（一）桥梁的平面布置
桥梁设计首先要确定桥位。
大、中桥的桥位选择，原则上应从路线的总方向、路线网综合考虑。从整个路线或路线网的观点来看，应力求避免或减少车辆绕道以节省运营时间和运输成本。就桥梁本身的经济性和稳定性来看，应尽量选择在河道顺直、水流稳定、河面较窄、地质良好、冲刷较少的河段上，以降低造价和养护费用，并防止因冲刷过大而发生桥梁倒塌的危险。此外，一般应尽量避免桥梁与河流斜交，也应避免在河汊、沙洲、古河道、急弯、汇合口、港口作业区等地段修建桥梁，以免增加桥梁建设费用和降低使用功能。
对于小桥涵的桥位应服从路线走向，当遇到不利地形、地质和水文条件时，应采取适当工程措施，可设计成斜桥和弯桥，不应改变线路。对于大、中桥一般选择2～3个桥位，进行各个方面的比较，然后选择最合理的桥位。
《公路桥涵设计通用规范》3.1.1条规定：
3.1.1 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。
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。桥位不宜选择在河汊、沙洲、古河道、急弯、汇合口、港口作业区及易形成流冰、流水阻塞的河段以及断层、岩溶、滑坡、泥石流等不良地质的河段。
桥梁的平面布置与线路和河道（或其他线路）两者的相交情况有关，还受到桥址处地形地物的制约。通常的布置方式有正交、斜交、单向曲线和反向曲线等几种，如图10.1.23所示。正交桥最为常见，桥梁构造也相对简单，绝大多数桥梁（尤其是大桥）的平面布置均采用正交。当地形限制时，可把桥梁设置在曲线（多跨直梁布置成折线状）上或直接建造曲线梁桥（结构本身呈曲线状）。曲线形状多为单向圆曲线和缓和曲线，桥上应避免采用反向曲线；曲线桥的墩台布置通常沿曲线按径向排列。如必须设成曲线时，其各项指标应符合路线布设规定。
《公路桥涵设计通用规范》3.1.3条规定：
图10.1.23 常见平面布置形式
3.1.3 桥梁纵轴线宜与洪水主流流向正交。对通航河流上的桥梁，其墩台沿水流方向的轴线应与最高通航水位时的主流方向一致。当斜交不能避免时，交角不宜大于45°；当交角大于5°时，宜增加通航孔净宽。
真题 【10.1.7】 （2012年考题）
某高速公路一座特大桥要跨越一条天然河道。试问，下列可供选择的桥位方案中，何项方案最为经济合理？
（A）河道宽而浅，但有两个河汊
（B）河道正处于急弯上
（C）河道窄而深，且两岸岩石露头较多
（D）河流一侧有泥石流汇入
【答案】 （C）
【解答】 根据《公路桥涵设计通用规范》3.1.1条规定：“特大桥、大桥桥位应选择在河道顺直稳定段，不宜选择在河汊，沙洲，急弯……泥石流等不良地质的河段”。因为河道顺直稳定段，桥位较为稳定，桥长较短，调治构造物少，工程较省；急弯处，洪水容易冲刷河岸，桥头不稳，防护和调治工程量大，养护维修费用高；侧向有泥石流汇入的河段地形复杂，水流紊乱，甚至桥孔易被堵塞，对桥梁安全不利。相对来说（C）方案较为有利，所以推荐它。
（二）桥梁纵断面设计
桥梁纵断面设计包括确定桥梁总跨径、桥梁分孔、桥面标高、桥下净空、桥上和桥头引道的纵坡布置以及基础的埋置深度等。要求根据道路功能、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。
1.桥梁总跨径的确定
