桥梁工程设计.docx
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桥梁工程设计
5.3桥梁工程设计
5.3.1基本情况
规划泥沟排洪标准为5年一遇，现有排洪标准普遍不足，需对现有沟渠按规划进行疏通或疏浚。
由于现状沟渠断面普遍偏小，疏浚后断面较现状均有不同程度地扩大，对原有桥梁跨度较小，桥址处过流断面较小，束水严重，无法满足交通及安全要求的桥梁拆除重建。
根据资料并经现场查勘，规划拆除重建桥梁2座，桥梁现状情况详见表5.3-1。
表5.3-1桥梁现状情况表
编号
建筑物桩号
建筑物名称
原桥结构型式
原桥规模（跨×高）
建设性质
现状道路宽度（m）
1
N0+912
曹街桥
/
15.6m×2.7m
保留
2
N2+032
陈寨一桥
/
15.7m×3.9m
保留
3
N2+664
陈寨二桥
/
18.2m×4.2m
保留
4
N3+414
李庄桥
/
15.6m×4.0m
保留
5
N5+060
郭庄桥
钢筋砼
8m×3.5m
拆除重建
4.0
6
N6+119
集后张析
/
15.6m×3.3m
保留
7
N6+605
三义桥
/
23.0m×4.1m
保留
8
N10+280
苏庄桥
钢筋砼梁拱桥
29.7m×4.1m
拆除重建
4.0
9
C11+324
河沿张桥
/
/
保留
9.0
10
C18+585
贾庄桥
/
/
保留
10.0
5.3.2设计标准
桥梁设计标准根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60—2004）及桥梁连接道路等级确定。
根据桥梁两端道路情况的调查，生产道路宽度约4.0m。
根据各桥桥梁所在的两端连接道路的情况，确定各桥的设计标准。
两座桥桥宽均采用净4.0+2×0.5m，设计荷载为公路-II级。
5.3.3桥梁总体布置
a）桥址选择
由于桥梁的两岸连接道路已形成多年，部分道路已成为当地主要的交通干道，因而疏竣拓宽后，重建桥梁尽量布置在原交通路线上，因此拆除重建桥梁均在原址建设。
新建桥梁与现有道路保持一致。
b）总体布置
1）桥梁纵断面设计
①桥面高程的确定
桥面高程的确定综合考虑规划沟渠的设计水位、桥址处的地面高程、两岸连接道路现状路面高程及规范要求的桥梁净空等要素合理确定桥面高程。
②桥梁总跨度的确定
根据规划沟渠的疏竣断面、设计水位、现状河道横断面合理确定桥梁的总跨径，既要保证桥下有足够的排洪面积，使河床不致遭受过大的冲刷，又要尽可能的少压缩或不压缩河床，注意壅水对河滩路堤以及附近农田和建筑物可能造成的危害。
③桥型及桥跨的确定
桥型及桥跨根据沟渠设计水位及桥面高程综合确定。
对于桥梁总跨不大，净空较小的桥梁拟采用空心板，单跨跨径为8m或10m。
2）梁横断面设计
桥梁横断面根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60—2004）及桥梁连接道路等级确定。
根据桥梁两端道路情况的调查，桥梁所在的道路一般有乡村公路和生产道路，道路宽度4.0m，因此桥宽釆用净4.0+2×0.5m，设计荷载为公路-II级；
本次桥梁设计见表5.3-2。
表5.3-2桥梁设计情况表
名称
设计荷载
桥面布置
结构型式
跨数
（跨）
跨度
（m）
总桥跨度（m）
郭庄桥
公路-II级
净4.0+2×0.5
空心板
2
8
16
苏庄桥
净4.0+2×0.5
空心板
3
10
30
3）桥梁基础设计
本次设计的桥梁单跨为8m、10m，均采用空心板结构，且各桥址处地质条件较好，地基承载力较大，因此桥梁均采用扩大基础。
5.3.4桥梁设计
5.3.4.1郭庄桥设计
（1）基本情况
郭庄桥位于泥沟上桩号5+060处。
原桥为楚桥闸（已废）闸下公路桥，桥面宽4.0m。
该桥两端连接路面为乡村公路，路面宽4.0m，路面结构为砼路面。
由于泥沟需疏浚，此处断面疏浚底宽为6.0m，上口宽度达18.0m，原桥已不满足河道疏浚要求，故需进行拆除重建。
（2）工程地质
桥址处土层如下：
表5.3-3郭庄桥各土层物理力学性质指标建议值表
层序
地层名称
承载力
标准值
