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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,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,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,Midas civil,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,Q1,K0+100,XXX河,90,腐殖土,30%,1.8m,卵石（12mm）,3-13m，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,H1,K0+100,人工渠,90,腐殖土,30%,1.8m,卵石（12mm）,1-21m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,0.5m,155.5,156,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,Q2,K0+100,XXX河,90,1990,6,6,3-10,35.04,钢筋混凝土空心板,柱式墩，桩基础,薄壁台，桩基础,60,11,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,H2,K0+100,跨渠,90,1990,7.5,7,1-1.0,14.5,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JTG H112011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：,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。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。,调查河道平面形状及形态，核对与地形图有无出入。调查支流、分流、滑坡、塌岸等现象。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。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：,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。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。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=3.5cv cs偏差系数 cv变差系数 p130,Cv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：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1.01.2;,冲刷坑范围内粘性土液性指数，适用范围为0.161.19。,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,河床颗粒影响系数,河床泥沙起动流速,墩前泥沙起冲流速,指数,V 一般冲刷后墩前行近流速,4、水文计算：,D、桥下河槽最低冲刷线,1)总冲刷深度,桥下河槽中，桥梁墩台处的最低冲刷线，应为桥下全部冲刷完成后的冲刷坑底（见图）。全部冲刷完成后的最大水深，称为总冲刷深度 hs，是自然（演变）冲刷 h、一般冲刷 hp和局部冲刷h 等各种冲刷深度的总和，即hs=h+hp+h。由设计水位Hs减去总冲刷深度，就是桥梁墩台处河槽的最低冲刷线标高 Hm，亦即Hm=Hs-hs。,4、水文计算：,2)几点说明,（1）对于稳定性河段，河槽稳定、不会拓宽，位于河槽部分和河滩部分的墩台，可分别计算冲刷深度，各自采用不同的最低冲刷线标高。（2）若河槽内边滩下移，深槽摆动，则在深槽可能摆动的范围内，全部桥墩均应采用相同的最低从刷线标高并按河槽的最大水深计算冲刷深度。（3）在稳定的河滩部分，可按河滩特点计算冲刷深度，滩地墩台可采用相同的最低冲刷线标高。