桥梁总跨径一般根据水文计算来确定。其基本原则是：应使桥梁在整个使用年限内，保证设计洪水能顺利宣泄；河流中可能出现的流冰和船只、排筏等能顺利通过；避免因过分压缩河床引起河道和河岸的不利变迁；避免因桥前壅水而淹没农田、房屋、村镇和其他公共设施等。对于桥梁结构本身来说，不能因总跨径缩短而引起的河床过度冲刷对浅埋基础带来不利的影响。
《公路桥涵设计通用规范》表3.1.7规定了公路桥梁的设计洪水频率。洪水频率是表示河流某一洪水发生可能性或出现频率的程度，它以分数来表示，其倒数为重现期，叫几年一遇。设计洪水频率是作为桥梁设计依据的洪水频率，根据桥梁所在公路的等级不同而不同。总跨径可参照设计洪水频率来确定。
表3.1.7 桥涵设计洪水频率
由于桥墩、桥台和台前锥形护坡以及桥头路堤的建造，使得桥下过水断面减少，水的流速加大，会引起河床冲刷。所以确定的桥梁总跨径必须保证桥下有足够的泄洪面积，使河床不产生较大的冲刷。桥梁总跨径增大了，造价就高了，流速小了，可能造成河床淤积。因此，桥梁总跨径不能单一地由桥涵水文的计算结果确定，需要根据具体情况分别对待。例如，图10.1.24列出埋置式桥台和U形桥台对桥梁跨长的变化和河流水流压缩程度影响的对比。采用埋置式桥台时泄洪面积足够，但桥梁总跨径增大。采用U形桥台时桥梁总跨径减小了，但桥下过水断面减少，造成桥前壅水。
真题 【10.1.8】 （2009年考题）
某桥为一座位于高速公路上的特大桥梁，跨越国内内河四级通航河道。试问，该桥的设计洪水频率，采用下列何项数值最为适宜？
（A）1/300（B）1/100（C）1/50（D）1/25
【答案】 （A）
【解答】 根据《公路桥涵设计通用规范》表3.1.7“桥涵设计洪水频率”的规定，查得：高速公路上的特大桥，其设计洪水频率为1/300，（A）正确。
2.桥梁的分孔
对于一座较长的桥梁，应当分成几孔，各孔跨径应当多大，这不仅影响到使用效果、施工难易等，而且在很大程度上关系到桥梁的总造价。《公路桥涵设计通用规范》3.2.1条～3.2.4条对孔径的设计作了规：
图10.1.24 桥台类型与跨长变化
3.2.1 桥涵孔径的设计必须保证设计洪水以内的各级洪水及流冰、泥石流、漂流物等安全通过，并应考虑壅水、冲刷对上下游的影响，确保桥涵附近路堤的稳定。
桥涵孔径的设计应考虑桥位上下游已建或拟建桥涵和水工建筑物的状况及其对河床演变的影响。
桥涵孔径设计尚应注意河床地形，不宜过分压缩河道、改变水流的天然状态。
3.2.2 小桥、涵洞的孔径，应根据设计洪水流量、河床地质、河床和锥坡加固形式等条件确定。
当小桥、涵洞的上游条件许可积水时，依暴雨径流计算的流量可考虑减少，但减少的流量不宜大于总流量的1/4。
3.2.3 特大、大、中桥的孔径布置应按设计洪水流量和桥位河段的特性进行设计计算，并对孔径大小、结构形式、墩台基础埋置深度、桥头引道及调治构造物的布置等进行综合比较。
3.2.4 计算桥下冲刷时，应考虑桥孔压缩后设计洪水过水断面所产生的桥下一般冲刷、墩台阻水引起的局部冲刷、河床自然演变冲刷以及调治构造物和桥位其他冲刷因素的影响。
此外还需要考虑下列主要因素：
（1）满足通航要求。首先应把较大跨径的通航孔布置在稳定的主河槽位置，对于变迁性河流，还需多设几个通航孔。
（2）避开复杂的地质和地形区段。在水深流急的河槽段或者河中存在局部不良地质段（如岩石破碎带、断层、溶洞等），可通过适当加大跨径，使桥基位置尽量避开这些地带。对于跨越深谷的桥梁，可采用特大跨径的单孔跨越，以减少中间的高桥墩。
