桥梁建设与环境协调

工程建设与环境协调

结课报告桥梁建设与环境协调桥梁基本知识桥梁建设案例分析

供铁路、道路、渠道、管线等跨越河流、山谷或其他交通线使用的建筑物诸道桥梁。－－《资治通鉴·唐纪》桥梁杭州湾跨海大桥伦敦塔桥桥梁指的是为道路跨越天然或人工障碍物而修建的建筑物。

桥梁一般由五大部件和五小部件组成,五大部件是指桥梁承受汽车或其他车辆运输荷载的桥跨上部结构与下部结构,是桥梁结构安全的保证.包括(1)桥跨结构(或称桥孔结构.上部结构)、(2)支座系统、(3)桥墩、(4)桥台、(5)墩台基础.五小部件是指直接与桥梁服务功能有关的部件,过去称为桥面构造.包括(1)桥面铺装、(2)防排水系统、(3)栏杆、(4)伸缩缝、(5)灯光照明.天津大沽桥桥梁分类按用途公路桥、公铁两用桥、人行桥、机耕桥、

过水桥。按跨径大小和多跨总长小桥、中桥、大桥、特大桥。按结构梁式桥,拱桥,钢架桥,缆索承重桥(斜拉桥和悬索桥)四种基本体系，此外还有组合体系。按行车道位置上承式桥、中承式桥、下承式桥。按使用年限永久性桥、半永久性桥、临时桥。按材料类型木桥、圬工桥、钢筋砼桥、预应力桥、钢

桥。桥梁是道路的组成部分。从工程技术的角度来看，桥梁发展可分为古代、近代和现代三个时期。人类在原始时代，跨越水道和峡谷，是利用自然倒下来的树木，自然形成的石梁或石拱，溪涧突出的石块，谷岸生长的藤萝等。古代桥梁在17世纪以前，一般是用木、石材料建造的，并按建桥材料把桥分为石桥和木桥。古代石桥石桥的主要形式是石拱桥。据考证，中国早在东汉时期就出现石拱桥,如出土的东汉画像砖，刻有拱桥图形。现在尚存的赵州桥（又名安济桥），建于公元605～617年，净跨径为37米，首创在主拱圈上加小腹拱的空腹式（敞肩式）拱。石梁桥是石桥的又一形式。中国陕西省西安附近的灞桥原为石梁桥，建于汉代，距今已有2000多年。公元11～12世纪南宋州地区先后建造了几十座较大型石梁桥，其中有洛阳桥、安平桥。安平桥(五里桥)原长2500米，362孔，现长2070米，332孔。英国达特穆尔现存的石板桥，有的已有2000多年。赵州桥木桥

早期木桥多为梁桥，如秦代在渭水上建的渭桥，即为多跨梁式桥。木梁桥跨径不大，伸臂木桥可以加大跨径。中国3世纪在甘肃安西与新疆吐鲁番交界处建有伸臂木桥，“长一百五十步”。公元405～418年在甘肃临夏附近河宽达40丈处建悬臂木桥，桥高达50丈。八字撑木桥和拱式撑架木桥亦可以加大跨径。16世纪意大利的巴萨诺桥为八字撑木桥。木拱桥出现较早，公元104年在匈牙利多瑙河建成的特拉杨木拱桥，共有21孔，每孔跨径为36米。中国在河南开封修建的虹桥,净跨约为20米,亦为木拱桥,建于公元1032年。日本在岩国锦川河修建的锦带桥为五孔木拱桥，建于公元300年左右。虹桥古代桥梁基础,在罗马时代开始采用围堰法施工,即打木板桩成围堰，抽水后在其中修筑桥梁基础和桥墩。1209年建成的英国泰晤士河拱桥，其基础就是用围堰法修筑，但是,那时只能用人工打桩和抽水,基础较浅。中国11世纪初，著名的洛阳桥在桥址江中先遍抛石块，其上养殖牡蛎二三年后胶固而成筏形基础，是一个创举。杭州曹公桥浙江绍兴八字桥18世纪铁的生产和铸造，为桥梁提供了新的建造材料。但铸铁抗冲击性能差,抗拉性能也低,易断裂，并非良好的造桥材料。19世纪50年代以后，随着酸性转炉炼钢和平炉炼钢技术的发展，钢材成为重要的造桥材料。钢的抗拉强度大，抗冲击性能好，尤其是19世纪70年代出现钢板和矩形轧制断面钢材，为桥梁的部件在厂内组装创造了条件，使钢材应用日益广泛。

