具体有1石料基础：一般采用水泥砂浆砌片石。2砖基础：在缺乏石料的地方,可以用砖来砌筑基础。3混凝土基础：混凝土基础的整体性好,便于机械化施工。4钢筋混凝土基础：当基础承受较大挠曲时用钢筋混凝土基础2、按结构形式来划分根据上部结构的要求以及地基情况的不同,涵洞基础的构造形式可以为整体式基础和非整体式基础3.按工作条件来划分1刚性基础2柔性基础四、基础的承载力确定1、小桥涵基础承载力的确定方法仅针对土质地基 小桥涵地
13、基检测方法是多种多样的,建设单位一般建议采用标准贯入法,该法是采用质量为 63.5Kg穿心锤,以76cm的落距,将一定规格的标准贯入器先打入土中15cm,然后开始记录锤击数目,将标准贯入器再打入土中30cm,用此30cm的锤击数作为标准贯入试验的指标。而目前施工单位更多的采用一种叫N10的轻型触探仪,此方法更为方便经济,适用于砂类土、粘性土地基,代用公式为R=0.8N-29.8R-地基容许承载力Kpa ,N-轻型触探锤击数。2、为确保基础承载力质量,基坑开挖应注意哪些？ 基坑开挖一定要结合当地天气预报,基坑开挖至基底30-50cm时,可根据天气情况来安排下一步工序,在天气晴朗时,将预留部分挖除
14、,随即进行基坑检查,检验合格后马上进行基础的施工。 挖至标高的土质基坑不得长期暴露、拢动或浸泡,并应及时检查基坑尺寸、高程、基地承载力,符合要求后,应立即进行基础施工。 应避免超挖。如超挖,应将松动部分清除,其处理方案应报监理、设计单位批准。 3、土质基础达不到承载力要求时如何处理？ 一般采用换填法加固本节3条引自公路桥涵施工技术规范实施手册P46 深度小于2m的基坑中淤泥、淤泥质土、湿陷性黄土等,宜全部挖除,挖除宽度应比基础各边宽出0.5m。当渗水难以排干时,则应换填水稳性好的中砂、粗砂、砂砾石、碎石等材料,并分层夯实,压实度应达到90%-95%；当渗水能排干时,可换填强度较高的土或灰土。
15、单独使用砂砾垫层、矿渣垫层或灰土垫层,其厚度应由软弱下卧土层的允许承压力决定。垫层厚度不宜大于3m,亦不宜小于0.5 m,并分层施工,分层夯实,层厚宜为20cm。 砂和砂石垫层应选用级配良好、质地坚硬的中、粗砂。砂石中石料最大粒径不宜大于50mm。采用矿渣垫层时,宜采用分级矿渣,粒径为8-40 mm,矿渣的稳定性要好,松散密度不小于1.1t/m3,泥土与有机质含量不大于5%。灰土应用新鲜的消石灰及塑性指数不小于7的粘质土,石灰块的粒径不得大于5mm,并不得夹有生石灰块,不得使用有机质及冻土,粘质土应过筛。四 、小桥设计一、一般要求 小桥应按每座桥绘出正式的施工图,包括立面、平面、横断面以及其他有关的剖面及细部大样图。图中应绘出河床断面线、设计水位、土壤的地质情况及各部尺寸、结构和高程。图中还应附有文字说明及工程数量表。比例尺为1:501:200,通常用1:100或1;200.二、步骤及内容一、设计前准备1、计算设计流量： 1搜集当地水文观测站资料,推导流量；2从1：5万地形图上勾画汇水面积,根据各种水文计算公式推算流量；常用简化经验公式：Q =C*Sp*FnC平
