本章架构

1b413000 公路桥梁工程

1b413010 桥梁的构造

1b413020 常用模板、支架和拱架的设计与施工

1b413030 桥梁工程施工技术

1b413040  特殊地段施工

1b412050  隧道工程质量通病及防治措施

1b413000公路桥梁工程

1b413010桥梁的构造

1b413011桥梁的组成与类型

知识点一、桥梁组成

桥梁由上部结构、下部结构、支座系统和附属设施四个基本部分组成。桥梁附属设施包括桥面系、伸缩缝、桥头搭板和锥形护坡等，桥面系包括桥面铺装（或称行车道铺装）、排水防水系统、栏杆（或防撞栏杆）、灯光照明等。

知识点二、相关尺寸术语

1．梁式桥净跨径是设计洪水位上相邻两个桥墩（或桥台）之间的净距，用l₀表示。对于拱式桥是每孔拱跨两个拱脚截面最低点之间的水平距离。

2 ．总跨径是多孔桥梁中各孔净跨径的总和，也称桥梁孔径(∑l₀)，它反映了桥下宣泄洪水的能力。

3．计算跨径对于具有支座的桥梁，是指桥跨结构相邻两个支座中心之间的距离，用l表示。拱圈（或拱肋）各截面形心点的连线称为拱轴线，计算跨径为拱轴线两端点之间的水平距离。

4．桥梁全长简称桥长，是桥梁两端两个桥台的侧墙或八字墙后端点之间的距离，对于无桥台的桥梁为桥面系行车道的全长。

5．桥梁高度简称桥高，是指桥面与低水位之间的高差，或为桥面与桥下线路路面之间的距离。桥高在某种程度上反映了桥梁施工的难易性。

6．桥下净空高度是设计洪水位或计算通航水位至桥跨结构最下缘之间的距离，以h表示。

知识点三、桥梁的分类

（一）按桥梁的结构分类

按结构体系划分，有梁式桥、拱桥、刚架桥、悬索桥四种基本体系。

1．梁式体系

梁作为承重结构是以它的抗弯能力来承受荷载的。悬臂梁、固端梁和连续梁都是利用支座上的卸载弯矩去减少跨中弯矩，使梁跨内的内力分配更合理。

2．拱式体系

拱式体系的主要承重结构是拱肋（或拱箱），以承压为主，可采用抗压能力强的圬工材料（石、混凝土与钢筋混凝土）来修建。拱分单铰拱、双铰拱、三铰拱和无铰拱。拱是有推力的结构，对地基要求较高，一般常建于地基良好的地区。混凝土拱桥因铰的构造复杂、不易制作，故一般采用无铰拱体系。

3．刚架桥

刚架桥是介于梁与拱之间的一种结构体系，它是由受弯的上部梁（或板）结构与承压的下部柱（或墩）整体结合在一起的结构。

4．悬索桥

就是指以悬索为主要承重结构的桥。其主要构造是：缆、塔、锚、吊索及桥面，一般还有加劲梁。其受力特征是：荷载由吊索传至缆，再传至锚墩，传力途径简捷、明确。悬索桥的特点是：构造简单，受力明确；跨径愈大，材料耗费愈少、桥的造价愈低。悬索桥是大跨桥梁的主要形式，因其主要杆件受拉力，材料利用效率最高。

5．组合体系

(1)连续刚构

连续刚构都是由梁和刚架相结合的体系，它是预应力混凝土结构采用悬臂施工法而发展起来的一种新体系。

(2)梁、拱组合体系

（二）桥梁的其他分类

1．按用途划分，有公路桥、铁路桥、公路铁路两用桥、农桥、人行桥、运水桥（渡槽）及其他专用桥梁（如通过管路、电缆等）。

2．按桥梁全长和跨径的不同，分为特殊大桥、大桥、中桥和小桥。

3．按主要承重结构所用的材料划分，有圬工桥（包括砖、石、混凝土桥）、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、钢桥和木桥等。