压缩模量
饱快
渗透系数
凝聚力
内摩擦角
KPa
MPa
KPa
φ
cm/s
②2
重粉质壤土
140
5.5
29.0
10.0
2.0E-06
③1
砂壤土
190
11.0
7.0
23.0
3.0E-04
③2
重粉质壤土
160
6.5
43.0
14.0
（3）工程规划与总体布置
由于桥梁两端已有连接道路，因此在原址重建郭庄桥。
根据规划条件，桥址处河道设计断面为：
底宽6.0m，边坡1:
2，设计河底高程21.02m，5年一遇设计排涝水位24.52m。
桥跨根据疏浚后河道断面和结合河道两岸地面高程综合选取。
由此确定桥梁总跨度为16.0m，分2跨，单跨跨度8.0m，桥梁型式采用预制钢筋验空心板结构。
桥梁底高程按设计排涝水位加0.5m超高确定并考虑到两端路面现有高程确定为25.02m。
（4）桥梁设计标准
根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）,该桥为小型桥梁。
设计汽车荷载为公路-II级。
桥面宽度采用净4.0m+2×0.5m。
（5）桥梁上部设计
桥梁上部结构参照交通部门的标准图集设计。
桥梁为空心板为预制砼结构，桥面行车道宽4.0m，两侧设宽0.5m的防护栏，总宽5.0m，由3块宽1.0m中板和2块宽1.0m边板组成，板厚0.42m。
板与板之间设饺接缝。
桥面铺装层采用防水砼，厚0.1〜0.13m，横向坡度为1.5%。
每跨均设直径lOOmmPVC排水管，单跨每边2根。
桥面高程根据设计水位加超高并考虑两岸地面高程综合确定为26.09m。
（6）桥墩、桥台设计
桥墩采用柱式结构，为两柱至墩顶，柱径为0.8m，间距2.02m。
柱顶设钢筋砼盖梁，盖梁长为4.54m，宽为1.0m，高0.85m，两端设砼防震挡块。
桥墩基础均为钢筋砼扩大基础，长5.06m，宽2.0m，厚0.8m。
基础底高程19.09m。
桥台采用M10浆砌石U型结构，顶部与桥板接触处为C25钢筋较台帽，台体为M10浆砌石结构，台背坡度顺桥向1:
0.5,垂直桥向1:
0.4。
底板为C20砼结构，顺桥向宽度4.3m，前端厚1.2m，末端厚0.6m。
（7）护砌及引路设计
桥台前溜坡坡度1:
2，用浆砌块石护坡，浆砌石勒脚；为防止桥墩冲刷，在河底桥墩、桥台部位进行浆砌块石护砌，护砌顺水流向长10.0m。
浆砌块石厚0.3m,下设碎石垫层厚0.1m；勒脚尺寸为0.4×0.6m。
桥梁两端桥面高程与现有路面高程存在一定的高差，桥梁两端以3%的坡度与现有路面连接，连接路面路基宽度与现有路面一致，路基两边边坡为1:
2。
路面结构采用砼路面，结构自上而下分别为：
C20轮路面200mm，水泥稳定层180mm。
（8）基础设计
桥台基础底面高程为21.17m，根据地质勘察报告，位于②2层重粉质壤土，该层承载力标准值为140kPa；桥墩基础底面高程18.72m，同样位于②2层重粉质壤土中，该层承载力标准值为140kPa。
根据计算，桥台基础底面最大压应力为127.5kPa，桥墩基础底面最大压应力为115.1kPa，均小于其持力层承载力标准值，且桥址处无软弱土层，故地基不需进行处理。
5.3.4.2苏庄桥设计
（1）基本情况
此桥位于泥沟桩号10+280处。
原桥为钢筋砼梁拱桥，桥面宽4.0m,桥29.7m，最大跨高4.1m。
现状桥已经是危桥，栏杆损坏严重，桥台开裂。
该桥两端连接路面为乡村公路，路面宽4.0m，路面结构为砼路面。
由于泥沟需疏竣，此处断面疏浚底宽为16.0m，上口宽度达30m，设计水深4.0m，原桥阻水严重，已不满足河道疏浚要求，故需进行拆除重建。
（2）工程地质
桥址处土层如下：
表5.3-4苏庄桥各土层物理力学性质指标建议值表
层序
地层名称
承载力
标准值
压缩模量
饱快
渗透系数
凝聚力
内摩擦角
KPa
MPa
KPa
φ
cm/s
②2
重粉质壤土
140
5.5
29.0
10.0
2.0E-06
③3
砂壤土
160
6.5
43.0
14.0
④
重粉质壤土
140
5.0
29.0
9.0
3.0E-04
（3）工程规划与总体布置
由于桥梁两端已有连接道路，因此在原址重建苏庄桥。
