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        臨時(shí)便橋在安臨高速公路AL4標(biāo)建設(shè)中的應(yīng)用

        2022-05-09 06:05:54王冠海魏?;?/span>田建志田宗英葉建軍
        公路交通技術(shù) 2022年2期
        關(guān)鍵詞:混凝土結(jié)構(gòu)施工

        李 虎, 王冠海, 魏?;?, 王 沖, 田建志, 田宗英, 王 鑫, 葉建軍

        (1.中鐵十六局集團(tuán)第一工程有限公司, 北京 100048; 2.湖北工業(yè)大學(xué) 土木建筑與環(huán)境學(xué)院, 武漢 430068)

        目前我國(guó)高速公路建設(shè)的重心逐漸由東部向西部推進(jìn)。在西部山區(qū)峽谷地區(qū)建設(shè)高速公路,施工期間的交通非常不便,其中之一是如何跨過沿途大量分布的小河流或沖溝,它們具有寬度較小、分支較多、河水量呈明顯季節(jié)性變化的特征。在充分調(diào)查沿途峽谷地質(zhì)和水文條件的基礎(chǔ)上,結(jié)合施工運(yùn)輸需要,建造經(jīng)濟(jì)、安全的臨時(shí)便橋是西部公路建設(shè)的一個(gè)重要課題。

        在總結(jié)臨時(shí)便橋的設(shè)計(jì)原則和種類基礎(chǔ)上,以安臨高速公路AL4標(biāo)段中的便橋?yàn)槔?,詳?xì)介紹了臨時(shí)鋼便橋和管涵式便橋2種便橋的應(yīng)用情況,并對(duì)管涵式便橋的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化,以供類似臨時(shí)便橋設(shè)計(jì)施工參考。

        1 臨時(shí)便橋的設(shè)計(jì)原則和種類

        1.1 臨時(shí)便橋的設(shè)計(jì)原則

        1) 安全可靠性。便橋設(shè)計(jì)過程中須謹(jǐn)慎分析和計(jì)算,確保其荷載受力合理、結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定,杜絕因便橋的設(shè)計(jì)發(fā)生安全事故[1-3],同時(shí)保證泄洪排水能力。

        2) 施工簡(jiǎn)單便捷和易拆除。臨時(shí)便橋?qū)儆诙唐谂R時(shí)性工程[4],用完就要拆除,因此臨時(shí)便橋要考慮快速施工、易拆除和周轉(zhuǎn)消耗少等特點(diǎn)。

        3) 保障質(zhì)量的同時(shí)要降低成本。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全可靠,就地取材、因地制宜和后期維護(hù)費(fèi)用少,以爭(zhēng)取最大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

        4) 與自然環(huán)境協(xié)調(diào)。便橋不僅要具備正常使用的功能,還要實(shí)現(xiàn)與自然環(huán)境的協(xié)調(diào),不可出現(xiàn)植被大規(guī)模破壞和污染河流等現(xiàn)象[5]。

        1.2 臨時(shí)便橋的種類

        現(xiàn)階段我國(guó)施工便道上的臨時(shí)便橋根據(jù)建筑材料分為臨時(shí)鋼便橋和臨時(shí)混凝土便橋。其中臨時(shí)鋼便橋又分為六四式鐵路軍用梁鋼便橋、裝配式公路鋼橋(貝雷架梁鋼便橋)[6]。臨時(shí)鋼便橋適用能力強(qiáng),并具有施工速度快、拆卸方便、可重復(fù)利用等特點(diǎn),是跨越河流、山谷、深塹等地形地貌的重要臨時(shí)設(shè)施[7]。但鋼便橋因其使用噪音大、鋪裝困難和長(zhǎng)期租賃費(fèi)用高等問題,在部分工程中逐漸被混凝土便橋所替代[8]。

        臨時(shí)混凝土便橋廣泛用于農(nóng)村公路建設(shè)中,隨著西部高速公路的建設(shè),也被大量應(yīng)用于施工便道中。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式,該類便橋可分為管涵式漫水便橋、蓋板式便橋、石拱式便橋、漫水箱梁式便橋。還有一些其他結(jié)構(gòu)形式的臨時(shí)便橋,如圓木搭設(shè)便橋、浮式便橋、索鏈?zhǔn)奖銟虻萚9]。臨時(shí)便橋的分類如圖1所示。