18世纪初，发明了用石灰、粘土、赤铁矿混合煅烧而成的水泥。19世纪50年代，开始采用在混凝土中放置钢筋以弥补水泥抗拉性能差的缺点。此后，于19世纪70年代建成了钢筋混凝土桥。近代

近代桥梁建造，促进了桥梁科学理论的兴起和发展。1857年由圣沃南在前人对拱的理论、静力学和材料力学研究的基础上，提出了较完整的梁理论和扭转理论。这个时期连续梁和悬臂梁的理论也建立起来。桥梁桁架分析(如华伦桁架和豪氏桁架的分析方法)也得到解决。19世纪70年代后经德国人K.库尔曼、英国人W.J.M.兰金和J.C.麦克斯韦等人的努力,结构力学获得很大的发展,能够对桥梁各构件在荷载作用下发生的应力进行分析。这些理论的发展，推动了桁架、连续梁和悬臂梁的发展。19世纪末，弹性拱理论已较完善，促进了拱桥发展。20世纪20年代土力学的兴起，推动了桥梁基础的理论研究。

近代桥梁按建桥材料划分，除木桥、石桥外，还有铁桥、钢桥、钢筋混凝土桥。现代20世纪30年代，预应力混凝土和高强度钢材相继出现，材料塑性理论和极限理论的研究，桥梁振动的研究和空气动力学的研究，以及土力学的研究等获得了重大进展。从而,为节约桥梁建筑材料,减轻桥重，预计基础下沉深度和确定其承载力提供了科学的依据。现代桥梁按建桥材料可分为预应力钢筋混凝土桥、钢筋混凝土桥和钢桥。

钢桥二次世界大战后，随着强度高、韧性好、抗疲劳和耐腐蚀性能好的钢材的出现，以及用焊接平钢板和用角钢、板钢材等加劲所形成轻而高强的正交异性板桥面的出现，高强度螺栓的应用等，钢桥有很大发展。钢板梁和箱形钢梁同混凝土相结合的桥型，以及把正交异性板桥面同箱形钢梁相结合的桥型，在大、中跨径的桥梁上广泛运用。1951年联邦德国建成的杜塞尔多夫至诺伊斯桥，是一座正交异性板桥面箱形梁,跨径206米。1957年联邦德国建成的杜塞尔多夫北桥,是座6孔72米钢板梁结交梁桥。杜塞尔多夫至诺伊斯桥中国名桥卢沟桥潮州广济桥扬州五亭桥晋江安平桥赵州桥程阳风雨桥泸定铁索桥东陵五音桥颐和园玉带桥桥梁工程指桥梁勘测、设计、施工、养护和检定等的工作过程，以及研究这一过程的科学和工程技术，它是土木工程的一个分支。桥梁工程学的发展主要取决于交通运输对它的需要。古代桥梁以通行人、畜为主，载重不大，桥面纵坡可以较陡，甚至可以铺设台阶。自从有了铁路以后，桥梁所承受的载重逐倍增加，线路的坡度和曲线标准要求又高，且需要建成铁路网以增大经济效益，因此，为要跨越更大更深的江河、峡谷，迫使桥梁向大跨度发展。石材、木材、铸铁、锻铁等桥梁材料，显然不合要求，而钢材的大量生产正好满足这一要求。桥梁工程桥梁工程的技术发展在技术方面，只是凭经验修桥，曾使19世纪80～90年代的许多铁路桥发生重大事故；从这时起，正在发展中的结构力学理论得到了重视，而在它的静力分析理论完全确立并广泛普及之后，桥梁因强度不足而造成的事故明显大为减少。二十世纪以来，公路交通有很大发展。在内陆，需要在更多的河流、峡谷之上建桥。在城市中，以及在各种交通线路相交处，需要建造立交桥。在沿海，既需在大船通航的河口、海湾、海峡修建特大跨度桥梁，又需在某些海岛与大陆之间修建长桥。桥梁需要大量修建，而人力、物力、财力有限；于是，不断提高技术水平，引用新材料、新工艺、新桥式，对结构行为进行更精确的数值分析，采用更精确的结构试验进行验证，以使桥梁建设的经济效益不断提高，已成为时代的要求。桥梁工程学主要研究桥渡设计，包括选择桥址，决定桥梁孔径，考虑通航和线路要求以确定桥面高程，考虑基底不受冲刷或冻胀以确定基础埋置深度，设计导流建筑物等；桥式方案设计；桥梁结构设计；桥梁施工；桥梁检定；桥梁试验；桥梁养护等方面。桥梁工程的材料选择建桥材料方面，以高强、轻质、低成本为选择的主要依据，近期仍以发展传统的钢材和混凝土为主，提高其强度和耐久性。对于建筑钢材的脆断机理、初始几何缺陷等，以及混凝土材料的非弹性问题(收缩徐变以及疲劳等)，将继续作充分的研究，使能正确控制结构的受力和变形。至于碳纤维塑料等在桥梁上的广泛应用，还必须在降低成本以后才有可能。桥梁工程的设计在桥梁勘察设计方面，随着交通事业的迅速发展，大跨度或复杂的桥型将不断涌现。高速公路的发展，对桥梁设计亦将提出新的要求。在桥式方案设计中，将有可能利用结构优化设计理论，借助电子计算机选出最佳方案。在结构设计计算中，采用空间理论来分析桥梁整体受力已成为可能；以概率统计理论为基础的极限状态设计理论，将进一步反映在桥涵设计规范中，使桥梁设计的安全度得到科学合理的保证。桥梁美学作为时代、民族的文化在某些方面的反映，将愈来愈受到人们的重视：桥梁的面貌将蔚为大观。桥梁工程的施工及维修在桥梁施工方面，对施工组织将充分利用电子计算机进行经济有效的管理。在施工技术中，将不断引用新技术和高效率、高功能的机具设备，借以提高质量、缩短工期、降低造价。如采用激光测量控制结构的精确定位；引用自升式水上平台克服深水基础的困难；利用遥控设备在沉井、沉箱中挖基，以减少劳动强度并避免人身危险；利用高质量的焊接技术，借能推广工地焊接等，此外，装配式桥梁也将有所发展，以使结构和构件标准化，生产工业化。

