導(dǎo)語：鋼管樁+貝雷桁架便橋設(shè)計(jì)研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

進(jìn)行跨江河水中墩施工時(shí)，常需修建施工便橋，以便及時(shí)、順利的將材料、機(jī)具運(yùn)達(dá)河中橋墩位置。因橋梁施工需運(yùn)輸重型的起重機(jī)、挖掘機(jī)、樁機(jī)及混凝土運(yùn)輸車等，故對便橋運(yùn)輸承載能力要求極高，需確保在通行重載汽車時(shí)保持安全穩(wěn)固。故對施工便橋的方案設(shè)計(jì)提出了較高要求，即在確保重載通行能力的同時(shí)，還要做到經(jīng)濟(jì)可行，降低工程造價(jià)，減少施工期間的維護(hù)費(fèi)用。所以，要對施工便橋進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的研究和評估、調(diào)整及優(yōu)化，確保做到技術(shù)可行、施工簡便、經(jīng)濟(jì)合理。

1工程簡介

巴中至萬源高速公路第Ⅶ標(biāo)段K187+940袁家灣大橋右幅采用（2-30m+21-40m）預(yù)應(yīng)力砼簡支T梁，左幅采用（1-30m+22-40m）預(yù)應(yīng)力砼簡支T梁，下構(gòu)采用樁柱式橋墩及空心墩挖（鉆）孔樁基礎(chǔ)，大橋跨越回龍安河，回龍安河為非通航河道?；佚埌埠雍哟蔡幊沙孰A狀臺地，表層上覆第四系全新統(tǒng)崩坡積層（含角礫）粘土及砂、泥巖塊石覆蓋，厚度分布不均勻，河床兩側(cè)地帶多見基巖出露，主河床底部多上覆坡洪積漂卵石土層。為了進(jìn)行河中墩的施工，需修建施工便橋通達(dá)水中墩。

2便橋施工方案的研究及選定

2.1鋼便橋總體設(shè)計(jì)方案。為了確保水中墩施工時(shí)機(jī)具及材料能夠直接運(yùn)達(dá)橋位處，本橋施工時(shí)沿橋梁左側(cè)在回龍安河上修建一座施工便橋，根據(jù)施工需要，便橋需通行的最大汽車荷載為9m3混凝土運(yùn)輸車，橋面凈寬不得小于5m。便橋采用在技術(shù)及經(jīng)濟(jì)上均具有優(yōu)勢的鋼管樁+貝雷桁架組合的便橋形式。在進(jìn)行便橋的設(shè)計(jì)時(shí)，對方案進(jìn)行了多次反復(fù)承載檢算、評估及優(yōu)化，最終確定的便橋施工方案如下。①便橋長153m，橋面寬6m，便橋按通行最重汽車荷載為某廠商生產(chǎn)的9m3混凝土運(yùn)輸車，其總荷載為80kN，根據(jù)本項(xiàng)目最大汽車荷載、所需橋面寬度要求及承載檢算結(jié)果，便橋縱梁采用三組單層非加強(qiáng)型貝雷桁架（共6片貝雷桁架）。②鋼便標(biāo)準(zhǔn)橋跨跨徑設(shè)計(jì)為9m；下部結(jié)構(gòu)橋墩設(shè)計(jì)為單排柱式鋼管樁，標(biāo)準(zhǔn)跨為12m，按6跨作一聯(lián)，每聯(lián)設(shè)制動(dòng)墩，制動(dòng)墩采用雙排鋼管樁，排間距為2m，其余為單排非制動(dòng)墩。③綜合考慮河道排洪通暢，便橋使用時(shí)間及其他各種影響因素，將鋼便橋頂面標(biāo)高定為231.9m。④在鋼便橋右側(cè)布置3個(gè)施工平臺以進(jìn)行袁家灣大橋3處水中墩的施工，平臺長分別為27m、36m、36m，平臺寬度為6m，跨徑為9m。便橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案如圖1、圖2所示。2.2便橋下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。便橋下構(gòu)鋼管樁按摩擦樁設(shè)計(jì)。單墩設(shè)置單排3根鋼管（樁徑準(zhǔn)630mm，壁厚8mm），鋼管樁采用A3鋼板制作，底部及接樁處環(huán)焊10mm×100mm鋼條，以加強(qiáng)連接處的強(qiáng)度。樁身中心距2.5m，排間鋼管樁設(shè)置[20槽鋼花架焊連，以加強(qiáng)承載整體性。管樁頂焊接800mm×800mm×15mm鋼端帽，端帽上焊接2I36b工字鋼作擺放貝雷梁的墊梁。河床平均標(biāo)高為225.7m，河床以上部分鋼管樁長度為6m。鋼管樁長度為嵌入玄武巖的植入4m深，單根按10m計(jì)；未嵌入玄武巖的入土12m深，單根按18m計(jì)。2.3承載縱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。單孔跨徑為9m，橋?qū)?.0m。根據(jù)行車荷載及橋面寬度要求，采用單層三組6片貝雷桁架，貝雷桁架分成3組擺放，組間凈距2.2m；同組間桁架中心距30cm，同組間桁架設(shè)置型鋼框架聯(lián)結(jié)。桁架與墊梁、橫梁工字鋼間采用“U”形螺栓聯(lián)接。2.4橋面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。貝雷桁架上按間距60cm擺放I36b工字鋼橫梁，橫梁上再鋪設(shè)間距為20cm的[20槽鋼分配梁，分配梁上的橋面板為厚度10mm的鋼花紋板。2.5防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。因便橋?yàn)樯铣惺浇Y(jié)構(gòu)，為確保通行安全，在橋面兩側(cè)設(shè)型鋼護(hù)欄，外側(cè)再掛設(shè)安全網(wǎng)，防止人員翻越。護(hù)欄立柱采用長1.3m的[14槽鋼制作，沿橋縱向按1.5m間距布設(shè)。沿便橋縱向通長設(shè)置護(hù)欄水平桿，水平桿采用準(zhǔn)48×3.5mm鋼管，豎向均勻布置3道。