        1.3 臨時(shí)便橋的選用

        臨時(shí)便橋的選用取決于建設(shè)需求及施工場(chǎng)地。1) 當(dāng)河流兩岸較窄、水淺、高差較小時(shí),可選用臨時(shí)混凝土便橋;2) 當(dāng)河流兩岸較寬、水深,高差較大,過洪能力要求較高且具備貝雷橋桁架部件時(shí),可選用貝雷橋;3) 由于任務(wù)緊急,臨時(shí)便橋的修建不能短期完成時(shí),或河床泥土松軟,樁基承載力不夠且施工困難時(shí),或河流通航,墩架梁橋凈寬、凈高不能滿足要求時(shí),可考慮建造部分橋段易于拆散、組建的浮式便橋;4) 當(dāng)遇深山峽谷時(shí),可選用索鏈?zhǔn)奖銟颉?/p>

        圖1 臨時(shí)便橋的分類

        2 臨時(shí)便橋的應(yīng)用

        2.1 工程概況

        臨洮(安家咀)至臨夏公路建設(shè)項(xiàng)目AL4合同段起迄里程為K19+500~K32+800,線路全長(zhǎng)13.3 km。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘察調(diào)研,K25+002主線橋、巴謝河9號(hào)橋、巴謝河10號(hào)橋處河灘寬闊、高差較大、山體陡峭、地理環(huán)境復(fù)雜,不具備填筑施工便道和施工平臺(tái)條件,經(jīng)綜合評(píng)估,宜在K25+002主線橋、巴謝河9號(hào)橋、巴謝河10號(hào)橋位置處設(shè)置臨時(shí)鋼便橋。為方便施工,在從拌合站到梁場(chǎng)跨巴謝河處也設(shè)置1座臨時(shí)鋼便橋。便道與巴射河交叉的其他位置處設(shè)置臨時(shí)混凝土便橋。施工便橋平面布置如圖2所示。

        2.2 臨時(shí)鋼便橋的設(shè)計(jì)和施工

        2.2.1 臨時(shí)鋼便橋設(shè)計(jì)

        1) 臨時(shí)鋼便橋上部結(jié)構(gòu)

        本鋼棧橋共5跨,跨徑布置形式為2×12 m+6 m+3 m+12 m=45 m;橋面寬度為6 m。面板下方為I20a工字鋼小分配梁,縱橋向布置,間距30 cm一道;橫向分配梁下方為貝雷梁,貝雷梁橫橋向6排布置,每排貝雷梁間距90 cm+120 cm+90 cm+120 cm+90 cm;相鄰2排貝雷梁之間用特制連接片連接。在工字鋼外側(cè)設(shè)置1.2 m高的安全護(hù)欄,防護(hù)欄桿采用鋼管結(jié)構(gòu),涂刷紅白相間的反光漆。

        2) 鋼便橋下部結(jié)構(gòu)

        橋墩基礎(chǔ)是直徑630 mm鋼管樁,具體樁深根據(jù)施工揭露現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況而定。鋼管樁采用振動(dòng)錘擊沉樁,樁頂用氣割方式割出工字鋼橫梁架設(shè)位置,根據(jù)計(jì)算樁長(zhǎng)確保鋼管樁入土深度,單個(gè)墩鋼管樁縱橫向需設(shè)22#槽鋼剪刀撐。每排樁鋼板頂設(shè)雙排45#A型工字鋼作為蓋梁,將2根工字鋼雙拼焊接。鋼便橋設(shè)計(jì)如圖3所示。

        圖2 安臨公路AL4便道、便橋平面布置

        (a) 立面

        (b) 橫斷面

        2.2.2 臨時(shí)鋼便橋施工方法

        鋼便橋施工關(guān)鍵是地基穩(wěn)固、鋼管樁施工及貝雷梁吊裝就位[10-12]。

        1) 鋼管樁施工。打入鋼管樁前先計(jì)算出每根鋼管樁的坐標(biāo),施工時(shí)逐樁用全站儀精確放樣其坐標(biāo)位置,每單排樁施工完畢后,用全站儀對(duì)樁位進(jìn)行復(fù)測(cè),保證其在允許范圍內(nèi)。如鋼管樁偏差較大,應(yīng)及時(shí)將其拔起,重新定位打入鋼管樁,并用水準(zhǔn)儀測(cè)出其高程。

