桥梁涵洞总体设计原则及相关规定

桥梁、涵洞总体设计原则及相关规定

4.1 桥梁设计原则

4.1.1 桥梁设计的一般规定

1.桥梁应根据公路功能、等级、通行能力及抗洪防灾要求,结合水文、地质、通航、环境

等条件进行综合设计.

特大桥、大桥桥位应选择在河道顺直稳定、河床地质良好、河槽能通过大部分设计流量的河段.

中桥桥位的选择原则上应服从路线的总方向,路桥应综合考虑.一方面从整个路线或路线网的观点上看,要避免或减少因车辆绕道而增加的运输费用;另一方面从桥梁本身的经济性和稳定性出发,应尽量选择在河道顺直、水流稳定、河面较窄、地质良好、冲刷较少的河段上,以降低造价和养护费用,并防止因冲刷过大而发生桥梁倒塌的危险.此外,一般应尽量避免桥梁与河流斜交,以避免增加桥梁长度而提高造价.

小桥涵的桥位的选择原则上应服从路线走向,当遇到不利的地形、地质和水文条件时,应采取适当的措施,不应因此而改变线路.

桥位不宜选择在河汊、沙洲、古河道、急弯、汇合口、港口作业区及易形成流冰、流木阻塞的河段以及断层、岩溶、滑坡、泥石流等不良地质的河段.

2. 桥梁纵轴线宜与洪水位主流流向正交.对通航河流上的桥梁,其墩台沿水流方向的轴线应与最高通航水位时的水流方向一致.当斜交不可避免时,交角不宜大于5°;当交角大于5°时,宜增加通航孔净宽.

3. 为保证桥位附近水流顺畅,河槽、河岸不发生严重变形,必要时可在桥梁上下游修建调治构造物.

调治构造物形式及其布置应根据河流性质、地形、地质、河滩水流情况以及通航要求、桥头引道、水利设施等因素综合考虑确定.

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非淹没式调治构造物的顶面,应高出桥涵设计洪水频率的水位至少0.25米,必要时尚应考虑雍水高度、波浪爬高、斜水流局部冲高、河床淤积等影响.

允许淹没的调治构造物的顶面应高出常水位.

单边河滩流量不超过总流量的15％或双边河滩流量不超过25％时,可不设导流堤.

二级公路的特大桥及三四级公路的大桥在水势猛急、河床一遇冲刷的情况下,可提高一级洪水频率验算基础冲刷深度.

4.2 桥梁总体设计

4.2.1 桥梁平面设计

桥梁平面设计包括平面线形布置及桥面宽度确定.

4.2.1.1 平面线形

二级及以下公路小桥涵平面布置应服从路线整体线形设计要求,桥梁平面线形必须与桥头引道平面线形相配合.通航河流上桥梁平面线形宜采用大半径曲线(一般宜采用极限最小平曲线半径的4～8倍),以便于桥上平纵组合,降低桥头引道的高度.且要求桥墩(台)沿水流方向的轴线与通航水位水流方向一致,必须斜交时,交角不宜大于5°.

山区公路桥涵平面布置服从路线整体线形设计要求,可以减少展线长度、大大节省工程量.

平原地区二级及以下公路特大桥、大桥、中桥平面线形原则上应服从路线走向,桥路综合考虑,尽量将桥轴线保持为直线.

4.2.1.2 桥面宽度

桥面净空:桥梁人行道、行车道上符合公路建筑限界,保证行车安全的最小空间.

桥面净宽:是指桥梁建筑限界的横向宽度,它包括行车道宽度和侧向宽度(二级及以下公路为土路肩宽度减去0.25米)之和.上承式桥梁桥面净空的净高没有限制,故桥面净空即指桥面净宽.

桥面宽度:是指桥面宽度与护栏(栏杆、缘石、安全带等)宽度及护栏外侧宽度之和

平微区二级路上的特大桥及大桥等造价较高的桥梁,其侧向宽度可适当减小.

城镇附件桥梁桥面宽度可适当加宽,必须设置人行道或非机动车道时,应计入建筑限界范围内.人行道宽度一般为0.75米或1.0米,大于1.0米时按0.5米的倍数递增.非机动车道宽度为1～2.5米.

4.2.2 桥梁纵断面设计

桥梁纵断面设计包括桥梁长度和孔径的确定、桥梁配跨、桥下净空及桥面中心线标高的确定、

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桥梁及引道纵坡设计等内容.

4.2.2.1 桥梁长度和孔径的确定

1. 桥梁长度和孔径的影响因素很多,需要结合各种因素进行综合分析,并经过多方面协商后确定.现将各影响因素影响情况简述列于表4.

2.1.

表4.2.1 桥梁长度和孔径影响因素

注:①基础冲刷深度验算设计洪水频率提高:对于二级公路特大桥采用1/300;

三、四级公路工程艰巨、修复困难的大桥采用1/100.

②岩性河床桥梁墩、台基底最小安全值如表1-2.

③提高设计洪水频率,验算基础冲刷深度不超过基底埋深即可.

表4.2.2 埋深最小安全值

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2. 桥梁配跨

在已定桥长和满足上述确定孔径基本要求的基础上,需要进一步明确桥孔划分和布置

,其影响因素简述列于表4.2.3.

