橋梁工程基礎(chǔ)知識

第一章橋梁工程基礎(chǔ)知識

第一節(jié)橋梁基本組成

橋梁由“五大部件”與“五小部件”組成。

1.五大部件：是指橋梁承受運(yùn)輸車輛和（或）其他荷載的橋跨上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)，它們必須

通過承受荷載的計(jì)算與分析，是橋梁結(jié)構(gòu)安全性的保證。

⑴橋跨結(jié)構(gòu)：線路跨越障礙（如江河、山谷或其他線路等）的結(jié)構(gòu)物。

⑵支座系統(tǒng)：在橋跨結(jié)構(gòu)與橋墩或橋臺的支承處所設(shè)置的傳力裝置。它不僅要傳遞很大的荷載，

并且還要保證橋跨結(jié)構(gòu)能產(chǎn)生一定的變位。

⑶橋墩：是在河中或岸上支承橋跨結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)物。

（4）橋臺：設(shè)在橋的兩端，一邊與路堤相接，以防止路堤滑塌；另一邊則支承橋跨結(jié)構(gòu)的端部為保

護(hù)橋臺和路堤填土。橋臺兩側(cè)常做錐形護(hù)坡、擋土墻等防護(hù)工程。

⑸墩臺基礎(chǔ)：是保證橋梁墩臺安全并將荷載傳至地基的結(jié)構(gòu)。

上述前兩個(gè)部件是橋跨上部結(jié)構(gòu)，后三個(gè)部件是橋跨下部結(jié)構(gòu)。

2.五小部件：是直接與橋梁服務(wù)功能有關(guān)的部件，總稱為橋面構(gòu)造。

（1）橋面鋪裝（或稱行車道鋪裝）：鋪裝的平整性、耐磨性、不翹曲、不滲水是保證行車舒適的關(guān)

鍵。特別是在鋼箱梁上鋪設(shè)瀝青路面時(shí)，其技術(shù)要求甚嚴(yán)。

⑵排水防水系統(tǒng)：應(yīng)能迅速排除橋面積水，并使?jié)B水的可能性降至最小限度。城市橋梁排水系統(tǒng)

應(yīng)保證橋下無滴水和結(jié)構(gòu)上無漏水現(xiàn)象。

⑶欄桿（或防撞欄桿）：既是保證安全的構(gòu)造措施，又是有利于觀賞的最佳裝飾件。

（4）伸縮縫：橋跨上部結(jié)構(gòu)之間或橋跨上部結(jié)構(gòu)與橋臺端墻之間所設(shè)的設(shè)施，以保證結(jié)構(gòu)在各種因

素作用下的變位。為使行車順適、不顛簸，橋面上要設(shè)置伸縮縫構(gòu)造。

⑸燈光照明：現(xiàn)代城市中，大跨橋梁通常是一個(gè)城市的標(biāo)志性建筑，大多裝置了燈光照明系統(tǒng)，

構(gòu)成了城市夜景的重要組成部分。

第二節(jié)橋梁的主要類型

1.按受力特點(diǎn)劃分

1.1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),用梁或桁架梁作主要承重結(jié)構(gòu)，其上部結(jié)構(gòu)在

豎向荷載作用下，支點(diǎn)只產(chǎn)生豎向反力。梁式橋?yàn)闃蛄旱幕倔w系之一，制造和架設(shè)均較為方便，使

用廣泛，在橋梁建筑中占有很大比例。按照梁體受力情況，可分為簡支梁橋、連續(xù)梁橋和懸臂梁橋。

圖1-1簡支箱梁橋

1.2拱式橋

拱式橋的主要承重結(jié)構(gòu)是拱圈或拱肋。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,

同時(shí)這種水平推力將顯著抵消荷載所引起的在拱圈（或拱肋）內(nèi)的彎矩作用。拱橋的承重結(jié)構(gòu)以受壓

為主，通常用抗壓能力強(qiáng)的后工材料（磚、石、混凝土）和鋼筋混凝土等來建造。

圖1-4拱式橋

1.3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)合在一起的剛架結(jié)構(gòu)。梁和柱的連接處具有