3鋼便橋施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1薄覆蓋層及基巖裸露處。鋼管樁施工本項(xiàng)目部分河床為薄覆蓋層，甚至為基巖裸露，持力層為完整灰?guī)r，鋼管樁無法直接插打。針對此類地質(zhì)情況，國內(nèi)通常采用栽樁法，即先采用沖擊鉆成孔，隨后導(dǎo)管法澆筑樁體水下混凝土，在樁體混凝土尚未初凝前插打入鋼管樁，并將鋼管樁按設(shè)計(jì)中心線臨時(shí)固定，直至混凝土凝固后方進(jìn)行一下工序的施工。此施工工法具有施工周期長，費(fèi)用高，施工時(shí)泥漿易對環(huán)境造成污染，鋼管樁易偏位，鋼管樁使用后難拔出等諸多缺點(diǎn)。為了確保工期及降低工程造價(jià)，本項(xiàng)目通過技術(shù)創(chuàng)新，采用“大小套管”法（施工示意如圖3所示），工藝說明如下：①先在樁位處采用潛孔鉆機(jī)鉆設(shè)準(zhǔn)300mm孔眼，深入完整基巖內(nèi)5m，然后打入壁厚6mm的準(zhǔn)300mm的小鋼管樁。特別注意的是：小管樁直徑不能出現(xiàn)正誤差，允許5mm內(nèi)的負(fù)誤差，以確保小鋼管能夠順利打入孔眼內(nèi)，且避免樁徑過小時(shí)，打入的鋼管樁有松動(dòng)，而導(dǎo)致便橋橋墩在外力作用下傾斜。②然后采用振動(dòng)錘打入大管（即臨時(shí)便橋的準(zhǔn)630mm鋼管樁），大管套住原打入的小管，施工時(shí)需確保大、小管中心線重合。要確保大管下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高以達(dá)到設(shè)計(jì)承載力。③大管插打至設(shè)計(jì)位置后，用氣割槍割除超過設(shè)計(jì)標(biāo)高的多余部分，然后在小管樁內(nèi)和大小管樁間的采用導(dǎo)管法澆筑C30水下混凝土，增強(qiáng)小鋼管樁的抗彎折性能和使大小鋼管樁之間聯(lián)結(jié)成可靠的工作整體。④清理干凈鋼管樁頂部，焊接鋼管樁頂端的800mm×800mm×15mm鋼頂帽，以擺放雙拼I36b工字鋼墊梁。3.2普通地質(zhì)地段插打鋼管樁。①采用全站儀引導(dǎo)進(jìn)行樁位定位，使用90kW振動(dòng)錘的夾具夾緊、吊起鋼管樁，放入導(dǎo)向架內(nèi)，開啟振動(dòng)錘將鋼管樁錘入地層。鋼管樁施工需保證樁軸線準(zhǔn)確，單樁樁位控制在5cm以內(nèi)，特別要保證同排樁要在一條直線上。故在沉樁時(shí)測量人員做好放樣復(fù)核并隨時(shí)控制樁位，本項(xiàng)目使用特制懸臂導(dǎo)向框架以使樁體保持豎直?？蚣軐?dǎo)樁孔徑樁徑大2～3cm。②沉樁深度除了以設(shè)計(jì)所給的數(shù)值作為參考外，還要以動(dòng)力公式反算的最終貫入度來確認(rèn)沉樁深度，控制標(biāo)準(zhǔn)為5cm/min。③接樁時(shí)，先在底節(jié)樁端均勻上焊接6個(gè)220×80×12mm的連接限位片，以加快接樁接樁速度及增強(qiáng)對中質(zhì)量。接樁質(zhì)量要求：相鄰管節(jié)的管徑偏差≤2mm，相鄰管節(jié)對口板邊高差＜1.0mm。接樁處還環(huán)焊10mm×100mm鋼條，以加強(qiáng)連接處的強(qiáng)度。因接樁為豎向焊接，工藝及質(zhì)量控制難度大，故接樁時(shí)嚴(yán)控焊接質(zhì)量，焊接后檢查焊接質(zhì)量，不合格時(shí)重新焊接。3.3樁頂處理。每完成一根鋼管沉樁后，按設(shè)計(jì)要求確定樁頂標(biāo)高，對高出部分氧焊割除，將鋼管樁找平，低于標(biāo)高的樁按實(shí)際長度進(jìn)行接長至樁頂標(biāo)高。清理干凈鋼管樁頂部，焊接鋼管樁頂帽。3.4焊接斜撐及平撐。按鋼便橋及鋼平臺設(shè)計(jì)圖所示在鋼管樁身間焊接[20槽鋼花架的斜撐及平撐，使得同排樁身間形成剪刀撐形式，互相增加穩(wěn)定性。3.5安裝工字鋼橫梁。樁頂處理完后，用吊車吊放工字鋼墊梁，墊梁根據(jù)設(shè)計(jì)放置在鋼管樁中心位置并調(diào)整水平，檢查合格后焊接。3.6安裝貝雷桁架縱梁。首先將貝雷桁架用裝載機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至河岸上，然后采用汽車吊進(jìn)行預(yù)拼裝。當(dāng)?shù)谝豢玟摴軜洞蛟O(shè)完畢安裝花架及墊梁后，采用吊車架設(shè)貝雷桁架縱梁。采用[10槽鋼制成U型鐵件將貝雷桁架縱梁固定在墊梁上，鐵件與墊梁焊接固定。3.7鋪設(shè)橋面板及設(shè)置欄桿。縱梁安裝完成后，按照設(shè)計(jì)間距布設(shè)橫梁、分配梁及橋面鋼板，橫梁與貝雷桁架縱梁間設(shè)置“U”形螺栓聯(lián)接，橫梁與分配梁間焊接固定，面板與分配梁間用U型鐵件聯(lián)結(jié)以防滑動(dòng)，并在面板底焊接限位角鋼。最后按設(shè)計(jì)圖紙安裝欄桿。