表4.2.3 桥孔划分和布置影响因素

4.2.2.2 桥梁纵断面线形、桥下净空及桥面最低高程

1. 纵断面线形

小桥和涵洞处的纵坡应按路线规定进行设计.大中桥桥上纵坡宜不大于4％,桥头引道纵坡宜不大于5％,;位于市镇混合交通繁忙处,桥上纵坡和桥头引道纵坡均应不大于3％,桥头两端引道纵断面线形应与桥上线形相配合.如果桥梁平面线形为曲线,则宜采用大半径曲线(表4.2.4),处理好桥上平纵组合,以利于降低桥头引道填土高度,其基本要求是:平曲线与竖曲线相重合,且平曲线稍长于竖曲线.

表4.2.4 桥上竖曲线(凸、凹)最小半径

2. 桥下净空及桥面最低高程

桥下净空是在设计水位及设计通航水位的基础上保证漂浮物及航船顺畅通过的最小空间.

桥面最低高程是指全桥满足桥下净空要求的最低处桥面的高程.

(1) 不通航河流桥下最小净空:梁底—0.5米;支座垫石顶面—0.25米;无铰拱—拱顶底不小于

1.0米,可淹没拱矢高的2/3;

(2) 不通航河流梁底最低高程:H1＝设计水位+桥下最小净空+雍水、浪高等影响水位的诸多因素(米).

(3) 不通航河流桥面最低高程:HP＝H1+桥梁上部结构建筑高度(包括桥面铺装厚度)(米).

(4) 通航河流梁底最低高程:H2＝设计最高通航水位+通航净空高度(米).

(5) 通航河流桥面最低高程:Ht＝H2+桥梁上部结构建筑高度(包括桥面铺装厚度)(米).

(6) 大、中桥桥头引道(在洪水泛滥范围内)的路基设计标高,一般应高于该设计水位(包括雍水和浪高)至少0.5米;小桥涵附近的路基设计标高应高于桥涵前雍水位至少0.5米(不计浪高).

4.2.3 桥梁横断面设计

在桥梁宽度和梁底最低高程基本情况确定的情况下,上部结构高度以便根据其计算跨度和路线纵断面设计高程限制情况来确定.桥梁横断面设计还要初步选定栏杆形式,确定弯桥实现超高、加宽的方式等.

1. 超高与加宽

平曲线设置超高与加宽的条件:

(1) 加宽:平曲线半径等于或小于250米时,应在平曲线内侧加宽.

(2) 各级公路设置超高的条件如表4.2.5

表4.2.5 各级公路设置超高的条件

2. 超高和加宽值

(1) 加宽:一般采用第三类加宽值,按平曲线半径大小选用,其值在0.8～2.5米之间.

(2) 超高:根据各级公路等级、计算行车速度,按平曲线半径大小确定超高值,其值在2％～10％之间.

3. 超高设置的方式

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所谓设置超高就是调整路面横坡,逐渐使其外侧高于内侧一定值,路面横坡有三种状态:

(1) 直线段断面为单向横坡;

(2) 圆曲线段断面为单向横坡;

(3) 超高加宽缓和段为由双向横坡逐渐变成单向横坡的过渡段,其设置方式如表4.2.6

表4.2.6 超高加宽缓和段设置

注: 表中LC---超高缓和段长度(米)

?---旋转轴至行车道(设路缘带时为路缘带)外侧边缘的宽度(米)

△I---超高坡度与路拱横坡的代数差(％);

P---超高渐变率,即旋转轴与行车道(设路缘带时为路缘带)外侧边缘之间的相对坡度(其数值据计算行车速度变化,超高旋转轴为中心线时:1/100～1/250;,超高旋转轴为边线时:1/50～1/200)

4. 桥梁实现加宽、超高的方法

(1) 加宽:加宽设置如表4.2.7

表4.2.7 加宽设置

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(2) 超高:桥面在由双向坡变为单向坡的缓和段是复杂的几何形状,若再有竖曲线的影响,将更加复杂,常需结合采用以下措施,方可使桥面成为光滑曲面.并注意每孔桥两端外侧超高抬高值不能过大,且要保证桥面铺装层最小厚度不小于5厘米,必要时注意相应调整缘石高度和泄水孔位置. 4.3 桥型选择及上部结构

4.3.1 桥梁结构形式选择

目前一般公路常用上部结构形式有

梁式体系——钢筋混凝土及预应力混凝土空心板、T梁、连续箱梁、钢筋混凝土连续整体板等;

拱式体系——主要为石拱桥和钢筋混凝土拱桥等圬工结构;

刚架桥——主要为斜腿刚构及门式刚架;

悬索桥——即传统意义上的吊桥;

组合体系——主要为钢—混凝土组合连续箱梁,梁拱组合的桁架拱,多孔拱梁结构等.

4.3.2 方案比选过程

1. 拟定桥梁图式

编制设计方案,通常是从桥梁分孔和拟定桥梁图式开始.在作出分孔规划后,就可对所设计的桥梁拟出一系列各具特点而可能实现的桥梁图式.在拟定图式时,思路要宽广,宁可多画几个图式,也不要遗漏可能的桥型与布置方式.每一图式可在跨度、高度、矢度等方面大致按比例在同样大小的桥址断面图上.

