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桥梁工程

　　(一)桥梁组成与分类

　　1.桥梁的基本组成部分

　　桥梁是供铁路、道路、渠道、管线、行人等跨越河流、山谷或其他交通线路等各种障碍物时所使用的承载结构物。通常可划分为上部结构和下部结构

　　(1)上部结构(也称桥跨结构)

　　上部结构是指桥梁结构中直接承受车辆和其他荷载，并跨越各种障碍物的结构部分。一般包括桥面构造(行车道、人行道、栏杆等)、桥梁跨越部分的承载结构和桥梁支座。

　　(2)下部结构

　　下部结构是指桥梁结构中设置在地基上用以支承桥跨结构，将其荷载传递至地基的结构部分。一般包括桥墩、桥台及墩台基础。

　　2.桥梁的分类

　　(1)根据桥梁主跨结构所用材料，桥梁可划分为木桥、圬工桥(包括砖、石、混凝土桥)、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥和钢桥。

　　(2)根据桥梁所跨越的障碍物，桥梁可划分跨河桥、跨海峡桥、立交桥(包括跨线桥)、高架桥等。

　　(3)根据桥梁的用途，可将其划分为公路桥、铁路桥、公铁两用桥、人行桥、运水桥、农桥以及管道桥等。

　　(4)根据桥梁跨径总长 L 和单孔跨径 LK 的不同

　　(5)根据桥面在桥跨结构中的位置，桥梁可分为上承式、中承式和下承式桥。

　　(6)根据桥梁的结构形式，桥梁可划分为梁式桥、拱式桥、刚架桥、悬索桥和组合式桥。

　　(二)桥梁上部结构

　　1.桥面构造

　　(1)桥面铺装及排水、防水系统

　　1)桥面铺装。桥面铺装即行车道铺装，亦称桥面保护层。桥面铺装的形式有：

　　①水泥混凝土或沥青混凝土铺装。桥上的沥青混凝土铺装可以做成单层式的或双层式的。

　　②防水混凝土铺装。为了延长桥面铺装层的使用年限，宜在上面铺筑厚 20mm 的沥青表面做磨耗层。

　　为使铺装层具有足够的强度和良好的整体性(亦能起联系各主梁共同受力的作用)，一般宜在混凝土中铺设直径为 4～6mm 的钢筋网。

　　2)桥面纵横坡

　　桥上纵坡机动车道不宜大于 4.0%，非机动车道不宜大于 2.5%;桥头引道机动车道纵坡不宜大于 5.0%。高架桥桥面应设不小于 0.3%。

　　桥面的横坡，一般采用 1.5%～3%。通常是在桥面板顶面铺设混凝土三角垫层来构成;对于板梁或就　地浇筑的肋梁桥，为了节省铺装材料，并减轻重力，可将横坡直接设在墩台顶部而做成倾斜的桥面板，此时不需要设置混凝土三角垫层;在比较宽的桥梁中，用三角垫层设置横坡将使混凝土用量与恒载重量增加过多，在此情况下可直接将行车道板做成双向倾斜的横坡，但这样会使主梁的构造和施工稍趋复杂。

　　3)桥面排水和防水设施

　　①桥面排水

　　排水管道应采用坚固的、抗腐蚀性能良好的材料制成，管道直径不宜小于 150mm。排水管道的间距可根据桥梁汇水面积和桥面纵坡大小确定：纵坡大于 2%的桥面设置排水管的截面积不宜小于 60mm2/m2;纵坡小于 1%的桥面设置排水管的截面积不宜小于 100mm2/m2;南方潮湿地区和西北干燥地区可根据暴雨强度适当调整。当中桥、小桥的桥面设有不小于 3%的纵坡时，桥上可不设排水口，但应在桥头引道上两侧设置雨水口。

　　沥青混凝土铺装在桥跨伸缩缝上坡侧现浇带与沥青混凝土相接处应设置渗水管。高架桥桥面应设置横坡及不小于 0.3%的纵坡。

　　②防水层。

　　桥面铺装应设置防水层，桥面防水层设置在桥面铺装层下面。

　　圬工桥台台身背墙、拱桥拱圈顶面及侧墙背面应设置防水层。

　　(2)伸缩缝

　　为满足桥面变形的要求，通常在两梁端之间、梁端与桥台之间或桥梁的铰接位置上设置伸缩缝。

　　1)伸缩缝的构造要求。要求伸缩缝在平行、垂直于桥梁轴线的两个方向，均能自由伸缩，牢固可靠，车辆行驶过时应平顺、无突跳与噪声;要能防止雨水和垃圾泥土渗入造成阻塞;安装、检查、养护、消除污物都要简易方便。在设置伸缩缝处，栏杆与桥面铺装都要断开。

