二、橋梁工程

　　(一)橋梁組成與分類

　　1.橋梁的基本組成部分

　　橋梁是供鐵路、道路、渠道、管線、行人等跨越河流、山谷或其他交通線路等各種障礙物時所使用的承載結構物。通常可劃分為上部結構和下部結構

　　(1)上部結構(也稱橋跨結構)

　　上部結構是指橋梁結構中直接承受車輛和其他荷載，并跨越各種障礙物的結構部分。一般包括橋面構造(行車道、人行道、欄桿等)、橋梁跨越部分的承載結構和橋梁支座。

　　(2)下部結構

　　下部結構是指橋梁結構中設置在地基上用以支承橋跨結構，將其荷載傳遞至地基的結構部分。一般包括橋墩、橋臺及墩臺基礎。

　　2.橋梁的分類

　　(1)根據橋梁主跨結構所用材料，橋梁可劃分為木橋、圬工橋(包括磚、石、混凝土橋)、鋼筋混凝土橋、預應力混凝土橋和鋼橋。

　　(2)根據橋梁所跨越的障礙物，橋梁可劃分跨河橋、跨海峽橋、立交橋(包括跨線橋)、高架橋等。

　　(3)根據橋梁的用途，可將其劃分為公路橋、鐵路橋、公鐵兩用橋、人行橋、運水橋、農橋以及管道橋等。

　　(4)根據橋梁跨徑總長 L 和單孔跨徑 LK 的不同

　　(5)根據橋面在橋跨結構中的位置，橋梁可分為上承式、中承式和下承式橋。

　　(6)根據橋梁的結構形式，橋梁可劃分為梁式橋、拱式橋、剛架橋、懸索橋和組合式橋。

　　(二)橋梁上部結構

　　1.橋面構造

　　(1)橋面鋪裝及排水、防水系統

　　1)橋面鋪裝。橋面鋪裝即行車道鋪裝，亦稱橋面保護層。橋面鋪裝的形式有：

　　①水泥混凝土或瀝青混凝土鋪裝。橋上的瀝青混凝土鋪裝可以做成單層式的或雙層式的。

　　②防水混凝土鋪裝。為了延長橋面鋪裝層的使用年限，宜在上面鋪筑厚 20mm 的瀝青表面做磨耗層。

　　為使鋪裝層具有足夠的強度和良好的整體性(亦能起聯系各主梁共同受力的作用)，一般宜在混凝土中鋪設直徑為 4～6mm 的鋼筋網。

　　2)橋面縱橫坡

　　橋上縱坡機動車道不宜大于 4.0%，非機動車道不宜大于 2.5%;橋頭引道機動車道縱坡不宜大于 5.0%。高架橋橋面應設不小于 0.3%。

　　橋面的橫坡，一般采用 1.5%～3%。通常是在橋面板頂面鋪設混凝土三角墊層來構成;對于板梁或就　地澆筑的肋梁橋，為了節省鋪裝材料，并減輕重力，可將橫坡直接設在墩臺頂部而做成傾斜的橋面板，此時不需要設置混凝土三角墊層;在比較寬的橋梁中，用三角墊層設置橫坡將使混凝土用量與恒載重量增加過多，在此情況下可直接將行車道板做成雙向傾斜的橫坡，但這樣會使主梁的構造和施工稍趨復雜。

　　3)橋面排水和防水設施

　　①橋面排水

　　排水管道應采用堅固的、抗腐蝕性能良好的材料制成，管道直徑不宜小于 150mm。排水管道的間距可根據橋梁匯水面積和橋面縱坡大小確定：縱坡大于 2%的橋面設置排水管的截面積不宜小于 60mm2/m2;縱坡小于 1%的橋面設置排水管的截面積不宜小于 100mm2/m2;南方潮濕地區和西北干燥地區可根據暴雨強度適當調整。當中橋、小橋的橋面設有不小于 3%的縱坡時，橋上可不設排水口，但應在橋頭引道上兩側設置雨水口。

