公路小桥涵8a

1、公路小桥涵勘测设计公路小桥涵勘测设计 授课清单授课清单 绪论绪论 小桥涵类型及选择小桥涵类型及选择 勘测勘测 水文计算水文计算 水力计算水力计算 结构计算结构计算 涵洞构造涵洞构造 小桥涵设计小桥涵设计 尺寸及工程量计算尺寸及工程量计算 小桥涵小桥涵CAD简介简介 第八章 小桥涵设计 81 小桥涵基础设计小桥涵基础设计 一、一般要求一、一般要求 1、基础有足够的强度；耐久性；稳定性 2、基础有一定的埋置深度 3、地基有足够的承载力 二、基础类型及选择二、基础类型及选择 1、按建筑材料分 （1）石料基础（浆（5）砌片石（30）基础） （2）砖基础 （3）砼基础（砼最低标号15#） （4）钢筋砼基

2、础（标号15#以上） 2、按构造型式分。 整体式基础：地基土质不均匀，涵洞跨径较小时采用 分离式基础：地基强度较高，涵洞跨径较大时采用 板凳式基础：两座涵台下面的混凝土基础之间用较薄 的混凝土或钢筋混凝土板在顶部连接，一起浇筑。 3、按工作条件分 刚性基础：可不计弯曲变形（砖、石、砼基础） 柔性基础：考虑变形（钢筋砼基础） 三、基础埋置深度三、基础埋置深度 1、影响基础设计的因素： （1）地基土壤的承载力 （2）水流的冲刷能力 （3）地基冰冻程度 2、要求 （1）地基为基岩，清除风化层，可置； （2）地基为土壤，埋深为0.6m或1.0m ； （3）地基为淤泥或软弱层，可采用扩大基础或加固； （

3、4）小桥基础应在设计洪水位冲刷线以下； （5）置于冰冻线以下。 l扩大基础的作用扩大基础的作用 刚性角刚性角 ：300，5#以下砂浆以下砂浆 350，5#以上砂浆以上砂浆 450，砼，砼 基础的厚度基础的厚度 基底标高与尺寸基底标高与尺寸 l为保证基础的安全，必须限制基础内的拉应力 和剪应力不超过基础材料强度的设计值，基础 设计时，通过基础构造的限制来实现这一目标， 即基础的外伸宽度与基础高度的比值应小于规 范规定的台阶宽高比的允许值。由于此类基础 几乎不可能发生挠曲变形，所以常称为刚性基 础或刚性扩大基础。 无筋扩展基础 （a）砖基础；（b）毛石基础；（c）灰土基础； （d）毛石混凝土基础、

4、混凝土基础 l软土地基：软土地基： 指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂质土或其指主要由淤泥、淤泥质土、冲填土、杂质土或其 他高压缩性土层构成的地基。他高压缩性土层构成的地基。 l 软土地基的特点：软土地基的特点： 强度低、压缩性高、透水性小，通常无法满足建强度低、压缩性高、透水性小，通常无法满足建 筑物对地基强度和变形条件的要求，因此工程筑物对地基强度和变形条件的要求，因此工程 中常需对此类地基进行加固处理。中常需对此类地基进行加固处理。 地基处理的目的：地基处理的目的： 提高地基土的抗剪强度，即提高地基承载力；提高地基土的抗剪强度，即提高地基承载力； 改善地基土的压缩特性，增加其密实度，减改

5、善地基土的压缩特性，增加其密实度，减 小基础的沉降和不均匀沉降；小基础的沉降和不均匀沉降； 改善其透水性，消除其它不利因素的影响，达改善其透水性，消除其它不利因素的影响，达 到满足建筑物对地基强度与变形要求的目的。到满足建筑物对地基强度与变形要求的目的。 1、换填土层法 开挖换土法 强制换土法 爆破换土法 l该法均是通过冲击和振动在地基中该法均是通过冲击和振动在地基中 成孔，然后填筑砂、碎石等形成较成孔，然后填筑砂、碎石等形成较 大直径的砂、碎石桩，以对地基起大直径的砂、碎石桩，以对地基起 到加固作用。到加固作用。 1）挤密法）挤密法 l 挤密法主要是先将套管打入或振入地基成孔，挤密法主要是先

