鋼便橋設計與施工技術研究

導語：鋼便橋設計與施工技術研究一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1工程概況

新建津保鐵路大北環線是天津鐵路樞紐貨運環線的主骨架，兩端分別連接京滬、津霸、津山和薊港鐵路。線路全長47.5km。其中永定新河特大橋是全線控制性工程。津保鐵路永定新河特大橋在鐵路里程BHDK23+103.79（188#墩）至鐵路里程BHDK23+365.39（196#墩）跨越永定新河，永定新河汛期平均水位標高約為+2.2m，設計流量200m3/s，設計流速0.43m/s。永定新河特大橋線路中心線與永定新河水道交角77°，189#~195#墩為水中墩。現以跨越永定新河鋼便橋施工為例，介紹鋼便橋的設計與施工。

2鋼便橋設計方案

鋼便橋是跨越河流施工的便道，建設中所有的運輸車輛及人員通行的“便道”。施工位置臨近海河堆積平原，地基承載力較低，便橋布置在橋址右側，與橋軸線平行，中心線距橋中線約15m。便橋凈寬為5.5m，設計荷載65噸，可以滿足12m3混凝土攪拌車和55T履帶吊的通行。2.1鋼便橋結構說明。鋼便橋設計凈寬5.5m，從橋臺向河中間方向跨徑組合依次為6+17×12m，共210m。橋頂面高程為+7.5m。鋼便橋在大、小里程方向各設置一個橋臺，橋臺及樁基礎均采用準529×8mm鋼管樁。樁基礎為單排樁形式，每4根準529×8mm鋼管樁為一排。因永定新河為海河堆積地區，淤泥質土較厚，淤泥質承載力僅為65kPa，所以鋼管樁入土深度需根據現場實際地質承載力進行受力驗算確定，鋼管樁頂采用700*700*10mm鋼板，上墊梁采用雙拼I25b工字鋼。主梁采用單層雙排共4片貝雷梁，貝雷梁上橫向I25b工字鋼，間距350mm，橋面系縱向為I10工字鋼，間距10cm，頂面設置5mm花紋鋼板。橋面兩側設準鋼管防護欄桿。設計圖如圖1。活載取值：履帶吊軌距4.3m，接地長度4.6m，履帶的寬度76cm，鋼便橋根據此參數進行計算。履帶吊進行吊裝作業，取總吊重10t。因此，線性荷載集度為（550+100）/4.6=141.3kN/m，計入沖擊系數1.2及偏載系數1.15后，其線荷載為195kN/m。單輛載重12m3砼運輸車荷載為3個集中荷載分別是84kN、168kN和168kN，縱向輪距為400cm，橫向輪距為135cm，計入沖擊系數1.2及偏載系數1.15后，其集中荷載分別為116kN、232kN和232kN。2.2主要工況驗算。鋼便橋施工及運行時有兩種不利工況：①鋼便橋進行施工時，履帶吊在鋼便橋最前沿打鋼管樁施工；②混凝土運輸車12m3混凝土滿載運輸。2.3鋼面板計算。2.3.1結構型式。本平臺面板為5mm厚花紋A3鋼板，焊接在沿便橋I10工字鋼縱梁上，I10工字鋼間距150mm，凈距50mm。2.3.2荷載履帶吊機履帶寬度（760mm）及12m3混凝土砼運輸車輪胎寬度（前輪寬300mm，中后輪寬600mm）荷載作用在I10工字鋼上，5mm面板及I10工字鋼不作檢算。2.4I25b工字梁橫梁計算。2.4.1結構型式。橫梁采用I25b工字鋼，工字鋼橫梁安裝在凈跨距2700mm的單層雙排貝雷梁上，按照2700mm跨徑簡支梁計算。最大受力位置出現在履帶吊轉向區域打鋼管樁時。2.4.255t履帶吊集中荷載。55t履帶吊進行振動打樁施工時，計入沖擊系數1.2及偏載系數1.15后，總重（550+100）×1.2×1.15=897kN，履帶長度4.6m，考慮震動拔樁時履帶按前點2m范圍受力，單條履帶的作用范圍：6（2.3/0.35）根I25b工字鋼跨中位置，那集中荷載為：897÷2÷6=74.8kN。2.4.3砼運輸車荷載砼運輸車前輪著地寬30cm（由兩根橫梁承受），中后輪著地寬60cm（由三根橫梁承受）。則單根橫梁在前輪或后輪作用下受集中力為：232÷2=116kN。116kN＞74.8kN，作用于2.7m跨徑I25b工字鋼跨中，此力值大于履帶吊荷載，以砼運輸車荷載進行驗算。