在桥梁养护维修方面，要求对既有桥梁建立完善的技术档案管理制度。在桥梁维修检查中，引用新型精密的测量仪表，如用声测法对结构材料的缺陷以及弹性模量进行测定；用手携式金相摄影仪检查钢材的晶体结构俾能及早进行加固防患于末然，以便延长桥梁的使用寿命。桥梁工程始终是在生产发展与各类科学技术进步的综合影响下，遵循适用、安全、经济与美观的原则，不断的向前发展。我国桥梁建设工程的现状

“八五”以来，我国公路建设事业踏入高速发展阶段，“80年代是中国桥梁的崛起期，90年代是中国桥梁的腾飞期，中国桥梁建设从此开始了黄金时代。”纵观南浦大桥、苏通大桥、汕头大桥、润扬大桥等一系列高技术建设成果，都预示着我国的桥梁建设规模和发展速度进入了世界桥梁大国之列。在桥梁建设的已有成就基础上，新型建筑材料的研发成功也为桥梁建设提供极大的推动力。传统笨重、易损的建筑材料已被新型高分子聚合材料所代替。高科技产生的新型建筑材料已为我国乃至世界桥梁建设指明了新的发展道路。交通系统在总结一系列交通基础设施建设管理经验的基础山，积极主动的学习和借鉴国内相关行业和国际先进建设管理经验，在建立健全基础设施建设管理体制的同时，积极引入市场竞争机制，并试行了招标投标制、工程监理制、项目法人制和合同管理制等，逐步形成了一套相对完善的适应市场经济环境的建设管理体制。我国桥梁建设现存问题1、桥梁建筑工程质量得不到保证，存在安全隐患我国桥梁建设日新月异，建设水平普遍提高，但存在地区、单位的不平衡性和差异性。总体水平同世界领先国家相比仍存在一定的差距，主要表现在材料、工艺技术创新上。建筑施工周期短，低标价中标，竞争和创新激励机制不强，设计片面追求单项技术指标，技术深入研究和优化比较不足，桥型结构平庸、模式化，经济指标差以及施工分工、转包，技术投入不足，导致桥梁施工质量得不到保证。在具体实施过程中缺少了对桥梁安全耐久性、预应力混泥土桥梁的裂缝问题、斜拉桥的拉索、钢桥的桥面铺装和钢结构的反腐等问题的思考，给桥梁的持续使用带来了安全隐患。