　　2)伸缩缝的类型。

　　①镀锌薄钢板伸缩缝。这是一种简易的伸缩缝，目前在中小跨径的装配式简支梁桥上，当梁的变形量在 20～40mm 以内时常选用。

　　②钢伸缩缝。钢伸缩缝由钢材制作，它能直接承受车辆荷载，并根据伸缩量的大小调整钢盖板的厚度，钢伸缩缝也宜于在斜桥上使用。它的构造比较复杂，只有在温差较大的地区或跨径较大的桥梁上才采用。当跨径很大时，一方面要加厚钢板，另一方面需要采用更完善的梳形钢板伸缩缝。

　　③橡胶伸缩缝。它是以橡胶带作为跨缝材料。这种伸缩缝的构造简单，使用方便，效果好。在变形量较大的大跨度桥上，可以采用橡胶和钢板组合的伸缩缝。

　　(3)人行道、栏杆、灯柱

　　桥梁上的人行道宽度由行人交通量决定，可选用 0.75m、1m，大于 1m 按 0.5m 倍数递增。行人稀少地区可不设人行道，为保障行车安全改用安全带。

　　1)安全带。不设人行道的桥上，两边应设宽度不小于 0.25m，高为 0.25～0.35m 的护轮安全带。安全带可以做成预制件或与桥面铺装层一起现浇。

　　2)人行道。人行道一般高出行车道 0.25～0.35m。

　　3)栏杆、灯柱。栏杆的高度一般为 0.8～1.2m，标准设计为 1.0m;栏杆间距一般为 1.6～2.7m，标准设计为 2.5m。

　　2.承载结构

　　桥梁的承重结构因其结构形式而异。

　　(1)梁式桥

　　梁式桥是指其结构在垂直荷载作用下，其支座仅产生垂直反力，而无水平推力的桥梁。梁式桥的特点是其桥跨的承载结构由梁组成。梁式桥可分为简支梁式桥、连续梁式桥、悬臂梁桥。

　　1)简支梁式桥。是梁式桥中应用最早，使用最广泛的桥形之一。它受力明确、设计计算较容易，且构造简单，施工方便。简支梁桥是静定结构，其各跨独立受力。桥梁工程中广泛采用的简支梁桥有三种类型：

　　①简支板桥。简支板桥主要用于小跨度桥梁。跨径在 4～8m 时，采用钢筋混凝土实心板桥;跨径在6～13m 时，采用钢筋混凝土空心倾斜预制板桥;跨径在 8～16m 时，采用预应力混凝土空心预制板桥。

　　②肋梁式简支梁桥(简称简支梁桥)。简支梁桥主要用于中等跨度的桥梁。

　　③箱形简支梁桥。箱形简支梁桥主要用于预应力混凝土梁桥。尤其适用于桥面较宽的预应力混凝土桥梁结构和跨度较大的斜交桥和弯桥。

　　2)连续梁式桥和悬臂梁式桥。连续梁桥是大跨度桥梁广泛采用的结构体系之一，一般采用预应力混凝土结构。

　　预应力混凝土连续梁按其截面变化可分为等截面连续梁和变截面连续梁;按其各跨的跨长可分为等跨连续梁和不等跨连续梁;按其截面形式可分为板式截面连续梁、肋梁式截面连续梁和箱形截面连续梁。