下一步工作就是经过综合分析和判断,剔除一些在技术经济上有明显不足的图式,并从中筛选出2～4个构思好,各具优点,但是一时还难以判断孰优孰劣的图式,以此进行下一步的比较.

2. 编制方案

编制方案的目的在于提供各个中选图式的技术经济指标,以便经过相互比较,科学地从中选定最佳方案.这些指标包括:主要材料用量、劳动力(包括专业技术工种)数量、全桥总造价(分上、下部结构列出)、工期、养护费用、运营条件、有无困难工程、是否特种机具、是否美观等.为了获得上述的前三项指标,通常可充分利用已有资料或通过一些简便的近似验算,对每一方案拟定结构主要尺寸.并计算主要工程量.有了工程数量,乘以相应的材料和劳动定额以及扩大单价,就不难得出每个方案的所需材料和劳动力数量,并进而估算全桥造价.其他的一些问题,虽难以得到数量指标,也应进行适当的概略评价.每一方案应绘出总体布置图.

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3. 经济技术比较和最优方案的选定

设计方案的评价和比较,是要全面考虑上述各项指标,综合分析每一方案的优缺点,最后选定一个符合当前条件的最佳推荐方案.有时,占优势的方案还可吸取其他方案的优点进一步加以改善,如果改动较多时,甚至最后中选的方案可能是集聚各方案长处的另一个新方案.

一般来说,造价低、材料省、劳动力少的应是优秀方案,但实际上并不尽然,因为有时但其他技术因素或使用要求上升成为设计的主要矛盾时,就不得不放弃较为经济的方案.所以在比较时必须从任务书提出的要求、所绘的原始资料以及施工等条件中,找出所面临问题的关键所在,分清主次,才能探索出适合于各具体情况的最佳方案.

4.3.3公路桥梁常用上部结构形式比较

4.3.3.1 钢筋混凝土或预应力混凝土板桥

1. 常用跨径: 钢筋混凝土板桥一般用于跨径小于等于8米以下的桥梁中,预应力混凝土板则多用于跨径为8～20米的桥梁中,一般情况下,简支板桥跨径不超过25米.

2. 建筑高度: 建筑高度一般为跨径的1/20～1/25.

3. 特点: 构造简单,建筑高度小,施工方便.能有效地降低路基平均高度;容易适应路线各种线形要求‘与T梁相比,材料更经济.

4. 适用范围: 最常用的桥型,可广泛地用于城市立交、高架桥,软土地基桥梁;在建筑高度受到严格限制时为首选桥型.

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5. 有部颁标准图: 根据经验,先张法预制1000块以上才具有经济优势.

4.3.3.2 预应力混凝土T梁

1. 常用跨径: 20～40米.

2. 建筑高度: 建筑高度一般为跨径的1/15.

3. 特点: 外形简单,制造方便.

4. 适用范围: 在建筑高度不受限制时,采用该形式比较经济,标准图最大跨径40米.

5. 应用情况: 有部颁标准图

4.3.3.3 预应力混凝土矮箱

1. 常用跨径: 20～40米.

2. 建筑高度: 建筑高度一般为跨径的1/20.

3. 特点: 建筑高度相对较低,横向整体性好,为部分预应力,反拱度小,较T经济性好.

4. 适用范围: 路线桥梁可与空心板、T梁比较选用.

4.3.3.4 钢筋混凝土或预应力混凝土连续箱梁

1. 常用跨径: 40～160米,世界上最大跨径为160米.

2. 建筑高度: 建筑高度一般跨径较小时可采用等截面,梁高为跨径的1/18～1/20.

跨径较大时采用变截面,支点高跨比为1/16～1/20.跨中高跨比为1/30～1/50

3. 特点: 挖空率高,用量省,自重小;截面抗扭刚度大,动力特性好,应力分布合理.

4. 适用范围: 适用于各种中大桥梁及弯桥、斜梁桥;通常要求基础较为良好.

5. 应用情况: 立交桥、高架桥、跨河桥应用十分普遍;支架现浇、悬浇、顶推、纵向移动模架等施工方法.

4.3.3.5 预应力混凝土连续刚构

1. 常用跨径: 大于60米,中国目前上最大跨径为270米,世界最大跨径为301米.

2. 建筑高度: 建筑高度一般跨径较小时可采用等截面,梁高为跨径的1/18～1/20.

跨径较大时采用变截面,支点高跨比为1/16～1/20.跨中高跨比为1/30～1/50

3. 特点: 墩梁固结,保持了连续梁的优点;节省了支座;减少下部工程数量;改善水平荷载受力性能.

4. 适用范围: 大跨径高墩比较适用.

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5. 应用情况: 目前我省高速公路上高墩及大跨径桥中应用较多.

4.3.3.6 钢筋混凝土及预应力混凝土系杆拱

1. 常用跨径: 大于60米.

2. 建筑高度: 建筑高度一般为跨径的1/55～1/100.

3. 特点: 梁高仅有同等跨径连续梁的一半,混凝土及钢筋用量也优于连续梁,但施工复杂.

4. 适用范围: 建筑高度有严格限制或要求曲线形优美的桥梁.

4.3.3.7 钢管混凝土拱桥

1. 常用跨径: 大于60米,世界最大跨径已超过460米.

