【精品课件】高速公路勘察设计.ppt

10 桥梁、通道及涵洞,一、设计要点编制背景二、设计要点第十章主要内容的讲解,一、设计要点编制背景 交通运输厅文件浙交 2009 100号关于进一步提高公路工程设计质量的若干意见的发布。中小跨径桥梁典型病害防治研究课题通过省交通运输厅鉴定。交通运输厅文件浙交200865号文关于对独柱式桥墩桥梁进行稳定性复核验算的通知的发布。由交通部专家委员会主办的山区高速公路、桥梁、隧道关键技术研讨会于2006年召开,10 桥梁、通道及涵洞,一、设计要点编制背景 交通运输厅文件浙交 2009 100号文关于进一步提高公路工程设计质量的若干意见的发布1.必须限制使用空心板2.慎用独柱式桥墩曲线梁桥3.提高钢筋混凝土结构的耐久性 4.强化软土地基路段的通道、小桥涵的基础设计5.原则上不得采用桥面连续结构6.桥梁伸缩缝伸缩量不大于80mm时，推荐异形钢伸缩装置,10 桥梁、通道及涵洞,一、设计要点编制背景中小跨径桥梁典型病害防治研究课题通过省交通运输厅鉴定 我国桥梁使用现状截至2009年年底，全国各类桥梁达62万座。2001年至2007年，我国交通系统在6年内就对1万余座桥梁进行了加固或改造。截至2004年底，全国普查出危桥13303座，长达46.9万延米。危桥数量预计大于以上数据，而且还呈发展态势。,10 桥梁、通道及涵洞,在役桥梁结构的总体状况中国,2004年危桥按数量分布图,7%,12%,32%,43%,6%,浙江省桥梁使用现状,截至2009年底，浙江省公路桥梁43195座，桥梁总长度达205.3万米，居全国第三位。2001年至2007年间，浙江省已投入经费30782万元，维修加固改造省内桥梁1144座，交通部补助浙江省危桥修复改造经费5891万元，修复改造桥梁134座。,浙江省桥梁使用现状,浙江省现有的桥梁主要形式是梁式桥，约占九成多，大多数是钢筋混凝土及预应力混凝土梁桥。2008年6月省交通厅组织的对省内多条高速公路、地方道路桥梁的调查结果显示，桥梁病害主要集中在上部结构与桥面铺装及支座、伸缩缝附属构造。上部结构的梁板出现超限裂缝、腐蚀破坏、挠度过大、纵向铰缝破坏、单板受力，以及斜交桥梁的横向错位等诸多病害。而下部结构的病害主要是墩台盖梁的负弯矩区裂缝。,浙江省中小跨径桥梁典型病害调查结果（共调查2750座）,有典型病害的桥梁所占比例,典型病害比例,1、预应力混凝土空心板底部有纵向裂缝；2、钢筋混凝土空心板底部有横向裂缝；3、互通匝道小半径钢筋混凝土现浇箱梁裂缝；4、空心板桥梁铰缝破碎，或已出现单板受力；5、桥台、桥墩盖梁负弯矩区有裂缝；6、连续桥面裂缝病害。,一、设计要点编制背景独柱式桥墩桥梁进行稳定性复核验算1.交通运输厅文件浙交200865号文关于对独柱式桥墩桥梁进行稳定性复核验算的通知2.浙江省交通运输厅办公室200922号专题会议纪要及浙江省公路管理局文件浙交路2009102号文关于桥梁上部结构抗倾覆验算汽车荷载（工况1、工况2或工况3）的规定的发布,10 桥梁、通道及涵洞,一、设计要点编制背景由交通部专家委员会主办的山区高速公路、桥梁、隧道关键技术研讨会于2006年召开 与会专家对以下的山区高速公路桥梁设计与施工的主要问题进行了探讨：超高墩连续刚构桥设计中的关键技术超高墩的设计与施工采用先简支后连续（刚构）或连续-刚构混合体系。