2.4.4力學驗算。砼運輸車作用于跨徑2.7m簡支梁，其荷載圖示如圖2。M=1/4pl=0.25×116×2.7=78.3kN•m；Q=58kN；W=423cm3S=M/W=78.3/423=185MPa＜[s]=203MPa，滿足要求。t=Vx*Sx/（Ix*Tw）=58*246300/52800000/10.0*1000=27MPa＜[τ]=119MPa，滿足要求。2.5貝雷梁驗算。主梁采用兩組雙排單層貝雷梁組成，間距為3.6m，安裝在2根I25b工字鋼橫梁上。跨徑為12m。根據鋼便橋布置及使用情況，55t履帶吊進行振動打樁施工時，計入沖擊系數1.2及偏載系數1.15后，總重（550+100）×1.2*1.15=897kN。2.5.1荷載。結構自重：橋面板：12×5.5×0.01×7850=5181kg=5.181t；I25b橫梁：32*42*5.5=7392kg=7.392t；貝雷梁自重：16×270=4320kg=4.32t；12m跨徑貝雷梁上恒載總重：5.181+7.392+4.32=16.89t其他構件按1.2系數考慮，貝雷梁恒載為16.89t×1.2=20.27t。故單片貝雷梁恒載為20.27÷4÷12=4.22kN/m。活動荷載：①履帶吊集中荷載。履帶吊進行振動打樁施工時，計入沖擊系數1.2及偏載系數1.15后，總重（550+100）×1.2*1.15=898kN，履帶長度4.6m，單條履帶作用于13根I25b工字鋼上，單根工字鋼集中荷載為：898÷2÷13=34.54kN。按均布荷載計算，單片貝雷梁所受荷載為898÷4÷4.125=54.4kN/m。②混凝土運輸車荷載。12m3混凝土運輸車前輪著地寬30cm，中后輪著地寬60cm。砼運輸車輪胎集中荷載為單片貝雷梁所受荷載為116/4=29kN，232/4=58kN，232/4=58kN。履帶吊及砼運輸車走行至貝雷梁跨中時，主梁貝雷梁彎矩最大，履帶吊及砼運輸車走行至主梁貝雷梁跨端時，主梁貝雷梁剪力最大，履帶吊及砼運輸車走行至墩頂時，鋼管樁基礎反力最大，履帶吊荷載898kN大于混凝土砼運輸車荷載580kN。2.5.2力學計算。履帶吊走行至主梁跨端位置自重及活載作用下受力圖示如圖3。履帶吊跨越鋼管樁墩頂位置自重及活載作用下受力圖示如圖4。根據《裝配式公路鋼橋多用途使用手冊》查表得，單排單層不加強貝雷片的容許彎矩788.2kN•m，容許剪力為245kN。故：M總=633.5kN•m＜788.2kN•m，合格。Q總=211.2kN＜245kN，合格。2.62I25b墩頂橫梁計算。根據以上計算可知，在最不利荷載作用下，單片貝雷梁剪力為211.2kN，鋼管樁頂分配梁采用雙拼I25b工字鋼。貝雷梁對雙拼I25b工字鋼的作用點位于樁頂支點位置，故驗算雙拼I25b工字鋼的抗剪性能。單片貝雷剪力為211.2kN。t=Q×Sx/（Ixt）=211.2×246.3/（5280×10）=98.5MPa＜[τ]=119MPa，滿足要求。2.7鋼管樁計算。鋼管樁入土深度按照摩擦樁進行驗算，根據《路橋施工計算手冊》公式得：式中：k—安全系數；[P]———單樁軸向受壓容許承載力（kN）；U———樁周長；l———樁在沖刷線以下有效長度（m），沖刷深度按照1m計算；A———樁底橫截面面積；τp———樁壁土的平均極限摩阻力（kPa）；σR———樁尖處土的極限承載力（kPa）。根據以上計算，12m跨徑貝雷梁橋主跨支點處反力荷載為285.3kN，此豎向荷載均由鋼管樁樁基承擔，設4排鋼管支墩，單墩按285.3kN豎向承載設計。根據永定新河特大橋地質報告，洪水水面6.4m，現水位2.7m，設計橋面標高7.5m，局部沖刷線-4m，設計鋼管樁樁長20m，埋深12.5m。P=1.66×0.5×（6.5×20+2.0×40+4.0×45）=323.7kN>285.3+20×102.8/100=305.86kN。

