道路与桥梁
第一章 道路与桥梁基本知识 1、基本概念 （1）高等级公路组成
一般由路基、路面、桥梁、隧道工程和交通工程设施等几大部分组成。 1）路基工程
路基是用土或石料修筑而成的线形结构物。它承受着本身的岩土自重和路面重力，以及由路面传递而来的行车荷载，是整个公路构造的重要组成部分。公路路基主要包括路基体、边坡、边沟及其它附属设施等几个部分，各部分名称如图1-1所示。 2）路面工程
路面是用各种筑路材料或混合料分层铺筑在公路路基上供汽车行驶的层状构造物。其作用是保证汽车在道路上能全天候、稳定、高速、舒适、安全和经济地运行。
路面通常由路面体、路肩、路缘石及中央分隔带等组成。其中路面体在横向又可分为行车道、人行道及路缘带，如图1-2所示。路面体按结构层次自上而下可分为面层、基层、垫层或联结层等，
3）桥隧工程
桥隧工程是高等级公路中的重要组成部分，它包括桥梁、涵洞、通道和隧道等。 4）交通工程设施
交通工程设施是针对高等级公路行车速度快、通过能力大、交通事故少、服务水平高的特点而设置的，它包括安全设施、管理设施、服务设施、收费设施、供电设施等内容。
①安全设施。安全设施是整个交通工程系统的最基本部分，主要有标志、标线、视线诱导标、护栏、隔离栅、防眩设施、照明设施等。 ②管理设施。主要包括控制、监视、通讯、数据采集处理设施。 ③服务设施。主要指服务区、加油站、公共汽车停靠站等。 ④收费设施。主要指收费站等。
⑤供电设施。是为了使整个交通工程系统正常运行而设置的配套设施。
⑥环保设施。主要是指为减少公路交通环境污染而设计的声屏墙、减噪路面、绿化工程及公路景观等。 2、路基、路面应满足的基本要求
（1） 路基路面应根据公路功能、公路等级、交通量，结合沿线地形、地质及路用材料等自然条件进行设计，保证其具有足够的强度、稳定性和耐久性。同时路面面层应满足平整和抗滑的要求。
（2） 路基设计应重视排水设施与防护设施的设计，取土、弃土应进行专门设计，防止水土流失、堵塞河道和诱发路基病害。
（3） 路基断面形式应与沿线自然环境相协调，避免因深挖高填对其造成不良影响。高速公路、一级公路宜采用浅挖、低填、缓边坡的路基断面形式。
（4） 通过特殊地质和水文条件的路段，必须查明其规模及其对公路
的危害程度，采取综合治理措施，增强公路防灾、抗灾能力。 （5） 高速公路、一级公路路面不宜分期修建但位于软土高填方等工后沉降较大的局部路段可按一次设计分期实施的原则实施。 （6）路基高度设计，应使路肩边缘高出路基两侧地面积水高度同时考虑地下水、毛细水和冰冻的作用，不使其影响路基的强度和稳定性。 沿河及受水浸淹的路基边缘标高，应高出设计洪水频率的计算水位加壅水高、波浪侵袭高和0.5m 的安全高度。
（7）路堤基底应清理和压实。基底强度、稳定性不足时，应进行处理，以保证路基稳定减少工后沉降。 （8）路基压实度（见表1）
路基压实度 表1 填挖类别 路床顶面以下深度 (m) 路 基 压 实 度 (%)
高速公路、一级公路
二级公路 三级公路、四级公路
零填及挖方 0-0.30 / / ≥94
填 方 0-0.80 ≥96 ≥95 ≥94
0.80-1.50 ≥94 ≥94 ≥93 ＞1.50 ≥93 ≥92 ≥90 0-0.80 ≥96 ≥95 /
注： ①表列数值以重型击实试验法为准；
