桥梁计算书(含水文、荷载、桩长、挡墙的计算)

年河桥梁计算书（含水文、荷载、桩长、挡墙的计算）**

本计算书中包括桥涵水文的计算、恒荷载计算、活荷载计算桩长、以及挡墙的计算。

荷载标准：公路Ⅱ级乘0.8的系数

桥面宽度：净4.5+2×0.5m

跨度：13孔×13m

1、工程存在问题

年河桥位于长江下游1000m处，建于1982年，为钢筋砼双排架式桥墩，预制拼装型板梁桥面，17孔，每跨8.85m。总长150.45m，宽5.3m。该桥运行20多年，根据***省水利建设工程质量监测站检验测试报告检测结果如下：

（1）桥墩

A．桥墩基础

桥墩基础为抛石砼，设计强度等级为150＃，钻芯法检测砼现有强度代表值为16.4MPa。

B．排架立柱及联系梁

立柱设计强度等级为200＃，超声回弹综合法检测砼现有强度代表值为14.0～18.3MPa。联系梁设计强度等级为200＃，超声回弹综合法检测砼现有强度代表值为14.7MPa。

立柱外观质量总体较差，局部区域麻面较重。立柱砼碳化深度最大值为31mm，最小值为5mm，平均值为14mm。立柱钢筋保护层实测厚度为20mm，钢筋目前未锈，但碳化深度平均值已接近钢筋保护层厚度。通过普查，全桥64根立柱中有12根35处箍筋锈胀外露，有6处联系梁主筋外露。

C．盖梁

盖梁设计强度等级为200＃，超声回弹综合法检测砼现有强度代表值为17.4～21.5MPa。

盖梁外观质量一般，梁体砼总体感觉较疏松。盖梁砼碳化深度最大值为24mm，最小值为9mm，平均值为18mm。，盖梁主筋侧保护层实测厚度为9～13mm，底保护

层实测厚度29～42mm，砼碳化深度已超过钢筋侧保护层厚度，盖梁主筋已开始锈蚀。通过普查，全桥32根盖梁中共有14根15处主筋锈蚀膨胀，表层砼脱落，主筋外露，长度15～70cm；有28处箍筋锈胀外露。

（2）T型梁

T型梁设计强度等级为200＃，每跨中间两根T型外观较好，两边T型梁外观较差。T型梁砼碳化深度最大值为20mm，最小值为7mm，平均值为14mm。T型梁主筋保护层设计厚度为20mm，砼碳化深度已经接近钢筋保护层设计厚度，实际保护层相对较薄的主筋已经开始锈蚀。通过普查，全桥34根边梁中共有9根10处肋梁主筋锈蚀膨胀，砼开裂或脱落，长度15～160cm；全桥34根边梁中共有15根工52处肋梁箍筋锈胀外露，有13块三角形隔板钢筋锈胀，表层脱落。

（3）桥台

两侧浆砌石桥台总体没有大的变形，左岸桥台浆砌石有纵向和斜向裂缝，右岸桥台浆砌石发现斜向裂缝，裂缝较长较宽。

（4）桥面及栏杆

桥面铺装层破损露石，栏杆老化损坏，钢筋外露，且多处被撞。

（5）桥墩基础防护工程

该桥的底部和侧向的防护工程水毁现象非常严重。左岸浆砌石护坡全部损毁、坍塌，7＃桥墩基础裸露，基础下土壤已经开始流失，出现空洞。浆砌石护底下游的土壤（砂质）已全部被水流带走，经常受水流冲刷的护底局部已被淘空，护底已出现不同程度的损坏，危及桥墩基础乃至整座桥梁的安全。

