4.1 桥梁设计原则
4.1.1 桥梁设计的一般规定
1.桥梁应根据公路功能、等级、通行能力及抗洪防灾要求,结合水文、地质、通航、环境等条件进行综合设计.
特大桥、大桥桥位应选择在河道顺直稳定、河床地质良好、河槽能通过大部分设计流量的河段.
中桥桥位的选择原则上应服从路线的总方向,路桥应综合考虑.一方面从整个路线或路线网的观点上看,要避免或减少因车辆绕道而增加的运输费用;另一方面从桥梁本身的经济性和稳定性出发,应尽量选择在河道顺直、水流稳定、河面较窄、地质良好、冲刷较少的河段上,以降低造价和养护费用,并防止因冲刷过大而发生桥梁倒塌的危险.此外,一般应尽量避免桥梁与河流斜交,以避免增加桥梁长度而提高造价.
小桥涵的桥位的选择原则上应服从路线走向,当遇到不利的地形、地质和水文条件时,应采取适当的措施,不应因此而改变线路.
桥位不宜选择在河汊、沙洲、古河道、急弯、汇合口、港口作业区及易形成流冰、流木阻塞的河段以及断层、岩溶、滑坡、泥石流等不良地质的河段.
2. 桥梁纵轴线宜与洪水位主流流向正交.对通航河流上的桥梁,其墩台沿水流方向的轴线应与最高通航水位时的水流方向一致.当斜交不可避免时,交角不宜大于5°;当交角大于5°时,宜增加通航孔净宽.
3. 为保证桥位附近水流顺畅,河槽、河岸不发生严重变形,必要时可在桥梁上下游修建调治构造物.
调治构造物形式及其布置应根据河流性质、地形、地质、河滩水流情况以及通航要求、桥头引道、水利设施等因素综合考虑确定.
非淹没式调治构造物的顶面,应高出桥涵设计洪水频率的水位至少0.25米,必要时尚应考虑雍水高度、波浪爬高、斜水流局部冲高、河床淤积等影响.
允许淹没的调治构造物的顶面应高出常水位.
单边河滩流量不超过总流量的15％或双边河滩流量不超过25％时,可不设导流堤.
二级公路的特大桥及三四级公路的大桥在水势猛急、河床一遇冲刷的情况下,可提高一级洪水频率验算基础冲刷深度.
4.2 桥梁总体设计
4.2.1 桥梁平面设计
4.2.1.1 平面线形
二级及以下公路小桥涵平面布置应服从路线整体线形设计要求,桥梁平面线形必须与桥头引道平面线形相配合.通航河流上桥梁平面线形宜采用大半径曲线(一般宜采用极限最小平曲线半径的4～8倍),以便于桥上平纵组合,降低桥头引道的高度.且要求桥墩(台)沿水流方向的轴线与通航水位水流方向一致,必须斜交时,交角不宜大于5°.
山区公路桥涵平面布置服从路线整体线形设计要求,可以减少展线长度、大大节省工程量.
平原地区二级及以下公路特大桥、大桥、中桥平面线形原则上应服从路线走向,桥路综合考虑,尽量将桥轴线保持为直线.
4.2.1.2 桥面宽度
桥面净空:桥梁人行道、行车道上符合公路建筑限界,保证行车安全的最小空间.
桥面净宽:是指桥梁建筑限界的横向宽度,它包括行车道宽度和侧向宽度(二级及以下公路为土路肩宽度减去0.25米)之和.上承式桥梁桥面净空的净高没有限制,故桥面净空即指桥面净宽.
桥面宽度:是指桥面宽度与护栏(栏杆、缘石、安全带等)宽度及护栏外侧宽度之和
平微区二级路上的特大桥及大桥等造价较高的桥梁,其侧向宽度可适当减小.
城镇附件桥梁桥面宽度可适当加宽,必须设置人行道或非机动车道时,应计入建筑限界范围内.人行道宽度一般为0.75米或1.0米,大于1.0米时按0.5米的倍数递增.非机动车道宽度为1～
2.5米.
4.2.2 桥梁纵断面设计
桥梁纵断面设计包括桥梁长度和孔径的确定、桥梁配跨、桥下净空及桥面中心线标高的确定、桥梁及引道纵坡设计等内容.
4.2.2.1 桥梁长度和孔径的确定
1. 桥梁长度和孔径的影响因素很多,需要结合各种因素进行综合分析,并经过多方面协商后确定.现将各影响因素影响情况简述列于表4.2.1.
表4.2.1 桥梁长度和孔径影响因素
影响因素 | 影响情况 |
水文计算 | 设计洪水频率 | 二级路特大、大中桥1/100,小桥涵1/50 三级路特大桥1/100、大中桥1/100,小桥涵1/50 |
墩台稳定 | 总冲刷深度包括: 1.河床自然演变冲刷(调查分析) 2．一般冲刷(分粘性土、非粘性土;河滩、河槽) 3．局部冲刷(分确定、桥台…… |
通航或漂浮物 | 1．通航河流梁底高程应保证桥下净空符合通航标准; 2．不通航河流梁底高程应保证漂浮物顺畅通过桥孔 |
地形地物 | 峡谷平原 | 山区河流一般不宜压缩河床,平原区宽浅河流一般允许压缩河床 |
障碍物 | 桥梁所跨越公路、铁路、管道等构造物应满足其建筑限界的要求;跨越双车道公路,不得在行车道中间设置桥墩 |
堤防 | 水利部门意见 | 应特别注意水利、河道管理部门意见,充分协商,往往具有决定性的影响 |
水流化及雍水 | 雍水对村镇、农田及堤防等安全的影响;水流变更对河岸的不利作用 |
堤内排洪 | 堤防防洪标准低于设计频率洪水漫堤后的排洪措施 |
经济 | 基础形式 | 深基础允许较大冲刷、可压缩桥上泄洪面积.浅基则反之 |
最大填土高度 | 软土地基上桥头路堤高度的限制.地基处理与延长桥梁造价比较 |
地质条件 | 地质不良地段设置的代价 |
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注:① 基础冲刷深度验算设计洪水频率提高:对于二级公路特大桥采用1/300;
三、四级公路工程艰巨、修复困难的大桥采用1/100.