,10 桥梁、通道及涵洞,二、设计要点第十章主要内容的讲解10.1 一般规定10.2 桥梁、通道及涵洞布置10.3 桥梁、通道及涵洞的型式选择10.4 主体结构设计10.5 附属结构设计10.6 其 它,10 桥梁、通道及涵洞,10.1 一般规定,10.1.1 桥位应尽量避开断层、滑坡、泥石流、强岩溶以及其他不良地质的地段，选在两岸有山嘴或高地的河岸稳固和基岩、坚硬土层外露或埋藏较浅、地质条件良好的稳定河段。10.1.2 对水文、工程地质条件复杂的特大桥桥位，应在已定路线走向的前提下，根据河流的形态特征、水文、工程地质、通航要求和施工条件以及城镇发展规划等，在较大范围内作全面的技术、经济比较确定。10.1.3 当桥涵上游汇水面积小于100平方公里时，桥涵设计流量可按推理公式计算，具体见附录B；当桥涵上游汇水面积大于100平方公里时，桥涵水文勘测设计可采用公路工程水文勘测设计规范（JTG C30-2002）的有关方法和公式进行分析计算。,10 桥梁、通道及涵洞,10.1.4 根据不同墩台高度选择桥梁跨径，高跨比、边中跨比选定应满足经济合理原则。10.1.5 通道设置应以“并、连、移、兼”为原则，合理设置、控制投资。10.1.6 立交孔的布置，应综合考虑被交路的宽度、交角，桥址地形、地质条件和交通量。10.1.7 涵洞应根据排水系统和农田灌溉的需要合理选定位置。10.1.8 非标准设计的结构应进行详细的力学分析，对于特殊结构和复杂的细部结构，应采用两种或两种以上的可靠软件进行复核验算。10.1.9 护栏防撞等级应与桥梁重要性系数和桥梁高度相适应。,10.1 一般规定,10.2 桥梁、通道及涵洞布置,10.2.1 跨河桥梁1 桥梁孔径、配跨应满足泄洪、通航的要求，并应征询水利、农林部门及航道管理部门的意见。2 桥梁墩台轴线宜与水流方向平行，桥墩不宜设在河道中心。3 当河流的通航条件复杂时，宜适当加大通航孔的桥梁跨径。4 在水深流急的山区峡谷河段及上游有水库的桥梁，应充分考虑上游滚石、漂浮物及水库泄洪等对桥梁墩台的影响及水流对墩台冲刷的影响，采用合适桥跨，避免将桥墩设在流速较大区域。,10.2.1 跨河桥梁5 跨越堤坝及库区时，桥墩距离堤坝坡脚应有足够的施工空间，并注意避让水库泄洪道。6 当桥位上、下游处于弯曲江道上时，应调查研究两岸冲淤规律，为桥台位置的合理确定提供依据。,10.2 桥梁、通道及涵洞布置,10.2.2 高架桥梁1 桥梁跨径应与墩台高度协调，应避免在陡坡上设置高度大于5m的桥台。2 桥梁墩台轴线宜正交布置。3 桥梁承台、底系梁或桩顶标高的确定以不开挖或少开挖山体边坡为宜。4 跨越沟谷的桥梁长度的确定以桥台伸进山体23m为宜。,10.2 桥梁、通道及涵洞布置,10.2.3立交桥梁1 当被交路与主线的交角过小或线形指标过低时，跨线桥宜采用错孔布置或特殊墩台结构，或采用被交路改线。2 被交公路的等级、路基宽度、桥梁净宽、净高及车辆荷载等级等技术指标应按被交路现状或已批准的公路规划等级设计。3 当主线上跨时，主线桥不得侵占桥下公路、铁路的建筑限界，墩、台布置应避免与光缆等管线干扰。当被交公路为双车道或无中央分隔带的多车道公路时，应避免在行车道上设置桥墩。,10.2 桥梁、通道及涵洞布置,10.2.3立交桥梁4 当主线下穿时，跨线桥不宜在主线中央分隔带上设置桥墩。当在中央分隔带设置桥墩时，桥墩两侧必须设置刚性防撞护栏，不得在局部范围内改变中间带宽度而使行车道扭曲。5 位于路堑上的跨线桥，宜将桥台置于坡顶附近。6 当桥下道路处于曲线段时，上跨桥梁的孔径和桥跨布置应考虑桥下道路的视距要求。