（6）结论

由于该桥原设计标准较低，长期超负荷运行，工程老化失修，水毁严重，且为中和岛内防洪抢险撤离的主要通道，选取方案时优先考虑拆除重建方案。

2、设计标准

荷载标准：公路Ⅱ级乘0.8的系数；

桥面宽度：净4.5+2×0.5m；

跨度：13孔×13m；

结构形式：桥面结构采用13m跨钢筋砼预制空心板，下部为Ф80砼桥墩柱，基础为Ф100灌注桩。

3、水力计算 1）桥梁壅水计算

)(2

02V V Z M -=?η η：系数，05.0=η。

0V 为河道断面平均流速（m/s ）

其中P Q 为设计流量（m 3/s ），取s m Q P /16003=

M V 0为天然状态下桥下平均流速（m/s ）,M Q 0为天然状态下桥下通过的设计流量（m 3/s ）,OM ω为桥下过水面积（m 2）

s m V V M M /28.20==

s m V /14.20=

因此，m V V Z M 031.0)(2

02

=-=?η 2）冲刷计算

5

/36

/13/52)(????

????????

=d E h h B Q A h cq

cm cj d p μ

式中：

d A ：单宽流量集中系数，15

.0???

?

??=Z Z d H B A ,Z B 为洪水期平均水深处宽度（m ），

Z H 为河槽平均水深（m ）。

cj B ：河槽部分桥孔过水净宽（m ）

μ：桥墩水流侧向压缩系数

cq h ：桥下河槽平均水深（m ）

d ：河槽泥沙平均粒径（mm ）

，mm d 39.0＝ E ：与汛期含沙量有关的系数，46.0＝E

063.115

.0=???

?

??=Z Z d H B A

m B cj 54.107=

根据河槽、河滩的断面积及糙率可得河滩、河槽部分流量分别为

s m Q /05.1331＝、s m Q /95.158632＝

a ）河槽部分：

935.0＝μ

m h cm 79.7＝ m h cq 20.6＝

∴m d E h h B Q A h cq

cm cj d p 95.11)(5

/36

/13/52＝????

?????

???=μ

b ）河滩部分：

00.1＝μ

m h tm 79.0＝ m h tq 75.0＝

根据水深1m 非粘性土不冲刷流速可知s m V

H /38.01

=

∴m V h h B Q A h H tq

tm tj d p 88.0)(5

/313/51＝????

?

????

???=μ

3）桥墩台局部冲刷计算 一般冲刷后墩前行进流速： a ）河槽部分：

采用修正公式计算一般冲刷深度时，s m h d

E V p

/055.23

/26

/1==

s m d

h d d

h V p p /522.010332)

(

0246.072

.014

.00=++

=

s m V B d V /231.0)(

462.0006

.01

'

0== 0V V >，∴采用公式1

'00

'

0'006.011)(n b V V V V V V B K K h ????

??---=ηξ

751.0)(

19

.025.001==d V

V n 14.2)11(

8.015

.045

.01=+

=d

d

K η

式中：

b h ：桥墩局部冲刷深度（m ） ξK ：墩形系数，取00.1=ξK

1B ：桥墩计算宽度（m ） p h ：一般冲刷后的最大水深（m ） 1ηK ：河床颗粒影响系数

V ：一般冲刷后墩前行进流速（m/s ）

0V ：河床泥沙起动流速（m/s ）

'

0V ：墩前泥沙起冲流速（m/s ）

∴m V V V V V V h B K K h n p

b 16.2))((1'

0'

'

0015

.06

.011=---=ηξ 河槽部分一般冲刷深度为11.95-7.79＝4.16m ，总冲刷深度为11.95+2.16-7.79＝6.32m ，取6.5m 。

b ）河滩部分：

采用修正公式计算一般冲刷深度时，s m h V V p

H /37.05

/11==

s m d

h d d

h V p p /339.010332)(

0246.072

.014.00=++

=

s m V B d V /15.0)(

462.0006

.01

'

0== 0V V >，∴采用公式1

'00

'

0'006.011)(n b V V V V V V B K K h ????