（3）结构受力合理。对于连续梁和连续刚构的桥梁，务使各桥孔的跨径具有合适的比例，达到边跨与中跨跨中的最大弯矩内力接近相等；对于多孔的悬臂梁桥，最好布置为奇数跨，并保持结构对称。
（4）经济和工期上的比较。除了主通航孔外，其余副孔，一般说来，跨径不宜太大，但究竟选用多大的跨径需要结合当地的施工能力，水下基础工程施工的复杂性，从经济上和工期上进行权衡后确定。
（5）美观的要求。位于城市的桥梁，应从与城区周围环境相协调的角度进行合理地布孔。
总之，大、中桥梁的分孔是一个相当复杂的问题，必须根据使用任务、桥位所处的地形和环境、河床地质、水文等具体情况，进行技术经济分析比较，选出比较完美的设计方案。
3.桥下净空
对于跨河桥梁，桥下净空应保证桥下排洪和通航的需要；对于跨线桥，则应确保桥下安全行车。因此，必须根据设计洪水位、桥下通航（或通车）净空等需要，结合桥型、跨径等因素一起考虑，以确定合理的桥下净空。
图10.1.25列出了桥下净空有关的水位和标高的具体位置。
图10.1.25 有关水位和标高的具体位置
（1）流水净空要求。《公路桥涵设计通用规范》3.3.2条对如何确定桥下流水净空作了规定：
3.3.2 桥下净空应根据计算水位（设计水位计入壅水、浪高等）或最高流冰水位加安全高度确定。
当河流有形成流冰阻塞的危险或有漂浮物通过时，应按实际调查的数据，在计算水位的基础上，结合当地具体情况酌留一定富余量，作为确定桥下净空的依据。对于有淤积的河流，桥下净空应适当增加。
为了保证桥下流水净空，对于梁式桥，梁底一般应高出设计洪水位（包括壅水和浪高）不小于50cm，高出最高流冰水位75cm；支座底面应高出设计洪水位不小于25cm，高出最高流冰水位不小于50cm，如图10.1.26所示。但如果支座部分有围护隔水者可以不受该限制。
图10.1.26 梁式桥纵断面规划图
对于无铰拱桥，拱脚允许被设计洪水位淹没，但淹没深度一般不超过拱圈矢高f0的2/3，如图10.1.27所示。并且在任何情况下，拱顶底面应高出设计洪水位1.0m，亦即Δf0≥1.0m。拱脚的起拱线应高出最高流冰水位不小于0.25m。
图10.1.27 拱桥桥下净空图
无铰拱的拱脚允许被设计洪水淹没，但不宜超过拱圈高度的2/3，且拱顶底面至计算水位的净高不得小于1.0m。
在不通航和无流筏的水库区域内，梁底面或拱顶底面离开水面的高度不应小于计算浪高的0.75倍加上0.25m。
上述内容即为《公路桥涵设计通用规范》3.3.2条的规定。
《公路桥涵设计通用规范》中还规定：在不通航或无流放木筏河流以及通航河流的不通航桥孔内，桥下净空不应小于表3.3.2中的规定。
在不通航或无流放木筏河流上及通航河流的不通航桥孔内，桥下净空不应小于表3.3.2的规定。
表3.3.2 非通航河流桥下最小净空(www.daowen.com)
（2）通航净空要求。为了保证桥下安全通航，通航孔桥跨结构下缘的标高应高出自设计通航水位算起的净空高度。《公路桥涵设计通用规范》规定了设计时应采用的《标准》。
3.1.5 通航海轮桥梁的桥孔布置及净高应满足《通航海轮桥梁通航标准》（JTJ 311）的规定。通航内河桥梁的桥孔布置及净高应满足《内河通航标准》（GB 50139）的规定，并应充分考虑河床演变和不同通航水位航迹线的变化。
（3）跨线桥桥下净空要求。在设计跨线路（铁道或公路）的立体交叉时，桥跨结构底缘的标高应高出规定的车辆净空高度。《公路桥涵设计通用规范》3.3.4条中作出规定。
3.3.4 立体交叉跨线桥桥下净空应符合下列规定：
