跨越河流鋼便橋施工工藝

張旭

摘要： 板橋河是南京市板橋鎮(zhèn)境內(nèi)的一條人工開挖的河道，為施工方便設(shè)計(jì)采用50米鋼便橋跨越河槽。

Abstract： The Banqiao River is an artificial excavation channel in Banqiao Town， Nanjing. This paper designs the 50 meters steel bridge for construction convenience.

關(guān)鍵詞： 鋼便橋；工字鋼；振動(dòng)錘

Key words： steel bridge；I-beam；vibration hammer

中圖分類號：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）21-0108-04

1 工程概況

板橋河特大橋起止點(diǎn)里程為DK014+462～DK017+112，位于南京市境內(nèi)，全長2638.36m。線路在DK015+209～DK015+225處越板橋河，與線路夾角為22度。特大橋自東向西跨板橋河主河槽，共長50m。板橋河主河槽常年有水，水深2～5m。河堤、邊坡長有荒草。橋址處河溝較為順直，水流流向由南向北。設(shè)計(jì)采用簡支梁越板橋河主河槽。

2 水文地質(zhì)情況

板橋河是南京市板橋鎮(zhèn)境內(nèi)的一條人工開挖的河道，橋址處河道順直，河槽斷面灘槽分明岸坡規(guī)則，岸坡順直，為人工筑過，水流較緩。

本橋橋址處于板橋河下游，橋位處沿線路方向河道寬約60m（線路方向與河流的交角22度，后面的河寬均為順線路方向的寬度），河道兩側(cè)為基本農(nóng)田。該河段20年一遇洪水位為10.63m，流量260.7m3/s，河底地質(zhì)粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、凝灰?guī)r層狀交錯(cuò)分布為主。

3 便橋設(shè)計(jì)方案

根據(jù)施工現(xiàn)場地形、地貌情況、水中墩的布置特點(diǎn)及施工運(yùn)輸需要，在橋址上搭設(shè)臨時(shí)鋼便橋一座，主要用于混凝土罐車通行，吊機(jī)吊裝作業(yè)，小型機(jī)具的運(yùn)輸和行人上下班，設(shè)計(jì)荷載80噸。根據(jù)板橋河20年一遇洪水位、橋梁墩臺(tái)高程、橋址處地形等情況，便橋底高程確定為10.7m，梁高0.882m。便橋設(shè)計(jì)跨度為12m簡支梁。便橋凈寬6m，橋梁全長50m，共4跨。

鋼便橋采用鋼管樁作基礎(chǔ)，工字鋼作橫梁及縱梁，槽鋼作橋面板，橋面板兩側(cè)設(shè)防護(hù)欄，便橋?qū)挒?m，便橋長度初步設(shè)計(jì)48m，兩岸橋臺(tái)采用混凝土現(xiàn)澆條形基礎(chǔ)。

便橋鋼管樁基礎(chǔ)采用Φ630mm×10mm×12m入土深度大約為7～11m，每3根樁為一排，縱梁跨徑為12m，每跨中間打入三根Φ630管樁，相鄰兩根鋼管樁的中心距為2.2m，相鄰兩根樁用16a槽鋼作斜撐連接以增強(qiáng)管樁基礎(chǔ)的穩(wěn)定性。

鋼管樁樁頂焊鋼板750mm×750mm×12mm做樁帽（樁帽與管樁焊牢），在樁帽上方布置2根40b工字鋼作橫梁，縱梁每跨采用40b工字鋼12m×12根，每個(gè)樁頂部分放置四根工字鋼，縱梁中間每2m用∠75mm×75mm×7mm做橫向連接，保證縱梁整體受力。

橋面板采用28a槽鋼，橫向鋪設(shè)，兩槽鋼間距為35mm，槽鋼與縱梁滿焊連接。

欄桿采用∠50×50×5mm角鋼作立柱，立柱間距為1.5m，高為1.2m，立柱頂焊接∠50×50×6m做扶手，角鋼順延，立柱中間割孔，穿Φ12圓鋼，每根角鋼割兩孔，孔中心間距400mm。圓鋼通孔內(nèi)順延。