??---=ηξ

982.0)(19

.025.001==d V V n

14.2)11(

8.015

.045

.01=+

=d

d

K η

式中：

b h ：桥墩局部冲刷深度（m ） ξK ：墩形系数，取00.1=ξK

1B ：桥墩计算宽度（m ） p h ：一般冲刷后的最大水深（m ） 1ηK ：河床颗粒影响系数

V ：一般冲刷后墩前行进流速（m/s ）

0V ：河床泥沙起动流速（m/s ）

'

0V ：墩前泥沙起冲流速（m/s ）

∴m V V V V V V h B K K h n p

b 41.0))((1

'

0'

'

0015

.06

.011=---=ηξ 河滩部分一般冲刷深度为0.88-0.79＝0.09m ，总冲刷深度为0.88+0.41-0.79＝0.5m ，取0.5m 。

4、上部结构设计

本工程位于长空岛附近，该段河道为非通航河道，没有通航要求，桥梁梁底高程不需要考虑通航要求，梁底高程的确定根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）3.3.2确定，超出最高洪水位1.5m ；现状两侧堤防高程为29.8m ；现状桥面高程为30.35m ；综合考虑桥梁底高程为29.65m 。

上部结构一般采用梁板结构、连续梁结构和拱形结构等，本工程无通航要求，

不需要大跨度桥梁，因此选择梁板结构。预应力空心板和T型梁均为中小桥梁常用结构，本工程选择应力空心板和T型梁比较。

预应力空心板优点：为定型图集，施工经验成熟，施工方便，吊装整体稳定性好，便于工场制作，梁高较小，便于与两侧堤防连接。缺点：桥面板工程量略大，下部结构稍大。

T型梁优点：为定型图集，施工有成熟经验，不需要特殊施工方法，桥面铺装层及其他结构工程量基本相同，因此投资较略小。缺点是吊装时稳定性差，须选择合理的吊装方式，下部结构工程量稍小。

在桥梁跨径选择上可采用10跨16m和13跨13m两种方案：16m跨的其跨数少，灌注桩桩数量少，但桥板厚度大，阻水严重，投资相对较大；13m跨的桥板厚度相对较小，投资相对较小，但跨数多，灌注桩数量多。

经经济技术比较，选择13m预应力空心板结构作为本工程的桥型。

5、下部结构设计

桥梁基础型式主要根据地形地貌及地质资料综合选择采用浅基础或深基础。杜湖桥现状河底高程19.0m，设计墩台基础若采用浅基础，位于第②层含砂姜壤土之上，可以作为天然地基持力层，基础形式可采用扩大式基础，但该河道河床下切很严重，原有浅基础已经被冲刷毁坏，若再采用浅基础，工程安全性无保障，此外河段两侧滩面高程26.1～25.89m，埋深较深，开挖工作量大，且排水围堰工程造价较高，经济上也不合理，故采用桩基。

（1）桥墩桩长计算

A.恒载计算

a．板自重：12.11×3+14.42×2=65.17t

b．桥面铺装重：0.06×4.5×13×2.5+0.1×4.5×13×2.5=23.41t

c．铰缝自重：0.0555×4×13×2.3＝6.64t

d．栏杆及缘石自重：

[0.22×0.25×1.2×2.5+（2.3-0.24）×0.2×2.5]×6×2=16.4t

0.3×0.5×13×2.5×2=9.75t

e．帽梁自重：4.2×1×2.5=10.5t

f．单个墩柱自重：π×（0.8/2）2×9.8×2.5=12.32t

g ．系梁（2根）自重：（0.4×0.6+0.7×1）×2.2×2.5=5.17t 作用在桩顶的恒载垂直力为：

KN t N 4.80884.8032.12)17.55.1075.94.1664.641.2317.65(2

1

==+++++++=

恒B.活载计算

车道荷载：

均布荷载：KN q 5.136135.10＝

?= 集中荷载：KN P 2121801803605

50513＝）（+-?--= ① 荷载纵向分布 双孔荷载（单车道）

KN R R 4.19921== KN R R N 8.39821=+=

单孔荷载（单车道）

KN R 06.2451= KN R N 06.2451==

取两者中的大值，故作用于桥墩上的汽车荷载为398.8KN 。 ② 荷载横向分布

966.01=η

034.02=η

最大垂直反力计算（双孔）：

单个桥墩最大活荷载：KN N 89.550=活 C.桩顶最大垂直力

KN N 29.135989.5504.808max =+=

D.桩长计算 灌注桩每延m 自重：

m KN q /78.111514

2=??=

π

（已扣除浮力）

总冲刷深度为6.5m 。

灌注桩最大冲刷深度以下的桩长为h ，则：

{})3(][21

][2200-++∑=h K A m l U N i i γσλτ

因为：m U 298.305.1=?=π

22785.0m R A ==π

K 2: 地面土容许承载力随深度的修正系数，取K 2＝5 λ：桩基计算修正系数，取0.7＝λ m 0：清底系数，取m 0＝0.25 经试算，h=12m 桩长h ＝6.5+12＝18.5m 取桩长h 为18.5m ，桩直径为1m 河底高程19.00 m ，桩底高程0.50m 。 （2）桥台桩长计算 A.恒载计算