②特殊干旱或特殊潮湿地区的路基压实度，表列数值可适当降低；
③三级公路修筑沥青混凝土或水泥混凝土路面时，其路基压实度应采用二级公路标准。
（9）路基防护应根据公路功能，结合当地气候、水文、地质等情况，采取相应防护措施保证路基稳定：
①路基防护应采取工程防护与植物防护相结合的防护措施，并与景观相协调；
②深挖高填路基边坡路段，必须查明工程地质情况，针对其工程特性进行路基防护设计。对存在稳定性隐患的边坡应进行稳定性分析采用加固、防护措施。
③沿河路段必须查明河流特性及其演变规律，采取防止冲刷路基的防护措施。
凡侵占改移河道的地段必须做出专门防护设计。 （10）路面设计标准轴载为双轮组单轴100kN。
（11）路面结构层所选材料应满足强度、稳定性和耐久性的要求。同时路面垫层材料宜采用水稳性好的粗粒料或各种稳定类粒料。 （12） 路基路面排水应符合以下规定：
①路基、路面排水设计应综合规划合理布局，并与沿线排灌系统相协调，保护生态环境防止水土流失和污染水源。
②根据公路等级，结合沿线气象、地形、地质、水文等自然条件，设置必要的地表排水、路面内部排水、地下排水等设施，并与沿线排水系统相配合，形成完整的排水体系。
③ 特殊地质环境地段的路基、路面排水设计，必须与该特殊工程整
治措施相结合，进行综合设计。 （13） 路面面层类型的选用（见表2）
路 面 面 层 类 型 及 适 用 范 围 表2 面 层 类 型 适 用 范 围
沥 青 混 凝 土 高速公路、一级公路、二级公路、 三级公路、四级公路
水 泥 混 凝 土 高速公路、一级公路、二级公路、 三级公路、四级公路
沥青贯入、沥青碎石、沥青表面处治 三级公路、四级公路 砂 石 路 面 四级公路 1． 桥梁的组成
桥梁一般由桥跨结构、桥墩（台）和基础等部分组成。通常称桥跨结构为桥梁的上部结构，称桥墩（台）为桥梁的下部结构。 2． 桥梁的分类 （1）按桥梁结构分：
① 梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构。由于外力（恒载和活载）的作用方向与承重结构的轴线接近垂直，故与同样跨径的其他结构体系比，梁内产生的弯矩最大，通常需要抗弯能力强的材料（钢、木、钢筋混凝土等）来建造。
② 拱式桥的主要承重结构是拱圈和拱肋。在竖向荷载的作用下，桥墩和桥台将承受水平推力将显著抵消荷载所引起在拱圈（或拱肋）内的弯矩作用。因此与同跨径的梁相比，拱的弯矩和变形要小的
多。鉴于拱桥的承重结构以受压为主，通常就可用抗压能力强的圬工材料（如砖、石、混凝土等）、钢筋混凝土、钢材来建造。为了确保拱桥能安全使用，下部结构和地基必须能经受住很大水平推力的不利作用。
③ 吊桥用悬挂在两边塔架上的强大缆索作为主要承重结构。在竖向荷载作用下，通过吊杆使缆索承受很大的拉力，通常就需要在两桥台的后方修筑非常巨大的锚碇结构。吊桥也是具有水平反力（拉力）的结构。
④ 组合体系桥由几个不同体系的结构组合而成。斜拉桥也是一种主梁与斜缆相结合的组合体系，悬挂在塔柱上的被张紧的斜缆将主梁吊住，使主梁像多点弹性支承的连续梁一样工作，这样既发挥了高强材料的作用，又显著减少了主梁截面，使结构减轻而能跨越很大的跨径。 （2）按桥梁全长和跨径的不同，分为特大桥、大桥、中桥和小桥。 （3）按主要承重结构所用的材料划分，有圬工桥 (包括砖、石、混凝土桥)、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、钢桥和木桥等。 （4）按上部结构的行车道位置，分为上承式桥、下承式桥和中承式桥。
