第二章公路工程結(jié)構(gòu)物的構(gòu)造

第二章公路工程結(jié)構(gòu)物的構(gòu)造1第一節(jié)路基的構(gòu)造

一、路基橫斷面類型

二、擋土墻的構(gòu)造

第二節(jié)路面的構(gòu)造

一、路面橫斷面形式

二、路面結(jié)構(gòu)層的劃分

三、路面的分級

第三節(jié)橋涵工程構(gòu)造

一、橋梁的主要類型二、橋梁上部構(gòu)造三、橋梁下部結(jié)構(gòu)四、涵洞構(gòu)造

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公路是一種空間線形工程構(gòu)造物。從大的方面來講，它是由路基、路面、橋梁、涵洞、隧道、防護(hù)工程、排水設(shè)施、山區(qū)特殊構(gòu)造物等基本部分組成的。此外，為了保證汽車行駛的安全、暢通和舒適，還需有各種附屬工程，如公路標(biāo)志、護(hù)欄、路用房屋、加油站、通訊設(shè)施及綠化植被等。要確定公路工程造價，做好公路工程概、預(yù)算工作，基本前提就是要熟悉公路工程結(jié)構(gòu)物的構(gòu)造，為準(zhǔn)確計算其工程數(shù)量打下基礎(chǔ)。3第一節(jié)路基的構(gòu)造路基是路面的基礎(chǔ)，并與路面共同承擔(dān)行車荷載的作用。為使路面堅固、穩(wěn)定，或不占用太多的土地，路基還必須有一些其他附屬構(gòu)造物，如擋土墻、護(hù)坡、護(hù)腳、排水溝、跌水、急流槽等。4一、路基橫斷面類型

路基橫斷面是指在垂直于路中線方向所作的一垂直剖面。路基橫斷面圖反映了路基的形狀和尺寸，是路基設(shè)計的主要技術(shù)文件。

路基橫斷面圖是由行車道、路肩、分隔帶、邊溝以及截水溝、護(hù)坡道等組成的，對于高速公路還有變速車道、爬坡車道、緊急停車帶、慢行道及路上設(shè)施等。根據(jù)原地面起伏狀況和設(shè)計要求不同，路基橫斷面設(shè)計有四種基本類型，即路堤、路塹、半填半挖及不填不挖。

51、路堤

路堤是指高于原地面，由填方筑成的路基。如圖2-1所示。路堤都應(yīng)設(shè)置邊坡，坡度以1:m表示。當(dāng)?shù)孛鏅M坡太陡，或填方數(shù)量太大，占地太多時，在填方坡腳處常設(shè)置石砌護(hù)腳，以防止填方沿山坡向下滑動。如圖2-1d)所示。

672、路塹

路塹是低于原地面，由挖方構(gòu)成的路基。如圖2—2所示。路塹的典型斷面為全挖路塹，如圖2—2a)所示，該路基兩側(cè)均需設(shè)置邊溝，為防止山坡水流進(jìn)路基，在路塹邊坡的上方應(yīng)設(shè)置截水溝，其位置要求距坡頂大于5m。

陡峻山坡上的半路塹，為避免局部填方，可挖成臺口式路基，如圖2—2b)。在整體堅硬的巖層上，有時可采用半山洞路基如圖2—2c)，但要確保安全，不可濫用(例P13—懸崖峭壁坐副駕駛)。

893、半填半挖

半填半挖路基橫斷面類型如圖2—3所示。它的特征是在同一個斷面既有挖方又有填方。以挖做填是一種比較經(jīng)濟(jì)的斷面型式。由于半填半挖斷面往往用在橫坡較陡的山坡上，為了使路基穩(wěn)定，避免填方部分在自重作用下沿地面下滑，此時路基往往要采取一些措施。如將原地面拉毛，或?qū)⒃孛孀龀膳_階，或修筑護(hù)肩、護(hù)墻、砌石及擋土墻等支擋建筑物。

10114、不填不挖

不填不挖路基橫斷面指路基標(biāo)高與原地面相同的路基，如圖2—4所示。這種路基雖節(jié)省土石方，但對排水非常不利，容易發(fā)生水淹等病害。常用于干旱的平原，丘陵區(qū)或山嶺區(qū)的山脊線。1213二、擋土墻的構(gòu)造(P13例—林老板)

擋土墻是一種能夠抵抗側(cè)向土壓力，防止墻后土體坍塌的建筑物，在路基工程中可以穩(wěn)定路堤和路塹邊坡，減少土石方工程量。尤其是在山區(qū)公路中，擋土墻的運用更加廣泛。14(一)擋土墻的類型