a ．板自重：12.11×3+14.42×2=65.17t

b ．桥面铺装重：0.06×4.5×13×2.5+0.1×4.5×13×2.5=23.41t

c ．铰缝自重：0.0555×4×13×2.3＝6.64t

d ．栏杆及缘石自重：

[0.22×0.25×1.2×2.5+（2.3-0.24）×0.2×2.5]×6×2=16.4t 0.3×0.5×13×2.5×2=9.75t e ．帽梁自重：4.2×1×2.5=10.5t

f ．单个墩柱自重：π×（0.8/2）2×9.8×2.5=12.32t

g ．系梁（2根）自重：0.4×0.6×2.2×2.5=1.32t 作用在桩顶的恒载垂直力为：

KN t N 4866.4832.122/)32.15.10()75.94.1664.641.2317.65(4

1

==+++++++=

恒B.活载计算

车辆荷载： ① 荷载纵向分布

KN R 364=

② 荷载横向分布

966.01=η

034.02=η

最大垂直反力计算：

单个桥墩最大活荷载：KN N 503=活 C.桩顶最大垂直力

KN N 989503486max =+=

D.桩长计算 灌注桩每延m 自重：

m KN q /78.111514

2=??=

π

（已扣除浮力）

桥台未有水冲刷，故该处不考虑冲刷深度。 灌注桩最大冲刷深度以下的桩长为h ，则：

{})3(][21

][2200-++∑=h K A m l U N i i γσλτ

因为：m U 298.305.1=?=π

22785.0m R A ==π

K2: 地面土容许承载力随深度的修正系数，取K2＝2.5 λ：桩基计算修正系数，取0.7＝λ m0：清底系数，取m0＝0.25

经试算，h=14.0m ，总冲刷深度为0.5m ，因此取桩长14.5m 。 考虑该高程处即为含砾粗砂顶面，故又向下多取0.5m ， 取桩长h 为15m ，桩直径为1m

河滩高程26.00 m ，桩底高程11.00 m 。 （3）桥台挡土墙计算

桥台填土采用壤土回填，参数选用：f=0.4，Φ=25°，γ土

=19KN/m 3，γ

浮

=9KN/m 3。

A 、抗滑稳定计算 1）竖向力计算：

墙身结构恒载V 1＝2346.9KN 基础恒载V 2＝446KN 土重V 3＝1051KN

竖向力合计：V ＝3843.9KN 2）水平力计算 l 0＝2.19m h ＝2.41m E 0＝20.22KN/m 2 E ＝582.4KN

水平力合计：H ＝582.4KN 3）抗滑稳定计算

进行抗滑计算中，不考虑活载作用，经计算，抗滑稳定系数K ＝2.64 >1.20 故抗滑满足要求。 B 、地基承载力计算

对桥台前趾取矩： 恒载：4999KN.m 土重：4202 KN.m 土压力：1009KN.m

KPa

KPa

2.956.1112.84.103min max =

±=σσ 2.117.1min

max

<=σσ，满足要求 由于该桥台底板下为砂壤土和粉细砂土，为河漫滩土，承载力低，不密实，在本次设计中，采用换级配碎石换填，换填深度1m 。

C 、抗倾稳定计算 W ＝3843.9KN H=582.4KN

K 0=8192/1009＝8.1>1.5 满足抗倾要求。

7、主要工程量

主要工程量：砼及钢筋砼794.93m3，石方478.61m3，土方2205m3，钢筋83.43T，灌注桩（1m直径）总长575.4m。