② 岩性河床桥梁墩、台基底最小安全值如表1-2.
③提高设计洪水频率,验算基础冲刷深度不超过基底埋深即可.
表4.2.2 埋深最小安全值
桥梁类型 | 总冲刷深度(米) |
0 | 5 | 10 | 15 | 20 |
一般桥梁 | 1.5 | 2.0 | 2.5 | 3.0 | 3.5 |
特大桥 | 2.0 | 2.5 | 3.0 | 3.5 | 4.0 |
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2. 桥梁配跨
在已定桥长和满足上述确定孔径基本要求的基础上,需要进一步明确桥孔划分和布置,其影响因素简述列于表4.2.3.
表4.2.3 桥孔划分和布置影响因素
影响因素 | 造价 | 当地建桥习惯 | 施工条件 | 综合技术经济比较 | 美观 |
影响情况 | 上下部结构总造价最低 | 当地多年设计、施工、管理经验形成的选择桥梁结构形式和跨径的习惯思想 | 工期和施工地物的水平与设备条件 | 几种不同跨径布置的概略技术经济比较,确定桥梁的一般经济跨径 | 尽量满足桥梁美学要求 |
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4.2.2.2 桥梁纵断面线形、桥下净空及桥面最低高程
1. 纵断面线形
小桥和涵洞处的纵坡应按路线规定进行设计.大中桥桥上纵坡宜不大于4％,桥头引道纵坡宜不大于5％,;位于市镇混合交通繁忙处,桥上纵坡和桥头引道纵坡均应不大于3％,桥头两端引道纵断面线形应与桥上线形相配合.如果桥梁平面线形为曲线,则宜采用大半径曲线(表4.2.4),处理好桥上平纵组合,以利于降低桥头引道填土高度,其基本要求是:平曲线与竖曲线相重合,且平曲线稍长于竖曲线.
表4.2.4 桥上竖曲线(凸、凹)最小半径
公路等级 | 二级公路 | 三级公路 |
设计速度 (千米/h) | 80 | 40 | 60 | 30 |
凸形竖曲线半径(米) | ≥4500 | ≥700 | ≥2000 | ≥400 |
凹形竖曲线半径(米) | ≥3000 | ≥700 | ≥1500 | ≥400 |
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2. 桥下净空及桥面最低高程
桥下净空是在设计水位及设计通航水位的基础上保证漂浮物及航船顺畅通过的最小空间.
桥面最低高程是指全桥满足桥下净空要求的最低处桥面的高程.
(1) 不通航河流桥下最小净空:梁底—0.5米;支座垫石顶面—0.25米;无铰拱—拱顶底不小于1.0米,可淹没拱矢高的2/3;
(2) 不通航河流梁底最低高程:H1＝设计水位+桥下最小净空+雍水、浪高等影响水位的诸多因素(米).
(3) 不通航河流桥面最低高程:HP＝H1+桥梁上部结构建筑高度(包括桥面铺装厚度)(米).
(4) 通航河流梁底最低高程:H2＝设计最高通航水位+通航净空高度(米).
(5) 通航河流桥面最低高程:Ht＝H2+桥梁上部结构建筑高度(包括桥面铺装厚度)(米).
(6) 大、中桥桥头引道(在洪水泛滥范围内)的路基设计标高,一般应高于该设计水位(包括雍水和浪高)至少0.5米;小桥涵附近的路基设计标高应高于桥涵前雍水位至少0.5米(不计浪高).
4.2.3 桥梁横断面设计
在桥梁宽度和梁底最低高程基本情况确定的情况下,上部结构高度以便根据其计算跨度和路线纵断面设计高程限制情况来确定.桥梁横断面设计还要初步选定栏杆形式,确定弯桥实现超高、加宽的方式等.
1. 超高与加宽
平曲线设置超高与加宽的条件:
(1) 加宽:平曲线半径等于或小于250米时,应在平曲线内侧加宽.
(2) 各级公路设置超高的条件如表4.2.5
表4.2.5 各级公路设置超高的条件
公路等级 | 二级 | 三级 |
计算行车速度 (千米/h) | 80 | 40 | 60 | 30 |
设置超高的圆曲线半径(米) | ＜2500 | ＜600 | ＜1500 | ＜350 |
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2. 超高和加宽值
(1) 加宽:一般采用第三类加宽值,按平曲线半径大小选用,其值在0.8～2.5米之间.
(2) 超高:根据各级公路等级、计算行车速度,按平曲线半径大小确定超高值,其值在2％～10％之间.
3. 超高设置的方式
所谓设置超高就是调整路面横坡,逐渐使其外侧高于内侧一定值,路面横坡有三种状态:
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