很大的剛性，在豎向荷載作用下，梁部主要受彎，而在柱腳處也具有水平反力，其受力狀態(tài)介于梁橋

和拱橋之間。同樣的跨徑在相同荷載作用下，剛架橋的正彎矩比梁式橋要小，剛架橋的建筑高度就可

以降低。但剛架橋施工比較困難，用普通鋼筋混凝土修建，梁柱剛結(jié)處易產(chǎn)生裂縫。

圖1-5剛構(gòu)橋

1.4斜拉橋

斜拉橋又稱斜張橋，是將主梁用許多拉索直接拉在橋塔上的一種橋梁，是由承壓的塔、受拉的索

和承彎的梁體組合起來的一種結(jié)構(gòu)體系。其可看作是拉索代替支墩的多跨彈性支承連續(xù)梁。其可使梁

體內(nèi)彎矩減小，降低建筑高度，減輕了結(jié)構(gòu)重量，節(jié)省了材料。斜拉橋主要由索塔、主梁、斜拉索組

成。

圖1-6斜拉橋

1.5懸索橋

懸索橋以懸索為主要承重結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)自重較輕，構(gòu)造簡單，受力明確，能以較小的建筑高度經(jīng)濟(jì)

合理地修建大跨度橋。由于這種橋的結(jié)構(gòu)自重輕，剛度差，在車輛動荷載和風(fēng)荷載作用下有較大的變

形和振動。

圖1-7懸索橋

1.6組合體系橋

主要承重構(gòu)件采用兩種獨(dú)立結(jié)構(gòu)體系組合而成的橋梁。如拱和梁的組合、梁和桁架的組合、懸索

和梁的組合等。組合體系可以是靜定結(jié)構(gòu)，也可以是超靜定結(jié)構(gòu)?？梢允菬o推力結(jié)構(gòu)，也可以是有推

力結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以用同一種材料，也可以用不同的材料制成。

圖1-8三跨梁拱組合體系橋

圖1-9斜拉、懸索組合體系橋

2.其他分類方式

⑴按橋梁多孔跨徑總長或單孔跨徑的長度，可分為特大橋、大橋、中橋、小橋。具體分類見下表。

表1-1橋梁按多孔跨徑總長或單孔跨徑分類表

橋梁分類多孔跨徑總長L(m)單孔跨徑LO(m)

特大橋L>1000L0>150

大橋10002L21001502L0240

中橋100>L^3040>L0>20

小橋302L28202L025

注：①單孔跨徑系指標(biāo)準(zhǔn)跨徑。梁式橋、板式橋以兩橋墩中線之間橋中心線長度或橋墩中線與橋

臺臺背前緣線之間橋中心線長度為標(biāo)準(zhǔn)跨徑；拱式橋以凈跨徑為標(biāo)準(zhǔn)跨徑。

②梁式橋、板式橋的多孔跨徑總長為多孔標(biāo)準(zhǔn)跨徑的總長；拱式橋?yàn)閮砂稑蚺_起拱線間的距

離；其他形式的橋梁為橋面系的行車道長度.

⑵按用途劃分，有公路橋、鐵路橋、公鐵兩用橋、農(nóng)用橋、人行橋、運(yùn)水橋（渡槽）及其他專用

橋梁（如通過管路、電纜等）。

⑶按主要承重結(jié)構(gòu)所用的材料來分，有與工橋、鋼筋混凝土橋、預(yù)應(yīng)力混凝土橋、鋼橋、鋼-混

凝土結(jié)合梁橋和木橋等。

⑷按跨越障礙的性質(zhì)來分，有跨河橋、跨線橋（立體交叉橋）、高架橋和棧橋。

⑸按上部結(jié)構(gòu)的行車道位置分為上承式（橋面結(jié)構(gòu)布置在主要承重結(jié)構(gòu)之上）橋、下承式橋、中

承式橋。

第三節(jié)橋梁結(jié)構(gòu)形式及常用施工方法

1.橋梁基礎(chǔ)及施工方法

1.1橋梁基礎(chǔ)形式

結(jié)構(gòu)形式分：擴(kuò)大基礎(chǔ)、灌注樁基礎(chǔ)、預(yù)制樁基礎(chǔ)

施工方法分為：明挖基坑施工、鉆孔樁施工、挖孔樁施工、打入樁施工

（1）擴(kuò)大基礎(chǔ)：由塊石或混凝土砌筑而成的大塊實(shí)體基礎(chǔ)，基礎(chǔ)的立面往往砌成臺階形，平面將根

據(jù)墩臺截面形狀而采用矩形、圓形、T形或多邊形等。明挖基礎(chǔ)埋置深度淺，構(gòu)造簡單，多用明挖基坑

的方法施工，在水中開挖則應(yīng)先筑圍堰。

圖1-1擴(kuò)大基礎(chǔ)

⑵灌注樁基礎(chǔ)：是指在工程現(xiàn)場通過機(jī)械鉆孔、鋼管擠土或人力挖掘等手段在地基土中形成樁孔,

并在其內(nèi)放置鋼筋籠、灌注混凝土而做成的樁，依照成孔方法不同，灌注樁又可分為沉管灌注樁、鉆

孔灌注樁和挖孔灌注樁等幾類。

圖1-2灌注樁基礎(chǔ)