3. 桥梁基础分类：
（1） 刚性基础：适用于各类土层。
（2） 桩基础：按施工方法可分为钻孔桩、挖孔桩、沉桩等。 3、桥涵的技术要求 （1）一般规定
1） 桥梁应根据公路功能、等级、通行能力及抗洪防灾要求，结合水文、地质、通航、环境等条件进行综合设计。
2）特大、大桥桥位应选择河道顺直稳定、河床地质良好、河槽能通过大部分设计流量的河段，不宜选择在断层、岩溶、滑坡、泥石流等不良地质地带。
3） 桥梁设计应遵循安全、适用、经济、美观和有利环保的原则，并考虑因地制宜、便于施工、就地取材和养护等因素。 4） 桥涵的设置应结合农田基本建设考虑排灌的需要。
5） 特殊大桥宜进行景观设计；上跨高速公路、一级公路的桥梁应与自然环境和景观相协调。
6） 桥梁结构应考虑桥面铺装进行综合设计。桥面铺装应有完善的桥面防水、排水系统。
7） 采用标准化跨径的桥涵宜采用装配式结构，机械化和工厂化施工。 （2）桥涵分类规定（见表3）
桥 涵分 类 表3
桥 涵 分 类 多孔跨径总长L （m） 单孔跨径LK （m） 特 大 桥 L＞1000 LK＞ 150 大 桥 100≤ L≤ 1000 40 ≤LK ≤150 中 桥 30＜L＜100 20 ≤LK ＜40 小 桥 8≤ L≤ 30 5 ≤LK ＜20 涵 洞 - LK ＜5
注：① 单孔跨径系指标准跨径；
梁式桥、板式桥的多孔跨径总长为多孔标准跨径的总长；拱式桥为两岸桥台内起拱线间的距离；其他形式桥梁为桥面系车道长度； ②管涵及箱涵不论管径或跨径大小、孔数多少，均称为涵洞； ③标准跨径：梁式桥、板式桥以两桥墩中线间距离或桥墩中线与台背前缘间距为准；涵洞以净跨径为准。
（3）桥梁全长：有桥台的桥梁应为两岸桥台侧墙或八字墙尾端间的距离；无桥台的桥梁应为桥面系长度。 4、施工机械 （1）施工机械的作用
施工机械是用来完成公路路基、路面工程作业的一种技术设备，是高等级公路施工过程中必不可少的物质基础，是实现公路建设机械化的重要生产工具。
施工机械的大量使用，可以提高机械化施工水平，加快工程进度，提高工程质量，缩短工期和减轻劳动强度，从而节省劳动力，提高劳动生产率，降低工程造价，对加速基本建设，发展国民经济、改变公路交通面貌起着十分重要的作用。 （2）施工机械的选型和组合原则
作为生产工具的施工机械，机种、机型是很多的，各有各的性能和特点，它们的价格一般都比较贵。为了使施工机械在施工过程中，既能适应复杂的工作环境和施工条件，又能保质保量地完成施工任务，还能发挥其最大的经济效益，选择合适的机种、机型和最佳的组合方案是十分重要的。
1）施工机械的选型 a 一般性机械的选定条件
合理选定机种，必须与施工条件、施工方法和技术经济效益联系起来，通过全面分析比较，才能选出理想的机种。一般性机械选定的原则是：
①能适应工地的土质、地形； ②能满足工程质量要求；
③在保证质量的前提下，不影响和损坏附近建筑物； ④能高效率地完成需要的工作量； ⑤机械运转费少而施工成本低； ⑥容易进行运转、维修、可靠性高； ⑦自动化程度高；