4 便橋檢算

4.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

①設(shè)計(jì)活載。按單車道70t罐車荷載計(jì)算，50t履帶吊荷載相比更分散故不作檢算。

②設(shè)計(jì)跨度。標(biāo)準(zhǔn)跨度5.8m。

③泄洪標(biāo)高。棧橋底標(biāo)高根據(jù)施工現(xiàn)場確定。

④車道布置。按單車道設(shè)計(jì)，橋面寬總寬6m，行車道寬3.2m，兩邊為人行道。

⑤最大風(fēng)速。鋼便橋地處較矮，且風(fēng)速不大，風(fēng)荷載不考慮。

4.2 孔跨布置

便橋根據(jù)施工現(xiàn)場分為三座，一座長48m左右，一座長60m左右，另外一座長24m左右，每座便橋的整體布置均一致。

圖1為跨板橋河鋼便橋總體布置圖。

所有鋼管臨時(shí)墩柱均采用單排墩，每排2根，橫向間距4.4m；鋼便橋跨度是按5.8m布置，主要是為了縱向工字鋼材料便于應(yīng)用。

4.3 棧橋結(jié)構(gòu)組成

①棧橋下部結(jié)構(gòu)。

棧橋的下部結(jié)構(gòu)采用鋼管立柱，打入土層中，打入深度根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定，保證每根鋼管立柱承載力不小于45t。每個(gè)臨時(shí)墩均為單排鋼管墩，每排2根鋼管。

單排鋼管墩采用2根Ф630-3鋼管，橫向采用20a槽鋼連接起來。詳見設(shè)計(jì)圖紙。

鋼管頂部焊接3-40a工字鋼橫梁，橫梁上面即放置棧橋的上部結(jié)構(gòu)。

棧橋下部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

②棧橋上部結(jié)構(gòu)。

棧橋的上部結(jié)構(gòu)采用40a工字鋼縱梁，按2+4+4+2片布置，之間在下翼緣處間隔1.45m用36b槽鋼全部橫向連接起來成為一個(gè)受力整體?？v向工字鋼上則放置36b槽鋼扣放，總行間距是0.4m。上部結(jié)構(gòu)如圖3所示。

4.4 棧橋結(jié)構(gòu)檢算

4.4.1 檢算說明

將縱向每組工字鋼承重梁看成是單根的梁，這樣便于計(jì)算。

便橋梁由兩組4根40a工字鋼組成車道的受力結(jié)構(gòu)，那么就是有8片40a工字鋼共同承受上部橋面?zhèn)鬟f的荷載，為安全取保守計(jì)算，8根工字鋼考慮1.4的不均勻系數(shù)，那么就按8/4=5.7根工字鋼共同平均受力。

便橋梁跨度組成是5.8m一跨，為計(jì)算簡化且安全，按簡支梁進(jìn)行檢算。

4.4.2 縱梁工字鋼受力檢算

①荷載模型：一根40a工字鋼，荷載是70t罐車荷載，荷載模型如圖4所示。

②計(jì)算模型（只顯示結(jié)構(gòu)自重荷載、罐車荷載沒有顯示）（圖5）。

③豎向撓度m（圖6）。

最大撓度是5.16cm，除以5.7=0.91cm，鋼便橋跨中最大變形是9.1mm。

④支反力圖：t（圖7）。

臨時(shí)墩最大支反力是57t，由兩根鋼管承受，單根鋼管承受一半，按30t計(jì)算，如果考慮兩輛罐車向后前行，那么承載可按提高1.6倍計(jì)算，單根鋼管受力48t。

