魏占坡

摘要：以跨永定新河鋼便橋施工為例，詳細(xì)闡述了鋼便橋的設(shè)計(jì)和施工過程，驗(yàn)證了跨海河地區(qū)軟基地區(qū)鋼便橋施工的可行性，對同類工程有一定的參考作用。

Abstract： Taking the construction of the temporary steel bridge across Yongding Xinhe River as an example， the design and construction process of the temporary steel bridge are described in detail， which verifies the feasibility of the construction of the temporary steel bridge in the soft foundation area of the cross Haihe River area， and has a certain reference role for similar projects.

關(guān)鍵詞：鋼便橋;設(shè)計(jì);施工

1? 工程概況

新建津保鐵路大北環(huán)線是天津鐵路樞紐貨運(yùn)環(huán)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(biāo)高約為+2.2m，設(shè)計(jì)流量200m3/s，設(shè)計(jì)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(xiàn)以跨越永定新河鋼便橋施工為例，介紹鋼便橋的設(shè)計(jì)與施工。

2? 鋼便橋設(shè)計(jì)方案

鋼便橋是跨越河流施工的便道，建設(shè)中所有的運(yùn)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(cè)，與橋軸線平行，中心線距橋中線約15m。便橋凈寬為5.5m，設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)說明

鋼便橋設(shè)計(jì)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(shè)置一個(gè)橋臺，橋臺及樁基礎(chǔ)均采用？準(zhǔn)529×8mm鋼管樁。樁基礎(chǔ)為單排樁形式，每4根？準(zhǔn)529×8mm鋼管樁為一排。因永定新河為海河堆積地區(qū)，淤泥質(zhì)土較厚，淤泥質(zhì)承載力僅為65kPa，所以鋼管樁入土深度需根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際地質(zhì)承載力進(jìn)行受力驗(yàn)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?yàn)镮10工字鋼，間距10cm，頂面設(shè)置5mm花紋鋼板。橋面兩側(cè)設(shè)？準(zhǔn)48mm@1200mm鋼管防護(hù)欄桿。設(shè)計(jì)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(jù)此參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。履帶吊進(jìn)行吊裝作業(yè)，取總吊重10t。因此，線性荷載集度為（550+100）/4.6=141.3kN/m，計(jì)入沖擊系數(shù)1.2及偏載系數(shù)1.15后，其線荷載為195kN/m。

單輛載重12m3砼運(yùn)輸車荷載為3個(gè)集中荷載分別是84kN、168kN和168kN，縱向輪距為400cm，橫向輪距為135cm，計(jì)入沖擊系數(shù)1.2及偏載系數(shù)1.15后，其集中荷載分別為116kN、232kN和232kN。

2.2 主要工況驗(yàn)算

鋼便橋施工及運(yùn)行時(shí)有兩種不利工況：①鋼便橋進(jìn)行施工時(shí)，履帶吊在鋼便橋最前沿打鋼管樁施工;②混凝土運(yùn)輸車12m3混凝土滿載運(yùn)輸。

2.3 鋼面板計(jì)算

2.3.1 結(jié)構(gòu)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(jī)履帶寬度（760mm）及12m3混凝土砼運(yùn)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。

2.4 I25b工字梁橫梁計(jì)算

2.4.1 結(jié)構(gòu)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(jì)算。最大受力位置出現(xiàn)在履帶吊轉(zhuǎn)向區(qū)域打鋼管樁時(shí)。

2.4.2 55t履帶吊集中荷載

55t履帶吊進(jìn)行振動打樁施工時(shí)，計(jì)入沖擊系數(shù)1.2及偏載系數(shù)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(shí)履帶按前點(diǎn)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(yùn)輸車荷載

砼運(yùn)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(yùn)輸車荷載進(jìn)行驗(yàn)算。

2.4.4 力學(xué)驗(yàn)算

砼運(yùn)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=423cm3

S=M/W=78.3/423=185MPa<[s]=203MPa，滿足要求。

t=Vx*Sx/（Ix*Tw）=58*246300/52800000/10.0*1000=27 MPa<[τ]=119MPa，滿足要求。

2.5 貝雷梁驗(yàn)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?？鐝綖?2m。根據(jù)鋼便橋布置及使用情況，55t履帶吊進(jìn)行振動打樁施工時(shí)，計(jì)入沖擊系數(shù)1.2及偏載系數(shù)1.15后，總重（550+100）×1.2*1.15=897kN。

2.5.1 荷載

結(jié)構(gòu)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(gòu)件按1.2系數(shù)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(jìn)行振動打樁施工時(shí)，計(jì)入沖擊系數(shù)1.2及偏載系數(shù)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(jì)算，單片貝雷梁所受荷載為898÷4÷4.125=54.4kN/m。

