1、第二章第二章 桥梁的规划与设计桥梁的规划与设计主讲人：焦驰宇提提 纲纲123桥梁设计程序桥梁设计程序桥梁设计内容桥梁设计内容桥梁设计的基本原则桥梁设计的基本原则4桥梁美学桥梁美学桥梁设计程序桥梁设计程序1前前期期工工作作三三阶阶段段设设计计预可行性预可行性研究研究可行性研可行性研究究初步设计初步设计技术设计技术设计施工图设计施工图设计项目项目建议书建议书可行性可行性研究报告研究报告工程立项工程立项招标文件招标文件建设单位审批建设单位审批建设单位审批建设单位审批设计设计任务书任务书招投标及施招投标及施工准备工准备施工施工主管省市计划部门审批主管省市计划部门审批投资在限额以上时由国投资在限额以上时
2、由国家发改委审批家发改委审批招标文件招标文件主管省市计划部门审批主管省市计划部门审批投资在限额以上时由国投资在限额以上时由国家发改委审批家发改委审批设计过程设计过程施工过程施工过程立项审批立项审批一、前期工作一、前期工作预可行性研究报告与可行性研究报告预可行性研究报告与可行性研究报告的编制的编制1.1.工程必要性论证工程必要性论证2.2.工程可行性论证工程可行性论证制定桥梁标准、自然条件及周围环境、桥式方案、桥位3.3.经济可行性论证经济可行性论证造价及回报、资金来源及偿还桥梁设计程序桥梁设计程序1二、初步设计二、初步设计1.1.进一步开展水文、勘测工作2.2.桥式方案比选3.3.科研项目立项
3、4.4.概算桥梁设计程序桥梁设计程序1三、技术设计（可选）三、技术设计（可选）针对技术上复杂的特大桥、互通式立针对技术上复杂的特大桥、互通式立交桥、或新型桥梁结构交桥、或新型桥梁结构进一步深化初步设计：进一步深化初步设计：充分勘探、确定细部尺寸、截面配筋、确定充分勘探、确定细部尺寸、截面配筋、确定施工方法、调整概算施工方法、调整概算桥梁设计程序桥梁设计程序1四、施工图设计四、施工图设计两阶段设计 细化设计方案，按照规范进行详细的结构计 算（强度、刚度、裂缝、稳定），给出施工方案，写出文字说明，编制施工图预算。小桥有时也可一阶段设计。桥梁设计程序桥梁设计程序1提提 纲纲123桥梁设计程序桥梁设计
4、程序桥梁设计内容桥梁设计内容桥梁设计的基本原则桥梁设计的基本原则4桥梁美学桥梁美学一、野外勘测与调查研究一、野外勘测与调查研究二、纵断面设计二、纵断面设计三、横断面设计三、横断面设计四、平面布置四、平面布置桥梁设计内容桥梁设计内容2一、野外勘测与调查研究一、野外勘测与调查研究1.1.明确规模明确规模确定桥梁的规模确定桥梁的规模2.2.选择桥位选择桥位确定路桥的关系等确定路桥的关系等3.3.测量地形测量地形测绘地形图测绘地形图4.4.钻探桥位钻探桥位工程地质报告工程地质报告5.5.水文调查水文调查确定桥梁跨径和净空确定桥梁跨径和净空6.6.其它情况其它情况材料、电力、施工道路等材料、电力、施工道
5、路等桥梁设计内容桥梁设计内容2二、纵断面设计二、纵断面设计1.1.总跨径总跨径2.2.桥梁分孔桥梁分孔3.3.桥面标高桥面标高4.4.桥下净空桥下净空5.5.纵坡纵坡桥梁设计内容桥梁设计内容2二、纵断面设计二、纵断面设计1.1.总跨径的确定总跨径的确定 原则：在整个使用年限内，保证原则：在整个使用年限内，保证泄洪泄洪及及通航，流冰通航，流冰；避免避免因过分压缩河床因过分压缩河床引起河道和河岸的引起河道和河岸的不利变迁不利变迁；避；避免免因桥前雍水因桥前雍水及河床过度冲刷带来的及河床过度冲刷带来的不利影响不利影响；特殊情况下，允许增加冲刷，以缩短总跨径。特殊情况下，允许增加冲刷，以缩短总跨径。桥