⑤最大應(yīng)力tm（圖8）。

最大應(yīng)力是621MPa，單片工字鋼的最大應(yīng)力則是621/5.7=109MPa<140MPa，滿足要求。

4.4.3 橫梁槽鋼受力說明

橋面系槽鋼采用36b槽鋼，由于罐車車輪均直接通過該槽鋼傳遞給縱向工字鋼，槽鋼僅僅是直接傳遞荷載作用，沒有作為梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力，因此不必檢算。至于兩邊人行通道，是槽鋼簡支承受，簡支跨度僅1m，并且槽鋼基本為滿布，因此完全能夠承受人行荷載。

4.4.4 樁頂墊梁受力說明

鋼管樁頂?shù)膲|梁采用的是3根40a工字鋼組焊結(jié)構(gòu)，在承受縱梁工字鋼傳遞的荷載時(shí)，主要是罐車輪壓荷載，為安全起見，計(jì)算時(shí)假設(shè)70t罐車荷載全部壓在墊梁上，結(jié)構(gòu)圖如圖9。

①墊梁承受罐車荷載計(jì)算。

墊梁結(jié)構(gòu)計(jì)算模型如圖10。

墊梁的變形及應(yīng)力結(jié)果如圖11和圖12。

變形最大值是7mm。

最大應(yīng)力值是136.4MPa，能夠滿足要求。

②墊梁承履帶吊施工荷載。

對于履帶吊在打樁時(shí)傳遞的荷載正好通過設(shè)置的短工字鋼直接傳遞給鋼管，因此墊梁受力較小，能夠滿足此工況的施工要求。

③墊梁懸臂端承受人行荷載檢算。

至于承受人行道荷載同履帶吊荷載一樣，同樣能夠滿足受力要求。

4.4.5 樁柱結(jié)構(gòu)檢算

①樁入土深度。

鋼管樁的入土深度不通過地質(zhì)資料計(jì)算確定，可根據(jù)打樁施工情況確定。

從上面的計(jì)算可知，單樁承載能力需要60t（履帶吊施工時(shí)的最大荷載），施工時(shí)采用90kW振動(dòng)錘進(jìn)行打樁施工，直到鋼管樁不再繼續(xù)入土為止，根據(jù)以往施工及現(xiàn)場試驗(yàn)可知，單樁承載力能夠達(dá)到60t以上，完全能夠滿足要求。

②鋼管樁受力檢算。

鋼管樁采用的是？準(zhǔn)630-6型號的螺旋焊管，其參數(shù)如下：

1）截面面積：A=11762mm2；

2）回轉(zhuǎn)半徑：i=220.6mm；

3）鋼管計(jì)算高度：H=15m。

根據(jù)鋼管參數(shù)，當(dāng)鋼管應(yīng)力達(dá)到140MPa時(shí)能夠承受軸心荷載是140MPa*11762mm2=164t。完全能夠滿足48t承載的要求。

當(dāng)鋼管作為軸心壓桿，按15m自由長度考慮，兩端為鉸接，那么其柔度是λ=15000mm/220.6mm=68，通過查表得鋼管在15m自由長度作為軸心壓桿的抗壓穩(wěn)定折減系數(shù)？準(zhǔn)=0.763，因此164t承載能力折減后的承載能力是125t，同樣能夠滿足承載60t的要求。

5 便橋施工方案

①便橋施工時(shí)應(yīng)按設(shè)計(jì)位置進(jìn)行準(zhǔn)確放樣，保證便橋位置和標(biāo)高均能滿足設(shè)計(jì)要求。

②施工用的各種材料必須采購正規(guī)廠家的合格材料，所有材料要有合格證明資料。

③便橋施工從南岸向北岸方向施工，逐跨推進(jìn)。工藝流程如圖13所示。

鋼管樁下沉首先在測量控制下鋼管樁精確定位，方可進(jìn)行沉樁施工，鋼管樁沉放前先計(jì)算出每根鋼管樁的所在位置的坐標(biāo)。沉放時(shí)在正面布置一臺(tái)全站儀觀測定位，在打設(shè)鋼管樁的過程中要不斷檢測樁位與樁的垂直度，發(fā)現(xiàn)偏差要及時(shí)糾正，按此方法，逐步完成每跨鋼管樁的施工。

