汪良軍

（廣東水電二局股份有限公司，廣州 511340）

0 引言

廣東省韓江高陂水利樞紐工程采用了兩期及四段施工的導(dǎo)流方式，總體的施工順序為：一期左岸船閘→左岸重力壩→10.5 孔泄水閘→二期右岸廠房→剩余7.5孔泄水閘→右岸重力壩→魚道→排漂孔，混凝土工程量約80 萬m3，先左岸后右岸的施工順序進行施工安排。為了解決左右岸交通聯(lián)通和施工材料的運輸任務(wù)，以施工速度快，易于修建拆除，便于周轉(zhuǎn)，后期不影響主體工程為出發(fā)點，設(shè)計鋼棧橋方案。

1 施工棧橋的布置

施工棧橋的線路選定在下游下閘首處，（詳見圖1）具體布置為：利用進入下游施工棧橋（設(shè)計汽車荷載：公路-Ⅱ級，采用120 t 的荷載復(fù)核）作為線路的一部分，施工棧橋通過下閘首，經(jīng)過二期二段縱向混凝土圍堰，落于二期一段圍堰上，全長2763 m，設(shè)計高程在下閘首部分橋面是43.2 m，橋底高程41.41 m，和下閘首一致，然后按一定坡度，放緩至二期一段圍堰的頂高程40.5 m）。施工棧橋是以貝雷架、鋼管、工字鋼等為主要材料組裝的，橋面寬度設(shè)計為8 m（下閘首段長18 m，寬5.7 m），最大跨徑16 m，標(biāo)準(zhǔn)跨度12 m，共20個橋墩。

圖1 施工棧橋縱剖面圖

橋面采用波紋板，厚10 mm，材質(zhì)Q235。波紋板支撐在I28 a 的工字鋼橫梁。工字鋼橫梁間距375 mm，材質(zhì)Q235。橫梁與321不加強型貝雷架通過U 型卡連接。橋面寬8 m 段采用5 組10 片貝雷架。貝雷架支撐在I56b 工字鋼上，材質(zhì)Q235。每隔12 m 設(shè)一個橋墩，每個橋墩設(shè)計使用2 排共6 根Φ630、壁厚10 mm 的鋼管柱，鋼管柱橫向間距3 m，縱向間距跨中位置1.2 m，伸縮縫段位置2.2 m，鋼管柱之間采用16槽鋼做柱間支撐，單斜構(gòu)造，傾角45°（詳見圖2）。鋼管柱與承臺通過預(yù)埋鋼板相連。承臺厚2 m，長8 m，跨中位置寬2.6 m，伸縮縫段位置5.2 m，最低位置高程19.0 m。橋梁基礎(chǔ)采用灌注樁，灌注樁在跨中位置直徑1.2 m，伸縮縫位置1.4 m，灌注樁型式為嵌巖樁，入巖不小于2D。

圖2 橋墩橫斷面圖

2 棧橋主要結(jié)構(gòu)設(shè)計計算

2.1 車輛載荷

橋面的荷載按照滿載12 m3的混凝土罐車作為計算荷載。1 臺12 m3的混凝土罐車車輛荷載的立面及平面如下（參考車型：海諾集團生產(chǎn)HNJ 5253GJB），見圖3、圖4。

圖3 荷載平面圖

圖4 荷載立面圖

其中：P1=9 t；P2=P3=25.5 t；沖擊系數(shù)μ=1.2，偏載系數(shù)0.54。

2.2 貝雷架設(shè)計計算

根據(jù)實際連接情況，貝雷架的整體性較好，其上的鋼板，槽鋼，工字鋼的可視作均布荷載，貝雷架視作簡支梁。

（1）跨徑最大16 m 時。由恒荷載產(chǎn)生的彎矩M1=（q板+q槽+qI28b+q貝）×l2/8=541.12 kN·m

最大剪力Q1=（q板+q槽+qI28b+q貝）×l/2=135.28 kN。

鋼棧橋是單車道，最不利工況是兩車同時行駛到橋中，汽車荷載在貝雷架上產(chǎn)生最大的彎矩M2=600×16/4=2400 kN·m，引起的剪力最大值Q2=549 kN。

M=M2+M1=2 941.12kN·m＜[M] ×10=6 307.2 kN·m，滿足要求。

Q=Q1+Q2=684.28＜[Q]×8=1984，滿足要求。

f1+f2=FL3/48+5ql4/384=19.61 mm＜[l/400] =40 mm，滿足要求。

（2）當(dāng)跨度為12 m 時貝雷架的驗算。由恒荷載產(chǎn)生的彎矩M1=（q板+q槽+qI28b+q貝）×l2/8=399.24 kN·m。

最大剪力Q1=（q板+q槽+qI28b+q貝）×l/2=133.08 kN。

由于是雙車道，考慮最不利荷載情況，由汽車活荷載產(chǎn)生的彎矩M2=2×600×12/4=3600 kN·m，引起的剪力最大值Q2=1098 kN。

M=M2+M1=3 999.24 kN·m＜[M]×10=7884 kN·m，滿足要求。

Q=Q1+Q2=1214＜[Q]×10=2480，滿足要求。

f1+f2=FL3/48EI+5ql4/384EI=14.68 mm＜[l/400]=30 mm，滿足要求。

（3）采用橫向分布系數(shù)的復(fù)核。偏安全地認(rèn)為汽車的軸重是60 t，根據(jù)相關(guān)規(guī)范的規(guī)定及論文的論述，鋼棧橋的橫向分布系數(shù)采用杠桿原理計算，經(jīng)計算中梁分布系數(shù)η為0.606。