4．按跨越障碍的性质，可分为跨河桥、跨线桥（立体交叉）、高架桥和栈桥。

5．按上部结构的行车道位置，分为上承式桥、下承式桥和中承式桥。

例题：属于桥梁附属设施的是（  ）。

a．锥形护坡

b．桥墩

c．桥跨结构

d．基础

答案：a   

解析：桥梁附属设施包括桥面系、伸缩缝、桥头搭板和锥形护坡等。

例题：按桥梁的结构体系划分，其基本体系有（  ）。

a．梁式桥

b．拱桥

c．刚架桥

d．悬索桥

e．斜拉桥

答案：a、b、c 、 d

解析：按结构体系划分，有梁式桥、拱桥、刚架桥、悬索桥等四种基本体系。

1b413012桥梁基础分类和受力特点

桥梁基础按施工方法可分为扩大基础、桩基础、管柱、沉井、地下连续墙等。

知识点一、扩大基础

所谓扩大基础，是将墩（台）及上部结构传来的荷载由其直接传递至较浅的支承地基的一种基础形式，一般采用明挖基坑的方法进行施工，故又称为明挖扩大基础或浅基础。

不配筋基础的材料都具有较好的抗压性，但抗拉、抗剪强度不高。

知识点二、桩基础

1．桩的分类

(1)按桩的使用功能分类

·竖向抗压桩。

·竖向抗拔桩。

·水平受荷桩。

·复合受荷桩。

(2)按桩承载性能分类

·摩擦桩。

·端承桩。

·摩擦端承桩。

·端承摩擦桩。

(3)按桩身材料分类

可分为木桩，混凝土桩，钢桩，组合桩等。

(4)按桩径大小分类

小桩：桩径d≤250mm。

中等直径桩：250mm<d<800mm。

大直径桩：桩径d≥800mm。

(5)按施工方法分类

可分为沉桩、钻孔灌注桩、挖孔桩，其中沉桩又分为锤击沉桩法、振动沉桩法、射水沉桩法、静力压桩法。

挖孔灌注桩适用于无地下水或少量地下水，且较密实的土层或风化岩层，如空气污染物超标，必须采取通风措施。

知识点三、管柱

它是一种深基础，埋人土层一定深度，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。

不适用于有严重地质缺陷的地区。完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。管柱基础按地基土的支承情况可分为以下两种：

(1)如管柱穿过土层落于基岩上或嵌于基岩中，则柱的支承力主要来自柱端岩层的阻力，称为支承式管柱基础；

(2)如管柱下端未达基岩，则柱的支承力将同时来自柱侧土的摩擦力和柱端土的阻力，称为摩擦式或支承及摩擦式管柱基础。

由于管柱基础的结构形式和受力状态类似桩基础，故其设计计算与桩基础类同。

知识点四、沉井

沉井基础是一种断面和刚度均比桩要大得多的井筒状结构。

沉井基础施工时占地面积小，坑壁不需设临时支撑和防水围堰或板桩围护，与大开挖相比较，挖土量少，对邻近建筑物的影响比较小，操作简便，无需特殊的专业设备。

沉井是桥梁墩台常用的一种深基础型式，有较大的承载面积，可以穿过不同深度覆盖层，将基底放置在承载力较大的土层或岩面上，能承受较大的上部荷载。

沉井基础刚度大，有较大的横向抗力，抗振性能可靠，尤其适用于竖向和横向承载力大的深基础。

沉井基础按其制造情况可分为就地浇筑下沉沉井、浮式沉井；

知识点五、地下连续墙

地下连续墙可用于除岩溶和地下承压水很高处的其他各类土层中施工。地下挡土墙墙体刚度大，主要承受竖向和侧向荷载，通常既要作为永久性结构的一部分，又要作为地下工程施工过程中的防护结构。

地下连续墙分类如下：

按成墙方式可分为桩排式、壁板式、组合式；

按墙的用途可分为临时挡土墙、用作主体结构一部分兼作临时挡土墙的地下连续墙、用作多边形基础兼作墙体的地下连续墙；

按挖槽方式大致可分为抓斗式、冲击式、回转式。

例题：桩基础按施工方法可分为（  ）。

a．管柱

b．沉桩

c．钻孔灌注桩

d．挖孔桩

e．摩擦桩

答案：bc

1b413013桥梁下部结构分类和受力特点

知识点一、桥梁下部结构分类

公路桥梁下部结构可分为重力式桥墩、重力式桥台、轻型桥墩、轻型桥台。

（一）重力式墩、台

重力式桥墩与重力式桥台的主要特点是靠自身重量来平衡外力而保持其稳定。

主要缺点是圬工体积较大，因而其自重和阻水面积也较大。

拱桥重力式桥墩分为普通墩与制动墩，制动墩要能承受单向较大的水平推力，防止出现一侧的拱桥倾坍，因而尺寸较厚实；与梁桥重力式桥墩相比较，具有拱座等构造设施。

（二）轻型墩、台

1．梁桥轻型桥墩、台

(1)梁桥轻型桥墩

·钢筋混凝土薄壁桥墩：施工简便，外形美观，过水性良好，适用于低级土软弱的地区。需耗费用于立模的木料和一定数量的钢筋。

 (2)梁桥轻型桥台

2．拱桥轻型桥墩、台

(1)拱桥轻型桥墩

·带三角杆件的单向推力墩：只在桥不太高的旱地上采用。

·悬臂式单向推力墩：适用于两铰双曲拱桥。

(2)拱桥轻型桥台

拱桥轻型桥台适用于13m以内的小跨径拱桥和桥台水平位移量很小的情况。其工作原理是，当桥台受到拱的推力后，便发生绕基底形心轴而向路堤方向的转动，此时台后的土便产生抗力来平衡拱的推力，从而使桥台的尺寸较小。