　　瀝青混凝土鋪裝在橋跨伸縮縫上坡側現澆帶與瀝青混凝土相接處應設置滲水管。高架橋橋面應設置橫坡及不小于 0.3%的縱坡。

　　②防水層。

　　橋面鋪裝應設置防水層，橋面防水層設置在橋面鋪裝層下面。

　　圬工橋臺臺身背墻、拱橋拱圈頂面及側墻背面應設置防水層。

　　(2)伸縮縫

　　為滿足橋面變形的要求，通常在兩梁端之間、梁端與橋臺之間或橋梁的鉸接位置上設置伸縮縫。

　　1)伸縮縫的構造要求。要求伸縮縫在平行、垂直于橋梁軸線的兩個方向，均能自由伸縮，牢固可靠，車輛行駛過時應平順、無突跳與噪聲;要能防止雨水和垃圾泥土滲入造成阻塞;安裝、檢查、養護、消除污物都要簡易方便。在設置伸縮縫處，欄桿與橋面鋪裝都要斷開。

　　2)伸縮縫的類型。

　　①鍍鋅薄鋼板伸縮縫。這是一種簡易的伸縮縫，目前在中小跨徑的裝配式簡支梁橋上，當梁的變形量在 20～40mm 以內時常選用。

　　②鋼伸縮縫。鋼伸縮縫由鋼材制作，它能直接承受車輛荷載，并根據伸縮量的大小調整鋼蓋板的厚度，鋼伸縮縫也宜于在斜橋上使用。它的構造比較復雜，只有在溫差較大的地區或跨徑較大的橋梁上才采用。當跨徑很大時，一方面要加厚鋼板，另一方面需要采用更完善的梳形鋼板伸縮縫。

　　③橡膠伸縮縫。它是以橡膠帶作為跨縫材料。這種伸縮縫的構造簡單，使用方便，效果好。在變形量較大的大跨度橋上，可以采用橡膠和鋼板組合的伸縮縫。

　　(3)人行道、欄桿、燈柱

　　橋梁上的人行道寬度由行人交通量決定，可選用 0.75m、1m，大于 1m 按 0.5m 倍數遞增。行人稀少地區可不設人行道，為保障行車安全改用安全帶。

　　1)安全帶。不設人行道的橋上，兩邊應設寬度不小于 0.25m，高為 0.25～0.35m 的護輪安全帶。安全帶可以做成預制件或與橋面鋪裝層一起現澆。

　　2)人行道。人行道一般高出行車道 0.25～0.35m。

　　3)欄桿、燈柱。欄桿的高度一般為 0.8～1.2m，標準設計為 1.0m;欄桿間距一般為 1.6～2.7m，標準設計為 2.5m。

　　2.承載結構

　　橋梁的承重結構因其結構形式而異。

　　(1)梁式橋

　　梁式橋是指其結構在垂直荷載作用下，其支座僅產生垂直反力，而無水平推力的橋梁。梁式橋的特點是其橋跨的承載結構由梁組成。梁式橋可分為簡支梁式橋、連續梁式橋、懸臂梁橋。

　　1)簡支梁式橋。是梁式橋中應用最早，使用最廣泛的橋形之一。它受力明確、設計計算較容易，且構造簡單，施工方便。簡支梁橋是靜定結構，其各跨獨立受力。橋梁工程中廣泛采用的簡支梁橋有三種類型：

　　①簡支板橋。簡支板橋主要用于小跨度橋梁。跨徑在 4～8m 時，采用鋼筋混凝土實心板橋;跨徑在6～13m 時，采用鋼筋混凝土空心傾斜預制板橋;跨徑在 8～16m 時，采用預應力混凝土空心預制板橋。