⑧安全而又不会污染环境； ⑨易于筹办，便于转移。 b 特殊性机械的选定
根据施工需要，必须引进特殊机械时，除了一些一般性原则外，还应考虑以下几点：
①有无可代替的其它施工方法；
②引进特殊机械后能否具备经营管理的能力并能充分发挥特效； ③能否成为今后新施工方法的典型。 2）施工机械的组合
根据机械造型要点，选出与其相适应的机种和数量后，还需要研
究施工工艺、施工组织、合理地进行配组。组合方法是：首先在已选定的施工机械中，正确确定机组的主体机械，然后按需要配备辅助机械，使之配套成龙，形成单项工程机械化。这样可以提高机械化施工水平，逐步向所有工序实行流水作业法的综合机械化发展。 为了使组合的每台机械都能在施工中发挥最大效率，机械造型配套应符合下列要求：
①在规定施工期内，机械应完成给定的工作量； ②要充分利用主机的生产能力；
③主体机械与辅助机械以及运输工具之间，各机械的工作能力要保持平衡，使机组得到合理地配合和使用； ④全套机械设备最低经营费用要进行比较和核算。 5、质量评定标准
（1）单位工程和分部工程的划分 1）单位工程
每个合同段范围内的路基工程、路面工程、交通安全设施分别作为一个单位工程；特大桥、大桥、中桥、隧道以每座作为一个单位工程（特大桥、大桥、特长隧道、长隧道分为多个合同段施工时，以每个合同段作为一个单位工程）；互通式立体交叉的路基、路面、交通安全设施按合同段纳入相应单位工程，桥梁工程按特大桥、大桥、中桥分别作为一个单位工程。 2）分部工程
每个合同段的路基土石方、排水、小桥、涵洞、支挡、路面面层、标
志、防护栏等分别作为一个分部工程；桥梁上部、下部各作为一个分部工程；隧道衬砌、总体各作为一个分部工程。
1、桥墩桥台：支撑桥跨结构并将恒载和车辆等活载传递到地基的建筑物。
2、计算跨径： a--有支座的桥梁：桥跨结构相邻的两个支座中心之间的距离。b--拱式桥：两相邻拱脚截面形心点之间的距离。 3、拱圈各截面形心点的连线称为拱轴线。
4、总跨径：多孔桥梁中各孔净跨径的总和。→反映宣泄洪水的能力。 5、净跨径：a--梁式桥：设计洪水位上相邻两个桥墩（台）之间的净距。b--拱式桥：每孔拱跨两个拱脚截面最低点之间的水平距离。 6、桥梁建筑高度--桥上行车路面标高至桥跨结构最下缘之间的距离。 7、桥下净空高度：设计洪水位或计算通航水位至桥跨结构最下缘之间的距离。
8、桥跨结构与桥墩或桥台的支承处所设置的传力装置，称为支座。 9、桥面布置在主要承重结构之上的桥称为上承式桥。
10、桥梁总体规划设计的原则：根据所设置桥梁的使用任务、性质和所在线路上的远景发展需要，按照适用、经济和适当照顾美观的原则。 11、桥梁设计的基本要求：a、使用上的要求；b、经济上；c、结构尺寸和构造上；d、施工上；e、美观上。
12、桥梁方案评价的主要技术经济指标：a、主要材料用量；b、劳动力数量；c、全桥总造价；d、工期；e、养护费用；f、运营条件；g、有无困难工程；h、时候要特种机具；i、美观。
13、从桥跨结构的受力条件可分为：梁式、拱式、悬吊式。 14、桥梁纵断面设计包括：a、桥梁的总跨径；b、桥梁的分孔；c、桥道的标高；d、桥上和桥头引道的纵坡。e。基础的埋置深度。 15、永久荷载：设施使用期间，作用位置和大小、方向不随时间变化或变化与平均值相比可忽略不记的荷载。可变荷载：与上面相反。 16、作用于公路桥梁上的荷载可分为：可变、永久、偶然荷载。 17、截面效率指标：p=k/h (k:核心距；h:截面高度）p值较大的截面较为经济。（0.45-0.5以上）在具体设计中，还要视g1/(g2+ｐ)的荷载比值和梁高是否首限制来考虑。
