44桥梁基础知识

桥涵基础及水文计算黑龙江省公路桥梁勘测设计院有限公司二〇一七年九月·哈尔滨桥涵设计1、基础知识2、外业调查3、内业4、制图标准一：基础知识桥梁是跨越障碍物（河流、沟谷、其他道路、铁路等）的结构物。一：基础知识桥梁的组成传统的说法：桥梁主要由桥跨结构、墩台、基础、附属工程等部分组成……。随着大型桥梁的增多、结构先进性和复杂性的增强、对桥梁使用品质的要求越来越高，传统提法的局限性逐渐显露。现在的提法：桥梁由五大部件与五小部件组成。一：基础知识所谓“五大部件”是指——桥梁承受汽车或其他运输车辆荷载的桥跨上部结构与下部结构，它们必须通过承受荷载的计算与分析，是桥梁结构安全性的保证。五大部件：1）桥跨结构(或称桥孔结构、上部结构)。路线遇到障碍（如江河、山谷或其他路线等）的结构物。2）支座系统。支承上部结构并传递荷载于桥梁墩台上，它应保证上部结构预计的在荷载、温度变化或其他因素作用下的位移功能。3）桥墩。是在河中或岸上支承两侧桥跨上部结构的建筑物。4）桥台。设在桥的两端；一端与路堤相接，并防止路堤滑塌；另一端则支承桥跨上部结构的端部。为保护桥台和路堤填土，桥台两侧常做一些防护工程。5）墩台基础。是保证桥梁墩台安全并将荷载传至地基的结构。基础工程在整个桥梁工程施工中是比较困难的部分，而且常常需要在水中施工，因而遇到的问题也很复杂。◎前两个部件是桥跨上部结构，后三个部件是桥跨下部结构。一：基础知识所谓“五小部件”——是直接与桥梁服务功能有关的部件，过去总称为桥面构造。五小部件：1）桥面铺装(或称行车道铺装)。铺装的平整、耐磨性、不翘曲、不渗水是保证行车舒适的关键。特别是在钢箱梁上铺设沥青路面时，其技术要求甚严。2）排水防水系统。应能迅速排除桥面积水，并使渗水的可能性降至最小限度。城市桥梁排水系统应保证桥下无滴水和结构上无漏水现象。3）栏杆（或防撞栏杆）。它既是保证安全的构造措施，又是有利于观赏的最佳装饰件。4）伸缩缝。桥跨上部结构之间或桥跨上部结构与桥台端墙之间所设的缝隙，以保证结构在各种因素作用下的变位。为使行车顺适、不颠簸，桥面上要设置伸缩缝构造。5）灯光照明。现代城市中，大跨桥梁通常是一个城市的标志性建筑，大多装置了灯光照明系统，构成了城市夜景的重要组成部分。一：基础知识结构示意图一：基础知识墩柱台帽挡块盖梁护栏桥台侧墙一：基础知识墩柱盖梁挡块小箱梁支座垫石支座一：基础知识桥台台帽薄壁台台身一：基础知识1翼墙、耳墙定义：翼墙：指桥台前墙两端或涵洞口两侧设置的挡土墙，涵洞的翼墙还起导流作用。耳墙：指埋置式桥台或桩柱式桥台，与台帽梁（盖梁）连结成一体的小型挡土墙。一：基础知识翼墙翼墙耳墙耳墙一：基础知识2锥坡、护坡定义：锥坡:指在桥梁或涵洞与路堤衔接处，为保持路堤稳定而在桥梁两端或洞口两端构筑的锥形填土及其表面的石砌防护体。护坡：指桥台前面为防止土体滑落而构筑的土体及其表面的石砌防护体。一：基础知识锥坡护坡护坡锥坡锥坡一：基础知识3桥台及基础定义：桥台：是指桥梁两端与路堤衔接的支承上部结构并承受台后土压力的构造物。基础:扩大基础桩基础沉井基础一：基础知识台前护坡桩基础一：基础知识4桥墩及基础定义：桥墩：指支承桥梁上部结构而不承受土体侧压力的构造物。基础:扩大基础桩基础沉井基础一：基础知识一：基础知识钻孔灌注桩是指采用不同的钻孔方法，在土中形成一定直径的井孔，达到设计标高后，将钢筋骨架（笼）吊入井孔中，灌注混凝土形成的桩基础。一：基础知识一：基础知识制作、埋设护筒一：基础知识埋设护筒一：基础知识正反循环成孔，现在是在护筒上拉十字线，是使钻机的钻头对准桩的中心线，等钻机对准后往护筒里放水，采用泥浆护壁进行钻孔一：基础知识一：基础知识钢筋笼制作１一：基础知识一：基础知识起吊一：基础知识对准孔位一：基础知识钢筋笼安放就位一：基础知识水下混凝土灌注过程浇注水下混凝土不能将混凝土直接倾倒于水中。因为当混凝土直接与水接触穿过水层时，骨料和水泥很快将产生分离，骨料很快沉入水底，而水泥在较长时间内呼吁悬浮状态，当其下沉时，已凝结硬化。