2、结构设计美学与创新无法适应新时代要求设计师桥梁建设的先决工作，它将决定整个桥梁工程的一切后续工作以及使用。我国桥梁建设速度和规模取得惊人发展的同时，对于其美感以及存在意义的反思与讨论也日益成为我们关注的焦点。桥梁往往作为一个城市的标志存在，再强调人文和谐社会建设的今天，它将不再仅代表一种交通基础设施建设，更是一种文化的传播媒介。但现实中，很多桥梁的设计只是建筑师一手操办，忽视所建地的文化底蕴，将他人的创作生搬硬套，完全掩盖了桥梁的城市文化传播效能。3、缺乏科学的管理维护与监督控制除了前期的桥梁设计与施工存在问题外，我国还存在一个非常严重的问题——缺乏后续的管理维护和监督控制，重建设轻管理的现象十分严重和普遍，这给桥梁建筑事业的发展形成了较大的阻碍。桥梁工程的后续检查、养护管理、养护质量体系、养护质量控制体系以及质量评价体系都缺乏科学性和完整性。这些缺陷导致我国桥梁在使用过程中出现预期使用年限不满、工程质量事故频发等现象，不仅给人民的生命财产和国家造成了巨大的损失，还造成了不良的社会影响。桥梁建设与环境协调