6、梁设计内容桥梁设计内容2二、纵断面设计二、纵断面设计2.2.桥梁分孔桥梁分孔 原则：原则：在满足使用和技术要求的前提下，使上、下部在满足使用和技术要求的前提下，使上、下部结构的总造价趋于最低。结构的总造价趋于最低。使用和技术要求使用和技术要求 (1)(1)通航河流：满足通航要求布置在通航河流：满足通航要求布置在航行最方便的河域航行最方便的河域。变迁河。变迁河流，多设计个通航孔。（如山西临猗黄河大桥）流，多设计个通航孔。（如山西临猗黄河大桥）桥梁设计内容桥梁设计内容2二、纵断面设计二、纵断面设计2.2.桥梁分孔（续）桥梁分孔（续）(2)(2)平原区宽阔河流：平原区宽阔河流：主河槽按需要布置较大的
7、通航孔主河槽按需要布置较大的通航孔，在两侧，在两侧浅浅滩滩部分部分按经济跨径进行分孔按经济跨径进行分孔。(苏通大桥苏通大桥)(3)(3)对于山区深谷上、水深流急的江河上，或在水库上：对于山区深谷上、水深流急的江河上，或在水库上：加大跨加大跨径，尽可能单孔跨越径，尽可能单孔跨越。（。（矮寨大桥、四渡河大桥、坝陵河大桥、矮寨大桥、四渡河大桥、坝陵河大桥、刘家峡大桥等刘家峡大桥等）(4)(4)结构受力特性考虑：结构受力特性考虑：合理确定相邻跨之间的比例合理确定相邻跨之间的比例。(5)(5)可以适当加大跨径，使桥基避开岩石破碎带、裂隙、溶洞等可以适当加大跨径，使桥基避开岩石破碎带、裂隙、溶洞等不良地质
8、段。（如不良地质段。（如赤石大桥赤石大桥）桥梁设计内容桥梁设计内容2山西临猗黄河大桥是山西运城附近的黄河段，河面宽约有6.4km，桥位轴线大致垂直于水流方向，河道属于摆动性河床，“三十年河东，三十年河三十年河东，三十年河西西”。临猗黄河大桥桥位处黄河两岸整体上“西高东低”，是一个巨大的“U”形河谷，两岸地形陡峻，西岸陕西侧基本上呈黄土台塬地貌，黄土高崖耸立，崖顶至河床高差达200米左右，沟壑纵横、大型冲沟两侧有大量小冲沟呈；东岸山西侧地势较为平缓，基本上属典型的黄土高原地貌典型的“鸡爪”地形，如下图所示。山西临猗黄河大桥方案效果图主通航孔主通航孔（891mx62m891mx62m）辅通航孔辅通
9、航孔苏通大桥位于江苏省东南部长江口南通河段，连接苏州、南通两市。主桥为七跨双塔双索面钢箱梁斜拉桥，主跨1088米、全长2088米。辅桥为140+268+140米三跨连续刚构桥。工程于2003年6月27日开工，2008年5月底建成通车。苏通长江公路大桥苏通长江公路大桥湖南矮寨大桥（湖南矮寨大桥（L=1176mL=1176m）湖北四渡河大桥（湖北四渡河大桥（L=900mL=900m）赤石特大桥赤石特大桥是厦蓉高速汝城（湘赣界）至郴州段高速公路第厦蓉高速汝城（湘赣界）至郴州段高速公路第1919合同段上的一座特大合同段上的一座特大桥桥，桥位区属山岭重丘区，地质地形条件极为复杂。初步设计方案2008年5
10、月获交通运输部批复后，设计单位在开展施工图阶段勘察设计工作中，对大桥主墩位置进施工图阶段勘察设计工作中，对大桥主墩位置进行地质详勘行地质详勘，经经钻探和物探发现部分主墩处于强岩溶发育带和断层破碎带钻探和物探发现部分主墩处于强岩溶发育带和断层破碎带，发育最，发育最大深度超过大深度超过100100米，不能满足刚构桥基础的稳定性，需进行初步设计变更米，不能满足刚构桥基础的稳定性，需进行初步设计变更。经过深入细致的地勘工作后，设计单位变更了初步设计方案。根据批复意见，交通运输部原则同意该设计变更方案，即大桥主桥部分为四塔大跨径预应力混凝土斜拉桥四塔大跨径预应力混凝土斜拉桥，最最高塔柱近高塔柱近2902