M=μηPL/4=1 308.96 kN·m＜1576 kN·m，滿足承載力要求。

2.3 下承梁設(shè)計計算

I56 b是支撐在鋼柱上的兩跨連續(xù)梁，貝雷架間用90 cm 和115 cm 的標(biāo)準(zhǔn)加固桿件，貝雷架整體受力，可視作汽車荷載、槽鋼、工字鋼、鐵板的荷載通過貝雷架均勻的傳遞給工字鋼。計算簡圖見圖5。

圖5 計算簡圖

利用結(jié)構(gòu)計算軟件，跨中最大彎矩M=187.92 kN·m。

f=M/rdW=187.92/1.05×2 446.5=73.2 N/mm2＜[f]=210 N/mm2，滿足要求。

最大剪力Q=372.6 kN。

σ=Q×Sx/（Ix×t）=372.6×1 447.2/（68 503×2.1）=37.42＜[σ]=115，滿足要求。

2.4 鋼管設(shè)計計算

本項目鋼管采用Q235 鋼，鋼管最大壁厚為10 mm，設(shè)計強度為215 N/mm2，采用無縫鋼管，鋼管直徑為630 mm，鋼管搭設(shè)高度為24 m，軸向恒載標(biāo)準(zhǔn)值為657.07 kN，容許穩(wěn)定性安全系數(shù)為1.001，容許強度安全系數(shù)為1.00。由于鋼管槽口的加工誤差和汽車沖擊荷載的影響，取荷載的偏心距Ex：15.0 cm偏心距Ey：15.0 cm。

（1）穩(wěn)定驗算。繞X軸彎曲：繞X軸最不利位置穩(wěn)定應(yīng)力按照《鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范》公式（5.2.5-1）

最大及最小穩(wěn)定性安全系數(shù)均為1.81。

繞Y軸彎曲：繞Y軸最不利位置穩(wěn)定應(yīng)力按照《鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范》公式（5.2.5-2）

最大及最小穩(wěn)定性安全系數(shù)均為1.32。

（2）強度驗算。計算荷載考慮為683.18 kN。最小強度安全系數(shù)情況下，對應(yīng)的截面到鋼管頂部的距離為22 m。最大及最小強度安全系數(shù)均為1.96。

最不利位置強度應(yīng)力按《鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范》公式（5.2.1）

結(jié)論：構(gòu)件穩(wěn)定，強度均滿足要求。

2.5 灌注樁的計算

（1）單樁豎向承載力。在偏心荷載作用下，按《樁基規(guī)范》5.2.1（不考慮地震作用）式5.2.1-2（γ0Nkmax≤1.20R）計算：

樁最大反力N1k=1917.733 kN，計入承臺自重1040/2 kN，N=1917+520=2437≤（1.20Ra=17 475 kN）承載力滿足。

（2）單樁水平承載力。根據(jù)《樁基規(guī)范》5.7.2第4款（式5.7.2-1）及第7款（不考慮地震作用）計算：

經(jīng)計算，單樁水平承載力特征值Rha=288.886（kN）＞汽車沖擊荷載分配到每根樁上的水平力F=180（kN）。

3 棧橋施工安裝順序

3.1 施工工藝順序

棧橋施工及工藝較多，主要順序見圖6：

圖6 棧橋施工工藝流程圖

3.2 施工中主要危險源

棧橋為鋼管和貝雷主梁結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式相對較簡單，建造成本合理，但工程規(guī)模大，需要注意以下風(fēng)險點，并從管理上消除。

（1）灌注樁打入深度不足，地基承載力不夠，或洪水沖刷引起承臺埋深不足，導(dǎo)致承載力不足失穩(wěn)；

（2）鋼管樁焊縫沒有保證，導(dǎo)致鋼管樁承載力不足失穩(wěn)；

（3）在使用過程中任意拆除必不可少的桿件或在氣割作業(yè)時損壞了構(gòu)件的截面；

（4）構(gòu)架缺陷：鋼管樁自身存在缺陷，樁間連接系等尺寸規(guī)格不足，構(gòu)架缺少必要的結(jié)構(gòu)桿件，未按照規(guī)定的數(shù)量和要求進行縱橫向連接設(shè)置。

4 結(jié)語

本工程棧橋施工與設(shè)計方案，從多方面綜合考慮，根據(jù)工程實際的具體問題做了相應(yīng)的具體分析和設(shè)計，確定了合理的結(jié)構(gòu)型式和構(gòu)件尺寸，達到了安全、適用、合理、經(jīng)濟、美觀的要求。