        由岸邊往河中逐跨施工,依靠鋼管樁重力插入覆蓋層中,待樁身有一定穩(wěn)定性后,再利用吊車吊起振動(dòng)錘夾住鋼管樁,開動(dòng)振動(dòng)錘振動(dòng)下沉鋼管,待第1節(jié)鋼管樁沉放一定標(biāo)高后,在其上進(jìn)行第2節(jié)鋼管樁的對(duì)焊,焊接中焊縫應(yīng)飽滿,無殘余焊渣,并用搭接板進(jìn)行加強(qiáng)。鋼管樁逐排沉放,一排鋼管樁沉放完成后,設(shè)備移至下一跨,場(chǎng)地施工不相互干擾,可施工已沉入完成排樁的上部結(jié)構(gòu)。

        2) 鋼便橋搭設(shè)。鋼管樁沉放完成一跨后,即可開始進(jìn)行便橋、平臺(tái)上部結(jié)構(gòu)的型鋼布設(shè)。步驟如下:(1) 按照設(shè)計(jì)文件尺寸插打鋼管樁并對(duì)鋼管樁進(jìn)行穩(wěn)定性加固;(2) 在鋼管樁頂用氣割切割工字鋼橫梁搭設(shè)位置;(3) 在樁頂上安裝已拼接好的2根45#A型工字鋼橫梁;(4) 鋼管樁、雙拼I45#工字鋼,采用“U”型筋固定牢固;(5) 貝雷架在陸地上拼裝,用25 t汽車吊吊裝;(6) 單跨貝雷梁頂層橫向分配梁設(shè)置30 cm的I16工字鋼,縱向設(shè)置3條12 cm槽鋼,采用點(diǎn)焊方式加固。橋面為1.2 cm厚防滑鋼板鋪設(shè),鋼板焊接在主梁上。焊接采用間斷焊,焊縫長(zhǎng)度3 cm,間距30 cm,防止重車行駛引起鋼板反卷。完成面板鋪設(shè)后,及時(shí)焊接兩邊安全護(hù)欄,便橋兩側(cè)均設(shè)置欄桿,其中端側(cè)遇到平臺(tái)時(shí)欄桿斷開。便橋欄桿刷紅白相間油漆警示,設(shè)置反光標(biāo)識(shí),外掛安全網(wǎng),以達(dá)到簡(jiǎn)潔美觀的效果。完工后的臨時(shí)鋼便橋如圖4所示。

        圖4 建成的臨時(shí)鋼便橋

        2.3 臨時(shí)鋼便橋的工程成本

        安臨高速公路AL4標(biāo)中的臨時(shí)鋼便橋設(shè)計(jì)寬度為6 m,采用租賃形式,租期為9個(gè)月,直接成本見表1。

        2.4 管涵式漫水便橋設(shè)計(jì)

        為節(jié)約時(shí)間和方便運(yùn)輸施工材料,管涵式漫水便橋布置在河流跨度較小的地方。在安臨高速公路AL4標(biāo)中,臨時(shí)管涵式漫水便橋采用了2種結(jié)構(gòu)形式:一是整體現(xiàn)澆式管涵漫水便橋,此種結(jié)構(gòu)墊層基礎(chǔ)采用混凝土,墊層上放置有預(yù)制混凝土管涵,橋面采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式如圖5所示;二是預(yù)制管涵式漫水便橋,由Φ1.5 m預(yù)制管涵、沙袋和砂礫橋面組成,結(jié)構(gòu)形式如圖6所示。