　　悬臂梁桥相当于简支梁桥的梁体越过其支点向一端或两端延长所形成的梁式桥结构。其结构特点是悬臂跨与挂孔跨交替布置，通常为奇数跨布置。

　　T 形刚架桥是由桥跨梁体与桥墩(台)刚接形成的具有悬臂受力特点的无支座 T 形梁式桥结构。通常全桥由两个或多个 T 形刚架通过铰或挂梁相连所组成。

　　(2)拱式桥

　　拱式桥的特点是其桥跨的承载结构以拱圈或拱肋为主。

　　拱式桥在竖向荷载作用下。两拱脚处不仅产生竖向反力，还产生水平反力(推力)。

　　设计合理的拱主要承受拱轴压力，拱截面内弯矩和剪力均较小，因此可充分利用石料或混凝土等抗压能力强而抗拉能力差的圬工材料。

　　拱式桥对地基要求很高，适建于地质和地基条件良好的桥址。

　　拱桥按其结构体系分为：

　　1)简单体系拱桥

　　在简单体系拱桥中，拱桥的传力结构不与主拱形成整体共同承受荷载。桥上的全部荷载由主拱单独承受，它们是桥跨结构的主要承重构件。拱的水平推力直接由墩台或基础承受。

　　2)组合体系拱桥。根据构造方式及受力特点，组合体系拱桥可分为桁架拱桥、刚架拱桥、桁式组合拱桥和拱式组合体系桥等四大类。

　　(3)刚架桥

　　刚架桥是由梁式桥跨结构与墩台(支柱、板墙)整体相连而形成的结构体系。

　　(4)悬索桥

　　悬索桥又称吊桥，是最简单的一种索结构。现代悬索桥一般由桥塔、主缆索、锚碇、吊索、加劲梁

　　及索鞍等主要部分组成。

　　1)桥塔。桥塔是悬索桥最重要的构件。桥塔的高度主要由桥面标高和主缆索的垂跨比 f/L 确定，

　　通常垂跨比 f/L 为 1/9～1/12。大跨度悬索桥的桥塔主要采用钢结构和钢筋混凝土结构。其结构形式可分为桁架式、刚架式和混合式三种。刚架式桥塔通常采用箱形截面。

　　桥塔标高=桥面标高+(f/L×主跨径+最短吊索的长度)

　　2)锚碇

　　3)主缆索。主缆索是悬索桥的主要承重构件，可采用钢丝绳钢缆或平行丝束钢缆，大跨度吊桥的主缆索多采用后者。

　　4)吊索。吊索也称吊杆，是将加劲梁等恒载和桥面活载传递到主缆索的主要构件。吊索可布置成垂直形式的直吊索或倾斜形式的斜吊索，其上端通过索夹与主缆索相连，下端与加劲梁连接。吊索与主缆索连接有两种方式：鞍挂式和销接式。吊索与加劲梁连接也有两种方式：锚固式和销接固定式。

　　5)加劲梁。加劲梁是承受风载和其他横向水平力的主要构件。大跨度悬索桥的加劲梁均为钢结构，通常采用桁架梁和箱形梁。预应力混凝土加劲梁仅适用于跨径 500mm 以下的悬索桥，大多采用箱形梁。

　　6)索鞍

　　(5)组合式桥

　　斜拉桥是典型的悬索结构和梁式结构组合的，由主梁、拉索及索塔组成的组合结构体系。

　　拉索是斜拉桥的主要承重构件。目前采用较多的有平行钢丝束，钢绞线束和封闭式钢索，在某些桥

　　上还有采用高强钢筋和型钢。

　　(三)桥梁下部结构

　　1.桥墩

　　(1)实体桥墩

　　实体桥墩由墩帽、墩身和基础组成。大跨径的墩帽厚度一般不小于 0.4m，中小跨梁桥也不应小于0.3m，并设有 50～100mm 的檐口。墩帽采用 C20 号以上的混凝土，加配构造钢筋，小跨径桥的墩帽除严寒地区外，可不设构造钢筋。在墩帽放置支座的部位，应布置一层或多层钢筋网。当桥墩上相邻两孔的支座高度不同时，需加设混凝土垫石予以调整，并在垫石内设置钢筋网。

　　(2)空心桥墩

　　空心桥墩按壁厚分为厚壁与薄壁两种，一般用壁厚与中面直径(即同一截面的中心线直径或宽度)的比来区分：t/D≥1/10 为厚壁，t/D<1/10 为薄壁。

　　空心桥墩在构造尺寸上应符合下列规定：

　　1)墩身最小壁厚，对于钢筋混凝土不宜小于 300mm，对于素混凝土不宜小于 500mm。

　　2)墩身内应设横隔板或纵、横隔板，通常的做法是：对 40m 以上的高墩，不论壁厚如何，均按6～10m 的间距设置横隔板。

　　3)墩身周围应设置适当的通风孔与泄水孔，孔的直径不宜小于 200mm;墩顶实体段以下应设置带门的进入洞或相应的检查设备。薄壁空心墩按计算配筋，一般配筋率在 0.5%左右，也有只按构造要求配筋的。

　　(3)柱式桥墩

　　柱式桥墩一般由基础之上的承台、柱式墩身和盖梁组成。柱式桥墩的墩身沿桥面横向布置，通常由1～4 根立柱组成，柱身为 0.6～1.5m 的大直径圆柱或方形、六角形等，使墩身具有较大的强度和刚度。

　　当墩身高度大于 6～7m 时，可设横系梁加强柱身横向联系。

　　(4)柔性墩

　　柔性墩是桥墩轻型化的途径之一，它是在多跨桥的两端设置刚性较大的桥台，中墩均为柔性墩。

　　典型的柔性墩为柔性排架桩墩，是由成排的预制钢筋混凝土沉入桩或钻孔灌注桩顶端连以钢筋混凝土盖梁组成。多用在墩台高度 5～7m，跨径一般不宜超过 13m 的中、小型桥梁上。