6、将套管打入或振入地基成孔， 再将砂、碎石等土料灌入孔中而形成挤密桩，再将砂、碎石等土料灌入孔中而形成挤密桩， 对软土产生横向挤密作用，从而使土的压缩性对软土产生横向挤密作用，从而使土的压缩性 减小，抗剪强度提高。减小，抗剪强度提高。 l因为桩体有较高的承载力和变形模量，截面又因为桩体有较高的承载力和变形模量，截面又 较大，一般可达松软土加固面积的较大，一般可达松软土加固面积的20左右，左右， 可与软弱土形成复合地基，共同承受建筑物的可与软弱土形成复合地基，共同承受建筑物的 荷载。荷载。 l 它适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素它适用于处理地下水位以上的湿陷性黄土、素 填土和杂填土地基。填土

7、和杂填土地基。 2）振冲法）振冲法 l振冲法振冲法与与挤密法挤密法的作用相同的作用相同,只是成桩工艺存在只是成桩工艺存在 差别。差别。 l振冲法振冲法是利用振冲器边振动边水冲，使松砂地是利用振冲器边振动边水冲，使松砂地 基密实，或在粘性土地基中成孔，填入碎石后基密实，或在粘性土地基中成孔，填入碎石后 形成复合地基。形成复合地基。 l前者称前者称振冲密实法；振冲密实法；后者称后者称振冲置换法振冲置换法。 l 振冲置换法振冲置换法适用于处理不排水剪强度适用于处理不排水剪强度20KPa 粘性土、粉土、饱和黄粘性土、粉土、饱和黄 土和人工填土等地基。土和人工填土等地基。 l振冲密实法振冲密实法适用于处

8、理砂土和粉土地基。适用于处理砂土和粉土地基。 化学加固法系指通过高压喷射、机械搅拌等方法，化学加固法系指通过高压喷射、机械搅拌等方法， 将各种化学浆液注入土中，浆液与土粒胶结硬化后，将各种化学浆液注入土中，浆液与土粒胶结硬化后， 形成含化学浆液的加固体，从而改善地基土的物理形成含化学浆液的加固体，从而改善地基土的物理 力学性质，达到加固地基的目的。力学性质，达到加固地基的目的。 化学浆液一般分化学类和水泥类两大系列。化学浆液一般分化学类和水泥类两大系列。 化学类浆液大部分有毒，成本较高，建筑工程中较化学类浆液大部分有毒，成本较高，建筑工程中较 少采用。少采用。 因此常用水泥类浆液加固地基。因此

9、常用水泥类浆液加固地基。 水泥类浆液加固地基常见的方法有：水泥类浆液加固地基常见的方法有： 深层搅拌法深层搅拌法 高压喷射注浆法高压喷射注浆法 1）深层搅拌法）深层搅拌法 深层搅拌法深层搅拌法系利用水泥粉、石灰粉或水泥浆等系利用水泥粉、石灰粉或水泥浆等 材料作为材料作为固化剂固化剂，通过特制的深层搅拌机械，通过特制的深层搅拌机械， 在地基深处就地将软土和固化剂强制拌和，固在地基深处就地将软土和固化剂强制拌和，固 化剂和软土产生物理化学反应后，硬结成具有化剂和软土产生物理化学反应后，硬结成具有 整体性、水稳定性和一定强度的整体性、水稳定性和一定强度的水泥土加固体，水泥土加固体， 加固体与原地基组

10、成复合地基，共同承担上部加固体与原地基组成复合地基，共同承担上部 建筑荷载。建筑荷载。 l此法适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土此法适用于处理淤泥、淤泥质土、粉土 和含水率较高且地基承载力和含水率较高且地基承载力120 KPa的的 粘性土等地基。粘性土等地基。 l 当用于处理泥炭土或具有侵蚀性地下水当用于处理泥炭土或具有侵蚀性地下水 时，宜通过试验确定其适用性，冬季施时，宜通过试验确定其适用性，冬季施 工时应注意低温影响。工时应注意低温影响。 l高压喷射注浆法是通过高压喷射注浆法是通过高压喷射的水泥浆与土高压喷射的水泥浆与土 混合搅拌混合搅拌，来加固地基的。，来加固地基的。 l 首先利用钻机钻至设

