孫渡特大橋貝雷梁鋼棧橋施工技術(shù)

周國偉

（中鐵十一局集團第四工程有限公司 湖北武漢 430070）

0 引言

改革開放以來，我國的橋梁建設取得舉世矚目的成就，一大批跨河、跨江、跨海大橋建成，特大型橋梁也越來越多，跨徑也越來越大，施工難度加大。而作為臨時結(jié)構(gòu)的鋼棧橋?qū)蛄嚎缢蚴┕て鹬陵P(guān)重要的作用，應用也越來越廣。鋼棧橋是指在土木工程中，為運輸材料、設備、人員而修建的臨時橋梁設施。

本文結(jié)合孫渡特大橋施工，介紹在跨河道上搭設貝雷梁鋼棧橋施工，主要從以下方面：總體施工綜述、工藝流程、結(jié)構(gòu)形式、結(jié)構(gòu)受力計算。同時也為在河道上架設貝雷梁鋼棧橋提供了可行性施工方案。

1 工程概況

1.1 工程簡介

孫渡特大橋樁基起止里程為DK65+469.11-DK73+487.565，昌贛鐵路為國家客運專線，該橋位于江西省豐城市，跨清豐河為一聯(lián)40+56×2+40m預應力混凝土連續(xù)梁，采用掛籃懸臂施工，下部結(jié)構(gòu)為圓端型橋墩配鉆孔樁基礎，大體積承臺，其中主墩41#、42#，邊墩43#墩在河道以內(nèi)，邊墩40#在河堤以外。

1.2 河道概況

清豐河常年有水，線路方向河流寬度90m。測時水位為20.1m，設計施工水位24.81m，V=1.33m/s。工程地質(zhì)主要為：粉質(zhì)黏土厚度1～1.5m，淤泥厚度2～3.6m，泥細中砂厚度1.3～9.7m，泥粗中砂厚度1.2～13.6m，卵石厚度8.60～20.90m，以下為花崗巖地質(zhì)。

2 貝雷梁鋼棧橋施工方法

2.1 總體施工綜述

采用逐孔振沉鋼管樁逐孔架設上部結(jié)構(gòu)的方法（即“釣魚法”）施工。如圖1所示。

2.2 工藝流程

工藝流程：準備工作→測量放樣導向架定位→鋼管樁施工→鋼管樁間平聯(lián)和剪刀撐、樁頂分配梁等施工→貝雷梁安裝→型鋼分配梁施工→橋面系及附屬設施施工。

圖1 “釣魚法”施工

2.3 鋼管樁施工

鋼管樁插打采用懸打法施工，用50t履帶吊車配合振樁錘施打鋼管樁，如圖2所示。

圖2 履帶吊振沉鋼管樁

水中樁安裝導向架確定樁位。按設計要求懸挑出兩組鋼管為導向梁，在懸挑出的鋼管上安裝導向架，用焊接方法將導向架固定在懸挑鋼管上。導向架安裝完成后，測量人員精確測放樁位縱橫向軸線位置，插樁后根據(jù)此放樣點微調(diào)鋼管樁，使鋼管樁處于設計位置，縱向及橫向錯位均≤10mm。

插打鋼管樁時，要持鋼管樁鉛垂，對準樁位，緩慢下落。打樁首先檢查樁偏位和傾斜度無誤后即可打樁，采用50t履帶式起重機機配合振動錘插打，樁錘、液壓夾持器及管樁的軸線應在同一垂線上，不得有過大偏差，振動下沉鋼管樁過程中，如發(fā)現(xiàn)偏位和傾斜，應及時進行糾正。打樁過程中，吊機應配合打樁速度及時松鉤，不得使吊機受力過大，以免造成吊機傾覆。

2.4 樁頂分配梁、平聯(lián)及剪刀撐施工

每排樁施工完畢，經(jīng)檢查合格，即可安裝樁頂分配梁、平聯(lián)及剪刀撐。先定位樁間平聯(lián)、焊接剪刀撐，再安裝樁頂分配梁，最后加焊樁間聯(lián)結(jié)系。聯(lián)結(jié)系未焊完前，吊機不得前移。