　　柔性排架桩墩分单排架和双排架墩。单排架墩一般适用于高度不超过 4～5m。桩墩高度大于 5.0m 时，为避免行车时可能发生的纵向晃动，宜设置双排架墩;当受桩上荷载或支座布置等条件限制不能采用单排架墩时，也可采用双排架墩。

　　(5)框架墩

　　框架墩采用压挠和挠曲构件，组成平面框架代替墩身，支承上部结构，必要时可做成双层或更多层的框架支承上部结构。

　　2.桥台

　　按照桥台的形式，可分为：重力式桥台、轻型桥台、框架式桥台、组合式桥台。

　　(1)重力式桥台

　　重力式桥台主要靠自重来平衡台后的土压力，桥台本身多数由石砌、片石混凝土或混凝土等圬工材料建造，并用就地浇筑的方法施工。重力式桥台依据桥梁跨径、桥台高度及地形条件的不同有多种形式，常用的类型有 U 形桥台、埋置式桥台、八字式和耳墙式桥台。埋置式桥台将台身埋置于台前溜坡内，不需要另设翼墙，仅由台帽两端耳墙与路堤衔接。

　　1)台帽与背墙。桥台顶帽由台帽和背墙两部分组成。台帽采用 C20 素混凝土或钢筋混凝土，其中钢筋的布置和支座边缘到台身的最小距离与桥墩相同。

　　2)台身

　　3)翼墙及耳墙。

　　U 形桥台的翼墙，外侧呈直立，内侧为 3：1～5：1 的斜坡。八字式和一字式的翼墙，根据近年的设计经验，墙顶宽取 0.4m，外侧用 10：1 斜坡，内侧可用 8：1～10：1，翼墙的长度根据实地地形确定，尾端应保持一个相当高度。

　　埋置式桥台的挡土采用耳墙，耳墙长度不宜太长，一般不超过 3～4m。厚度为 0.15～0.3m，高度为0.5～2.5m，耳墙应将主筋伸入台帽或背墙借以锚固。

　　(2)轻型桥台

　　轻型桥台一般由钢筋混凝土材料建造，其特点是用这种结构的抗弯能力来减少圬工体积而使桥台轻型化。

　　轻型桥台适用于小跨径桥梁，桥跨孔数与轻型桥墩配合使用时不宜超过 3 个，单孔跨径不大于13m，多孔全长不宜大于 20m。

　　(3)框架式桥台

　　适用于地基承载力较低、台身较高、跨径较大的梁桥。其构造形式有柱式、肋墙式、半重力式和双排架式、板凳式等。

　　框架式桥台均采用埋置式，台前设置溜坡。为满足桥台与路堤的连接，在台帽上部设置耳墙，必要时在台帽前方两侧设置挡板，以防溜坡土进入支座部位。

　　(4)组合式桥台

　　为使桥台轻型化，桥台本身主要承受桥跨结构传来的竖向力和水平力，而台后的土压力由其他结构来承受，形成组合式的桥台。常见的有锚定板式、过梁式、框架式以及桥台与挡土墙的组合等形式。

　　3.墩台基础

　　(1)扩大基础

　　这是桥涵墩台常用的基础形式。它属于直接基础，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。其平面常为矩形，平面尺寸一般较墩台底面要大一些。基础较厚时，可在纵横两个剖面上都砌筑成台阶形。

　　(2)桩基础。当地基浅层地质较差，持力土层埋藏较深，需要采用深基础才能满足结构物对地基强度、变形和稳定性要求时，可用桩基础。

　　(3)管柱基础。是一种深基础，埋入土层一定深度，柱底尽可能落在坚实土层或锚固于岩层中，

　　作用在承台的全部荷载，通过管柱传递到深层的密实土或岩层上。

　　管柱基础因其施工方法和工艺较为复杂，所需机械设备较多，所以较少采用。但当桥址处的地质水文条件十分复杂，如大型的深水或海中基础，特别是深水岩面不平、流速大或有潮汐影响等自然条件下，不宜修建其他类型基础时，可采用管柱基础。

　　管柱基础主要适用于岩层、紧密黏土等各类紧密土质的基底，并能穿过溶洞、孤石支承在紧密的土层或新鲜岩层上，不适用于有严重地质缺陷的地区，如断层挤压破碎带或严重的松散区域。

　　管柱按材料分类有由钢筋混凝土管柱、预应力混凝土管柱及钢管柱三种。

　　(4)沉井基础。桥梁工程常用沉井作为墩台的梁基础。通常用混凝土或钢筋混凝土制成。它既是基础，又是施工时的挡土和挡土围堰结构物。

　　当桥梁结构上部荷载较大，而表层地基土的容许承载力不足，但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，或采用桩基础受水文地质条件限制时，此时采用沉井基础与其他深基础相比，经济上较为合理。

　　此外，还有地下连续墙基础、组合式基础等。