3施工方法

采用釣魚法搭建便橋，通過55T履帶吊配合ZD60型圖4振動錘由岸邊開始向河中逐孔進行施工，施工時先打設鋼管樁，再安裝樁頂分配梁、主梁，最后鋪設橋面系，安裝防護欄桿。3.1下部結構施工。鋼管樁構件統一在場內加工，進場后按標準進行抽檢，復驗。根據鋼管樁使用的先后順序分類堆存。鋼便橋從岸邊開始，采用“釣魚法”施工，用履帶吊配合ZD60型振樁錘施打鋼管樁。履帶吊停放在鋼便橋橋臺，吊裝懸臂導向支架，利用導向支架精確打入鋼管樁，測量樁位偏差±5cm，樁的垂直度≤1%。開動振樁錘下沉到位。樁頂焊接鋼板，鋪設貝雷梁及橋面板后，再將履帶吊前移，進行插打下一組鋼管樁。按此方法，逐孔施工。施工過程中用設計樁長和樁貫入度雙向指標進行雙控，對于淤泥質土較厚處，加深樁基貫入長度，保證鋼便橋樁基穩定性。每個墩位處鋼管樁施工完成后，立即進行鋼管樁間平聯、剪刀撐、樁頂墊梁施工。現場實測樁間平聯長度，同步進行剪刀撐、加勁板等構件加工、焊接的施工。將鋼管樁施工所需半成品吊裝至施工墩位處。用履帶吊懸吊平聯，到位后焊接。將貫入深度較大的樁基進行現場焊接，焊縫飽滿并加焊8塊10*30cm加勁板，保證鋼管樁豎向穩定。鋼管樁施打就位后，立即將與已沉放完畢的鋼管樁連成整體。3.2便橋上部結構安裝。在鋼管樁頂墊梁上測量放樣，定出貝雷梁位置。按設計拼接貝雷梁，一組拼裝好后用履帶吊分組起吊安裝，貝雷梁牢固安防在樁頂橫梁上，然后進行下一組貝雷梁吊裝，直至完成整跨貝雷梁的安裝。橋面系橫向為I25b工字鋼，間距35cm；頂面為5mm鋼板面板。材料汽運至施工現場，吊裝就位，工字鋼與貝雷片間使用凹形鋼板連接，工字鋼、槽鋼、鋼板間采用焊接。

4施工要點

①便橋由永定新河南堤向大里程方向延伸，采用“釣魚法”———邊打樁邊架梁的方法施工。②當遇到沉樁容易及軟弱基礎時，加大貫入深度，直至鋼管樁難以沉入時停止，防止軟弱基礎鋼管樁貫入深度不足，使鋼便橋失穩，造成危害。③為適應便橋鋼構件溫度變化，便橋每隔45m設一道溫度縫，即溫度縫處便橋所有鋼構件均需斷開，貝雷梁的陰陽頭斷開，但陽頭仍套在陰頭內。④鋼便橋嚴格按設計要求組織施工。鋼管樁制作，必須符合設計及規范要求，鋼管樁沉樁偏位控制在±5cm，以保證結構受力可靠，便橋施工每跨的各種構件安裝可靠后，才能上重載。⑤每排鋼管樁施打完畢，應立即進行樁間連接，鋼聯撐焊接質量可靠，以保證樁的穩定性。

5結束語

鋼便橋施工在永定新河特大橋跨越永定河施工中得到了成功運用。該施工工藝不但操作簡單，而且提高了施工速度，節約了成本，打通了跨永定新河南北運輸的要道。通過永定新特大橋鋼便橋施工，順利解決了永定新河水中墩施工的難題。由于施工后的鋼便橋穩固牢靠，通行效果良好，且一次施工到位，得到了參建各方的一致好評。通過對永定新河鋼板橋施工的經驗總結，也為施工類似工程提供了寶貴經驗。

參考文獻：

[1]吳旭.凱里市濱河路9號鋼便橋設計與施工[J].交通世界，2016（Z2）.

[2]徐關堯，田靜，李和，朱杰.觀音湖圣蓮島貝雷式鋼便橋的設計與使用[J].國防交通工程與技術，2012（06）.

[3]錢濤.中興路北延下穿南京長江三橋高速公路組合鋼便橋設計與施工[J].鐵道標準設計，2011（11）.

作者:魏占坡 單位:中鐵十四局集團第三工程有限公司