1 公路与公路立体交叉的跨线桥桥下净空及布孔除应符合本规范第3.3.1条桥涵净空的规定外，还应满足桥下公路的视距和前方信息识别的要求，其结构形式应与周围环境相协调。
2 铁路从公路上跨越通过时，其跨线桥桥下净空及布孔除应符合本规范第3.3.1条桥涵净空的规定外，还应满足桥下公路的视距和前方信息识别的要求。
3 农村道路与公路立体交叉的跨线桥桥下净空为：
当农村道路从公路上面跨越时，跨线桥桥下净空应符合本规范第3.3.1条建筑限界的规定；
当农村道路从公路下面穿过时，其净空可根据当地通行的车辆和交叉情况而定，人行通道的净高应大于或等于2.2m，净宽应大于或等于4.0m；
畜力车及拖拉机通道的净高应大于或等于2.7m，净宽应大于或等于4.0m；
农用汽车通道的净高应大于或等于3.2m，并根据交通量和通行农业机械的类型选用净宽，但应大于或等于4.0m；
汽车通道的净高应大于或等于3.5m；净宽应大于或等于6.0m。
综上所述，全桥位于河中各跨的桥道高程均应首先满足流水净空的要求；对于通航或桥下通车的桥孔还应满足通航净空或建筑净空限界的要求；另外，还应考虑桥的两端能够与公路或城市道路顺利衔接等。因此，全桥各跨的桥道高程是不相同的，必须综合考虑和规划。
真题 【10.1.9】 （2010年考题）
某高速公路上的一座跨越非通航河道的桥梁，洪水期有大漂浮物通过。该桥的计算水位为2.5m（大沽高程），支座高度为0.20m。试问，该桥的梁底最小高程（m），应为下列何项数值？
（A）3.4 （B）4.0 （C）3.2 （D）3.0
【答案】 （B）
【解答】 （1）根据《公路桥涵设计通用规范》3.3.2条规定，桥下净空=计算水位+安全高度。
（2）根据《公路桥涵设计通用规范》表3.3.2规定，当洪水期有大漂流物时，梁底应高出计算水位1.5m。
（3）非通航河流桥下最小净空2.5+1.5=4.0m，（B）正确。
4.桥上纵断面线形
为了满足通航或泄洪要求，大、中桥梁的桥面高度一般比两岸的接线道路或者城市道路的路面高出较多。因此，在这两者之间需用加设具有一定坡度的构筑物加以连接，以完成这个过渡，这就是所谓的桥头引道。
桥面标高确定后，就可根据两端桥头的地形和线路要求来设计桥梁的纵断面线形。小桥通常做成平坡桥。大、中桥梁为了利于桥面排水和降低引道路堤高度，往往设置从中间向两端倾斜的双向纵坡。《公路桥梁设计通用规范》规定：
3.4.1 桥上及桥头引道的线形应与路线布设相互协调，各项技术指标应符合路线布设的规定。桥上纵坡不宜大于4%，桥头引道纵坡不宜大于5%；位于市镇混合交通繁忙处，桥上纵坡和桥头引道纵坡均不得大于3%。桥头两端引道线形应与桥上线形相配合。
（三）桥梁横断面设计
桥梁横断面设计包括：确定桥面的宽度（行车道宽和人行道宽），桥跨结构的横截面布置（除车道和人行道外的栏杆布置、横向坡度）。
图10.1.28所示为对于相同桥面净宽的上承式桥和下承式桥的横截面布置。对于下承式桥梁还应考虑承重结构所占的桥面宽度、防撞栏杆的布置以及桥面净空应符合公路建筑界限的规定。显然，由于结构布置上的需要，下承式桥承重结构的宽度B要比上承式桥的大，而其建筑高度h却比上承式桥的低。
桥面宽度决定于行车和行人的交通需要。行车道宽度主要取决于车道数和每个车道的宽度。公路车道宽度与设计速度有关。
图10.1.28 横截面布置
a）上承式桥 b）下承式桥
各级公路的设计速度见《公路桥涵设计通用规范》表3.3.15。