11、90米米，下塔柱高达180米，规模居国内第一，世界上仅次于法国米约大桥。预计12月15日合拢。二、纵断面设计二、纵断面设计3.3.桥梁高程的确定桥梁高程的确定 原则原则 (1)(1)满足流水净空满足流水净空要求要求 (2)(2)通航孔应满足桥下通航孔应满足桥下通航净空通航净空要求。要求。(3)(3)跨线桥应满足桥下跨线桥应满足桥下建筑净空建筑净空要求。要求。(4)(4)桥的两端能与路堤或现有道路桥的两端能与路堤或现有道路顺利衔接顺利衔接。（1 1）流水净空要求）流水净空要求 按按设计水位设计水位计算桥面最低高程时，应满足下式要求：计算桥面最低高程时，应满足下式要求：（1 1）式中：式中：桥面最
12、低高程（桥面最低高程（mm）；）；计算水位（计算水位（mm）（设计水位计入壅水、浪高等）；）（设计水位计入壅水、浪高等）；桥下净空安全值（桥下净空安全值（mm）应符合下表的规定；）应符合下表的规定；桥梁上部构造桥梁上部构造建筑高度建筑高度，包括桥面铺装高度（，包括桥面铺装高度（mm）。）。min0jjHHhhminHjHjh0h桥梁的部位高出计算水位（m）高出最高流冰面（m）梁底洪水期无大漂流物0.500.75洪水期有大漂流物1.50-有泥石流1.00-支座垫石顶面0.250.50拱脚0.250.25注：无铰拱的拱脚，可被洪水淹没，淹没高度不宜超过拱圈高的2/3；拱顶底面至设计水位的净高不应小
13、于1m。对于山区河流，则桥下净空安全值可适当加大。按设计最高流冰水位设计最高流冰水位计算桥面最低高程时，应按下式计算：（2）式中，设计最高流冰水位，应考虑床面於高（m）；其余符号同前。桥面设计高程应不低于（1）、（2）的计算值。min0SBjHHhhSBH通航净空要求：通航净空要求：通航孔桥跨结构下缘高程应高出自设计通航水位起算的净空高度。该净空通航孔桥跨结构下缘高程应高出自设计通航水位起算的净空高度。该净空高度值高度值HH应满足应满足内河通航标准内河通航标准（GB50139-2004GB50139-2004）、）、通航海轮桥梁通航标通航海轮桥梁通航标准准（JTJ311-97JTJ311-97
14、）.跨线桥交通净空要求：跨线桥交通净空要求：保证桥下净空满足净空安全要求保证桥下净空满足净空安全要求 H-H-净空高度：高速公路和一级、二净空高度：高速公路和一级、二级公路为级公路为5.0m5.0m，三、四级公路为，三、四级公路为4.5m4.5m二、纵断面设计二、纵断面设计4.4.桥面纵坡桥面纵坡 原则：原则：既利于交通，美观效果好，又便于桥面排水既利于交通，美观效果好，又便于桥面排水 (1)(1)单向或双向坡度的桥梁，对于不太长的小桥，可以做成平坡单向或双向坡度的桥梁，对于不太长的小桥，可以做成平坡桥桥 (2)(2)桥上纵坡不宜大于桥上纵坡不宜大于4%4%(3)(3)桥头引道纵坡不宜大于桥头
15、引道纵坡不宜大于5%5%(4)(4)位于位于市镇混合交通繁忙处的桥梁，桥上纵坡和桥头引道纵坡市镇混合交通繁忙处的桥梁，桥上纵坡和桥头引道纵坡不得大于不得大于3%3%，并应在纵坡变更的地方按规定设置竖曲线。，并应在纵坡变更的地方按规定设置竖曲线。综合以上 全桥位于河中的桥梁桥面高程均应首先满足流水净空的要求；对于通航或桥下行车的桥孔，欢迎满足通航净空或建筑净空界限的要求；另外，还要考虑桥两端的接线能够与公路或城市道路顺利衔接。因此，桥面高程的确定必须综合考虑，从交通、美观、排水等多方位进行考虑。三、横断面设计三、横断面设计1.1.桥梁宽度桥梁宽度公路工程技术标准公路工程技术标准中规定中规定各级公
16、路行车道宽度、中间带宽度、路肩宽各级公路行车道宽度、中间带宽度、路肩宽度度2.2.桥面净空桥面净空满足满足公路工程技术标准公路工程技术标准中中的建筑界限规定的建筑界限规定桥宽：桥宽：取决于行人和交通量的需要，桥面宽度一般与路基宽度保持一致，具体规定参考公路工程技术标准（JTG B01-2003）（如下图所示）。在建筑限界内不得有任何部件侵入。C 当设计速度大于100km/h时为0.5m；等于或小于100km/h时为0.25m；（）E 建筑限界顶角宽度，L1.0m时，E=1.0m。（L为侧向宽度）H 净空高度，高速公路、一级、二级公路为5.0m，三、四级路为4.5m。L2 右侧硬路肩宽度，一般规