2. 建筑高度: 建筑高度一般为跨径的1/55～1/60.

3. 特点: 采用钢—混凝土复合材料,有高强度、支架、模板三大作用,自架能力强,具有经济、省料、安装方便、后期承载力高的特点.

4. 适用范围: 大跨径桥中应用较多.

5. 应用情况: 该桥型在我国发展较快,20世纪90年代以来,已建成跨径大于120米的钢管混凝土拱桥80余座,跨径大于200米的有20余座.

4.4 桥梁墩台

桥梁墩台主要由墩台帽、墩台身和基础三部分组成.墩台除了要承受上部结构的荷载外,还要承受流水压力、水面以上的风力及可能出现的船只或漂流物的撞击力,对于桥台还需承受土压力,因此一般来说受力相对复杂;同时由于经常需要水下施工,墩台的施工也是桥梁施工的难点.桥梁不仅上部结构形式多样,下部结构的形式也不断的发展,目前主要向美观及轻型合理的方向发展.桥梁墩台的类型复杂多样,本章主要介绍最基本、最常用的墩台形式.

公路上使用的桥梁墩台大体可以分为两大类.一类是重力式墩台,其主要特点是依靠自身重力来平衡外力保持其稳定,此类墩、台身比较厚实.第二类是轻型墩台,这类墩台形式较多,而且各自都有各自的特点和使用条件.

4.4.1 桥墩台设置

桥墩台设置见表4.4.1

表4.4.1 桥墩台设置以及考虑的因素

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表4.4.2 桥墩类型及特点、使用范围

表4.4.3 桥台类型及特点、使用范围

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4.4.2 桥梁墩台选择原则

桥梁墩台形式选择应注意以下问题:

1. 符合因地制宜、就地取材和便于施工、养护的原则,达到适用、安全、经济、与周围环境协调、造型美观的目的:

2. 注意结构受力;

3. 注意土质构造、地质条件;

4. 注意水文、水利及河床性质

桥梁上下部结构共同作用、互相影响.故应重视上下部结构的合理组合.桥梁上下部结构在某种情况下很难截然分开,特别是墩梁固结的预应力混凝土连续刚构桥,这就要求下部结构造型与上部构

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造与周围环境密切配合,使桥梁构造达到和谐、匀称.墩台的施工方法与构造形式有关,高桥墩、薄壁直墩和无横隔板的空心墩采用滑动模板连续浇筑、具有较高的经济效益,而装配式桥墩常在带有横隔板的空心墩、V型吨、Y型墩等形式中采用.因此,选择墩台形式时还应从实际出发,尽量采用标准化、自动化的施工工艺,以提高工程质量,加快施工速度,节约投资.

4.4.3 墩台一般规定

1. 墩台帽尺寸设置

(1) 墩台帽: 梁式桥的实体墩台帽厚度一般不小于40厘米,中小桥也不应小于30厘米,并应有5～10厘米的檐口.

(2) 墩台帽平面尺寸: 墩台帽平面尺寸应根据上部结构形式、支座布置情况,架设上部结构施

工方法的要求决定.

表4.4.4 支座边缘到台、墩身边缘的最小距离(厘米)

注:①采用钢筋混凝土悬臂式墩台帽时,上述最小距离为支座至墩台帽边缘的距离;

②跨径100米以上的桥梁,应按实际桥跨决定.

2. 实体墩台顶帽在支座下面应设置钢筋网

实体墩台顶帽在支座下面应设置钢筋网,顶帽的其余部分,大中桥应设构造钢筋.不设支座的桥梁顶帽厚度适当增加后可不设构造钢筋网.但在地震地区及冬季月平均气温在0°以下地区的小跨径桥梁,墩台顶帽也应设置钢筋网.大跨径墩台帽厚度不小于40厘米,小跨径墩台帽厚度不小于30厘米,墩台帽出檐宽度一般为5～10厘米.

悬臂(挑臂)式墩台及桩、柱、排架式墩台帽(盖梁)有关尺寸的拟定及钢筋的布置,除按上述原则外,还应按设计的悬臂长度,桩、柱、排架与盖梁连系的结构方法,桥跨结构的布置,施工和使用阶段的情况,通过结构计算决定.

4.4.4 支承垫石

设有支座的钢筋混凝土梁式小桥墩台,除按按前述原则设置构造钢筋外,在支座板下还应设置钢

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筋网,宽度约与墩帽同,长度约为支座板的两倍左右.而在钢筋混凝土梁式大中桥墩台顶帽上可设置钢筋混凝土支承垫石,其上安装支座(一般垫石用C25～C30以上混凝土,个别的也有用石料制成),已更好分布压力.活动支座的支承垫石通常埋入桥梁墩、台顶帽内,固定支座的支承垫石可以埋入墩、台顶帽或露在外面.

当墩台上要按照不同高度支座时,也需由不同高度的支承垫石调整高度,

4.4.5 其他构造要求

4.4.

5.1 砖石及混凝土墩台

1. 实体式墩台基础的扩散角(刚性角):对于砖、片石、块石、料石砌体,当用米5及以下砂浆砌筑时,不大于30°;当用米5及以上砂浆砌筑时,不大于35°;当用混凝土砌筑时,不大于40°.