,10.2 桥梁、通道及涵洞布置,10.2.4 通道、涵洞1 宜充分利用桥梁边孔作通道，合理确定通道的位置、数量及标准。2 一般情况下，山坳低洼处地质条件较差，宜将涵洞位置设在山坡坡脚附近。3 当为了降低路基填土高度而采取降低被交路的标高时，下挖的通道宜适当加大跨径，设置高出路面的人行道，并应做好被交路的排水设计。4 位于地面横坡较大的涵洞(通道)，进出口可设置跌水井(踏步)进行导引；设置在岩石基础上的涵洞(通道)，可考虑设计成台阶形基础，并注意错台时洞身排水处理，涵洞出口应加强铺砌、引导，防止水流冲刷路基。,10.2 桥梁、通道及涵洞布置,10.3 桥梁、通道及涵洞的型式选择,10.3.1 上部结构1 中小跨径桥梁上部结构宜优先选用预应力混凝土先简支后连续(或刚构)结构。桥梁截面形式宜选用T梁或小箱梁，当净空高度受限、孔径较小时，可考虑采用空心板；小箱梁的跨径不宜大于30m，空心板的跨径不宜大于20m。2 多孔桥梁的跨径不宜小于10m，当桥梁位于溶岩区域或因其他原因不能采用先简支后连续结构时，可采用简支结构。3 墩高在60m以下的，可考虑采用不大于40m的先简支后连续(或刚构)的梁式结构；50m及以上跨径的预制梁原则上不宜采用。4 当墩高大于60m时，宜采用悬臂浇筑的预应力混凝土连续刚构或拱桥。,5 跨越V型沟谷且桥墩较高、地质条件较好时，可采用拱式结构，一孔跨越。6 深路堑、地质条件较好的跨线桥，宜采用预应力混凝土斜腿刚构。7 受建筑高度控制的跨线桥，宜选用预应力混凝土连续刚构、预应力混凝土等截面连续梁。8 对于分幅路基，当两幅路基间距适当时，跨线桥可选用V型框架连续梁。,10.3 桥梁、通道及涵洞的型式选择,9 互通式立交中的桥型应与周围地形、环境相协调：等宽或宽度变化不大的主线桥、半径较大的匝道桥的桥型选择与中小跨径桥梁相同。宽度变化较大的主线桥宜采用预应力混凝土连续箱梁，半径较小的匝道桥宜采用跨径不大于20 m的钢筋混凝土连续箱梁。当匝道半径较小，要求的跨径较大时，宜采用钢结构或钢混组合结构，并作专项设计。10 对于特大桥、大桥的桥型，应做多方案比选。11 涵洞类型及孔径的选择主要依据设计流量。流量较小时，宜选用圆管涵；流量较大时，可选用盖板涵或拱涵。拱涵对地基的承载力要求较高且是超静定结构，对于非岩石地基，不宜采用。12 山坳低洼处所设置的涵洞宜采用盖板涵，可兼作通道使用。,10.3 桥梁、通道及涵洞的型式选择,10.3.2 下部结构1 墩高30 m以下宜优先采用圆柱式墩；当墩高大于30 m、圆柱式墩刚度不能满足设计要求时，可选用矩形墩、Y形墩；当墩高大于45 m时，宜考虑采用空心薄壁墩或变截面空心薄壁墩。2 对于跨线桥，当受被交叉公路净宽、交角限制时，左、右幅桥可错孔布置，并采用占空间较小的特殊桥墩型式。3 当桥台高度小于12m、持力层埋深小于5m时，宜采用重力式U型台，位于陡坡上U型台的侧墙应伸进山体。4 对于多孔桥梁，当持力层埋深大于5m时，宜采用埋置式桥台(肋板台或柱式台)。5 单孔桥梁、通道、盖板涵及拱涵一般采用重力式U型台或轻型桥台。,10.3 桥梁、通道及涵洞的型式选择,10.3.3 基础1 当持力层埋深小于5m时宜采用明挖基础，当持力层埋深大于5m或横桥向地形变化较大的地段和冲刷强烈的沟(谷)底，宜采用钻(挖)孔桩基础。2 当桥墩高度大于30m时，宜优先采用桩基础。3 当桥梁基础位于溶岩区域时，应根据溶岩的实际分布、发育程度、桥型、跨径等情况，合理选用基础型式。