因此水下混凝土的浇注，必须在与周围环境水隔离的条件下进行。水下混凝土浇筑的方法很多。最常用的是导管法。一：基础知识一：基础知识桩头混凝土取样一：基础知识承台基础施工一：基础知识承台基础垫层一：基础知识承台钢筋绑架一：基础知识承台钢筋成型支模一：基础知识混凝土振捣一：基础知识承台浇筑完成养护一：基础知识承台拆模桥墩施工系梁位于墩柱上，是改善柱子及桩受力的结构，使桩或墩的整体刚度加强。一般为条状，连接同墩号两根桩，使两根桩或柱子连成共同受力的整体。一：基础知识一：基础知识盖梁施工一：基础知识桥梁分类多孔跨径总长L(m)单孔跨径Lk(m)特大桥L≥1000Lk≥150大桥100≤L＜100040≤Lk＜150中桥30＜L＜10020≤Lk＜40小桥8≤L≤305≤Lk＜20涵洞－Lk＜5一：基础知识上承式中承式中承式中承式下承式下承式梁式桥一：基础知识刚架桥悬索桥组合体系明石海峡大桥日本一：基础知识法国塔恩河河谷的云雾从米约高架桥下穿过米约大桥的设计非常精巧，让人无法置信的精巧，有一种蝴蝶般优雅细致的感觉一：基础知识赵州桥2、桥涵基础知识基础知识理论力学材料力学结构力学桥梁工程结构分析水力学初步认识力学分析与计算对材料的力学特性的分析与计算受力计算及方法结构受力计算及方法自由度分析主要承重构件的受力分析水文计算水头损失层流紊流流量、流速、冲刷计算3、桥涵软件目前常用计算软件上部计算下部计算桥梁博士水文计算Midascivil桥位设计计算系统(黑龙江版)桥梁通桥友1、桥涵外业调查记录小桥涵记录本原有桥涵记录本二、桥涵外业工作（1）、对于旧路上原有结构物，需要填写以下2个本子。（2）、对于新建道路，需要填写“小桥涵原始资料记录簿”。1、桥涵外业调查记录Q1K0+100XXX河90腐殖土30%1.8m卵石（12mm）30m5m3-13m，空心板梁肋板台、柱式墩，桩基础河道顺直，流速较慢，无流冰现象，河床多为细沙及卵石，河床稳定。砌石需外运，其他建筑材料充裕，建议采用钢混结构新建桥梁调查记录1、桥涵外业调查记录H1K0+100人工渠90腐殖土30%1.8m卵石（12mm）1.5m0.5m1-2×1m钢筋混凝土箱涵河道顺直，流速较慢，无流冰现象，河床多为细沙及卵石，河床稳定。砌石需外运，其他建筑材料充裕，建议采用钢混结构0.5m155.5156新建涵洞调查记录1、桥涵外业调查记录原有桥梁调查记录Q2K0+100XXX河901990663-1035.04钢筋混凝土空心板柱式墩，桩基础薄壁台，桩基础6011桥梁主梁破损严重，梁底出现横纵裂缝最大缝宽达2mm，梁底存在多处漏筋，钢筋腐蚀严重。下部保存完好，因修建年代较早，荷载等级无法满足现有标准要求，建议拆除新建。1、桥涵外业调查记录原有涵洞调查记录H2K0+100跨渠9019907.571-Φ1.014.5钢筋混凝土圆管涵管节破损严重，错节现象严重。路基塌陷，洞口已被淤泥堵死。建议拆除新建。向气象局收集每年汛期的各月最大风速和风向、每年年最大风速和风向；历年最高、最低日平均气温，历年最高、最低月平均气温，历年极端最高、最低气温；每年年降水量、降雪量、最大24小时降水量，最大三日降水量、土壤冻深等资料。2、外业资料收集（1）向国土资源局收集地质、地震、建筑材料等资料。收集不良地质的分布和规模，以及土壤类型、地形、地貌、植被情况等特征资料。（2）向水利局收集流域水系分布图，防洪规划设计、河堤设计文件、河道安全泄洪量及相应水位等资料。调查河道整治方案及实施时间。农灌（包括水库、水渠、水闸）规划设计。（3）向水文站收集测流断面位置、实测流量、流速、断面面积资料、每年最大流量值系列、河床、河滩糙率、洪水坡度、水位-流量、水位-面积关系曲线。有关气象、降雨资料。收集河段历年变迁的水文站有关实测资料。（4）沿线如有铁路、公路，则应向有关管理、养护部门调查既有桥涵建筑物的历史档案或图纸及使用情况。