18、装配式桥梁与整体式相比优点有：a、桥梁构件的形式和尺寸趋于标准化，有利于大规模工业化制造；b、集中管理生产，可采用先进的施工技术，节省劳动力提高质量从而降低工程造价；c、构件的制造不受季节性的影响并且上下部分可以同时施工，加速建造速度缩短工期。d、能节省大量支架模板等的材料消耗。
19、简支桥梁的上部结构由：主梁、横隔梁、行车道板、桥面部分和支座组成。
20、桥梁中常用的伸缩缝有：a、U形锌铁批皮式；b、跨塔钢板式；c、橡胶伸缩缝。其主要功能是：①保证梁能在气温变化、结构收缩等条件自由变形；②使车辆在设缝处能平顺地通过和防止雨水，垃圾
泥入等渗入阻塞。
21、桥面铺装功能：①保护属于主梁整体部分的行车道板不受车辆轮胎的直接磨耗。②防止主梁遭受雨水的侵蚀。③使车辆轮重的集中荷载起一定的分布作用。
22、桥面横坡设置主要为了迅速排除桥面雨水。设置方法见p38。 23、斜交板桥的桥轴线与支承线的垂线呈某一夹角，习惯称为斜交角。斜桥桥的受力特点：①荷载有向两支承边之间最短距离方向传递的趋势。②各角点受力情况可以用比拟连续梁的工作来描述。③在均布荷载作用下，当桥轴线方向的跨长相同时，斜板桥的最大跨内弯距比正桥要小，跨内纵向最大弯距，或最大应力的位置，随着斜交角Ψ的变大，而自中央向钝角方向移动。
24、装配式T形简支梁的钢筋可分为：主钢筋、架立钢筋、斜钢筋箍筋和分布钢筋。
25、预应力混凝土简支T梁的梁肋下部加宽成马蹄形，是为了方便钢丝束的分布和满足承受很大预应力的需要。预应力筋在支座附近弯起是为了方便布置钢丝束锚头和安装张拉千斤顶张拉→优点：端最省，张拉磨阻力？
26、边长比或长宽比等于或大于2的周边支承板称为单向板。对于长宽比小于2的板称为双向板。
27、板的有效工作宽度：局部荷载作用下参与工作的直接承压部分及相邻的分担部分荷载的部分板带。单向板在跨中：①a=a1+→=a2+2H+L\\3(不小于2\\3L）单独荷载 ②a=a1+d+L\\3=a2+2H+d+L\\3靠
近的相同荷载。在支承外：a~=a1+t→板的厚度（＞L\\3）。靠近支承外：ax=a~+2x→荷载离支承边缘的距离。悬臂板：a=a2+2H+2b~→承重板上荷载压力面外侧边缘至悬臂板部的距离。分布荷载最不利情况下b~=Lo悬臂板跨径。
28、单位荷载沿横向作用在不同位置时对某梁所分配的荷载比值变化曲线称作荷载横向分布影响线。
29、表征荷载分布程度系数m称为荷载横向分布系数。（汽车Mg=1\\2∑Yi 挂车Mg=1\\4∑yi
常用荷载横向分布计算方法：①杠杆原理法：假设横行结构视体在主梁上断开而简支在其上的简支梁。应用：计算荷载靠近主梁支点横向联系很弱的无中间横隔梁②偏心压力法：假设横隔梁刚性极大的梁，考虑抗扭时又称修正偏心力法③横向铰接板法：相邻板（梁）之间视为铰接只传递剪力④横向钢接梁法：相邻主梁视为刚性连接，传递剪力和弯距⑤比拟正交异性板法：将主梁和横隔梁的刚度换算成两项刚度不同的比拟弹性平板。