第一跨鋼管樁打好后，接著在管樁上焊接節(jié)點(diǎn)板，在吊機(jī)的配合下焊接剪刀撐及管樁樁帽，然后安裝橫、縱梁工字鋼，布置槽鋼，最后安裝欄桿。

第一跨便橋施工完成后，經(jīng)施工現(xiàn)場技術(shù)人員檢查合格后，50t履帶吊上便橋開始第二跨便橋施工，以此順延，完成全幅便橋施工。

④鋼管樁運(yùn)輸、堆放。汽車根據(jù)現(xiàn)場施工進(jìn)度組織分批運(yùn)送至工地，避免鋼管樁運(yùn)輸過程中受壓變形破壞。鋼管樁運(yùn)輸過程堆放按沉樁順序可采用多層疊放，各層墊木位于同一垂直面上，但疊放層數(shù)不易超過三層，以保證行車安全。鋼管樁起吊、運(yùn)輸和堆存過程中須避免因碰撞等原因而造成管身變形的損傷。注意在鋼管樁沉放前再次檢查管節(jié)焊縫。

⑤使用90kW的振動(dòng)錘帶液壓夾下沉鋼管樁，振動(dòng)錘額定激振力為23t，可以滿足本工程的要求。起吊設(shè)備采用50t履帶吊機(jī)。

鋼管樁沉放應(yīng)注意：振動(dòng)錘中心和樁中心軸應(yīng)盡量保持在同一直線上；每一根樁的下沉應(yīng)連續(xù)，不可中途停頓過久，以免土的摩阻力恢復(fù)，繼續(xù)下沉困難。沉放過程加強(qiáng)觀測，鋼管樁偏位不得大于5厘米，垂直度不得超過1%。

⑥鋼管樁沉放完畢后，測設(shè)分配梁橫向軸線，在各鋼管樁在順?biāo)飨蜻m當(dāng)位置開口，在保證梁底標(biāo)高的前提下割平鋼管樁頭。

6 其它注意事項(xiàng)

①便橋完工后要經(jīng)常維修養(yǎng)護(hù)，發(fā)現(xiàn)沉降應(yīng)及時(shí)處理，確保通車順暢，并在兩橋頭設(shè)置警示標(biāo)記牌。②汛期要安排人員值班，發(fā)現(xiàn)汛情及時(shí)報(bào)告，發(fā)大水時(shí)要派人及時(shí)對漂浮物進(jìn)行清理疏通，以免影響排洪。③全體施工人員必須遵守安全生產(chǎn)制度，進(jìn)入施工現(xiàn)場必須帶安全帽；高空作業(yè)，必須系好安全帶；水上作業(yè)，必須穿好救生衣；全體職工必須遵守安全操作規(guī)程。④應(yīng)經(jīng)常檢查梁上螺栓有無松動(dòng)現(xiàn)象，上下弦桿有無變形現(xiàn)象。如發(fā)現(xiàn)松動(dòng)或變形現(xiàn)象應(yīng)立即采取加固措施。⑤施工環(huán)境保護(hù)工作，必須貫徹“全面規(guī)劃，合理布局，預(yù)防為主，綜合治理，強(qiáng)化管理”的方針和“誰污染誰治理、誰破壞誰恢復(fù)”的原則。加強(qiáng)對施工人員進(jìn)行環(huán)境保護(hù)的有關(guān)法律、法規(guī)的教育，使施工人員牢固樹立環(huán)保意識，自覺遵守《環(huán)境保護(hù)法》及地方政府有關(guān)法規(guī)、條例，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)施工。⑥生活垃圾定點(diǎn)堆放，掩埋覆蓋，嚴(yán)禁四處亂扔。生活污水處理設(shè)化糞池，不直接排放。杜絕焚燒有毒廢料（廢機(jī)油、廢塑料等）。從當(dāng)?shù)氐乇砑暗叵滤槿∷磿r(shí)，盛水和抽水器具保持清潔，避免污染水源，并且注意節(jié)約用水。

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