案例一：桂林玻璃桥案例二：湖南矮寨特大悬索桥桂林玻璃桥桂林玻璃桥位于榕湖，桥体采用工艺复杂，造型考究的水晶玻璃制品为建筑构件，集中体现了现代玻璃工艺的水平，是目前为止我国最早采用特种水晶玻璃承重体系的实用性桥梁。桥型美观大方，桥体晶莹剔透。特别是夜晚，通过高科技夜景纪光，更加七彩斑斓绚烂夺目。玻璃桥为榕湖景区的观光桥，是我国第一座采用特种水晶玻璃构架的实用性桥梁。桥长22.4米，桥宽2.64米，桥平直，下有四孔，中段有互顶，它无论是外部立面、雨廊屋顶，还是桥面承重部分，均采用工艺精致、造型考究的水晶玻璃制品为建筑构件，柱头、栏杆等桥梁构件和饰件也是用水晶玻璃专门熔铸的。玻璃桥原处曾有一座简陋的水泥混凝土结构栈桥，多年风雨侵蚀已不堪重负。而桂林城内水系又是桂林旅游的一个亮点，为了维护桂林的良好旅游城市形象及为市民、游客提供通行。休憩、游览的更多场所，为桂林旅游添一笔亮色，2000年，桂林市市政府决定在玻璃桥原处建新桥。由于桂林是独特的喀斯特地貌，地下水十分丰富，地下多溶洞，对桥梁建设的施工存在一定的阻碍作用，施工难度较大。所以玻璃桥在设计阶段及施工阶段经过多方考虑及克服重重障碍方得建成。设计了桂林十几座桥梁的市政综合设计院和久负盛名的北京博艺泛美设计中心承担了对玻璃桥桥型方案的设计任务，经过五周时间，拿出了较为完善的8个桥型设计方案。2001年4月7日，桂林市市政综合设计院的“廊桥”方案中标，被采用为榕湖玻璃桥桥型。由于施工工期紧迫，玻璃制品的制造加工及安装都是精细而耗费时间的工作，桥梁施工单位及玻璃构件制造厂家都是第一次建造玻璃桥，没有现成经验，各个环节都要靠反复论证和试验来解决，指挥部在玻璃桥的建设部署上采取先易后难、分头并进的办法，这一办法赢得了时间，9月25日，玻璃桥下部混凝土墩台基础施工结束，11月，主承重钢结构完成施工。2002年3月，玻璃桥施工建设到了最后攻坚阶段，由于阴雨连绵，对施工造成了不利的影响。关键时刻，指挥部调集设计师及管理干部，加强项目管理队伍，每天召开土地协调会，并果断决定另行组织队伍搭建雨棚，为桥梁施工创造条件，使攻坚阶段的施工得以有序高效进行，到6月30日，玻璃桥项目的全部施工任务完成。玻璃桥水下施工图样桂林玻璃桥在建造时充分考虑了地形地貌，又注意到了桥的总体效果与桂林环城水系的和谐呼应，施工时同样考虑到了环保，并未对城内水系造成污染，落成之后为美丽的桂林又添一抹亮色。桂林玻璃桥是中国第一座实用型用夹膜钢化玻璃装饰的桥梁。桥体通透晶莹，与榕湖山光水色相映，充分体现了玻璃材质的通透美丽质感，与环境相适协调。现代社会的发展，引领造桥工艺以及建筑材料的一次又一次的革新，使得玻璃桥不再是水中月镜中花，可遇而不可求，现代玻璃工业水平的发展让我们可以实现前人的伟大构思。玻璃以其简洁、大方、环保等等一系列的特点肯定会在以后的建筑和生产中得到广泛的利用，而玻璃桥则是它的一个缩影。中国地貌多种多样，各地情况参差不齐，合理的根据当地的地势特点，全面贯彻安全经济使用和美观的方针，选用合理的方案建造适合的桥梁。玻璃桥将成为未来小跨度桥梁的良好发展方向。虽然玻璃桥优点多多，但是其缺点局限性也不小。如何进一步增强玻璃的抗压抗剪能力是重中之重，减少投资经费，增加桥的跨度和强度也是我们需要进一步解决的问题，如何更好的应用玻璃桥的特点也有待解决。更好的研究玻璃的结构和加工工艺，研究现有玻璃桥的反馈信息将为我们提供更好的方案和研究方向。湖南矮寨特大悬索桥3月31日，湖南湘西矮寨特大悬索桥正式建成通车。矮寨特大悬索桥，位于湖南湘西矮寨镇境内。矮寨悬索桥，距吉首市区约20公里，跨越矮寨镇附近的山谷，德夯河流经谷底，桥面设计标高与地面高差达330米左右。桥型方案为钢桁加劲梁单跨悬索桥，全1073.65m，悬索桥的主跨为1176m。该桥跨越矮寨大峡谷，主跨居世界第三、亚洲第一。工程计划投入7.2亿元，占吉茶高速公路计划总投资的15%。简介矮寨盘山公路虽然只有6公里，却修筑在坡度为70度到90度的陡峭山崖上，迫使公路转折13道急弯，形成了26节几乎平行、上下重叠的路面。不堵车的情况下，车辆盘旋而上至少需要30分钟。而矮寨大桥通车后，只需要1分钟便可完成30分钟的绕山路。该桥在设计施工中创下四个“世界第一”，除是世界最大跨峡谷悬索桥外，它还首次采用塔、梁完全分离的结构设计方案；首创“轨索滑移法”架设钢桁梁；首次采用岩锚吊索结构，并用碳纤维作为预应力筋材。项目背景长沙至重庆公路通道湖南省吉首至茶洞高速公路位于湖南省西部，途经湘西土家族、苗族自治州的吉首市和花垣县，是长沙至重庆公路通道湖南省境内的最西段，也是地形、地质条件最为复杂的一段。路线起于湘西土家族苗族自治州首府——吉首市，与湖南省常德至吉首高速公路（正在建设）相接，终于湘黔渝三省（市）交界处的“边城”——茶洞镇花垣河，与重庆至长沙公路洪安至酉阳高速公路（初步设计阶段）相连。桥位紧邻德夯苗族文化风景区，自然环境优美，地形条件复杂，桥面设计标高与地面高差达330m左右，山谷两侧悬崖距离从900m到1300m之间变化。在“安全、舒适、环保、和谐”的设计原则下确定最佳的桥位及桥型方案是政府主管部门、业主和设计师共同关注的问题。远景桥隧方案比选吉首至茶洞高速公路面对德夯大峡谷高差达500m的悬崖绝壁和横亘其身后绵延数十公里的排碧台地，在最初的工可方案设计中，几乎让大家认为特大隧道方案是唯一选择，但是设计者们发现，特长隧道不但修建管养复杂、建设费用和管理费用昂贵，而且社会资源和能源消耗巨大、行车舒适度和安全性极差、隧道产生的大量废方和废汽严重污染环境等问题又让每个人心存隐忧，于是有了长达四年的漫长探索路，有了一桥飞跨德夯大峡谷的矮寨梦之桥。设计之初，综合各种因素——地形、气候、地质等自然条件，选定隧道方案。由于矮寨特大桥独特的地形条件（桥面与谷底高差达330m，山顶与谷底的最大高差达500m，山谷两侧悬崖距离从900m到1300m之间变化。在茶洞岸侧有一巨大的岩堆，岩堆上下高差高达270m），按照“安全、舒适、环保、和谐”的设计原则，梁桥、拱桥、斜拉桥对于本桥明显不合适。悬索桥目前的最大跨径约2000m，在本桥桥址处修建跨径1200m左右的悬索桥，索塔可以置于峡谷两侧的山体上，大大地降低索塔高度，同时避开茶洞岸侧的巨大岩堆。综上所述：采用悬索桥为唯一可行的方案。