根据旧桥过水断面、桥前（下）水深、冲刷情况，初步判断旧桥孔径是否合适。（5）方法：（1）调查旧桥涵过水能力，孔径、高度，基础有无冲刷，冲刷深度。（2）对原有结构物进行水文验算，结构安全验算。（3）原有桥涵细部测量：中心桩号，角度，桥台背墙前缘桩号，中线左右桥宽，桥净宽，护拦、人行道宽度。桥面标高、基础顶面、墩台盖梁顶面标高。（4）如果没有竣工图，还要进行结构细部尺寸测量。（5）结构使用状态调查：按《公路桥涵养护规范》JTGH11—2011要求内容进行调查，并进行桥梁使用状态评定。3、原有桥涵调查：目的：原有构造物是否满足设计使用要求。（1）汇水面积：（2）河段调查：A.按规定绘制沿线水系图。核实低洼内涝内、分（滞）洪区的分布及主要水利工程位置和形式。B.从地形图上量绘沿线各汇水区面积、长度、宽度、坡度等特征值及主要水利工程控制的汇水面积。A.调查河道平面形状及形态，核对与地形图有无出入。B.调查支流、分流、滑坡、塌岸等现象。C.调查河床冲淤变化，河岸稳定程度。上游泥沙来源，历史上淤积高度和下切深度。D.调查水流泛滥宽度、根据河床形态、泥沙组成、植被情况，确定河床、河滩各部分洪水糙率。4、水文计算：（3）洪水位调查：A.收集的历史洪水资料，在河段两岸调查洪水发生的时间、洪痕位置、涨落过程、主流方向，调查有无漫流、分流及受人工建筑物的影响，调查河床断面冲淤变化情况。B.洪水调查的河段宜选择两岸有较多洪痕点，水流顺直稳定，无回流、分洪及人工建筑物影响，并宜靠近水文断面。C.同一次洪水应调查3个以上较可靠的洪痕点，作出标志，记录洪痕指定人的姓名、职业、年龄和叙述内容。根据指定的洪痕标志物情况，指定人对洪水记忆程度，综合分析、判断洪痕点的可靠性。填写洪水调查表。4、水文计算：（4）水文断面测绘——形态断面测量A、形态断面首先选在比较规则的顺直河段上，宜与流向垂直。其次断面选在洪痕分布较多、河岸稳定、冲淤不大、泛滥宽度较小、无死水和回流的位置。B、形态断面应在桥位上、下游各测绘一个；对河面不宽的中桥，可只测绘一个；当桥位断面符合水文断面条件时，桥位断面可作为水文断面。C、横向范围：平面宽滩河流测至历史最高洪水泛滥线以外50m。D、绘制内容：应标出河床地面线、植被和地质情况、糙率特征水位等。E、纵向范围：水文断面下游长度不小于1倍河道泛滥宽度，水文断面上游2倍泛滥宽度。无洪痕点时，可用常水位或河道纵断经修正代替。F、测绘内容：河床比降线、测时水面比降线、历次洪水比降线、水文断面及桥位断面位置。4、水文计算：小桥涵：A、根据流量观测资料推算设计流量B、地区性经验公式C、暴雨推理法D、径流形成法E、形态调查法F、直接类比法G、省院编写的经验公式大中桥：A、采用暴雨推理法B、水文观测站历年流量计算C、利用全国水文分区经验公式确定设计流量（观测资料特别的少）（5）流量计算4、水文计算：（6）设计水位计算推算设计流量对应的水位线高程即为设计水位高程4、水文计算：查皮尔逊III曲线kp值cs=3.5cvcs偏差系数cv变差系数p130Cv为均方差与均值比值（7）桥孔长度计算开阔、顺直微弯、及滩、槽可分的不稳定河段：A、式中Kq、n3与河道类型有关的系数和指数，查表确定。宽滩河段，宜按下式计算桥孔最小净长：B、式中：β—水流压缩系数滩、槽难分的不稳定河段：C、式中：B。——基本河槽宽度。Cp——洪水频率系数。4、水文计算：（8）冲刷计算及基础埋深河床自然演变冲刷A、包括河床逐年自然下切的变形和河槽横向变动引起的自然演变冲刷。桥下一般冲刷计算B、1)非粘性土河床的一般冲刷河槽部分河滩部分4、水文计算：2)粘性土河床的一般冲刷河槽部分河滩部分式中——单宽流量集中系数,取1.0~1.2;——冲刷坑范围内粘性土液性指数，适用范围为0.16~1.19。4、水文计算：墩台局部冲刷计算C、1)非粘性土河床桥墩局部冲刷当V≤当V式中：——桥身局部冲刷深度——墩形系数，可按附录B选用——桥墩设计宽度——一般冲刷后的最大水深——河床泥沙平均直径—