⑶預(yù)制樁基礎(chǔ)：是在工廠或施工現(xiàn)場制成的各種材料、各種形式的樁（如混凝土方樁、預(yù)應(yīng)力混

凝土管樁、鋼樁等），用沉樁設(shè)備將樁打入、壓入或振入土中。

圖1-3預(yù)制樁基礎(chǔ)

1.2橋梁基坑圍護(hù)形式

對于基坑圍護(hù)和施工方式有很多，如排樁支護(hù)、地下連續(xù)墻支護(hù)、板樁支護(hù)、噴錨支護(hù)、基坑內(nèi)

支撐、放坡開挖等形式，對于橋梁而言，常用的基坑施工和圍護(hù)形式主要有以下幾種：

⑴放坡開挖：基坑內(nèi)不設(shè)支護(hù)，僅在基坑四周放坡的坑內(nèi)土體開挖方法。

圖1-4放坡開挖施工

⑵筑島圍堰：在某些條件適合的淺水域進(jìn)行橋梁施工時(shí)，采用在墩位附近堆積出高于水面的人工

島嶼的方法，把水面轉(zhuǎn)變?yōu)殛懙兀谏厦姘仓迷O(shè)備進(jìn)行施工。

圖1-5筑島圍堰施工

⑶板樁支護(hù)：主要用于深基坑支護(hù)，支護(hù)材料主要有槽鋼、拉森鋼板樁、U型鋼等，根據(jù)基坑深

度、地質(zhì)情況、地下水情況計(jì)算選擇合適的支護(hù)材料和內(nèi)支撐方式。其中對于有基坑防滲水要求的基

本采用拉森鋼板樁支護(hù)，拉森鋼板樁是帶有鎖口的一種型鋼，其截面為槽形，有各種大小尺寸及聯(lián)鎖

形式。適用于淺水低樁承臺并且水深4m以上，河床覆蓋層較厚的砂類土、碎石土和半干性粘土，風(fēng)化

巖層等基礎(chǔ)工程。

圖1-6拉森鋼板樁圍護(hù)施工

⑷雙壁鋼圍堰：雙壁鋼圍堰是大中型橋梁深水橋墩施工的大型臨時(shí)設(shè)施，通過四周圍堰和封底混

凝土圍水，為施工提供無水環(huán)境。雙壁鋼圍堰一般為圓形圍堰，其堰壁鋼殼由有加勁肋的內(nèi)外壁板和

若干層水平桁架組成，堰壁底端設(shè)刃腳，以利下沉入土；堰壁內(nèi)腔用隔艙板分為若干密閉的隔艙，借

阻向密封隔艙注水或抽水來控制圍堰下沉。

圖1-7雙壁鋼圍堰施工

⑸鋼吊箱：鋼吊箱圍堰是為承臺施工的阻水結(jié)構(gòu)，其作用是通過吊箱圍堰側(cè)板和底板上的封底碎

圍水，為承臺施工提供無水的干燥環(huán)境。同鋼圍堰相比，鋼吊箱圍堰具有施工工期短、水流阻力小、

利于通航、不需要沉入河床、施工難度小、碎用量小等特點(diǎn)。

圖1-8鋼吊箱圍堰施工

2.橋梁下部結(jié)構(gòu)及施工方法

2.1橋墩

多跨橋的中間支承結(jié)構(gòu)稱為橋墩。橋墩分為實(shí)體墩、空心墩、樁或柱式橋墩等；按平面形狀可分

為矩形墩、尖端形墩、圓形墩等。橋墩采用橋墩模板立模施工，對于高墩身可采取分節(jié)段翻模、爬模

施工。

圖1-9實(shí)體墩

圖1-10空心墩施工

圖1-11樁或柱式橋墩

2.2橋臺

橋臺指位于橋梁兩端，支承橋梁上部結(jié)構(gòu)并和路堤相銜接的建筑物。其功能除傳遞橋梁上部結(jié)構(gòu)

的荷載到基礎(chǔ)外。還具有抵擋臺后的填土壓力、穩(wěn)定橋頭路基、使橋頭線路和橋上線路可靠而平穩(wěn)地

連接的作用。橋臺一般是石砌或素混凝土結(jié)構(gòu)，輕型橋臺則采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。橋臺具有多種形式,