17、定见表3.0.5-1;L1 左侧硬路肩宽度，见表3.0.5-2规定。W 行车道宽度，为设计车道数与单个车道宽度（与设计车速有关，具体见表单个车道宽度（与设计车速有关，具体见表3.0.23.0.2）乘积，并计入所设置的加（减）速车道，紧急停车道、爬坡车道、慢车道或错车道的宽度。S1 行车道左侧路缘带宽度（与设计车速有关与设计车速有关）；S2 行车道右侧路缘带宽度，应为0.5m。M1 中间带（由两条左侧路缘带+中央分隔带组成）宽度，见表3.0.4；M2 中央分隔带宽度，见表3.0.4（与设计车速有关与设计车速有关）。四、平面布置四、平面布置确定路、桥、水流的关系确定路、桥、水流的关系-确定桥位确定
18、桥位小桥和涵洞：小桥和涵洞：桥随路。桥随路。中桥、大桥、特大桥：中桥、大桥、特大桥：过去过去-路随桥路随桥 现在现在-原则上也随路，但路桥综合原则上也随路，但路桥综合考虑，尽量选择在河道顺直、水流稳定、地考虑，尽量选择在河道顺直、水流稳定、地质良好的河段上质良好的河段上.塔岭沟旧桥塔岭沟旧桥是是京拉线（京拉线（G109G109）上的一座中桥，上的一座中桥，跨越清水河跨越清水河，中心桩号为，中心桩号为K73K73010.5010.5。该桥曾是该桥曾是G109G109的主线桥，的主线桥，19971997年年，塔岭沟新桥修好以后，塔岭沟新桥修好以后，旧桥封闭通行旧桥封闭通行。塔岭沟旧桥塔岭沟旧桥塔岭
19、沟新桥塔岭沟新桥示例：广东江顺大桥桥位图示例：广东江顺大桥桥位图提提 纲纲123桥梁设计程序桥梁设计程序桥梁设计内容桥梁设计内容桥梁设计的基本原则桥梁设计的基本原则4桥梁美学桥梁美学 技术先进技术先进 安全可靠安全可靠 适用耐久适用耐久 经济合理经济合理 美观美观 环保和可持续发展环保和可持续发展桥梁设计原则桥梁设计原则4五、桥梁设计原则五、桥梁设计原则 技术先进技术先进中国制造中国制造 中国创造中国创造桥梁技术大国桥梁技术大国 桥梁技术强国桥梁技术强国 原则：在因地制宜的前提下，尽可能原则：在因地制宜的前提下，尽可能采用成熟的新结构、新设采用成熟的新结构、新设备、新材料、新工艺、认真学习国内
20、外的先进技术备、新材料、新工艺、认真学习国内外的先进技术，充分利，充分利用最新科学成就，提高我国桥梁建设水平，赶超世界先进水用最新科学成就，提高我国桥梁建设水平，赶超世界先进水平。平。桥梁设计原则桥梁设计原则4重庆菜园坝大桥（L=420m）希腊希腊Rion-AntiRionRion-AntiRion桥（桥（L=560mL=560m）The 2006 IABSE Outstanding The 2006 IABSE Outstanding Structure AwardStructure Award重庆菜园坝长江大桥重庆菜园坝长江大桥主桥的关键技术创新主要包括：u 组合式预应力混凝土“Y”型刚构
21、-钢箱系杆拱拱式桥梁结构体系；u 组合式公轨交通正交异性板-钢桁架梁梁体结构体系；u 组合式公轨交通正交异性板-钢桁架梁的节段化设计、节段化运输、节段化施工的工业化技术；u 中跨-边跨分离系杆体系与刚构-系杆拱主体结构主动控制技术。安全可靠安全可靠在在强度强度方面：足够的安全设备。方面：足够的安全设备。在在刚度刚度方面：控制变形方面：控制变形稳定性稳定性方面：保持原形状和位置的能力方面：保持原形状和位置的能力桥梁设计原则桥梁设计原则4 适用耐久适用耐久（1 1）保证保证100100年年的设计基准期内的设计基准期内正常使用正常使用（2 2）桥面宽度桥面宽度满足当前以及今后规划年限内的满足当前以及