2. 建在非岩石类地基上的带八字形翼墙的桥台,台身与翼墙之间宜设变形缝,以保证稳定和安全.各种墩台除满足构造和施工要求外,还应满足确定和稳定性要求,但对于高度小于20米的实体墩和U台,可不考虑稳定问题.

3. 对于等跨拱桥实体式桥墩的顶宽(单向推力墩除外).混凝土墩可按拱跨的1/15～1/30.石砌墩可按拱跨的1/10～1/25(其比值随跨径增大而减小)估算;墩身两侧边坡可为20:1～30:1.软土地基修建拱桥时,可扩大桥台的台底面积和台背面积,以减小基底压力,并利用基底与地基的摩阻力和适当利用台背后土侧压力以平衡共的水平推力.台背填土长度应为台高的3～4倍以减少土的变形对上部结构的影响.填土要求应按《公路桥涵施工技术规范》(JTJ 041-2000)要求进行.

4. 梁板式桥上部构造的梁端之间、梁端与桥台的伸缩缝宽度,中、小跨径桥梁一般为2～5厘米;大跨径桥梁则按温度变化、弹性变形以及施工放样、预制和安装构件的容许误差等因素确定.

5. 实体式墩侧坡一般采用20:1～30:1,小跨径桥的桥墩也可采用直坡.墩身顶宽:小桥不宜小于80厘米(轻型桥台不宜小于60厘米);中桥不宜小于100厘米;大桥视上部构造类型及需要而定.U 型桥台的前墙:其任一水平截面的宽度不宜小于该截面至墙顶高度的0.4倍,对于块石、料石砌体或混凝土则不小于0.35倍,如桥台内填料为透水性良好的砂性土或砂砾,则上述两项可分别相应减为0.35和0.3倍.另外,U型桥台两侧墙顶宽不小于同一水平截面前墙全长的0.4时,可按U型整体截面验算截面强度.

4.5.2.钢筋混凝土墩台

1. 钢筋混凝土肋式桥台,其板和肋的厚度不宜小于20厘米.钢筋应按计算确定,并满足构造要求;钢筋至外表面的净距不小于3厘米.扶壁(肋)与墙板的连接处应设置箍筋,以防止前墙趾扶壁(肋)

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裂开,箍筋应按其相应的受力情况计算.桥台设计时应要求施工单位于土基达到基本稳定之后再进行桥台施工,以确保其安全.对于设有橡胶支座的墩台,设计时宜预留更换支座的位置及空间.

2. 配有纵向受力钢筋与普通箍筋的轴心受压构件,纵向受力钢筋直径不小于12米米,钢筋截面积应不小于混凝土计算截面的0.4％;当大于3％时箍筋间距应不大于纵向受力钢筋直径的10倍;同一箍筋所箍纵向受力钢筋根数,在构件每边上应不多于3根,箍筋间距应不大于纵向受力钢筋直径的15倍或构件横截面的较小尺寸,并不大于40厘米.

配有纵向受力钢筋和螺旋箍筋或焊接环形箍筋时的轴心受压构件,纵向受力钢筋截面积应不小于螺旋或环形箍筋圈内核心面积的0.4％;构件核心截面积应不小于构件整个面积的2/3;螺旋或环形箍筋距或间隔应不大于核心直径的1/5,亦不大于8厘米.

4.4.6 桥墩台设计计算

4.4.6.1 桥墩台设计荷载

桥墩台设计时,荷载应根据设计规范《公路工程技术标准》(邢.B01—2003)和《公路桥涵设计通用规范》(JTG I)60—2004)的荷载级别、组合方法进行计算,确定墩台承受最不利的荷载.由于桥梁墩台所受荷载种类较多,荷载组合时应尤其注意其组合原则.

4.4.6.2 墩台沉降及位移

1．简支梁桥的墩台沉降和位移容许极限值

简支梁桥的墩台沉降和位移的容许极限值,不宜超过下列规定:

(1) 墩台均匀总沉降值(不包括施工的沉降):2．0 1／,J;

(2) 相邻墩台均匀总沉降差值(不包括施工中的沉降):1．o／三;

(3) 墩台顶面水平位移值:0．5√L.

2．拱桥墩台的沉降和位移容许值

拱桥墩台的沉降和位移的容许值由计算确定.

3．水平位移

4．桥墩台抗震设计

地震是偶然荷载,属桥涵没计时荷载组合VI(结构重力、顸应力、土重及士侧压力中的一种或几种与地震力的组合)中的主要组成部分.地震力计算与结构设计应符合《公路工程抗震设计规范》(JTJ004-89)的规定.桥梁墩台没计考虑地震影响,通常比较复杂,以反应谱法计算结构的地震效应.设计准则按桥梁的重要性呵定为“小震不坏,中震町修,大震不倒”的原则.

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为了桥梁墩台抗震设计应选取的合理抗震措施及相应结构尺寸.故《公路工程抗震设计规范》(JTJ004—89)把抗震设计的重点放在常见并大量使用的结构如梁式桥墩台和一般跨径的拱桥等桥型上.下列构造物不进行抗震强度和稳定性验算,但应采取如下抗震措施:

(1) 简支粱的上部构造;

(2) 基本烈度低于9度,基础位于I、II类场地上的跨径不大于30米的单孔板拱拱圈;

(3) 基本烈度低于8度,二、三、四级公路上位于非液化土和非软弱粘性土地基上的实体墩台.