        表1 臨時(shí)鋼便橋直接成本

        圖5 整體現(xiàn)澆式管涵漫水便橋

        圖6 預(yù)制管涵式漫水便橋

        2.4.1 管涵式漫水便橋施工方案

        1) 根據(jù)排水泄洪能力設(shè)計(jì)管涵直徑和排數(shù),根據(jù)承載能力確定管壁厚度。按設(shè)計(jì)要求測(cè)量放樣,測(cè)定出便橋準(zhǔn)確位置。

        2) 當(dāng)河底淤泥較多,采用挖機(jī)配合人工清理初期臨時(shí)通道填筑材料、河道底部淤泥、左右岸坡樹木和表土,并將渣土運(yùn)輸至棄渣場(chǎng)集中堆存。

        3) 基礎(chǔ)清理完成后進(jìn)行夯實(shí)處理,檢查基礎(chǔ)面承載力、高程、寬度是否滿足設(shè)計(jì)要求。若不滿足要求,則根據(jù)實(shí)際情況采取換底加固等方法,以達(dá)到滿足設(shè)計(jì)施工要求管涵鋪設(shè)基礎(chǔ);若滿足要求則直接進(jìn)行管涵安裝。

        4) 安裝預(yù)制混凝土管涵。安裝前檢查確認(rèn)管涵無裂紋、 破損等缺陷,采用吊車并配合適當(dāng)人力進(jìn)行吊運(yùn)安裝,吊運(yùn)安裝應(yīng)輕取輕放,防止管涵因用力過大過猛而遭到損壞[13]。若管涵上部采用沙袋填筑,則管涵之間空隙需要采用沙袋或混凝土進(jìn)行填充,防止管涵位移。

        5) 管涵安裝到位后采用混凝土鋪筑,當(dāng)混凝土橋面澆筑完畢后進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。或管涵安裝完畢后采用沙袋分層碼放整齊,并用土壤覆蓋形成橋面。

        結(jié)構(gòu)形式采用整體現(xiàn)澆式管涵漫水便橋,需使用大量混凝土材料,雖然整體上結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定,但在用后拆除上需要花費(fèi)大量的人力和財(cái)力,而且拆除后的混凝土給周邊環(huán)境帶來了大量污染,沒有做到因地制宜、就地取材。結(jié)構(gòu)形式采用預(yù)制管涵式漫水便橋,材料為管涵和沙袋的組合結(jié)構(gòu),此結(jié)構(gòu)可就地取材,使用過后拆除迅速,且無污染,但不夠穩(wěn)定,在河流水位上漲時(shí)會(huì)對(duì)沙袋和沙土路面造成破壞,后期需要進(jìn)行大量維護(hù)。針對(duì)上述問題,對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化。

        2.4.2 管涵式漫水便橋優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)方案

        優(yōu)化后的管涵式漫水便橋結(jié)構(gòu)主要包括砂礫墊層,Φ1.5 m管涵,鋼筋混凝土板或鋼筋瀝青混凝土板,格賓網(wǎng)籠組(格賓網(wǎng)籠組由單個(gè)格賓網(wǎng)籠通過電焊而成,單個(gè)格賓網(wǎng)籠采用鍍鋅鉛絲和雙結(jié)網(wǎng)格編制而成,網(wǎng)框?yàn)榭蚣茕摻?,單個(gè)格賓網(wǎng)籠的鉛絲和框架鋼筋表面噴涂有防銹漆),塊石、碎石或沙袋,土工布,過水管和素混凝土橋面[14]。

        在塊石、卵石或碎石料產(chǎn)地豐富的地區(qū),采用結(jié)構(gòu)方案1,如圖7(a)所示。

        施工步驟:1) 整平河床,對(duì)河床地基進(jìn)行挖填、夯實(shí);2) 在碾壓密實(shí)的河床基層上鋪設(shè)裝有塊石、碎石的格賓網(wǎng)籠組,在格賓網(wǎng)籠組與河床、河堤間隙之間施工混凝土充填物;3) 利用汽車吊裝鋪設(shè)已預(yù)制好的管涵,在管涵與河床、河堤間隙之間施工混凝土充填物;4) 在管涵上鋪設(shè)已預(yù)制好的鋼筋混凝土板;5) 在鋼筋混凝土板上放置已編制好的單個(gè)格賓網(wǎng)籠,單個(gè)格賓網(wǎng)籠之間采用粗鉛絲捆扎,其中裝入塊石、碎石。在格賓網(wǎng)籠組與河床、河堤間隙之間填充混凝土;6) 在格賓網(wǎng)籠組上鋪一層土工布,最后再施工素混凝土橋面,灑水養(yǎng)護(hù),完成施工。