11、计深度，插入带特殊喷首先利用钻机钻至设计深度，插入带特殊喷 嘴的注浆管，借助高压设备，使水泥浆或水以嘴的注浆管，借助高压设备，使水泥浆或水以 2040Mpa的压力，从喷嘴喷出，冲击破坏土的压力，从喷嘴喷出，冲击破坏土 体，然后注浆管边旋转、边上提，浆液与土粒体，然后注浆管边旋转、边上提，浆液与土粒 充分搅拌混合并凝固后，土中即形成一固结体，充分搅拌混合并凝固后，土中即形成一固结体， 从而使地基加固。施工中可定向喷射成墙或旋从而使地基加固。施工中可定向喷射成墙或旋 转喷射成桩转喷射成桩 l 高压喷射注浆法具有施工简便、操作安高压喷射注浆法具有施工简便、操作安 全、成本低、既加固地基又防水止渗等全

12、、成本低、既加固地基又防水止渗等 优点，广泛应用于已有建筑和新建建筑优点，广泛应用于已有建筑和新建建筑 的地基处理。的地基处理。 l 适用于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、适用于处理淤泥、淤泥质土、粘性土、 粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土粉土、黄土、砂土、人工填土和碎石土 等地基。地下水流速过大和已涌水的防等地基。地下水流速过大和已涌水的防 水工程，应慎重使用。水工程，应慎重使用。 l饱和软土在荷载作用下排水固结，抗剪强度得饱和软土在荷载作用下排水固结，抗剪强度得 到提高，从而达到加固的目的。到提高，从而达到加固的目的。 l适用于加固湿软地基。适用于加固湿软地基。 1）堆载预压法）堆载预压法

13、l堆载预压法是在结构物建造前，于弱软土地堆载预压法是在结构物建造前，于弱软土地 基表面铺设砂垫层，然后堆设土料进行加载预基表面铺设砂垫层，然后堆设土料进行加载预 压，地基因此发生固结沉降，承载力得以提高压，地基因此发生固结沉降，承载力得以提高 的地基处理方法。的地基处理方法。 l 其适用于透水性和自身排水条件相对较好，其适用于透水性和自身排水条件相对较好， 施工工期较长，且厚度较薄的饱和软弱地基。施工工期较长，且厚度较薄的饱和软弱地基。 l 预压荷载的数量、范围、速率和预压时间应预压荷载的数量、范围、速率和预压时间应 根据相应的规范计算确定。根据相应的规范计算确定。 2）砂井堆载预压法）砂井堆

14、载预压法 砂井堆载预压法砂井堆载预压法系在软弱地基中用钢管成系在软弱地基中用钢管成 孔，孔中灌砂并振实后，形成竖向排水孔，孔中灌砂并振实后，形成竖向排水 的砂井，砂井顶部设置水平排水的砂垫的砂井，砂井顶部设置水平排水的砂垫 层，再堆载预压的地基处理方法。层，再堆载预压的地基处理方法。 3、真空预压法、真空预压法 n为了避免堆卸土、石等笨重预压荷载时费时费力为了避免堆卸土、石等笨重预压荷载时费时费力,也可也可 利用大气压力作为预压荷载的真空预压法。利用大气压力作为预压荷载的真空预压法。 n若地质条件允许，可在场地埋设井点系统来降低地下若地质条件允许，可在场地埋设井点系统来降低地下 水位，既加速排

15、水，又使土的自重加大起到预压作用水位，既加速排水，又使土的自重加大起到预压作用 n 此法可与堆载法联合使用，两种加固效果可叠加，合此法可与堆载法联合使用，两种加固效果可叠加，合 理协调后可取得良好效果。理协调后可取得良好效果。 一、一、垫层法垫层法 垫层法（也称换土垫层法）是将基础底面下一定深度范围内的软弱垫层法（也称换土垫层法）是将基础底面下一定深度范围内的软弱 土层挖去，然后分层回填强度较大的砂、碎石、素土或灰土等材料，并土层挖去，然后分层回填强度较大的砂、碎石、素土或灰土等材料，并 加以夯实或振密的一种地基处理方法。加以夯实或振密的一种地基处理方法。 此法适用于淤泥、淤泥质土、素填土、杂