4 单孔桥梁、通道、盖板涵及拱涵一般采用明挖基础。,10.3 桥梁、通道及涵洞的型式选择,10.4 主体结构设计,10.4.1 上部结构1 先简支后连续的板梁顶部锚端齿块，不宜高出板梁顶部，若构造需要必须略有高出，则高出部分宜小于其上部水泥混凝土铺装(调平)层厚度的一半。2 空心板沿底板中心线每隔5m应设一个直径为5cm的通气(兼排水)孔，其箍筋应选用带肋钢筋。,3 空心板的铰缝应从以下几个方面予以加强：空心板的板宽不小于1.25m，铰槽的深度不小于预制板高的2/3，铰的上口宽度应满足施工时使用插入式振捣器的需要，上口宽度宜大于8cm；铰缝应采用与预制板强度同等级的混凝土振捣密实，预制板内应预埋钢筋伸入铰内，相邻板间铰缝钢筋应要求焊接，铰缝混凝土宜与桥面水泥混凝土调平层同时浇筑；桥面水泥混凝土调平层的构造应予加强，板顶剪力筋及桥面水泥混凝土调平层构造的加强要求详见10.5.2。,10.4 主体结构设计,在施工工艺方面，设计图纸中应严格要求：铰缝作凿毛处理，凿毛要求以露出粗骨料粒径的1/3为宜；铰缝底部应悬挂并固定模板，模板上先浇筑一层厚度约5cm的砂浆，在砂浆强度达到5MPa后方可浇筑铰缝混凝土；浇筑铰缝混凝土时用插入式振捣棒，振捣时间要充分，以确保振捣密实；铰缝底部模板拆除后，应该马上进行勾缝，勾缝应保证缝宽一致，边线直顺。4 对于混凝土连续弯箱梁桥，在连续箱梁的腹板外侧宜适当增加沿竖向分布的水平钢筋。,10.4 主体结构设计,5 对于多跨混凝土连续箱梁桥，联长的两端应采用两个或两个以上的支座，中支点不宜采用单支座，当必须采用单支座时，应采取以下措施：单支座墩与双(多)支座墩交错布置。减少箱梁的翼板长度，增大双(多)支座墩支座的间距。对于弯箱梁桥，应设置支座预偏心。对于双(多)支座墩的支座承载能力，应通过验算确保横桥向侧翻稳定性；应采用空间分析程序对桥梁的上下部结构进行验算，分析上部梁体的稳定性及在施工或运营中支座是否会产生负反力，并在设计文件中提出与上述计算工况相一致的具体施工步骤。6 对于钢筋混凝土上部结构，考虑超载因素，设计最大裂缝宽度按0.15mm控制。,10.4 主体结构设计,10.4.2 下部结构1 桥墩 一联桥梁各墩刚度应相互协调，相差不宜太大。墩台盖梁是主要承重构件，盖梁柱顶负弯矩区配置的弯起钢筋和短钢筋应分别满足公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）第9.3.11条和第9.3.9条的规定，设计最大裂缝宽度按0.15mm控制。弯桥的墩台盖梁外侧挡块厚度应大于30cm，主筋直径应大于16mm，挡块内侧粘贴四氟滑板。在设计计算时，山谷中的高墩应充分考虑风力的影响；弯桥桥墩应考虑偏心荷载、离心力对横桥向强度的影响。当横桥向左右两柱高差超过1/4柱高时，应按框构作纵横向受力分析。,10.4 主体结构设计,2 桥台 重力式U型台在高出地面线的前墙面和露出锥坡外的侧墙面上，应设置泄水孔，做好排水设计。桥台耳墙或U台侧墙的平纵线形应与路线一致。桥台高度大于10m的高桥台应进行稳定验算。,10.4 主体结构设计,10.4.3 基础1 明挖基础 基础底面宜置于岩层上，基础的埋置深度应满足河流冲刷及承载力的要求。当墩台基础嵌于岩石山坡的新鲜基岩内时，基础底面前缘靠近山坡的安全位置可根据图10.4.3.1所示基础底面前缘至山坡岩面的水平距离a确定:当山坡为软质岩时，a值不得小于23.5 m；当山坡为硬质岩时，a值不得小于12 m。