②混凝土運(yùn)輸車荷載。12m3混凝土運(yùn)輸車前輪著地寬30cm，中后輪著地寬60cm。砼運(yùn)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(yùn)輸車走行至貝雷梁跨中時(shí)，主梁貝雷梁彎矩最大，履帶吊及砼運(yùn)輸車走行至主梁貝雷梁跨端時(shí)，主梁貝雷梁剪力最大，履帶吊及砼運(yùn)輸車走行至墩頂時(shí)，鋼管樁基礎(chǔ)反力最大，履帶吊荷載898kN大于混凝土砼運(yùn)輸車荷載580kN。

2.5.2 力學(xué)計(jì)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(jù)《裝配式公路鋼橋多用途使用手冊》查表得，單排單層不加強(qiáng)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。

2.6 2I25b墩頂橫梁計(jì)算

根據(jù)以上計(jì)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(diǎn)位于樁頂支點(diǎn)位置，故驗(yàn)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(jì)算

鋼管樁入土深度按照摩擦樁進(jìn)行驗(yàn)算，根據(jù)《路橋施工計(jì)算手冊》公式得：

式中：k—安全系數(shù);[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(jì)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(jù)以上計(jì)算，12m跨徑貝雷梁橋主跨支點(diǎn)處反力荷載為285.3kN，此豎向荷載均由鋼管樁樁基承擔(dān)，設(shè)4排鋼管支墩，單墩按285.3kN豎向承載設(shè)計(jì)。

根據(jù)永定新河特大橋地質(zhì)報(bào)告，洪水水面6.4m，現(xiàn)水位2.7m，設(shè)計(jì)橋面標(biāo)高7.5m，局部沖刷線-4m，設(shè)計(jì)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型振動錘由岸邊開始向河中逐孔進(jìn)行施工，施工時(shí)先打設(shè)鋼管樁，再安裝樁頂分配梁、主梁，最后鋪設(shè)橋面系，安裝防護(hù)欄桿。

3.1 下部結(jié)構(gòu)施工

鋼管樁構(gòu)件統(tǒng)一在場內(nèi)加工，進(jìn)場后按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行抽檢，復(fù)驗(yàn)。根據(jù)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(dǎo)向支架，利用導(dǎo)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(shè)貝雷梁及橋面板后，再將履帶吊前移，進(jìn)行插打下一組鋼管樁。按此方法，逐孔施工。施工過程中用設(shè)計(jì)樁長和樁貫入度雙向指標(biāo)進(jìn)行雙控，對于淤泥質(zhì)土較厚處，加深樁基貫入長度，保證鋼便橋樁基穩(wěn)定性。

每個(gè)墩位處鋼管樁施工完成后，立即進(jìn)行鋼管樁間平聯(lián)、剪刀撐、樁頂墊梁施工。

現(xiàn)場實(shí)測樁間平聯(lián)長度，同步進(jìn)行剪刀撐、加勁板等構(gòu)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(lián)，到位后焊接。將貫入深度較大的樁基進(jìn)行現(xiàn)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(wěn)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(jié)構(gòu)安裝

在鋼管樁頂墊梁上測量放樣，定出貝雷梁位置。按設(shè)計(jì)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(jìn)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?yàn)镮25b工字鋼，間距35cm;頂面為5mm鋼板面板。材料汽運(yùn)至施工現(xiàn)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。（圖5）

4? 施工要點(diǎn)

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(dāng)遇到沉樁容易及軟弱基礎(chǔ)時(shí)，加大貫入深度，直至鋼管樁難以沉入時(shí)停止，防止軟弱基礎(chǔ)鋼管樁貫入深度不足，使鋼便橋失穩(wěn)，造成危害。③為適應(yīng)便橋鋼構(gòu)件溫度變化，便橋每隔45m設(shè)一道溫度縫，即溫度縫處便橋所有鋼構(gòu)件均需斷開，貝雷梁的陰陽頭斷開，但陽頭仍套在陰頭內(nèi)。④鋼便橋嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求組織施工。鋼管樁制作，必須符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，鋼管樁沉樁偏位控制在±5cm，以保證結(jié)構(gòu)受力可靠，便橋施工每跨的各種構(gòu)件安裝可靠后，才能上重載。⑤每排鋼管樁施打完畢，應(yīng)立即進(jìn)行樁間連接，鋼聯(lián)撐焊接質(zhì)量可靠，以保證樁的穩(wěn)定性。

5? 結(jié)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(yùn)用。該施工工藝不但操作簡單，而且提高了施工速度，節(jié)約了成本，打通了跨永定新河南北運(yùn)輸?shù)囊馈Ｍㄟ^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(wěn)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(jīng)驗(yàn)總結(jié)，也為施工類似工程提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

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