16、填土地基及暗沟、暗塘等此法适用于淤泥、淤泥质土、素填土、杂填土地基及暗沟、暗塘等 的浅层地基处理。的浅层地基处理。 垫层法的作用表现在以下三个方面，垫层法的作用表现在以下三个方面， 第一，第一， 提高浅基础下地基的承载力；提高浅基础下地基的承载力； 第二，第二， 减少地基的沉降量；减少地基的沉降量； 第三，第三， 加速软弱土层的排水固结。加速软弱土层的排水固结。 垫层的设计要在满足强度、变形两个方面的要求下，确定合理的厚垫层的设计要在满足强度、变形两个方面的要求下，确定合理的厚 度度h h和垫层宽度和垫层宽度b b如图如图1。 b 垫层剖面示意图垫层剖面示意图 1）垫层厚度垫层厚度 一般根据垫

17、层底面处土的自重应力与附加应力之和不超过同一标高一般根据垫层底面处土的自重应力与附加应力之和不超过同一标高 处软弱土层（经深度修正后）的承载力特征值确定处软弱土层（经深度修正后）的承载力特征值确定. . 即即 （11.1） 式中式中 垫层底面软弱土层经深度修正后的地基承载力的特垫层底面软弱土层经深度修正后的地基承载力的特 征值，征值，KPa； 垫层底面处的自重应力，垫层底面处的自重应力，KPa； 垫层底面处的附加应力，垫层底面处的附加应力，KPa ；可按应力扩散角法；可按应力扩散角法 计算，即：计算，即： czz az f az f cz z 对条形基础：对条形基础： tan2 0 hb bp

18、 z 对矩形基础：对矩形基础： )tan2)(tan2( 0 hLhb bLp z 以上两式中以上两式中 基底附加应力，基底附加应力，KPa； L、b 分别为矩形基础长度和宽度，分别为矩形基础长度和宽度，m； h 基础底面至软弱土层顶面的距离，基础底面至软弱土层顶面的距离，m； 应力扩散角，应力扩散角，常见的垫层应力扩散角按表常见的垫层应力扩散角按表1确定。确定。 0 p 23300.5 30 6 20 0.25 灰土粉质粘土和粉土中、粗、砾砂、碎石土、石屑 换填材料 h/b 注：注：当当h/b0.25时时,除灰土外除灰土外,均取均取 =0。 当当0.25 h/b0.5时时, , 可用内插法求

19、得可用内插法求得。 换土垫层厚度一般为换土垫层厚度一般为12米左右，超过米左右，超过3米，导致施工困难且不经济，小于米，导致施工困难且不经济，小于 0.5米，则垫层作用不显著。垫层厚度宜控制在米，则垫层作用不显著。垫层厚度宜控制在0.53.0m。 应力扩散角 表1 2 2）垫层宽度）垫层宽度 垫层宽度的确定，应满足两条原则：垫层宽度的确定，应满足两条原则： （1 1）满足应力扩散的要求）满足应力扩散的要求 （2 2）防止垫层向两边挤出）防止垫层向两边挤出 按应力扩散的要求，垫层底面宽度按应力扩散的要求，垫层底面宽度bb应满足：应满足： bb+2htanbb+2htan 式式（4） 当垫层厚度与

20、宽度确定以后，根据基坑开挖边坡当垫层厚度与宽度确定以后，根据基坑开挖边坡 延伸至地面，即可得到所需设计断面。但垫层顶面每延伸至地面，即可得到所需设计断面。但垫层顶面每 边宜比基础底边边宜比基础底边b b大大0.3 m。 l1 1）重锤夯实地基）重锤夯实地基 l重锤夯实是利用起重机械将夯锤提升到一 定高度，然后自由落下，重复夯击基土表 面，使地基表面形成一层比较密实的硬壳 层，从而使地基得到加固。 l适用范围：地下水位以上稍湿的粘性土、 砂土、湿陷性黄土、杂填土和分层填土的 加固处理。 l缺点：振动 l锤表面夯实的加固深度一般为1.22.0m。 5.夯实地基夯实地基 l1. 机具设备 l1.1