抗震措施及抗震构造物是抗震设计的重要组成部分,有些计算解决不了的抗震问题,可用抗震措施加以解决.桥墩台抗震设计应达到基本烈度影响时,经整修即可正常使用;抗震危险地段,软弱土层或液化土层上的重要结构应不发生严重破坏.

1) 一般原则

a) 地震区桥梁力求采用形式简单、材质匀称、重心低的结构,也可考虑降低结构刚度,使其具有较大变形性能,减少地震力及其影响.

b) 加强桥梁各部件之间的联结,提高结构整体性,从而提高抗震能力.

c) 墩台不宜设计成带孔状,尽量避免带有突出部分,还应尽量采用对称结构;托盘式墩台在托盘与墩身连接处应设置竖向防震钢筋;重力式桥台相对于耳墙式桥台而言,地震时抗震效果较好,因为耳墙与台身连接处较易破坏.

d) 深基础比浅基础抗震好,桩基础比明挖基础抗震好.

2) 桥梁抗震措施设防起点

a) 一般宜从基本烈度7度开始设防.基本烈度大于9度的地区,抗震设计要专门研究;基本烈度等于6度的地区,除国家特别规定外,可采用简易设防.

b) 对于高速公路、一级公路的抗震重点工程(如特大桥、大桥等)可采取比基本烈度提高一度的抗震措施.基本烈度已是9度的地区提高一度设防的措施要专门研究.

c) 四级公路上的一般工程,可不设防或采取简易抗震措施.

d) 主体交叉的跨线工程,其设防标准不低于下限工程.

3) 抗震措施及抗震构造物

a) 基本烈度7度区

①墩台帽或盖梁宽度要满足梁端至边缘的距离大于50+L(厘米),L为梁的计算跨径,以米为单位取值.墩台帽或盖梁长度要满足设置抗震设施的需要.

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②应加强桥台背墙,并在梁与梁之间及梁与桥台背墙之间安装抗震缓冲装置.

③桥面不连续简支梁(板)应设置纵、横向防止落梁的措施;桥面连续简支梁(板)应设置防止横向产生较大位移的措施.

④在软弱土层、液化土层或不稳定的河岩建桥时,可增加桥长,避开不良地段;或加大基础埋深,穿过液化层;或采用桩基础.对于小桥,可在台基之间设置支承梁,或做浆砌片石河床;或换土;或采用砂桩.

b) 基本烈度8度区

除上述烈度7度区的规定外,尚应采取以下措施:

①大跨拱桥应采用整体性较好的断面形式.墩台高超过3米的多跨连拱,不宜采用双柱式或排架式墩;连拱不宜超过5孔或总长不宜超过200米,要设制动墩.

②连续梁或桥面连续结构宜采取使地震荷载由各墩台共同承担的措施,防止固定支座受力过大.连续曲梁边墩与上部构造之间宜采用锚栓连接,防止边墩与梁脱离.

③高度大于7米的柱式墩或排架式墩应设置横系梁(应包括冲刷深);墩高小于3米,可不设横系梁.

④柱式墩和排架式墩的柱(桩)与盖梁承台连接处的配筋不少于柱(桩)身的最大配筋.在截面变化处,宜作成2:1～3:1的喇叭形变截面;或在截面变化处适当增加配筋,在陔加密段有如下要求:

-1. 钢筋加密区段的箍筋配置及接头:a)圆形截面采用螺旋筋,间距不大于10厘米,直径不小于8米米.矩形截面最小含箍率纵横向均为0．3％．b)螺旋筋接头必须焊接,矩形箍筋应有135°弯钩,并深入混凝土核心内.

-2．加密区段的位置和高度:a)扩大基础的柱式和排架式墩应布置在柱(桩)顶部和底部,布置高度为柱(桩)的最大横截面尺寸或l／6柱(桩)高,且不小于50厘米;b)桩基础的柱式墩和排架桩墩应布置在柱(桩)的顶部(布置高度同上),和柱(桩)在地面或一般冲刷以上一倍桩径处至最大弯矩以下三倍柱桩经处,且不小于50厘米.

⑤砌石或混凝土墩台的帽、身与基础连接处、截面突变处、施工接缝处,均应采取提高抗剪能力的措施;墩台及拱圈所用最低砂浆强度等级,应提高一级采用.

⑥桥台采用整体式,如U形、箱形等,桩柱式桥台宜采用埋置式.

⑦混凝土与钢筋混凝土下部结构的混凝土强度等级:中小桥不低于C20,大桥不低于C25.

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c) 基本烈度9度区

除应符合烈度7度、8度区的规定外,尚应采取以下措施:

①必须加强各片梁问的横向连接,提高整体性.

②梁桥活动支座应采取限制其竖向位移的措施.

③拱圈宽跨比不小于1／20,其墩台上的拱座混凝土强度等级不低于C25,并适当配筋.无铰拱拱脚上下缘配筋应深入拱座.