根据规划条件，桥址处河道设计断面为：
底宽16.0m，边坡1：
2，设计河底高程19.08m，5年一遇排涝水位23.08m。
桥跨根据疏竣后河道断面和结今河道两岸地面高程综合选取。
由此确定桥梁总跨度为30.0m，分3跨，单跨跨度10.0m,桥梁型式采用预制钢筋砼空心板结构。
桥梁底高程按设计排涝水位加0.5m超高确定并考虑到两端路面现有高程确定为23.58m。
（4）桥梁设计标准
根据根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004），该桥为小型桥梁。
设计汽车荷载为公路-II级。
桥面宽度采用净4.0m+2×0.5m。
（5）桥梁上部设计
桥梁上部结构参照交通部门的标准图集设计。
桥梁为空心板为预制砼结构，桥面行车道宽4.0m，两侧设宽0.5m的防护栏，总宽5.0m，由3块宽1.0m中板和2块宽1.0m边板组成，板厚0.50m。
板与板之间设饺接缝。
桥面铺装层采用防水验，厚0.1〜0.13m，横向坡度为l.5%。
每跨均设直径lOOmmPVC排水管，单跨每边2根。
桥面高程根据设计水位加超高并考虑两岸地面高程综合确定为24.67m。
（6）桥墩、桥台设计
桥墩采用柱式结构，为两柱至壤顶，柱径为0.8m，间距2.02m。
柱顶设钢筋砼盖梁，盖梁长为4.54m，宽为1.0m，高0.85m，两端设砼防震挡块。
桥墩基础均为钢筋砼扩大基础，长5.06m，宽2.0m，厚0.8m。
基础底高程16.78m。
桥台采用M10梁砌石U型结构，顶部与桥板接触处为C25钢筋砼合帽，台体为M10浆砌石结构，台背坡度顺桥向1:
0.5,垂直桥向1:
0.4。
底板为C20砼结构，顺桥向宽度4.3m，前端厚1.2m，末端厚0.6m。
（7）护砌及引路设计
桥台前溜坡坡度1:
2，用装砌块石护坡，浆砌石勒脚；为防止桥墩冲刷，在河底桥墩、桥台部位进行浆砌块石护砌，护砌顺水流向长10.0m。
浆砌块石厚0.3m，下设碎石垫层厚0.1m；勒脚尺寸为0.4m×0.6m。
桥梁两端桥面高程与现有路面高程存在一定的高差，桥梁两端以3%的坡度与现有路面连接，连接路面路基宽度与现有路面一致，路基两边边坡为1:
1.5。
路面结构采用砼路面，结构自上而下分别为：
C20砼路面200mm，水泥稳定层180mm。
（8）基础设计
桥台基础底面程为19.81m，根据地质勘察报告，位于②2层重粉质壤土，该层承载力标准值为140kPa；桥墩基础底面高程16.78m，位于③2层重粉质壤土中，该层承载力标准值为160kPa。
根据计算，桥台基础底面最大压应力为136.1kPa,桥墩基础底面最大压应力为127.7kPa，均小于其持力层承载力标准值，且桥址处无软弱土层，故地基不需进行处理。
5.3.43桥梁护砌设计
本次治理范围内，泥沟上跨河桥梁有8座，芡河上有2座。
考虑到河道疏竣后，流速加大，而且桥址处断面有所缩窄，造成河床、河坡冲刷，影响到桥身安
全。
拟对原桥址上下游30m河底及边坡进行护砌。
护底、护坡采用M5浆砲石厚300mm，下垫碎石垫层100mm，每15m设浆砌隔梗，隔梗尺寸400mm宽，600mm深。
5.3.5桥梁水文计算
5.3.5.1桥下过水面积验算
建桥后，由于桥墩对河道水流的阻碍作用，桥下过水断面减小，河道水流流速增大，引起桥前的壅水和河床的冲刷。
公路桥下需要的总过水面积按下式计算：
式中：
—设计洪水流量；
—桥下通过设计洪水时所需要的最大毛过水面积（m2）
一考虑桥墩涡流阻水影响的折减系数；
（其中lj为桥墩间距）
一冲刷系数，
一设计流速；
一因桥墩阻水引起的桥下过水面积折减系数，
。
经计算，郭庄桥下通过设计洪水时所需要总过水面积为38.4m2,实际过水面积为42.7m2，苏庄桥下通过设计洪水时所需要总过水面积为81.5m2，实际过水面积为90.48m2，皆能满足过流要求。
5.3.5.2壅水分析计算
本次桥墩壅水分析采用跨河桥梁壅水理论和公式进行分析计算。
参考《桥涵水文计算》，桥墩前壅水高度计算公式为：
式中，
—壅水高度（m）
Vm—桥墩断面平均流速（m/s）
Vo—桥墩前断面平均流速（m/s）