1 各级公路应选用的设计速度见表3.3.1-5。确定桥涵净宽时，其所依据的设计速度应沿用各级公路选用设计速度。
表3.3.1-5 各级公路设计速度
各种设计速度应占有的车道宽度见《公路桥涵设计通用规范》表3.3.1-1。
表3.3.1-1 车道宽度
注：高速公路上的八车道桥梁，当设置左侧路肩时，内侧车道宽度可采用3.50m。
桥面净空是保证车辆、行人安全顺畅通过桥梁所需要的桥梁上方空间限界。在该净空限界范围内，不得有桥跨结构构件或任何其他装置侵入。桥面净空应符合《公路桥涵设计通用规范》3.3.1条规定：
3.3.1 桥涵净空应符合图3.3.1公路建筑限界规定及本条其他各款规定。
图3.3.1 桥涵净空（尺寸单位：m）
a）高速公路、一级公路（整体式）；b）高速公路、一级公路（分离式）；c）二、三、四级公路
注：（1）当桥梁设置人行道时，桥涵净空应包括该部分的宽度；
（2）人行道、自行车道与行车道分开设置时，其净高不应小于2.5m。
图中 W——行车道宽度（m），为车道数乘以车道宽度，并计入所设置的加（减）速车道、紧急停车道、爬坡车道或错车道的宽度，车道宽度规定见表3.3.1-1；
C——当设计速度大于100km/h时为0.5m；当设计速度等于或小于100km/h时为0.25m；
S1——行车道左侧路缘带宽度（m），见表3.3.1-2；
S2——行车道右侧路缘带宽度（m），应为0.5m；
M1——中间带宽度（m），由两条左侧路缘带和中央分隔带组成，见表3.3.1-2；
M2——中央分隔带宽度（m），见表3.3.1-2；
E——桥涵净空顶角宽度（m），当L≤1m时，E=L；当L＞1m时，E=1m；
H——净空高度（m），高速公路和一级、一级公路上的桥梁应为5.0m，三、四级公路上的桥梁应为4.5m；
L2——桥涵右侧路肩宽度（m），见表3.3.1-3，当受地形条件及其他特殊情况限制时，可采用最小值。高速公路和一级公路上桥梁应在右侧路肩内设右侧路缘带；其宽度为0.5m。设计速度为120km/h的四车道高速公路上桥梁，宜采用3.50m的右侧路肩；六车道、八车道高速公路上桥梁，宜采用3.00m路肩；高速公路、一级公路上桥梁的右侧路肩宽度小于2.50m且桥长超过500m时，宜设置紧急停车带，紧急停车带宽度包括路肩在内为3.50m，有效长度不应小于30m，间距不宜大于500m；
L1——桥梁左侧路肩宽度（m），见表3.3.1-4。八车道及八车道以上高速公路上的桥梁宜设置左路肩，其宽度应为2.50m。左侧路肩宽度内含左侧路缘带宽度；
L——侧向宽度。高速公路、一级公路上桥梁的侧向宽度为路肩宽度（L1、L2）；二、三四级公路上桥梁的侧向宽度为其相应的路肩宽度减去0.25m。
桥面净空的宽度一般包括行车道、中间道、路缘带、路肩、应急停车带等部分的宽度，其取值应符合《公路桥涵设计通用规范》3.3.1条的规定。
表3.3.1-2 中间带宽度
注：“一般值”为正常情况下的采用值；“最小值”为条件受限制时，可采用的值。
表3.3.1-3 右侧路肩宽度
注：“一般值”为正常情况下的采用值；“最小值”为条件受限制时，可采用的值。
表3.3.1-4 分离式断面高速公路、一级公路左侧路肩宽度
当桥涵设计车道数确定后，可从《公路桥涵设计通用规范》表4.3.1-3查得所需桥面宽度的数值W（m）。
表4.3.1-3 桥涵设计车道数
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