桥梁工程地质

(一)桥梁工程基本概念

桥梁是供铁路、道路、渠道、管线、行人等跨越河流、山谷、海湾、其他线路或障碍时的架空建筑物。桥梁是一种永久性的公共建筑物，具有广泛的社会性。因此，从一座桥上不仅可看出当时当地社会的发展状况和技术工艺水平的高低，而且更可折射出一个国家和地区政治、经济、科学、技术、文化等各方面的情况。

桥梁是由上部结构(包括桥跨结构、桥面构造)、下部结构(包括桥墩、桥台、基础)、支座、防护设备及调节河流构筑物等组成(姚玲森，2008;刘龄嘉，2006)。桥梁的基本组成见图2-68，拱桥的基本组成见图2-69。

图2-68 桥梁的基本组成

L1．净路径;L2．跨径;L．桥梁全长

图2-69 拱桥的基本组成

1．主拱圈;2. 拱顶;3. 拱脚;4. 拱轴线;5. 拱腹;6. 拱背;7. 起拱线;8. 桥台;9. 桥台基础;10.锥坡;11.拱上建筑;L0．净跨径;L．计算跨径;f0．净矢高;f．计算矢高;f/L．矢跨比

桥跨结构是在线路中断时跨越障碍的主要承载结构。

桥面构造是指公路桥的桥面铺装、伸缩缝、人行道、栏杆、安全带、路缘石、防排水设施及照明系统等。

桥墩是多孔桥梁中，处于相邻桥孔之间支承上部结构并将荷载传递到地基上的构造物。

桥台是在岸边或桥孔尽端与路堤连接处，支承桥梁上部结构并将荷载传于地基上的构筑物。它一般具有支承和挡土的功能，使桥梁和路堤连接平顺，行车平稳。

基础是桥墩和桥台中使全部荷载传至地基的底部奠基部分。它是确保桥梁能安全使用的关键。由于基础深埋于土层中，且大部分需在水下施工，所以也是桥梁建筑中比较困难的一个部分。

支座是设置在桥梁上、下部结构之间的传力和连接装置。它不仅把上部结构的各种荷载传递到墩台上，并且要保证桥跨结构能产生一定的变位，使桥梁的实际受力情况符合结构计算图式。

锥体护坡是设置在桥台两侧(形似锥形)保护桥两端路堤土边坡稳定、防止冲刷的构造物。在路堤与桥台衔接处，当桥台布置不能完全挡土或采用埋置式、桩式、柱式桥台时采用。

桥梁工程常用名词和术语包括以下几种。

主桥:对于规模较大的桥梁，通常把跨越主要障碍物(如大江、大河)的桥跨称为主桥。由于通航等原因，主桥常需有一定的高度与跨径，一般采用跨越能力较大的结构体系，是整个桥梁工程的重点。