　　②肋梁式簡支梁橋(簡稱簡支梁橋)。簡支梁橋主要用于中等跨度的橋梁。

　　③箱形簡支梁橋。箱形簡支梁橋主要用于預應力混凝土梁橋。尤其適用于橋面較寬的預應力混凝土橋梁結構和跨度較大的斜交橋和彎橋。

　　2)連續梁式橋和懸臂梁式橋。連續梁橋是大跨度橋梁廣泛采用的結構體系之一，一般采用預應力混凝土結構。

　　預應力混凝土連續梁按其截面變化可分為等截面連續梁和變截面連續梁;按其各跨的跨長可分為等跨連續梁和不等跨連續梁;按其截面形式可分為板式截面連續梁、肋梁式截面連續梁和箱形截面連續梁。

　　懸臂梁橋相當于簡支梁橋的梁體越過其支點向一端或兩端延長所形成的梁式橋結構。其結構特點是懸臂跨與掛孔跨交替布置，通常為奇數跨布置。

　　T 形剛架橋是由橋跨梁體與橋墩(臺)剛接形成的具有懸臂受力特點的無支座 T 形梁式橋結構。通常全橋由兩個或多個 T 形剛架通過鉸或掛梁相連所組成。

　　(2)拱式橋

　　拱式橋的特點是其橋跨的承載結構以拱圈或拱肋為主。

　　拱式橋在豎向荷載作用下。兩拱腳處不僅產生豎向反力，還產生水平反力(推力)。

　　設計合理的拱主要承受拱軸壓力，拱截面內彎矩和剪力均較小，因此可充分利用石料或混凝土等抗壓能力強而抗拉能力差的圬工材料。

　　拱式橋對地基要求很高，適建于地質和地基條件良好的橋址。

　　拱橋按其結構體系分為：

　　1)簡單體系拱橋

　　在簡單體系拱橋中，拱橋的傳力結構不與主拱形成整體共同承受荷載。橋上的全部荷載由主拱單獨承受，它們是橋跨結構的主要承重構件。拱的水平推力直接由墩臺或基礎承受。

　　2)組合體系拱橋。根據構造方式及受力特點，組合體系拱橋可分為桁架拱橋、剛架拱橋、桁式組合拱橋和拱式組合體系橋等四大類。

　　(3)剛架橋

　　剛架橋是由梁式橋跨結構與墩臺(支柱、板墻)整體相連而形成的結構體系。

　　(4)懸索橋

　　懸索橋又稱吊橋，是最簡單的一種索結構。現代懸索橋一般由橋塔、主纜索、錨碇、吊索、加勁梁

　　及索鞍等主要部分組成。

　　1)橋塔。橋塔是懸索橋最重要的構件。橋塔的高度主要由橋面標高和主纜索的垂跨比 f/L 確定，

　　通常垂跨比 f/L 為 1/9～1/12。大跨度懸索橋的橋塔主要采用鋼結構和鋼筋混凝土結構。其結構形式可分為桁架式、剛架式和混合式三種。剛架式橋塔通常采用箱形截面。

　　橋塔標高=橋面標高+(f/L×主跨徑+最短吊索的長度)

　　2)錨碇

　　3)主纜索。主纜索是懸索橋的主要承重構件，可采用鋼絲繩鋼纜或平行絲束鋼纜，大跨度吊橋的主纜索多采用后者。

　　4)吊索。吊索也稱吊桿，是將加勁梁等恒載和橋面活載傳遞到主纜索的主要構件。吊索可布置成垂直形式的直吊索或傾斜形式的斜吊索，其上端通過索夾與主纜索相連，下端與加勁梁連接。吊索與主纜索連接有兩種方式：鞍掛式和銷接式。吊索與加勁梁連接也有兩種方式：錨固式和銷接固定式。

　　5)加勁梁。加勁梁是承受風載和其他橫向水平力的主要構件。大跨度懸索橋的加勁梁均為鋼結構，通常采用桁架梁和箱形梁。預應力混凝土加勁梁僅適用于跨徑 500mm 以下的懸索橋，大多采用箱形梁。