·八字形桥台：适合于桥下需要通车或过水的情况；

·u字形桥台：适合于较小跨径的桥梁；

·背撑式桥台：适用于较大跨径的高桥和宽桥；

·靠背式框架桥台：适合于在非岩石地基上修建拱桥桥台。拱桥的其他形式桥台

·组合式桥台：适用于各种地质条件；

·空腹式桥台：一般是在软土地基、河床无冲刷或冲刷轻微、水位变化小的河道上采用；

·齿槛式桥台：适用于软土地基和路堤较低的中小跨径拱桥。

知识点二、桥梁下部结构的构造特点与受力特点

 （二）桥梁下部结构的受力特点

桥梁墩台承担着桥梁上部结构所产生的荷载，并将荷载有效地传递给地基基础，起着“承上启下”的作用。

例题：下列桥墩中属于梁桥轻型桥墩的有（  ）。

a．钢筋混凝土薄壁桥墩

b．柱式桥墩

c．柔性排架桥墩

d．钻孔桩柱式桥墩

e．悬臂式单向推力墩

答案：abcd

例题：下列桥台中属于梁桥轻型桥台的有（  ）。

a．有支撑梁的轻型桥台

b．埋置式桥台

c．钢筋混凝土薄壁桥台

d．加筋土桥台

e．组合式桥台

答案：abcd

1b413014桥梁上部结构分类和受力特点

1．斜交板桥

(1)荷载有向两支承边之间最短距离方向传递的趋势；

(2)各角点受力情况可用比拟连续梁的工作来描述，钝角处产生较大的负弯矩，反力也较大，锐角点有向上翘起的趋势；

(3)在均布荷载作用下，当桥轴向的跨长相同时，斜板桥的最大跨内弯矩比正桥要小；

(4)在均布荷载作用下，当桥轴向的跨长相同时，斜板桥的跨中横向弯矩比正桥要小。

2．装配式钢筋混凝土简支t梁：梁肋与翼板（桥面板）结合在一起作为承重结构，肋与肋之间的处于受拉区域的混凝土得到较大挖空，减轻结构自重。既充分利用扩展的桥面板的抗压能力，又有效地发挥了梁肋下部受力钢筋的抗拉作用。

3．预应力混凝土简支t梁：预应力混凝土简支梁存在核心距的概念，其越大则抗力效应增加，为提高核心距，在构造上可采用大翼缘、薄肋板、宽矮马蹄的结构形式。配合梁内正弯矩的分布，防止出现拉应力，纵向预应力筋须在梁端弯起或中间截断张拉。但弯起可增强支点附近的抗剪能力。