1、按照墻的位置分

公路上常用的擋土墻按其設(shè)置的位置可分為路塹墻、路肩墻和山坡墻等類型，如圖2—5所示。1516

2、按照墻體材料分

按照墻體材料，擋土墻又可分為：石砌擋土墻、磚砌擋土墻、混凝土擋土墻、鋼筋混凝土擋土墻和木質(zhì)擋土墻等類型。173、按照墻的結(jié)構(gòu)型式分

按照墻的結(jié)構(gòu)型式，擋土墻還可分為：重力式、衡重式、半重力式、懸臂式、扶壁式、拱式、錨桿式、錨碇板式、帶卸荷板的柱板式、樁板式和垛式(又稱框架式)等類型(圖2—6)。其中，重力式、衡重式多用石砌(缺乏石料地區(qū)也有用磚砌的)。半重力式用混凝土澆筑，視需要也可在受拉區(qū)加少量鋼筋，以節(jié)省圬工。其他類型多用鋼筋混凝土就地制作或預(yù)制拼裝。

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(二)石砌擋土墻的構(gòu)造

石砌擋土墻是工程中常用的擋土墻，它由墻身、基礎(chǔ)、排水設(shè)施和伸縮縫等幾部分組成。

1、墻身

墻身是擋土墻的主體結(jié)構(gòu)，根據(jù)墻背的傾斜方向，墻身斷面型式可分為仰斜、垂直、俯斜、凸形折線和衡重式等，如圖2-7所示。20212、基礎(chǔ)

基礎(chǔ)是擋土墻的關(guān)鍵，稍有不慎就有可能導(dǎo)致墻體的破壞。擋土墻常用的基礎(chǔ)類型有：(1)擴(kuò)大基礎(chǔ)，如圖2—8a)、b)所示，是將墻趾和墻踵部分加寬成臺階，也可同時將兩側(cè)加寬，以加大承壓面積，減少基底應(yīng)力。(2)切割臺階基礎(chǔ)，圖2—8c)所示，當(dāng)?shù)孛娑妇鼗鶠橥暾麍杂矌r石時，為節(jié)省圬工和基礎(chǔ)開挖數(shù)量，可采用此基礎(chǔ)。(3)拱形基礎(chǔ)，圖2—8d)所示，當(dāng)挖基困難或跨越溝澗時，可采用拱形基礎(chǔ)。

22233、排水設(shè)施

擋土墻的墻后排水是十分重要的。為了排除墻內(nèi)的積水，要求在墻身的適當(dāng)高處，設(shè)置一排或數(shù)排泄水孔。如圖2—9所示。2425

4、沉降縫與伸縮縫

沉降縫與伸縮縫是為了防止地基不均勻沉降或為防止圬工砌體硬化收縮及因溫度變化而產(chǎn)生不均勻伸縮而設(shè)置的，如圖2—10所示。沉降縫與伸縮縫一般都設(shè)在一起，稱為沉降伸縮縫，一般每隔10—15m設(shè)置一道，縫寬2~3cm，自墻頂作到基底，縫內(nèi)用膠泥或瀝青麻筋等彈性材料沿墻的內(nèi)、外、頂三側(cè)填塞而成。2627第二節(jié)路面的構(gòu)造一、路面橫斷面形式28

路面的橫斷面形式主要有兩種：

1、槽式槽式橫斷面是在整個車行道寬度范圍內(nèi)將路基挖成同深的槽形，然后分層鋪筑路面的結(jié)構(gòu)形式，如圖2—11a)所示。

2、全鋪式全鋪式橫斷面是在整個路基寬度范圍內(nèi)部鋪筑路面的結(jié)構(gòu)形式，如圖2—11b)所示。2930

二、路面結(jié)構(gòu)層的劃分

路面是用各種材料鋪筑而成的。如圖2—12所示。

1、面層

(P16例—海南高速公路)

面層是路面結(jié)構(gòu)層最上面的一層，直接受行車荷載和大氣作用。因此，面層材料應(yīng)具備較好的力學(xué)強(qiáng)度和穩(wěn)定性。當(dāng)面層為雙層時，上面一層稱上面層．下面一層稱下面層。中、低級路面上設(shè)的磨耗層和保護(hù)層亦包括在面層之內(nèi)。31322、基層

基層是路面結(jié)構(gòu)層中承重部分，主要承受車輪荷載的豎向力，并將面層傳下來的應(yīng)力擴(kuò)散到墊層或土基上去。因此，它應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，同時還應(yīng)具有良好的應(yīng)力擴(kuò)散能力。當(dāng)基層為雙層時，上面一層稱基層，下面一層稱底基層。333、墊層