—系数，与水流进入桥孔的阻力有关，根据河流类型及河滩地过水能力，查表确定为0.05。
壅水曲线长度计算公式为：
式中，L一壅水长度（m）;
I一桥墩所在河段天然水面比降。
在设计水位条件下,桥墩前壅水高度计算成果见表5.3.5-1。
表5.3.5-1桥墩前壅水高度及壅水曲线长度计算表
桥名
设计水位（m）
设计流量（m3/s）
桥墩前过水面积（m2）
桥墩阻水面积（m2）
桥墩下过水面积（m2）
壅水高度（mm）
壅水曲线长（m）
郭庄桥
24.52
32.5
45.5
2.8
42.7
3.46
31.79
苏庄桥
23.08
97.2
96.0
5.52
90.48
6.44
77.34
由以上计算，桥墩前壅水高度苏庄桥最大为6.44mm，对河道过流影响可以忽略不计。
5.3.5.3桥墩冲刷计算
因本桥桥墩主要位于河槽部位，故根据《公路工程水文勘测设计规范》（JTGC30-2002）,桥下河槽一般冲刷后最大水深按下式计算：
河槽处：
式中：
—桥下一般冲刷后的最大水深（m）；
—桥下河槽通过的流量（m3/s）；
一桥墩水流侧向压缩系数，取值0.97；
—下河槽部分桥孔过水净（m）；
—桥下河槽的最大水深（m）；
—桥下河槽的平均水深（m）；
—单宽流量集中系数，取1.1；
—土壤液性指数。
由于流向桥墩的水流受到墩柱的阻挡而形成漩涡。
剧烈淘刷桥墩迎水端和周围的泥沙，形成局部冲刷坑，桥墩局部冲刷坑深度按下式计算：
式中：
—桥墩局部冲刷深度（m）；
—墩形系数，
=1.0；
—桥墩计算宽度（m）；
一冲向桥墩的水流流速（m/s）。
按照上述公式计算，得出郭庄桥深槽段局部冲刷深度为0.26m，苏庄桥深槽段局部冲刷深度为0.37m，由于深槽段土壤液性指数较小，一般冲刷深度计算值为0m。
1、桩号0+000〜7+006段
此段为老龙河下游入徐洪河段，徐洪河河底高程较低，老龙河河底土质较好，为含砂姜粘土，因此将此段河底高程设计为10〜13.5m,河道比降1/2000,河底宽10m。
此段河道开挖土方大多为含砂姜粘土，含小部分粘土及游泥质壤土，将砂姜剔除后用作复堤土方，填筑标准按压实度不小于0.90控制。
堤防复堤沿原老堤迎水面堤坡向外复堤加固，弃土大多弃于左侧滩面内，其中粧号3+735〜4+250及4+326〜4+490段共计679m河道左侧滩面无法弃土且调土外弃运距过远，因此此段河道弃土弃于左侧堤防背水侧以外。
左侧滩面弃土高程以堤顶高程控制，不超过2.5m；堤外背水侧弃土髙度不超过2.5m。
弃土内外边坡均为1：
2.5。
2、桩号7+006〜19+031段
此段设计河底高程为13.5〜14.83m,河道比降1/9000，河底宽10m，河道开挖土方为粘土及含淤泥质壤土，将粘土用作复堤土方，填筑标准按压实度不小于0.90控制。
堤防复堤沿原老堤迎水面堤坡向外复堤加固，弃土全部弃于左侧滩面内。
左侧滩面弃土以堤防_程控制弃土商程，且不超过2.5m，弃土内外边坡均为1：
2.5。
3、桩号19+031〜20+031段
此段设计河底高程为14.82〜14.93m，河道比降1/9000；河底宽5〜10m。
河道开挖土方为粘土及含淤泥质壤土，将粘土用作复堤土方，填筑标准按压实度不状河线弯曲迂回，在充分考虑工程项目尽量少占用耕地及控制投资的设计原则后，确定本次河道疏浚开挖基本沿原河道中心线，滩面维持原状。
5.3.2河道断面设计
河道断面根据设计流量、设计水位、水面比降等参数用恒定非均匀流公式计算而得，釆用梯形断面，河道糙率中泓按0.0225，滩面取0.035。
可研阶段河道设计底宽：
桩号25+200〜20+031段河道设计底宽5m，桩号20+030-0+000段河道设计底宽l0m，没有考虑河道设计底宽的衔接段问题，因此，本次初设阶段将桩号20+031〜19+031段1km河道设计底宽由5m渐变至10m，桩号25+200〜20+031段河道设计底宽为5m,桩号19+031〜0+000段河道设计底宽10m。
老龙河设计河底高程为10〜15.5m，河底宽度5〜10m，河道边坡1:
3。
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