4．连续体系桥梁

(1)由于支点存在负弯矩，使跨中正弯矩显著减少，可以减少跨内主梁的高度，提高跨径，当加大支点截面附近梁高形成变截面时，还可进一步降低跨中弯矩；

(2)由于是超静定结构，产生附加内力的因素包括预应力、混凝土的收缩徐变、墩台不均匀沉降、截面温度梯度变化等；

(3)配筋要考虑正负两种弯矩的要求，顶推法施工要考虑截面正负弯矩的交替变化。

5．斜拉桥

(1)斜拉索相当于增大了偏心距的体外索，充分发挥抵抗负弯矩的能力，节约钢材；

(2)斜拉索的水平分力相当于混凝土的预压力；

(3)主梁多点弹性支承，高跨比小，自重轻，提高跨径。

6．悬索桥

(1)主缆为主要承重结构，其巨大的拉力需要牢固的地锚承受，对于连续吊桥，中间地锚的两侧拉索水平推力基本平衡，主要利用自重承受向上的竖向力；

(2)主缆的变形非线性，一般采用挠度理论或变形理论。

7．拱桥

拱桥的拱圈是桥跨结构的主要承载部分，在竖直荷载作用下，拱端支撑处不仅有竖向反力，还有水平推力，这样拱的弯矩比相同跨径的梁的弯矩小得多，而使整个拱主要承受压力。

例题：拱桥的承重结构以（  ）为主。

a．受拉

b．受压

c．受弯

d．受扭

答案：b

1b413015桥梁计算荷载

知识点一、桥梁设计作用的分类

直接作用，亦称荷载，和间接作用。公路桥涵设计采用的作用分为永久作用、可变作用和偶然作用三类。

知识点二、桥梁工程作用取值方法

（一）公路桥涵设计时，对不同作用应采用不同的代表值

1．永久作用应采用标准值作为代表值。

2．可变作用应根据不同的极限状态分别采用标准值、频遇值或准永久值作为其代表值。承载能力极限状态设计及按弹性阶段计算结构强度时应采用标准值作为可变作用的代表值。正常使用极限状态按短期效应（频遇）组合设计时，应采用频遇值作为可变作用的代表值；按长期效应（准永久）组合设计时，应采用准永久值作为可变作用的代表值。

3．偶然作用取其标准值作为代表值。

（二）作用的代表值按下列规定取用

1．永久作用的标准值，对结构自重（包括结构附加重力），可按结构构件的设计尺寸与材料的重力密度计算确定。

2．可变作用的标准值应符合下列规定。

(1)汽车荷载分为公路一i级和公路一ⅱ级；汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。桥梁结构的整体计算采用车道荷载；桥梁结构的局部加载、涵洞、桥台和挡土墙土压力等的计算采用车辆荷载。车辆荷载与车道荷载的作用不重叠。

(3)公路-i级车道荷载的均布荷载标准值为q_k=10. 5kn/m;集中荷载标准值按以下规定选取：桥梁计算跨径小于或等于5m时，p_k=180kn;桥梁计算跨径等于或大于50m时，p_k=360kn；桥梁计算跨径在5～50m之间时，p_k值采用直线内插求得。计算剪力效应时，上述集中荷载标准值p_k应乘以1.2的系数。

(4)公路一ⅱ级车道荷载的均布荷载标准值q_k和集中荷载标准值p_k按公路一i级车道荷载的0. 75倍采用。

(5)车道荷载的均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上；集中荷载标准值只作用于相应影响中一个最大影响线峰值处。

(6)人群荷载标准值按下列规定采用当桥梁计算跨径小于或等于50m时，人群荷载标准值为3.0kn/m²；当桥梁计算跨径等于或大于150m时，人群荷载标准值为2.5kn/m²；当桥梁计算跨径在50～150m之间时，可由线性内插得人群荷载标准值。对跨径不等的连续结构，以最大计算跨径为准。城镇郊区行人密集地区的公路桥梁，人群荷载标准值取上述规定值的1. 15倍。专用人行桥梁，人群荷载标准值为3. 5kn/m²。

3.偶然作用应根据调查、试验资料，结合工程经验确定其标准值。

（三）作用的设计值规定为作用的标准值乘以相应的作用分项系数。

知识点三、作用组合效应

（一）公路桥涵结构设计应考虑结构上可能同时出现的作用，按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行作用效应组合，取其最不利效应组合进行设计：

1．在结构上可能同时出现的作用，才进行其效应的组合。当结构或结构构件需做不同受力方向的验算时，则应以不同方向的最不利的作用效应进行组合。

2．可变作用的出现对结构或结构构件产生有利影响时，该作用不应参与组合。

3．施工阶段作用效应的组合，应按计算需要及结构所处条件而定，结构上的施工人员和施工机具设备均应作为临时荷载加以考虑。组合式桥梁，当把底梁作为施工支撑时，作用效应宜分两个阶段组合，底梁受荷为第一个阶段，组合梁受荷为第二个阶段。

4．几个偶然作用不同时参与组合。

（二）公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时，应采用以下两种作用效应组合：

1．基本组合。永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相结合。

2．偶然组合。永久作用标准值效应与可变作用某种代表值效应、一种偶然作用标准值效应相组合。偶然作用的效应分项系数取1.0；与偶然作用同时出现的可变作用，可根据观测资料和工程经验取用适当的代表值。

 

（三）公路桥涵结构按正常使用极限状态设计时，应根据不同的设计要求，采用以下两种效应组合：

1．作用短期效应组合。永久作用标准值效应与可变作用频遇值效应相组合。

2．作用长期效应组合。永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合。

例题：公路桥涵设计采用的偶然作用包括有（  ）。

a．地震作用

b．船舶或漂流物的撞击作用

c．汽车制动力

d．汽车撞击作用

e．基础变位作用

答案：abd