④台背和锥坡的填料不宜用砂类士,提高填土密实度,并注意排水措施.采用多排桩基础时,宜设斜桩.

d) 关于抗震具体设施的建议尺寸

除了桥梁上部结构、墩台及基础在方案、结构计算等方面应该考虑的问题外,抗震具体设施通常采用如下几种:

①简支T梁设置纵、横向防震挡块方式如下:

-1. 横向挡块设置在边梁外侧、墩顶(盖梁)两端,与墩顶(盖梁)同宽;厚度在30厘米左右;高度一般为30～60厘米,在伸缩端墩顶上的高度宜比连续结构墩顶上的高度高一些.应配筋,主筋直径不小于≠20,间距不大于15厘米.

-2. 纵向挡块设置有在端横梁外侧及内侧两种情况,一般以设置在内侧较佳.其长度、宽度由主梁问距及端横梁间距限制,而高度应高出端横梁底边不小于30厘米.配筋同上.

②空心板设置横向防震挡块及纵向防震锚栓设置如下:

-1. 横向挡块设置同上.

-2. 纵向可在支承及铰缝部位设置锚栓或采用桥面连续等措施.锚栓直径采用2￠32,在墩台帽内的锚固长度为15d.

③采用橡胶支座的桥面连续简支结构,仍需采取支承及铰缝部位设置锚栓或设置纵向挡块等措施防止较大的纵向位移.

④纵、横向挡块与梁体之间应留有一定空隙(如2～3厘米),并安装橡胶垫片.

⑤桥台背墙应予加强,梁端之问及梁端与桥台背墙之间应设置橡胶缓冲垫片.

⑥简支梁端至墩台边缘距离应满足(50+L)厘米,L为跨径.

⑦桩基础柱式墩顶部及底部在规范规定的一定范围内适当增加配筋.

⑧混凝土墩台应在设计说明中要求施工缝部位配置适当短钢筋.

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4.4.6.3 桩柱式桥墩台盖梁计算

对于钢筋混凝土多柱式墩台的盖梁,可按连续梁计算.一酒载对盖梁各孔的压力应根据实际可能发生的最不利情况布置.双柱式墩台,当盖梁的刚度与柱的刚度比大于5时,盖梁可按简支梁计算;当墩台承受较大横向力时,则盖梁应作为刚构的一部分进行计算.计算盖梁内力时,可考虑柱支承宽度的影响.

当盖粱的计算跨径与梁高之比,对于简支粱小于2．0,连续梁小于5．0时,盖梁应按深梁计算．具体计算方法参照相关设计规范.

4.4.7 桥墩

4.4.7.1 实体桥墩

1. 一般构造及特点

实体式桥墩主要靠自身的重力来平衡外力,从而保证桥墩的强度和稳定.实体桥墩由墩帽、墩身和基础三部分组成.

(1) 墩帽

墩帽直接支承桥跨结构,应力较集中,因此桥梁的墩帽采用C20以上的混凝土,加配8～12米米的构造钢筋,钢筋间距20厘米左右.小跨径的墩帽除严寒地区外,可不设构造钢筋.

在墩帽支座的形式及尺寸视上部构造要求而定.若采用板式橡胶支座并应考虑更换支座所需位置.当桥墩上相邻两孔的支座高度不同时,可用混凝土垫石调整.垫石内的钢筋应根据支点反力的大

8钢筋组成中距5～10厘米的小由计算决定.不设支承垫块的墩帽,在支承部位也要加钢筋,钢筋用

方格.墩帽的平面尺寸必须满足桥跨结构及支座布置的需要,并考虑安装上部构造时的施工要求.

当桥面较宽时,为了节省墩圬工数量,减轻结构自重,可选用悬臂式钢筋混凝土墩帽.悬臂式墩帽采用C20以上混凝土.墩帽的长度和宽度视上部构造的形式和尺寸、支座的尺寸和距离及上部构造大梁的施工吊装要求等条件而定;墩帽的高度视受力大小和钢筋排列的需要而定;悬出部分高度向两端头可逐渐缩小,悬臂两端的高度通常采用30～40厘米.

(2) 墩身

实体桥墩的墩身用C15或大于C15的片石混凝土浇筑,或用浆砌块石和料石,也可以用混凝土预制砌筑.用于梁式桥的墩身顶宽,小跨径桥不宜小于80厘米,中跨径桥不宜小于100厘米,大跨径桥的墩身顶宽视上部结构类型而定.墩身的侧坡坡度一般采用20:1～30:1,对中跨径且桥墩不高时可不设侧坡,做成竖直形.实体桥墩的截面形式有圆形、圆端形、尖端形、矩形等数种.从水力特性和桥墩阻

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水来看,圆形、圆端形、尖端形及菱形较好.圆形截面对各方向的水流阻水和导流情况相同,适应于潮夕河流或流向不定的桥位.矩形桥墩的优点是较节省圬工体积,施工模板制作简单,其缺点是对水流的阻碍较大,适用于无水处或静水河流,也可用作跨线及深谷高架桥墩.

石砌桥墩适用于盛产石料地区,符合就地取材、降低造价的原则,但它多靠人力施工,施工速度缓慢.石砌桥墩应采用强度等级不低于米U25的石料,大中桥用米5以上砂浆砌筑,小桥涵用不低于米2．5砂浆砌筑.