　　6)索鞍

　　(5)組合式橋

　　斜拉橋是典型的懸索結構和梁式結構組合的，由主梁、拉索及索塔組成的組合結構體系。

　　拉索是斜拉橋的主要承重構件。目前采用較多的有平行鋼絲束，鋼絞線束和封閉式鋼索，在某些橋

　　上還有采用高強鋼筋和型鋼。

　　(三)橋梁下部結構

　　1.橋墩

　　(1)實體橋墩

　　實體橋墩由墩帽、墩身和基礎組成。大跨徑的墩帽厚度一般不小于 0.4m，中小跨梁橋也不應小于0.3m，并設有 50～100mm 的檐口。墩帽采用 C20 號以上的混凝土，加配構造鋼筋，小跨徑橋的墩帽除嚴寒地區外，可不設構造鋼筋。在墩帽放置支座的部位，應布置一層或多層鋼筋網。當橋墩上相鄰兩孔的支座高度不同時，需加設混凝土墊石予以調整，并在墊石內設置鋼筋網。

　　(2)空心橋墩

　　空心橋墩按壁厚分為厚壁與薄壁兩種，一般用壁厚與中面直徑(即同一截面的中心線直徑或寬度)的比來區分：t/D≥1/10 為厚壁，t/D<1/10 為薄壁。

　　空心橋墩在構造尺寸上應符合下列規定：

　　1)墩身最小壁厚，對于鋼筋混凝土不宜小于 300mm，對于素混凝土不宜小于 500mm。

　　2)墩身內應設橫隔板或縱、橫隔板，通常的做法是：對 40m 以上的高墩，不論壁厚如何，均按6～10m 的間距設置橫隔板。

　　3)墩身周圍應設置適當的通風孔與泄水孔，孔的直徑不宜小于 200mm;墩頂實體段以下應設置帶門的進入洞或相應的檢查設備。薄壁空心墩按計算配筋，一般配筋率在 0.5%左右，也有只按構造要求配筋的。

　　(3)柱式橋墩

　　柱式橋墩一般由基礎之上的承臺、柱式墩身和蓋梁組成。柱式橋墩的墩身沿橋面橫向布置，通常由1～4 根立柱組成，柱身為 0.6～1.5m 的大直徑圓柱或方形、六角形等，使墩身具有較大的強度和剛度。

　　當墩身高度大于 6～7m 時，可設橫系梁加強柱身橫向聯系。

　　(4)柔性墩

　　柔性墩是橋墩輕型化的途徑之一，它是在多跨橋的兩端設置剛性較大的橋臺，中墩均為柔性墩。

　　典型的柔性墩為柔性排架樁墩，是由成排的預制鋼筋混凝土沉入樁或鉆孔灌注樁頂端連以鋼筋混凝土蓋梁組成。多用在墩臺高度 5～7m，跨徑一般不宜超過 13m 的中、小型橋梁上。

　　柔性排架樁墩分單排架和雙排架墩。單排架墩一般適用于高度不超過 4～5m。樁墩高度大于 5.0m 時，為避免行車時可能發生的縱向晃動，宜設置雙排架墩;當受樁上荷載或支座布置等條件限制不能采用單排架墩時，也可采用雙排架墩。

　　(5)框架墩

　　框架墩采用壓撓和撓曲構件，組成平面框架代替墩身，支承上部結構，必要時可做成雙層或更多層的框架支承上部結構。

　　2.橋臺

　　按照橋臺的形式，可分為：重力式橋臺、輕型橋臺、框架式橋臺、組合式橋臺。

　　(1)重力式橋臺

　　重力式橋臺主要靠自重來平衡臺后的土壓力，橋臺本身多數由石砌、片石混凝土或混凝土等圬工材料建造，并用就地澆筑的方法施工。重力式橋臺依據橋梁跨徑、橋臺高度及地形條件的不同有多種形式，常用的類型有 U 形橋臺、埋置式橋臺、八字式和耳墻式橋臺。埋置式橋臺將臺身埋置于臺前溜坡內，不需要另設翼墻，僅由臺帽兩端耳墻與路堤銜接。