4鋼便橋結(jié)構(gòu)受力檢算

4.1汽車荷載取值。本項(xiàng)目通行便橋的最大車輛荷載為某廠商生產(chǎn)的9m3混凝土運(yùn)輸車，汽車荷載分布于每組輪對的數(shù)值如圖4所示。4.2分配梁承載。計(jì)算支墊橋面板的分配梁為[22a槽鋼，間距設(shè)為20cm，材料特性如表1所示。將槽鋼分配梁的簡化成簡支梁，梁跨為0.6m，當(dāng)9m3混凝土運(yùn)輸車后軸單軸單側(cè)兩個(gè)車輪作用于槽鋼中間時(shí)，為槽鋼最不利荷載工況。此時(shí)，后軸單軸單側(cè)兩個(gè)車輪的荷載為220.8/2=110.4kN。輪寬為50cm，按由4根分配梁槽鋼共同承載，則單根槽鋼承受的汽車集中荷載為110.4/4=27.6kN。同時(shí)，槽鋼還承受自重及橋面自重的均布線性荷載（計(jì)算得0.41kN/m）。則有：Mmax=ql2/8+Pl/4=0.41×0.62/8+27.6×0.6/4=4.16kN•m故σmax=Mmax/W=（4.16×103）/（191×10-6）=21.7MPa＜[σ]=181MPaQmax=P/2+ql/2=27.6/2+0.41×0.6/2=13.9kN故τmax=Qmax/A=（13.9×103）/（32.837×10-4）=4.2MPa＜[τ]=85MPafmax=5qL3/384EI+PL3/48EI=（5×0.41×103×0.63）/（384×2.1×105×106×1910×10-8）+（27.6×103×0.63）/（48×2.1×105×106×1910×10-8）=0.31mm＜600/400=1.5mm4.3橫梁計(jì)算便橋橫梁采用I32b工字鋼，設(shè)置間距為0.6m，材料特性如表2所示。將橫梁的簡化成簡支梁，凈跨2.2m，當(dāng)混凝土運(yùn)輸車后兩軸單側(cè)四個(gè)車輪行駛在橫梁跨中時(shí)，為橫梁最不利荷載工況。此時(shí)，車輪荷載為220.8kN。按由3根橫梁工字鋼共同承載，則單根工字鋼承受的汽車集中荷載為220.8/3=73.6kN。同時(shí)，工字鋼橫梁承受的自重及橋面自重按均布線性荷載計(jì)算得1.8kN/m）。則有：Mmax=ql2/8+Pl/4=1.8×2.22/8+73.6×2.2/4=41.6kN•m故σmax=Mmax/W=（41.6×103）/（726×10-6）=57.3MPa＜[σ]=180MPaQmax=P/2+ql/2=73.6/2+1.8×2.2/2=38.8kN故τmax=Qmax/A=（38.8×103）/（73.556×10-4）=52.7MPa＜[τ]=85MPafmax=5×qL3/384EI+PL3/48EI=（5×1.8×103×2.23）/（384×2.1×105×106×11600×10-8）+（73.6×103×2.23）/（48×2.1×105×106×11600×10-8）=1.7mm＜2200/400=5.5mm4.4貝雷桁架縱梁受力檢算便橋貝雷桁架縱梁采用三排單層的形式，查《裝配式公路鋼橋多用途使用手冊》得桁架容許內(nèi)力：[M]=2246.4kN•m，[Q]=698.9kN。