混凝土桥墩便于机械化施工,多用C15或C15以上混凝土浇筑,并可掺人不多于25％的片石.混凝土预制块桥墩的特点是基础工程与预制工作可平行作业,从而加快施工速度,并可节省模板,在具备吊装机具的工地可采用.预制块件的大小,随吊装机具的起重能力及运输条件而定.块件的形式、规格宜尽量少,以简化施工.预制块件用不低于C15混凝土制作,用米5～米10水泥砂浆砌筑,砌缝厚度不大于1．O厘米.空心块件砌筑后,用低强度混凝土或小石子混凝土填塞.

2. 对于斜桥墩设计

河流的流水方向与桥轴线斜交时,应使桥墩的轴线与流水方向一致,以减小阻水面积,此时桥梁轴线与桥墩轴线相斜交.实体斜桥墩以采用圆端形桥墩较为适宜,在静水或流速很小的河流中也有采用矩形或其他截面形式的桥墩.这种斜桥墩的主要构造基本上与正桥墩相同.

斜桥墩的宽度和长度视斜交角度的大小确定,其支座应配合斜交角度布置.作用在上部构造上的水平力有使大梁发l生侧向滑动的可能,所以一般在墩顶上增加钢筋混凝土防滑设置,并与边梁外侧顶紧,其尺寸随桥墩及上部构造的具体尺寸而定.

3. 拱形墩

在旧桥改建工程中,往往会遇到不允许中断交通的情况,这时采用拱形墩形式是比较方便的.

4. 实体墩设计与计算

(1) 拟定桥墩各部尺寸

首先根据上部构造的宽度选定墩顶的长度,再按相邻两孔支座的尺寸和距离并加上支座边缘至墩顶边缘的距离选定墩顶的宽度,然后按照选定的墩身两侧的斜度向下放坡,从而定出墩身底面尺寸及基础平面尺寸和厚度.悬臂式桥墩的墩帽尺寸和配筋量,除应符合上述构造要求外,并需根据荷载大小．通过计算确定.

尺寸拟定之后,可进行计算.若验算桥墩的强度及稳定性安全系数过高或过低时,则需重新拟定尺寸,并进行验算．使其既能满足构造上的要求,又能符合安全和经济的原则.

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凡墩身在横截面尺寸突变处(如基础顶面和基础底面等),都必须进行截面强度、偏心矩、稳定性等的验算.

(2) 设计时注意构造要求

对于斜交桥的浆砌片石重力式桥墩应注意:当斜度为40°～50°时,结构外露锐角处应做3厘米倒角;墩帽挡块内侧留有5厘米空隙,预制板安装就位后,外侧空隙插橡胶块填实,当有超高时．内侧空隙插橡胶块填实.

4.4.7.2 柱式桥墩

1. 柱式桥墩的构造及适用条件

柱式桥墩的形式,主要有单柱式、双柱式、哑铃式以及混合双柱式四种.在桥宽较大的城市桥梁和立交桥中,则常采用多柱式桥墩.柱身截面有圆形、方形、六角形、八角形等.

单柱式桥墩,适用于水流与桥轴斜交角大于15°的桥梁.在水流与桥轴斜交角小于

15°,仅有较小的漂流物或轻微的流冰河流中,可采用双柱式或多杜式墩,配以钻孔灌注桩基础具有施工便利、速度快、圬工体积积小、工程造价低和比较美观等优点．是桥梁建筑中较多采用的形式之一.在有较多的漂流物或较严重的流冰河流上,当漂流物卡在两柱中间可能使桥梁发生危险,或有其他特殊要求时,在双柱间加做40～60厘米厚的横隔墙,使其成为哑铃式桥墩.在有较严重的漂流物或流冰的河流上,当墩身较高时,可把高水位以E的墩身做成双柱式,高水位以下部分做成实体式的混合双柱式墩,这样既减少了水上部分的圬工体积,也增加了抵抗漂流物的能力.

2. 构造及要求

盖梁横截面形状一般为矩形或T形(或倒T形),底面形状有直线形和曲线形两种.直线形施工较简单,曲线形施工较复杂,但材料较为节省.盖梁宽度B依上部构造形式、支座间距和尺寸,同日寸’加上支座边缘至盖梁边缘的最小距离拟定,也要满足《公路工程抗震设汁规范》(JTJ 004—89)第4.4.3条的有关规定.盖梁高度H一般为梁宽的O．8—1．2倍.盖梁长度应大于上部构造两边梁(或边肋)间的距离,并应满足上部构造安装时的要求.设置橡胶支座的桥墩应预留更换支座所需的位置,即支座垫石的高度由端横隔板底与墩顶面之间的距离以能安置千斤顶来确定.支座下应设置钢筋网以分布应力.盖梁悬臂端高度矗不小于30厘米.各截面尺寸与配筋需要通过计算确定.盖梁一般就地浇注,施工及设计条件允许时,也有采用预制安装的盖梁及预应力混凝土盖梁.

墩柱主钢筋伸人盖梁或承台进行连接时,为使桩柱和盖梁或承台有较好的整体性,桩柱顶一般应嵌入盖梁或承台15～20厘米.露出桩柱顶的主筋可弯成与铅垂线约成15.倾斜角的喇叭形,并伸入盖

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