30、简支桥梁的主梁荷载横向分布系数为何在跨中与支点处取用不同数值。荷载位于跨中部分时，由于桥梁横向结构的传力作用，使所有主梁都参与受力，因此荷载的横向分布比较均匀。但当荷载在支点处作用在某主梁上时，如果不考虑支座弹性变形的影响，荷载就直接由该主梁传至支座，其他主梁基本上不参与受力。①当求跨中弯距时Mc计算，其他截面也可取不变Mc但对于中梁Mo与Mc有差值，按M沿跨径变化的影响为宜②计算简梁的最大剪力时（梁端截面）考虑
横向分布系数变化的影响，对于靠近远端的荷载，取用不变的比值计算。
31、为消除恒载挠度而设置预拱度，其值通常取等于全部恒载和一半静活载所产生的竖向挠度值。
32、梁式桥支座的作用：①传递上部结构的支承反力②保证结构在活载、温度变化、混凝土收缩和徐变等因素作用下的自由变形，以使上下部结构的实际受力符合结构的静力图式。
33、板式橡胶支座的工作原理：①利用橡胶的不均匀弹性压缩实现转角θ②利用其剪切变形实现水平位移Δ。
34、拱桥特点：在竖向荷载作用下，支承处不仅产生竖向反力，而且还产生水平推力。
35、拱桥按主拱圈受力图式分：简单体系拱桥和组合体系拱桥两大类。 36、拱桥有哪几个主要控制标高：①起拱线标高②基础顶面标高③桥面标高④拱顶底面标高
37、不等跨拱桥不平衡推力的处理方法：①采用不同的矢跨比②采用不同的拱脚标高③调整拱上建筑的恒载重量。 38、常用拱轴线类型有：①圆弧线②悬链线③抛物线
39拱桥的联合作用：拱上建筑参与主拱圈共同承受活载的作用，其中腹拱圈、腹拱墩对主拱圈的相对刚度越大联合作用越显著，股拱愈坦其抗推刚度愈大联合作用亦愈大。拱桥的不同截面联合作用的大小也不相同，一般拱顶较小拱脚与1\\4截面大。
40、桥梁墩（台）组成：墩（台）帽、墩（台）身和基础。主要作用
是承受上部传来的荷载，并通过基础又将此荷载及本身自重传递到地基。
41、重力式墩台：靠自身重量来平衡处力而保持其稳定。轻型墩台：刚度小、受力后允许再一定的范围内发生弹性变形。
42、埋置式桥台：将台身埋在锥形护坡，只露出台帽在外以安置支座及上部够造。（①后倾式②肋形埋置式③双柱式④框架式
43、重力式桥墩计算包括内容：①圬公桥墩身强度验算；②墩顶水平位移演算；③基础地面土的承载力和偏心距的验算；④桥墩的整体稳定性验算。
44、桩柱式桥墩的计算特点：活载的轮重不是直接作用在盖梁上面而是通过设置在盖梁上一些固定位置的支座来传递活载反力的（盖梁计算、桩身计算）。
45、拱桥组合式桥台由台身和后座两部分组成。
46、假载法应用前提：拱顶、拱脚两控制截面中，一个截面弯距很大另一较小。实质：通过改变拱轴系数来变更拱轴线，使拱顶拱脚两截面的控制应力接近相等。原理：改变拱轴系数以改变拱顶、拱脚的弯距值。（①拱脚弯距过大→提高m值，使采用的拱轴线在三铰拱恒载压力线之上→此时，拱顶、拱脚都产生正弯距，则在最不利荷载组合时可减小拱脚的负弯距。②反之，??产生负弯距，从而改善拱顶截面的受力。
47、拱桥施工中调整主拱圈控制截面弯距的措施：①假载法；②临时铰；③改变拱轴线。
48、连拱作用定义：考虑连拱作用后，主拱圈所承受的弯距值比固定拱大，而桥墩承受的水平力比固定拱小。
49、实腹式拱拱轴系数确定：采用恒载压力线为拱轴线，m=gi/gd(gi:拱脚处荷载强度，gd：拱顶处荷载强度）空腹式拱拱轴系数确定：一般采用“五点重合法”确定悬链线拱轴的m值。
道路与桥梁经典知识