將12m橋跨的便橋縱梁按簡支梁進(jìn)行檢算，且將全部汽車荷載（220.8+220.8+110.4=552kN）簡化成作用于簡支梁上的集中荷載，此計(jì)算方式偏于保守，利于確保結(jié)構(gòu)安全。貝雷梁自重及作用其上的恒載按均布線性荷載，計(jì)算得q=11.5kN/m。當(dāng)荷載作用于簡支梁跨中時(shí)，產(chǎn)生最大彎矩：Mmax=ql2/8+Pl/4=11.5×122/8+552×12/4=2168.1kN•m＜[M]=4809.4kN•m當(dāng)汽車荷載作用于便橋橋墩附近時(shí)，產(chǎn)生最大剪力：Qmax=P+ql/2=552+11.5×12/2=621kN＜[Q]=698.9kN4.5鋼管樁承載檢算便橋鋼管樁外徑為630mm，管壁厚度8mm，汽車荷載作用于便橋橋墩上時(shí)，鋼管樁承受最大荷載，在考慮1.2的偏載系數(shù)下，單根鋼管樁承受的上部荷載為1.2×（552+11.5×12）/2=345kN，鋼管樁自重（最高自由長度為9.3m）及頂端封板、雙拼I32b工字鋼梁的重量荷載總計(jì)為17.5kN。4.5.1樁的強(qiáng)度驗(yàn)算。能夠承受荷載所需的最小鋼管樁截面大?。篈min=N/[σ]=（345.0+17.5）×103/181=2.00×103mm2。厚8mm的準(zhǔn)630鋼管樁承載斷面大小為A=π（6302-6142）/4=15.6×103mm2＞Amin，鋼管樁斷面面積足夠承載。4.5.2鋼管壓桿穩(wěn)定計(jì)算A=15.6×103mm2Iz=π（6304-6144）/64=240.7×106mm4iz=（Iz/A）1/2=124.2mm鋼管樁最大自由長度L=9.3m，μ取1，則鋼管樁長細(xì)比：λ=1×9300/124.2=74.9穩(wěn)定折減系數(shù)查表得：φ=0.721N/φA=（345.0+17.5）/（0.721×15.6×103）=32.2MPa＜[σ]=180MPa由計(jì)算可得，便橋各結(jié)構(gòu)受力檢算滿足要求。

5結(jié)束語

本項(xiàng)目便橋修建工期較計(jì)劃工期提前了16d，工程造價(jià)降低298.6萬元。可見本項(xiàng)目通過結(jié)構(gòu)承載檢算，對便橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整及優(yōu)化，在技術(shù)可行的基礎(chǔ)上達(dá)到經(jīng)濟(jì)可行。在基巖薄覆蓋或基巖裸露處采用新型工法———“大小套管”法打設(shè)鋼管樁，達(dá)到了縮短工期及降低造價(jià)的目的，為便橋方案設(shè)計(jì)及施工方面提供了良好的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]周水興.路橋施工計(jì)算手冊[M].人民交通出版社，2001.

[2]黃紹金，劉伯生.裝配式公路鋼橋多用途使作手冊[M].人民交通出版社，2001.

[3]TGTF50-2011，鐵路橋涵施工規(guī)范[S].

[4]陳樹輝.貝雷梁鋼橋的檢測與性能評估[J].福建建材，2017（6）.

作者:汪林 單位:中鐵二十五局集團(tuán)有限公司