        在塊石、碎石料產(chǎn)地匱乏的地區(qū),采用結(jié)構(gòu)方案2,如圖7(b)所示。該結(jié)構(gòu)施工步驟與上述優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)施工步驟大體相同,不同的是:1) 在碾壓密實(shí)的河床基層上鋪設(shè)砂礫墊層;2) 在管涵上鋪設(shè)已經(jīng)預(yù)制好的鋼筋瀝青混凝土板;3) 在單個(gè)格賓網(wǎng)籠里裝入沙袋,沙袋要分層碼放整齊、塞嚴(yán),且層與層之間埋放若干根排水管。

        (a) 方案1

        (b) 方案2

        按照上述方案能快速建成可漫水的臨時(shí)通行便橋,該便橋結(jié)構(gòu)不僅增強(qiáng)了便橋過水能力,還保證了其整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和防沖刷的能力,并在管涵上鋪設(shè)一層鋼筋瀝青混凝土板,因其具有柔性,故不僅能較好地防止管涵因不均勻沉降而導(dǎo)致的架空,還能較好地承受上部結(jié)構(gòu)重量,保證路面平整。

        單個(gè)格賓網(wǎng)籠的鉛絲和框架鋼筋表面噴涂油漆進(jìn)行防銹蝕處理,通過防銹處理可延長(zhǎng)金屬材料使用壽命。洪水期時(shí),水可從橋面漫過而不會(huì)將便橋沖毀,洪水過后仍可繼續(xù)使用。以上構(gòu)造的采用使得便橋施工過程中不需要大型設(shè)備,具備人力、機(jī)械等投入少、施工簡(jiǎn)單方便、效率高等優(yōu)點(diǎn),該方案因地制宜,在塊石、卵石或碎石料產(chǎn)地豐富或匱乏的地方都能夠迅速建成可漫水的臨時(shí)通行便橋。

        2.4.3 臨時(shí)混凝土便橋的工程成本

        安臨高速公路AL4標(biāo)中的臨時(shí)混凝土便橋總工程量和直接成本見表2。

        由表1、表2臨時(shí)鋼便橋和臨時(shí)混凝土便橋的工程造價(jià)可知,臨時(shí)鋼便橋建造成本約為 8 446 元/m,租賃時(shí),若使用時(shí)間較短則費(fèi)用低,若使用時(shí)間較長(zhǎng)則費(fèi)用較高[15]。臨時(shí)混凝土便橋大約花費(fèi) 2 941 元/m。臨時(shí)鋼便橋后期的維護(hù)費(fèi)用較高,而臨時(shí)漫水橋后期的維護(hù)費(fèi)用較臨時(shí)鋼便橋低。

        3 臨時(shí)鋼便橋與臨時(shí)混凝土便橋的特點(diǎn)對(duì)比

        為了進(jìn)一步闡明臨時(shí)鋼便橋和臨時(shí)混凝土便橋的特點(diǎn),從適用條件、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、施工效率、后期拆除等方面對(duì)這2種臨時(shí)便橋進(jìn)行對(duì)比分析,見表3。

        表2 臨時(shí)混凝土便橋直接成本估算

        表3 臨時(shí)鋼便橋與臨時(shí)漫水橋的對(duì)比

        4 結(jié)束語

        1) 相對(duì)于臨時(shí)漫水橋,臨時(shí)鋼便橋在適用條件、承載能力等方面優(yōu)勢(shì)顯著,但臨時(shí)混凝土便橋在建造成本上更低,實(shí)用性較高。

        2) 為了節(jié)約成本,超過1年以上的臨時(shí)便橋一般不選用臨時(shí)鋼便橋,多會(huì)選擇臨時(shí)漫水橋。

        3) 選擇漫水便橋結(jié)構(gòu)時(shí),優(yōu)化后的管涵式漫水便橋是較好的選擇。

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