墊層是介于基層與土基之間的一層。起排水、隔水、防凍等多方面的作用，以保證基層、面層有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，同時擴(kuò)散由基層傳來的應(yīng)力，以減少土基所產(chǎn)生的變形。所以，在路基水溫狀況不良的地段，都應(yīng)設(shè)置墊層。用于墊層的材料主要有兩種：一是松散顆粒材料，如砂、礫石、爐渣、片石等起透水作用；二是水泥穩(wěn)定土、石灰煤渣穩(wěn)定土等起穩(wěn)定性作用。

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三、路面的分級

根據(jù)路面的使用品質(zhì)和服務(wù)能力，將路面分為高級、次高級、中級和低級四個技術(shù)等級。

351、高級路面

高級路面平整無塵，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，使用壽命長，養(yǎng)護(hù)費用少，運輸成本低，能保證高速行駛和較大的交通量。適于高速公路和一級公路。高級路面主要有：(1)瀝青混凝土路面。將瀝青、砂、碎石、礦粉等材料加熱后按比例拌和，并趁熱碾壓成型的路面。這種路面堅實平整，密實不透水。(2)水泥混凝土路面。以水泥作為膠結(jié)材料，將其與砂、石、水等材料均勻拌和，經(jīng)攤鋪—振搗—整平—養(yǎng)護(hù)后形成的路面。這種路面強(qiáng)度高，耐久性好、使用壽命長。

362、次高級路面

次高級路面適于二級公路和三級公路，其主要類型有：(1)熱拌瀝青碎石混合料用瀝青、砂、碎石加熱拌和，并趁熱碾壓成型的路面。(2)瀝青貫入式在初步壓實且有許多空隙的新鋪碎石層表面澆灌瀝青，使瀝青灌入石縫中，然后用小碎石鋪上一薄層作為嵌縫料，壓實后再澆一次瀝青，最后用石屑鋪一薄層，再經(jīng)壓實而形成的路面。(3)瀝青表面處治在原有的石灰土路面或級配路面的表層上加鋪薄層的瀝青與小石子的混合料，然后碾壓成型。373、中級路面

中級路面適于四級公路，其結(jié)構(gòu)類型主要有：

(1)泥結(jié)碎石路面用粘土作填充粘結(jié)料修筑的碎石路面。這種路面施工方便，造價低廉，但強(qiáng)度低，平整度差，易揚塵，養(yǎng)護(hù)工作量大，適于道路的分期修建和改善。(2)級配碎石路面將粒徑不同的碎石和砂(石屑)及粘土組成良好級配的混合料，在最佳含水量狀態(tài)下經(jīng)碾壓形成的路面。這種路面比泥結(jié)碎石路面平整度好，力學(xué)強(qiáng)度也較高。384、低級路面

低級路面是用當(dāng)?shù)氐母鞣N材料如爐渣、碎石和砂礫土等修筑的路面。這種路面平整度差，強(qiáng)度低，僅適于四級公路或鄉(xiāng)村道路。

39第三節(jié)橋涵工程構(gòu)造

一、橋梁的主要類型

橋梁是人類為克服天然障礙而建造的建筑物。它既是一種功能性的構(gòu)造物，同時又是一個壯觀、美麗的建筑工程。橋梁種類繁多，姿態(tài)各異，下面僅按其不同的結(jié)構(gòu)體系闡述橋梁的主要類型。

401、梁式橋

梁式橋是一種在豎向荷載作用下無水平反力的結(jié)構(gòu)，如圖2—13所示。這種結(jié)構(gòu)由于外力的作用方向與承重結(jié)構(gòu)的軸線接近垂直，故梁內(nèi)易產(chǎn)生很大的彎矩，需用抗彎能力強(qiáng)的材料來建造。目前在公路上應(yīng)用最廣泛的是預(yù)制裝配式的鋼筋混凝土簡支梁橋，這種橋梁的結(jié)構(gòu)簡單、施工方便，對地基的承載力要求不高，但其跨徑較小，一般在25m以下。

4142432、拱式橋

拱式橋的主要承重結(jié)構(gòu)是拱圈或拱肋，如圖2—14所示。這種結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下，橋墩或橋臺將承受水平推力，如圖2—14b)所示。同時這種水平推力將顯著抵消荷載所引起的在拱圈內(nèi)的彎矩作用。因此，常用抗壓能力強(qiáng)的圬工材料(磚、石、混凝土)來建造。

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3、剛構(gòu)橋

剛構(gòu)橋的主要承重結(jié)構(gòu)是梁或板和立柱或豎墻整體結(jié)合在一起的剛構(gòu)結(jié)構(gòu)，梁和柱的連接處具有很大的剛性，如圖2—15所示。在豎向荷載作用下，梁部主要受彎，而在柱腳處也有水平反力，其受力狀態(tài)介于梁橋與拱橋之間。464748

4、懸索橋(又稱吊橋)