21、夯锤 l夯锤形状宜采用截头圆锥体，可用C20钢 筋混凝土制成。其底部可采用20mm厚钢 板，以使重心降低。 l锤重为1.5-3.0t， l落距一般采用2.5-4.5m。 l强夯法是用起重机械将8-40t的夯锤吊起， 从6-30m的高处自由下落，对土体进行强力 夯实的地基加固方法。 l强夯法与重锤夯实法的区别：强夯法属于 高能量夯击，是用巨大的冲击能，使土中 出现冲击波和很大的应力，迫使土颗粒重 新排列，排除孔隙中的气和水，从而提高 地基强度，降低其压缩性。 l适用范围：碎石土、砂土、粘性土、湿 陷性黄土及杂填土地基的深层加固。 l优点：地基经强夯加固后，承载能力可 以提高2-5倍，压缩性可降低

22、200-1000%。 是一种效果好、速度快、节省材料、施 工简便的地基加固方法。 l缺点：是施工时噪音和振动很大，离建 筑物小于10m时，应挖防震沟，沟深要超 过建筑物基础深。 82 涵洞设计涵洞设计 一、一般要求一、一般要求 涵洞设计图 1）布置图绘出设置涵洞处原地面线及涵洞纵向面置，斜涵尚 应绘出平面和进出口的立面。图内注明地基土质情况，各部尺 寸 和 高 程 。 比 例 尺 用 ： ： 。 2）结构设计图一般采用标准图。在布置图内注明标准图的名 称及编号，不再绘结构设计图。特殊设计的（包括进出口式样 特殊或铺砌复杂的），应绘结构设计图。比例尺用： ：。 沟床纵坡较陡沟床纵坡较陡 l（1）

23、一般布置形式：进口作跌水井或急流槽 l（2）填方涵洞 l（3）斜置式斜坡涵：非岩石河床纵坡10%，岩石河 床纵坡10%，岩石河 床纵坡30% 三、绘图步骤三、绘图步骤 1、整理外业资料，收集有关路线及路基设计资料，拟定主要 尺寸，选定标准图； 2、点绘河沟纵断面； 3、绘路基设计线； 4、结合地面线和地质水文确定基础位置，至下而上出洞身长 度； 5、绘进出洞口图、平面图、横断面图及有关剖面图； 6、计算并标出各部尺寸； 7、计算工程数量、编写说明、整理完成全图。 四、涵洞设计成果四、涵洞设计成果 施工图设计阶段：涵洞设计图、涵洞工程数量表 83 小桥设计小桥设计 一、一般要求一、一般要求 1、

24、完整的设计图 立面（纵剖面）、平面、横断面以及其它有关剖面及细 部大样图。 2、工程数量计算表 3、文字说明 4、比例：1：100、1：200 二、小桥设计成果二、小桥设计成果 施工图设计阶段：小桥设计图、小桥工程数量表 三、绘图步骤三、绘图步骤 1、整理外业资料，收集有关路线及路基设计资料，拟定主 要尺寸，选定标准图； 2、在立面图上点绘河床横断面，将上、中、下三个断面套 绘在一张图上； 3、绘立面图。一般自上而下绘制起拱线（或墩台顶面）， 然后确定基础标高，再自下而上绘出全图。并计算每个墩 台高度。 4、由立面及横断面图绘出平面图； 5、根据需要，绘必要的细部结构、剖面图、大样图； 6、计算并标出各部尺寸； 7、计算工程数量、编写说明、整理完成全图。 84 小桥涵设计的有关规定小桥涵设计的有关规定 一、图幅规定一、图幅规定 一般施工图以A3图幅居多 二、图例符号及单位规定二、图例符号及单位规定 一般量大并通用的材料图例可不表示出 桥涵图中尺寸标注单位规定：标高以m计；钢筋直 径、铁件及金属结构尺寸一律以mm为单位；钢筋 长度、圬工、钢筋混凝土及