引桥:将主桥与路堤以合理的坡度连接起来的这一部分桥梁称作引桥。

标准跨径:对于梁式桥和板式桥是指相邻两桥墩中线之间桥中心线长度或桥墩中线与桥台台背前缘线之间桥中心线长度，对于拱桥和涵洞为净跨径。

计算跨径:对于有支座的桥梁，为桥跨结构的相邻两支座中心之间的距离;无支座的桥梁，为支承中心之间的距离;拱桥为拱轴线两端点之间的距离。

净跨径:设计洪水位线或通航水位线上相邻两桥墩(或桥台)间的水平距离，拱桥为起拱线处的水平距离。

总跨径:多孔桥梁中各孔净跨径的总和。

桥梁全长:有桥台的桥梁为两岸桥台侧墙或八字墙尾端间的距离，无桥台的桥梁为桥面系行车道长度。

桥梁总长:两桥台台背前缘之间的距离。

桥梁高度:桥面至低水位(有水河流)之间的距离，或桥面至桥下线路路面(跨线桥)之间的距离，或桥面至桥下沟底(旱桥)之间的距离。

桥梁建筑高度:桥面至桥梁结构最下缘之间的竖向距离。

桥下净空高度:为保证水流、船只、流筏、流木、其他水上漂流物、泥石流、车辆、行人等安全通过所保持的桥下最小空间。

桥面净空高度:又称桥面建筑限界，是指为保证列车、车辆、行人等安全通行，在桥面一定高度和宽度范围内不容许有任何建筑物或障碍物的空间限界。

设计水位:是指相应于设计洪水频率的洪峰流量水位，高水位是指洪峰季节河流中的最高水位，低水位是指枯水季节河流中的最低水位。

(二)桥梁的主要类型

1. 按基本结构体系分类

按桥梁的基本结构体系划分，有梁式桥、拱式桥和索桥等，见图2-70～图2-73(刘龄嘉， 2006)。

2. 按工程规模分类

桥梁总长和单孔跨径都是桥梁建设规模的标志，我国《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2004)规定了公路桥梁的分类标准，见表2-27。

图2-70 梁式桥概貌

L0'．计算跨径;L．标准路径;H．设计水位;H1．桥梁高度

图2-71 拱桥概貌

L．净跨径;L0．计算跨径;f0．拱高;f．桥下净空高度

表2-27 我国桥梁涵洞分类

图2-72 悬索桥概貌

图2-73 斜拉桥概貌

注:涵洞是指横穿井埋设在路堤中供排泄洪水、灌溉或作为通道的小型构筑物。

3. 按主体结构用材分类

按桥梁主体结构用材分类。有钢桥、混凝土桥、钢及混凝土组合梁桥、石桥、木桥等。混凝土桥又分为钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、部分预应力混凝土桥等。工程上常把混凝土桥和砖石桥统称为圬工桥。

4. 按用途分类

按桥梁用途划分，有铁路桥、公路桥、城市道路桥、公铁两用桥、人行桥、输水桥、农用桥等。

5. 按平面布置分类

桥梁按平面布置分类，有直桥(正桥)、斜桥、弯桥(曲线梁桥)、坡桥和匝道桥等。

此外，还有其他很多分类方式，如:按行车道设在桥跨结构的上、中、下部，分为上承式桥、中承式桥、下承式桥;按梁的截面形式，分为“T”梁桥、箱梁桥等;按跨越对象，分为跨河桥、跨谷桥、跨线桥等。

(三)桥梁工程的主要工程地质问题

大、中桥桥位通常是布置线路的控制点，桥位变动会使一定范围内的路线也随之变动。影响桥位选择的因素有路线方向、水文条件及地质条件。地质条件是评价桥位好坏的重要指标之一。其中着重考虑桥位与桥基方面的主要工程地质问题(张咸恭、王思劲，2000)。

(1)桥位选择一般应从地形、地貌、地物及工程地质条件方面考虑下列几点。

①应尽量选在两岸有山嘴或高地等河岸稳固的河段、平原河流顺直河段、两岸便于接线的较开阔的河段。

②应避免选在上、下游有山嘴、石梁、河洲等干扰水流畅通的地段。

③应选在基岩和坚硬土层外露或埋藏较浅、地质条件简单、地基稳定处。

④不宜选在活动断层、滑坡、泥石流、岩溶以及其他不良地质发育的地段，若无法绕避时，必须作特殊考虑，详见《公路工程地质勘察规范》。

(2)基坑边坡稳定性。在施工过程中，常会发生沿节理面滑坍，顺断层、破碎带坍塌，以及在层状岩石中产生顺层滑坡等事故。

(3)桥台、桥墩地基稳定性及基坑涌水。

①地基软弱或软硬不均，沉降及沉降差过大，致使上部结构破坏，以及倒塌。

②地基因强度过低，会产生整体丧失稳定而倒塌，或墩台基础随滑坡体一起滑坍。

③基坑涌水，在明挖或雨季施工中，对河床地下水的补给来源及其季节变化应尽量估算充足。