懸索橋如圖2—16所示。它的主要承重結(jié)構(gòu)是懸掛在兩邊橋塔上的強(qiáng)大纜索。懸索橋一般結(jié)構(gòu)自重較輕，跨度很大，便于無支架懸吊拼裝。但在車輛動荷栽和風(fēng)載作用下，有較大的變形和振動。495051

5、斜拉橋

斜拉橋由斜索、索塔和主梁組成，如圖2—17所示。用高強(qiáng)鋼材制成的斜索將主梁多點吊起，并將主梁的荷載和車輛荷載傳至索塔，再通過索塔基礎(chǔ)傳至地基。與懸索橋相比，斜拉橋的結(jié)構(gòu)剛度大，且抵抗風(fēng)振的能力也很好。525354

二、橋梁上部構(gòu)造

橋梁是由上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)兩個主要部分組成的。上部結(jié)構(gòu)是指橋墩以上部分，下部構(gòu)造是指橋墩、橋臺和基礎(chǔ)，如圖2—18所示。55

橋梁上部結(jié)構(gòu)類型很多，其橫斷面形式主要有：

(一)梁式橋主梁橫斷面形式

1、承受正彎矩的簡支梁橋

(1)實心板梁，如圖2—19a)所示。(2)矮肋板梁，如圖2—19b)所示(3)空心板梁，如圖2—19c)、d)所示。5657(二)拱式橋主拱橫斷面形式

1、實心板拱圈如圖2—20a)，b)所示。2、雙曲供圈如圖2—20c)所示。3、箱形供圈如圖2—20d)所示。4、鋼筋混凝土拱肋如圖2—20e)，f)，g)。5、鋼管混凝土供如圖2—20h)~l)。5859

三、橋梁下部結(jié)構(gòu)(P22例—桂林炸橋)

橋墩、橋臺主要由墩(臺)帽、墩(臺)身、基礎(chǔ)三部分組成的，如圖2—21所示。橋墩、橋臺的作用是承受上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載，并通過基礎(chǔ)又將此荷載及墩、臺本身的自重傳遞到地基上。目前，公路上常用的墩、臺主要荷重力式墩、臺和輕型墩、臺兩種。606162(一)重力式墩、臺構(gòu)造

重力式墩、臺是靠自身重量來平衡外力而保持其穩(wěn)定的。因此，這類墩、臺比較厚實，可以不用鋼筋，而用天然石材或片石混凝土砌筑。這種墩、臺適于地基良好或漂浮物較多的河流中。631、梁橋重力式橋墩構(gòu)造

(1)墩帽墩帽是橋墩頂端的傳力部分，它通過支座承托著上部結(jié)構(gòu)，并將相鄰兩孔上的荷載傳遞到墩身上。因此，墩帽的強(qiáng)度要求較高，一般用20號以上鋼筋混凝土材料建造。如圖2—22所示。6465

(2)墩身

墩身是橋梁的主體。通常由塊石、混凝土或鋼筋混凝土建造。為了便于水流或漂浮物流過，墩身平面形狀可以做成圓端形或尖端形，無水的岸墩或高架橋墩可以做成矩形，如圖2—23所示。

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(3)基礎(chǔ)

基礎(chǔ)是介于墩身與地基之間的傳力結(jié)構(gòu)。①天然地基上的剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)這種基礎(chǔ)也稱明挖基礎(chǔ)，通常用塊石、混凝土砌筑成實體基礎(chǔ)。②樁基礎(chǔ)樁基礎(chǔ)由若干根樁和承臺兩部分組成，樁在平面上可以排成一排或多排，所有樁的頂部內(nèi)承臺聯(lián)成一個整體，然后在承臺上修筑橋墩。由墩身傳下來的荷載通過承臺分配到各個樁頭，再通過各樁傳送到深層土中，故屬于深基礎(chǔ)，如圖2—24所示。樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)輕，施工進(jìn)度快，是一種較經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。按施工方法不同，樁基礎(chǔ)可以分為鉆孔灌注樁、挖孔樁、打入樁和管樁基礎(chǔ)等。

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③沉井基礎(chǔ)沉井是井筒狀的結(jié)構(gòu)物。施工時先在井內(nèi)挖土，讓沉井在自重作用下下沉至設(shè)計標(biāo)高后再用水泥混凝土封底，并填塞井孔，使其成為橋墩的基礎(chǔ)，如圖2—45所示。70

2、重力式橋臺構(gòu)造

梁橋和拱橋的重力式橋臺常為u形橋臺，它是由臺帽、臺身和基礎(chǔ)三部分組成。梁橋、拱橋橋臺構(gòu)造示意圖如圖2—26所示。(1)臺帽(2)臺身7172(二