22、今后规划年限内的交通流量交通流量（3 3）桥梁结构在）桥梁结构在通过设计荷载时不出现过大的变形和过大的裂缝通过设计荷载时不出现过大的变形和过大的裂缝。（4 4）应考虑）应考虑不同的环境类别不同的环境类别对桥梁耐久性的影响；对桥梁耐久性的影响；（5 5）满足）满足泄洪、通航泄洪、通航（跨河桥）或（跨河桥）或车辆和行人的通行车辆和行人的通行（旱桥）；（旱桥）；（6 6）桥梁的两端）桥梁的两端方便于车辆的进入和疏散方便于车辆的进入和疏散；（7 7）考虑综合利用，）考虑综合利用，方便各种管线的搭载方便各种管线的搭载。桥梁设计原则桥梁设计原则4 经济经济（1 1）遵循因地制宜，）遵循因地制宜，就地取材和
23、方便施工就地取材和方便施工的原则。的原则。（2 2）全寿命造价最低，即建设造价与使用期内维护造价综合最）全寿命造价最低，即建设造价与使用期内维护造价综合最低；低；（4 4）桥位应考虑）桥位应考虑在能缩短河道两岸的运距在能缩短河道两岸的运距，促进该地区的经济，促进该地区的经济发展，发展，产生最大的效益产生最大的效益；对于过桥收费的桥梁应能吸引更多；对于过桥收费的桥梁应能吸引更多的车辆通过，达到的车辆通过，达到尽可能快回收投资的目的尽可能快回收投资的目的。桥梁设计原则桥梁设计原则4 美观美观瑞士萨尔基那山谷桥瑞士萨尔基那山谷桥Salginatobel Bridge-Salginatobel Bri
24、dge-被评为被评为2020世纪最美丽的桥梁世纪最美丽的桥梁“桥能满足人们到达彼岸桥能满足人们到达彼岸的心理希望，同时也是使的心理希望，同时也是使人印象深刻的标志性建筑，人印象深刻的标志性建筑，并且常常成为审美的对象并且常常成为审美的对象和文化遗产和文化遗产”-桥梁造型桥梁造型伊藤伊藤学学桥梁设计原则桥梁设计原则4提提 纲纲123桥梁设计程序桥梁设计程序桥梁设计内容桥梁设计内容桥梁设计的基本原则桥梁设计的基本原则4桥梁美学桥梁美学1 1在满足功能要求的前提下，要选用最佳在满足功能要求的前提下，要选用最佳 的结构型式的结构型式纯正、清爽、稳定纯正、清爽、稳定。质量。质量 统一于美，美从属质量。统
25、一于美，美从属质量。2 2美，主要表现在结构选型和谐与良好的美，主要表现在结构选型和谐与良好的 比例，比例，并具有秩序感和韵律感并具有秩序感和韵律感。过多的。过多的 重复会导致单调。重复会导致单调。桥梁美学桥梁美学43 3重视与环境协调。重视与环境协调。材料的选择，表面的材料的选择，表面的 质感，特别色彩的运用起着重要作用。效质感，特别色彩的运用起着重要作用。效果图有助于实感判断，审视阴影效果。果图有助于实感判断，审视阴影效果。4 4美丽的桥梁应以其个性对人们产生积极美丽的桥梁应以其个性对人们产生积极 的影响。的影响。美和伦理本是相通的美和伦理本是相通的，美的环境，美的环境将直接陶冶人们的情操
26、，大自然的美，人将直接陶冶人们的情操，大自然的美，人为环境的美，为环境的美，对人们身心健康是必需的。对人们身心健康是必需的。桥梁美学桥梁美学4.与环境协调的桥梁桥梁美学桥梁美学4.与环境协调的桥梁桥梁美学桥梁美学4.与环境协调的桥梁桥梁美学桥梁美学4.与环境协调的桥梁桥梁美学桥梁美学4.桥梁对环境的破坏桥梁美学桥梁美学4.桥梁对环境的破坏.桥梁对环境的破坏桥梁美学桥梁美学4课后作业：课后作业：1.1.简述桥梁建设的基本程序。简述桥梁建设的基本程序。2.2.通过互联网查阅重庆菜园坝大桥和通过互联网查阅重庆菜园坝大桥和Rion-AntiRionRion-AntiRion的相关文献资料，试的相关文献资料，试对其技术创新点进行评论。对其技术创新点进行评论。