由于桥址风环境复杂,桥型新颖。为确保大桥的抗风稳定性和安全性，湖南大学风工程试验中心围绕该桥的抗风设计问题，做了系统的计算分析以及风洞试验研究。首先进行了桥址风环境特性的研究，制作了直径4m的1:500的桥址地形模型，在HD-2风洞低速试验段测试了桥址处风速沿高度和桥跨两个方向的分布规律。依据研究成果，提出了矮寨桥抗风设计的主要技术参数。考虑峡谷地区施工条件，矮寨大桥采用了钢桁加劲梁。鉴于山区风环境极其复杂，在桥址处建立了一种远程控制的新型的悬索吊挂式风环境观测系统，并已投入使用。长期观测资料将充实和修正现有风环境研究结果。克服山间风环境问题克服地形地貌问题矮寨悬索桥位置基岩裸露，岩石坚硬，产状平缓，地质稳定，无活动断层，有利于特大桥修建。悬索桥方案所经地段，岩性变化较小，路堑边坡稳定性较好。由于特长隧道所处的特殊的水文、地质条件、其施工安全、运营安全存在极大的隐患；相对而言，悬索桥方案对各种安全隐患的可预测性、易抢救性和可修复性均优于特长隧道方案。隧道内部不设置硬路肩，也无法设置爬坡车道，安全性能也打了折扣。排碧特长隧道将产生多达180万m3的废方，沿线高山峡谷、弃渣困难，其需大量占用耕地，在峡谷中大量弃方还可能诱发新的地质灾害；而明线方案弃渣量小且废渣场地可靠，对自然环境影响极小。特长隧道方案沿峒河展线，反复跨越峒河10余次，施工开挖的泥沙、运营期间的污水排放对峒河的水质影响较大。同时汽车噪声和废气对生活在峒河两侧山脚的居民带来较大的影响。悬索桥方案走山脊线，路线附近人烟稀少，耕地占用量极小，对周边少数民族居民影响不大；特长隧道产生的大量废汽和噪音，对隧道内的司乘人员不利。矮寨特大悬索桥建造与环境影响1）避开了不良地质的影响

矮寨悬索桥位置基岩裸露，岩石坚硬，产状平缓，地质稳定，无活动断层，有利于特大桥修建。2）改善了公路的安全性能。

由于特长隧道所处的特殊的水文、地质条件、其施工安全、运营安全存在极大的隐患；相对而言，悬索桥方案对各种安全隐患的可预测性、易抢救性和可修复性均优于特长隧道方案。隧道内部不设置硬路肩，也无法设置爬坡车道，安全性能也打了折扣。3）减小了对自然环境的影响。排碧特长隧道将产生多达180万m3的废方，沿线高山峡谷、弃渣困难，其需大量占用耕地，在峡谷中大量弃方还可能诱发新的地质灾害；而明线方案弃渣量小且废渣场地可靠，对自然环境影响极小。特长隧道方案沿峒河展线，反复跨越峒河10余次，施工开挖的泥沙、运营期间的污水排放对峒河的水质影响较大。同时汽车噪声和废气对生活在峒河两侧山脚的居民带来较大的影响。悬索桥方案走山脊线，路线附近人烟稀少，耕地占用量极小4）增强了公路的景观。特长隧道方案在一个狭长的峡谷内反复穿越峒河和湘川