主要分為重力式橋臺、輕型橋臺、框架式橋臺、組合式橋臺等。

圖1-12重力式橋臺

3.橋梁上部結(jié)構(gòu)施工方法

橋梁上部結(jié)構(gòu)施工總體上分為現(xiàn)場澆筑法和預(yù)制安裝法。具體又分為支架現(xiàn)澆法、懸臂施工法、

轉(zhuǎn)體施工法、頂推施工法、逐孔施工法、橫移施工法和提升與浮運(yùn)施工法等。

3.1膺架法施工

膺架法施工是在橋位處搭設(shè)支架，在支架上澆筑橋體混凝土，達(dá)到強(qiáng)度后拆除模板、支架。

膺架法施工無需預(yù)制場地，而且不需要大型起吊、運(yùn)輸設(shè)備。它的缺點(diǎn)主要是工期長，施工質(zhì)量

不容易控制；對預(yù)應(yīng)力混凝土梁由于混凝土的收縮、徐變引起的應(yīng)力損失比較大；施工中的支架模板

耗用量大，施工費(fèi)用高；搭設(shè)支架影響排洪、通航，施工期間可能受到洪水和漂流物的威脅。

圖1-24膺架法施工

3.2移動模架法施工

移動模架是一種自帶模板，利用承臺或墩柱作為支承，對橋梁進(jìn)行現(xiàn)場澆筑的施工機(jī)械。其適用

于灘涂、峽谷高墩身、城市高架橋等場地的連續(xù)梁或簡支梁的現(xiàn)澆混凝土橋梁的施工。國內(nèi)已開始在

高速公路、鐵路客運(yùn)專線上使用。移動模架造橋機(jī)主要由：支腿機(jī)構(gòu)、支承桁梁、內(nèi)外模板、主梁提

升機(jī)構(gòu)等組成，可完成由移動支架到澆筑成型等一系列施工。

圖1-25移動模架法施工

3.3連續(xù)梁（剛構(gòu)）懸臂法施工

懸臂法施工是從橋墩開始，兩側(cè)對稱進(jìn)行現(xiàn)澆梁段或?qū)㈩A(yù)制節(jié)段對稱進(jìn)行拼裝。前者稱懸臂澆筑

施工，后者稱懸臂拼裝施工，有時(shí)也將兩種方法結(jié)合使用。

懸臂施工的主要特點(diǎn)是：

⑴橋梁在施工過程中產(chǎn)生負(fù)彎矩，橋墩也要求承受由施工產(chǎn)生的彎矩，因此懸臂施工宜在營運(yùn)狀

態(tài)的結(jié)構(gòu)受力與施工狀態(tài)的受力狀態(tài)比較接近的橋梁中選用，如預(yù)應(yīng)力混凝土T型剛構(gòu)橋、變截面連

續(xù)梁橋和斜拉橋等；

⑵非墩橋固接的預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋，采用懸臂施工時(shí)應(yīng)采取措施，使墩、梁臨時(shí)固結(jié)，因而在施

工過程中有結(jié)構(gòu)體系的轉(zhuǎn)換存在；

⑶采用懸臂施工的機(jī)具設(shè)備種類很多，就掛籃而言，也有桁架式、斜拉式等多種類型，可根據(jù)實(shí)

際情況選用；

⑷懸臂澆筑施工簡便，結(jié)構(gòu)整體性好，施工中可不斷調(diào)整位置，常在跨徑大于100m的橋梁上選

用；懸臂拼裝法施工速度快，橋梁上、下部結(jié)構(gòu)可平行作業(yè)，但施工精度要求比較高；

⑸懸臂施工法可不用或少用支架，施工不影響通航或橋下交通。

圖1-26懸臂澆筑施工

3.4轉(zhuǎn)體施工法

轉(zhuǎn)體施工是將橋梁構(gòu)件先在橋位處岸邊（或路邊及適當(dāng)位置）進(jìn)行預(yù)制，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度

后旋轉(zhuǎn)構(gòu)件就位的施工方法。轉(zhuǎn)體施工其靜力組合不變，它的支座位置就是施工時(shí)的旋轉(zhuǎn)支承和旋轉(zhuǎn)

軸，橋梁完工后，按設(shè)計(jì)要求改變支撐情況。轉(zhuǎn)體施工可分為平轉(zhuǎn)、豎轉(zhuǎn)和平豎幾何的結(jié)合的轉(zhuǎn)體施

工。

轉(zhuǎn)體施工的主要特點(diǎn)是：

⑴可以利用地形，方便預(yù)制構(gòu)件；

⑵施工期間不斷航，不影響橋下交通，并可在跨越通車線路上進(jìn)行橋梁施工；

⑶施工設(shè)備少，裝置簡單，容易制作并便于掌握；

（4）轉(zhuǎn)體施工適合于單跨和三跨橋梁，可在深水、峽谷中建橋采用，同時(shí)也適應(yīng)在平原區(qū)以及用于

城市跨線橋；

⑸大跨徑橋梁采用轉(zhuǎn)體