（4）对于河滩不够稳定的河段，如果河滩可能被冲成河槽（河槽扩宽），则河槽和河滩部分的所有墩台，均采用相同的最低冲涮线标高，并按河槽的最大水深计算冲刷深度。（5）桥台的局部冲刷，由于导流堤或锥形护坡改善了桥台部分的水流状态，往往较桥墩的局部冲刷为小；但未设置导流堤而突出于水流中的桥台，则近似于丁坝顶部的局部冲刷，在河滩流量较大时冲刷十分严重，应予以注意，一般可通过调查或计算确定。,4、水文计算：,E、基础埋深,1）扩大基础埋深满足冲刷要求及地基承载力要求。一般不宜超过5.5m。2）桩基桩顶一般不高于地面或常水位。有时桩柱埋置桥台台高大于5m时，可采用提高桩顶标高采解决桩柱抗力不足问题。3）肋板埋置台承台不必全埋入土中，以承台不脱空为宜，埋入0.51.0m为宜。4）涵洞基础往往埋置过深,没必要埋在冻涨线下25cm。应按规范公式确定埋深。,4、水文计算：,A、桥位平面控制测量大桥要求进行桥位平面控制测量，定测时要求在桥轴线方向上，（曲线桥可在切线方向上），每岸设置12个桥位桩。桥轴线相对中误差与路线控制测量要求相同。B、桥位地形图测量桥位地形图范围应能满足桥梁改河、布设调治构造物的需要。原有地形图不能满足要求时应进行补测。C、桥位地形图测量大桥应从水准点引测高程测量，桥址处纵断面及现有结构物高程，中、小桥、涵洞可引测桥涵附近整桩高程。也可利用路线纵断测量资料，当地形、地物变化时应加桩补测。特别是桥台处应注意加桩，便于确定桥台基础标高及锥坡基础高度。对于冰冻河流应凿冰眼后实测河床标高。当地面横坡较大时应实测左右侧路肩处辅助纵断面，以方便合理确定墩台基础标高。,5、桥梁测量：,5、桥梁测量：,瓦拉干项目桥梁河底及冰厚度测量,额木尔河河底高程测量,桥梁：1）根据不同的孔径要求可采用简支结构或简支转连续结构。桥梁跨径10m上部结构采用钢筋混凝土板式结构，20mL10m上部结构采用预应力混凝土板；40mL20m,建筑高度受限制的桥梁宜采用预应力混凝土小箱梁结构;建筑高度不受限制的桥梁采用预应力混凝土T梁结构。根据运输条件、板梁数量决定空心板采用先张法或后张法板。2）主线桥梁与路线的夹角宜控制在60o120o，超过30o时宜考虑改移河沟或增大跨径。3）下部结构根据孔径、墩台高度、基础条件可选择轻型桥台、薄壁桥台，桩柱式墩台、肋板理置式台，现U型桥台、重力式墩。扩大基础要求承载力在300 kPa以上的砾砂、卵石、碎石土等密实的土基上。4）山区高填方深沟设桥还是设涵问题。当路基挖方弃土过多时应优先考虑设涵，当地基承载力较高时，可采用暗板桥。,6、桥涵结构选择：,涵洞：涵洞可根据具体情况选用园管涵、盖板涵、拱涵、箱涵等型式。圆管涵孔径为1.0、1.25、1.5m。要求基底承载力大于100kPa，过水能力为1.55.0m3/s。盖板涵孔径为1.5、2.0、3.0、4.0 m。过水能力力5.040 m3/s，承载力要求200 kPa以上。二级公路最好选用1.25m以上孔径。箱涵孔径1.51.2574.2m，要求基底承载力大于100kPa。拱涵分石拱涵、钢筋混凝土拱涵，孔径在之间，适合地基承载力较高，路基填土较高的情况。,6、桥涵结构选择：,1）合理选择桥孔长度。桥孔不宜压缩河槽，可根据设计流量、桥位河段特性、桥下冲刷深度、桥头引道和调治构造物布置情况等因素综合确定。2）桥孔布设要跨过主沟3）桥孔布设要考虑左右河滩流量比。4）桥孔布设要考虑高跨比，桥下净空高度与桥梁单孔跨径比值不宜小于1/61/8。5）对于两岸有堤坝的河流，桥的基础最好不要落在内侧堤坝上，并使桥跨跨出堤坝（特殊情况除外），同时还要了解堤坝有无抗洪时通车要求，如有应满足。6）斜弯桥梁平面布置:对于单、多孔现浇或预制装配式简支体系桥跨，建议斜桥斜做；对于斜度不大的简支梁桥或各种斜度的连续体系桥跨，建议斜桥正做；对于桥跨较长且多处跨线、跨河斜交时，建议采用正斜做结合的平面布设方式。7）跨公路、铁路、渠道桥 桥孔布设要经济、合理、协调，不可肓目追求大跨径。,7、桥涵桥孔布设：,二、桥涵外业工作,1、桥涵勘测调查总说明。2、桥涵水文计算书。3、原有桥涵调查记录本。4、小桥涵原始资料调查记录本。5、沿线水系分布图。6、小桥梁工程一览表，涵洞工程一览表初稿。7、桥涵标高计算表。8、有关旧桥涵档案、气象、规划、协议等资料。9、向市水利部门关于灌溉渠道的征求意见书。10、向乡镇政府关于小桥涵设置的征求意见书。,三、内业,内业,初步设计,结构一般构造,施工图设计,工程量,水文计算,原有桥涵调查报告,图纸细化,编制办法,四、制图标准,四、制图标准,四、制图标准,四、制图标准,四、制图标准,四、制图标准,