a值随岩石节理发育程度、岩石饱和单轴抗压极限强度、岩层走向而定。基础底面不宜置于岩石层理倾向与山坡向一致的山坡上，不得已时宜采用桩基础。基础底面不应置于滑坡、坍塌等不稳定的山坡体上；不得已时应综合考虑边坡处理和桥梁设计方案，并提高设计安全度。,10.4 主体结构设计,图10.4.3.1 岩石山坡基础前缘的安全距离,10.4 主体结构设计,以下几种情况不适合做台阶形基础：基础底面下为极软岩(饱和单轴抗压极限强度小于5MPa)或风化严重者；岩层具有可能引起顺层滑动的节理；基础下附近存在裂缝、断层、溶洞等不良地质构造；墩台承受顺台阶的下降方向较大水平推力者,如台后填土较高的桥台。,10.4 主体结构设计,2 桩基础 一般多为端承桩，地质情况较差时采用摩擦桩。桩基施工一般多为挖孔桩，对软弱夹层、卵石、漂石等容易造成塌孔的地质情况或地下水位较高、地层含有煤气、瓦斯等有害气体时不宜采用挖孔桩。桩基位于山坡上时，为了减少开挖，宜适当提高承台、系梁或桩顶标高。考虑斜坡的影响，增加桩基础的嵌岩深度(见图10.4.3.2)。当斜坡较陡，则应通过验算，合理增加山坡内侧基桩的嵌岩深度，相邻桩基的桩底标高差值不大于相邻桩基的间距。3 如果一联内既有明挖基础又有桩基础，明挖基础应置于风化程度在弱风化及以上的岩层。,10.4 主体结构设计,10.4 主体结构设计,图10.4.3.2 嵌岩深度起算点示意,10.5 附属结构设计,10.5.1 支座1 支座底部应设置支座垫石，支座垫石的高度以使梁底与墩台顶的净空大于15cm为宜。2 对于空心板、小箱梁等单片梁板有四个支座的结构，应要求在架梁完成后对支座是否处于工作状态进行检查。3 应要求在滑动支座储油槽(储脂坑)内注满5201-2硅脂润滑油并外设防护罩。4 为防止梁板在使用期间移位和减少支座的养护工作，对高墩桥梁和弯斜坡桥宜采用墩梁固结。,10.5 附属结构设计,10.5.2 桥面铺装1 对于组合梁板结构宜采用水泥混凝土调平层加沥青混凝土的桥面铺装结构。梁板顶部宜设间距为50cm的U型剪力筋，桥面水泥混凝土调平层的强度等级与预制板相同，调平层内设置D10焊接钢筋网。水泥混凝土调平层厚度不宜小于10cm，顶部的沥青混凝土层厚度与桥头路面(上面层+中面层)的厚度相协调。2 对于现浇的整体式箱梁结构宜采用厚度与桥头路面(上面层+中面层)厚度相协调的沥青混凝土结构。,10.5 附属结构设计,10.5.3 桥面防排水1 桥面水泥混凝土调平层顶面(或整体式箱梁顶面)应设置防水层。2 桥面泄水管宜采用竖排式，泄水管的构造应既能排除桥面积水，又能排除渗入路面结构层中的潜水，位于下坡向的伸缩缝内侧混凝土边缘必须设置伸出护栏外侧的横向泄水管，位于凹曲线上的桥梁，桥面泄水管应根据需要适当加密并在凹曲线最低点设置泄水孔。3 桥面排水侧应设置排水盲沟。4 跨越水源保护区、公路、铁路的桥梁，沿桥梁纵向应设置截水沟槽(或管道)，将水引入江河两岸的沉淀池或路侧排水沟渠内；截水沟槽(或管道)的断面尺寸应通过计算确定。,10.5 附属结构设计,10.5.4 伸缩装置1 桥梁伸缩量不大于80mm时，推荐采用异形钢伸缩装置。伸缩量大于80mm时，应根据伸缩量，桥梁结构的特点等，选用合理、经济、性能可靠的伸缩装置。2 伸缩装置的预留槽应有足够的空间。3 预留槽内混凝土强度等级不应低于主梁，宜采用钢纤维混凝土。4 对于高墩，考虑由墩台水平位移而产生的伸缩量增大的影响，应适当增加伸缩装置的伸缩量。