　　1)臺帽與背墻。橋臺頂帽由臺帽和背墻兩部分組成。臺帽采用 C20 素混凝土或鋼筋混凝土，其中鋼筋的布置和支座邊緣到臺身的最小距離與橋墩相同。

　　2)臺身

　　3)翼墻及耳墻。

　　U 形橋臺的翼墻，外側呈直立，內側為 3：1～5：1 的斜坡。八字式和一字式的翼墻，根據近年的設計經驗，墻頂寬取 0.4m，外側用 10：1 斜坡，內側可用 8：1～10：1，翼墻的長度根據實地地形確定，尾端應保持一個相當高度。

　　埋置式橋臺的擋土采用耳墻，耳墻長度不宜太長，一般不超過 3～4m。厚度為 0.15～0.3m，高度為0.5～2.5m，耳墻應將主筋伸入臺帽或背墻借以錨固。

　　(2)輕型橋臺

　　輕型橋臺一般由鋼筋混凝土材料建造，其特點是用這種結構的抗彎能力來減少圬工體積而使橋臺輕型化。

　　輕型橋臺適用于小跨徑橋梁，橋跨孔數與輕型橋墩配合使用時不宜超過 3 個，單孔跨徑不大于13m，多孔全長不宜大于 20m。

　　(3)框架式橋臺

　　適用于地基承載力較低、臺身較高、跨徑較大的梁橋。其構造形式有柱式、肋墻式、半重力式和雙排架式、板凳式等。

　　框架式橋臺均采用埋置式，臺前設置溜坡。為滿足橋臺與路堤的連接，在臺帽上部設置耳墻，必要時在臺帽前方兩側設置擋板，以防溜坡土進入支座部位。

　　(4)組合式橋臺

　　為使橋臺輕型化，橋臺本身主要承受橋跨結構傳來的豎向力和水平力，而臺后的土壓力由其他結構來承受，形成組合式的橋臺。常見的有錨定板式、過梁式、框架式以及橋臺與擋土墻的組合等形式。

　　3.墩臺基礎

　　(1)擴大基礎

　　這是橋涵墩臺常用的基礎形式。它屬于直接基礎，是將基礎底板設在直接承載地基上，來自上部結構的荷載通過基礎底板直接傳遞給承載地基。其平面常為矩形，平面尺寸一般較墩臺底面要大一些。基礎較厚時，可在縱橫兩個剖面上都砌筑成臺階形。

　　(2)樁基礎。當地基淺層地質較差，持力土層埋藏較深，需要采用深基礎才能滿足結構物對地基強度、變形和穩定性要求時，可用樁基礎。

　　(3)管柱基礎。是一種深基礎，埋入土層一定深度，柱底盡可能落在堅實土層或錨固于巖層中，

　　作用在承臺的全部荷載，通過管柱傳遞到深層的密實土或巖層上。

　　管柱基礎因其施工方法和工藝較為復雜，所需機械設備較多，所以較少采用。但當橋址處的地質水文條件十分復雜，如大型的深水或海中基礎，特別是深水巖面不平、流速大或有潮汐影響等自然條件下，不宜修建其他類型基礎時，可采用管柱基礎。

　　管柱基礎主要適用于巖層、緊密黏土等各類緊密土質的基底，并能穿過溶洞、孤石支承在緊密的土層或新鮮巖層上，不適用于有嚴重地質缺陷的地區，如斷層擠壓破碎帶或嚴重的松散區域。

　　管柱按材料分類有由鋼筋混凝土管柱、預應力混凝土管柱及鋼管柱三種。

　　(4)沉井基礎。橋梁工程常用沉井作為墩臺的梁基礎。通常用混凝土或鋼筋混凝土制成。它既是基礎，又是施工時的擋土和擋土圍堰結構物。

　　當橋梁結構上部荷載較大，而表層地基土的容許承載力不足，但在一定深度下有好的持力層，擴大基礎開挖工作量大，施工圍堰支撐有困難，或采用樁基礎受水文地質條件限制時，此時采用沉井基礎與其他深基礎相比，經濟上較為合理。

　　此外，還有地下連續墻基礎、組合式基礎等。

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