5 伸缩装置内的止水橡胶条应伸出护栏外侧不小于5cm，止水橡胶条底部设坡度与桥面横坡一致的PVC排水管槽，排水管槽与梁体、止水橡胶条之间都应采用环氧树脂粘结固定。,10.5 附属结构设计,10.5.5 桥头锥坡1 对于埋置式桥台，当桥台高度10mH15m时，台前宜设3m宽反压护道；当桥台高度H15m时，台前宜设5m宽反压护道。桥台高度大于10m的台前溜坡应进行稳定验算。2 桥头锥坡与路基边坡衔接处，应设急流槽，槽内设人行踏步；台前溜坡在距上部板(梁)底1.8m处宜设置宽度不小于1.0m(或为反压护道宽度)的检修道，在台前溜坡中央设人行踏步。3 不受洪水冲刷的锥坡宜采用方格、六角形空心砖、生态袋等生态植被防护形式，易受洪水冲刷的锥坡宜采用六角形混凝土预制块加砂垫层铺砌防护。,10.5.6护栏1 金属梁柱式护栏不宜设置护轮安全带，当必须设置护轮安全带时，护栏面宜与护轮安全带边缘成一直线，护轮安全带高度宜控制在510cm之间。2 桥梁、涵洞外侧应采用顶部不设钢管组件的钢筋混凝土墙式护栏。3 不得随意改变现行规范中钢筋混凝土墙式护栏和组合式护栏迎撞面的截面形状。,10.5 附属结构设计,10.6.1 有机动车通行的立交桥、通道，当净高小于5.0m时应设置限高标志，有条件时通道两侧应设限高门架。10.6.2 当在通航水域或车道旁设有桥墩时，应设置助航标志和必要的桥墩防撞保护设施。必要时尚应设置航标维护管理和安全监督管理设施。10.6.3 跨越通航河流、铁路、高速公路、一级公路及交通量较大的其他公路的桥梁，应在桥梁两侧设置桥梁护网，桥梁护网应作防雷接地处理，接地电阻应小于10。,10.6 其 它,附录B 按推理公式计算小桥涵暴雨设计流量,B.0.1 当桥涵上游汇水面积小于100km2时，桥涵设计流量可按推理公式计算。1 推理公式：S1%Q1%=0.278(-)F(B.0.1-1)n 式中：Q1%频率1%的洪峰流量(m3/s)；S1%频率1%的雨力(mm/h)，从图B.0.1-1查得；流域汇流时间(h)，按下式计算：L 1=K1()S1%(B.0.1-2)损失参数(mm/h)，按下式计算：S1%2=K2()(B.0.1-3)n F桥涵上游流域面积（km2），从五万分之一地形图上量取；n暴雨递减指数，从图B.0.1-2查得；0.278单位换算系数。,2 洪峰流量的计算根据流域地形图和实地调查确定：主河道长L（km）：指从桥涵出口断面沿河道到分水岭的距离。主河道平均坡降J：沿河道L查出各特征地面点高程H0、H1、H2Hn，再量出各相邻特征点间的距离L1、L2Ln，按下式计算：（H0+H1）L1+（H1+H2）L2+（Hn-1+Hn）Ln-2H0L J=L2,(B.0.1-4),附录B 按推理公式计算小桥涵暴雨设计流量,从图B.0.1-2中查暴雨递减指数分区图得n值。暴雨指数n值是根据计算的汇流时间值的大小来决定的：当01小时 取n=n1；当16小时 取n=n2；当624小时 取n=n3。所在区域的特征参数值K1、1、K2、2 见表B.0.1-1和表B.0.1-2，由式B.0.1-2、B.0.1-3分别计算汇流参数及损失参数。将已知的流域特征值F、L、J及各参数值S1%、n代入B.0.1-1式得桥涵设计洪峰流量。,附录B 按推理公式计算小桥涵暴雨设计流量,汇流系数及指数表 表B.0.1-1,L 1=K1()S1%,附录B 按推理公式计算小桥涵暴雨设计流量,损失系数及指数表 表B.0.1-2,附录B 按推理公式计算小桥涵暴雨设计流量,