2.5 貝雷梁安裝

貝雷梁在拼裝場按設計要求組拼裝成待架設一跨長度，運至施工現(xiàn)場由履帶式起重機整體起吊安裝。貝雷梁拼裝前應進行外觀檢查，變形過大貝雷梁不得使用。貝雷梁架設參如圖3所示。在下部結(jié)構(gòu)頂橫梁上進行測量放樣，定出貝雷梁準確位置，貝雷梁吊起準確就位后先牢固捆綁在橫梁上，然后焊接橫向限位器固定貝雷梁，再安裝另一組貝雷，同時與安裝好的一組貝雷用貝雷片剪刀撐進行連接。依此類推完成整跨貝雷梁的安裝。

圖3 履帶吊架設貝雷梁

2.6 型鋼分配梁安裝

采用履帶式起重機進行分配梁安裝，首先鋪設I25b橫向分配梁（間距1.5m），并用U形卡與貝雷梁進行固定。I25b橫梁的支點必須擺放在貝雷梁腹桿節(jié)點處，以滿足受力要求。然后鋪設縱梁I12（間距0.3m），吊裝到位后與I25b橫向分配梁接觸點焊接成整體，焊縫厚度滿足設計要求。

2.7 橋面系及附屬設施施工

橋面板采用花紋板，用履帶式起重機吊放縱梁I12上，橋面板要求接縫嚴密順直，整體平整，無翹曲，同時板與板間設置5mm伸縮縫，防止溫差帶來的影響，橋面板直接與縱橫梁I12進行焊接加固。棧橋兩側(cè)設置欄桿，棧橋欄桿刷紅白相間油漆。欄桿要求聯(lián)接牢固，不得有明顯曲折。其它附屬設施隨著棧橋的延伸一次性施工完成。

3 貝雷梁鋼棧橋受力計算

3.1 結(jié)構(gòu)形式

孫渡特大橋棧橋全長約132m，橋面寬度8m，其結(jié)構(gòu)布置如圖4所示。棧橋每個斷面布置4組8排貝雷梁，貝雷梁頂鋪設橫向分配梁I25b（間距1.5m），在其上方縱向鋪設12.6#工字鋼（間距0.25m），橋面板采用10mm厚度花紋板。樁頂采用2I36b分配梁，承重樁采用3根φ529×8mm鋼管樁，樁間連接結(jié)構(gòu)采用［16b節(jié)點板形式。

3.2 主要技術(shù)條件

（1）設計荷載：50t履帶吊車（履帶尺寸4.69m×0.76m；吊重按不超過15t考慮）。

（2）施工控制活載：50t履帶吊車，混凝土運輸罐車（空載時約15t）。

（3）設計行車速度：15km/h。

（4）行走荷載取3kPa。

圖4 棧橋標準橫斷面布置

（5）人群荷載不計。

（6）荷載系數(shù)。

恒載1.0，活載不均勻系數(shù)1.2，沖擊系數(shù)1.15。

貝雷梁為Q345錳鋼，強度設計值f=273N/mm2，抗剪強度設計值fv=180N/mm2，除貝雷梁之外的其他鋼結(jié)構(gòu)采用Q235材料的強度設計值和抗剪強度設計值分別為f=215N/mm2和fv=125N/mm2。

3.3 結(jié)構(gòu)計算

3.3.1 橋面板縱梁I12檢算

（1）由于50t履帶吊履帶寬度為0.76m，橋面板下縱肋間距為0.25m，由于剛度分配作用，履帶吊荷載直接作用于橋面板縱肋上，不進行面板計算。

（2）縱向分配12工字鋼間距為0.25m，橫向分配25b#間距1.5m，因此25b#工字鋼的計算跨徑l1=1.5m。

（3）履帶吊帶寬范圍內(nèi)總有3根I12承受其荷載，對于每根I12，換算成線荷載：1.2×（50+15）×10/4.69/3/2=27.71kN/m（帶長=4.69m＞l1=1.5m）

①12.6#工字鋼的力學性能。

12.6 #工字鋼容許抗彎應力[σ]=170MPa彈性模量E=2.1×105MPa。

截面抵抗矩：W=77cm3截面慣性矩：I=488cm4。

半截面靜距Sx=44.2cm3腰厚d=5mm每延米重量14.2kg/m。

②驗算抗彎強度。

圖5 12.6#工字鋼計算模型

按三跨連續(xù)梁計算，σ=（gl12）/（10W）=（27.71×103×1.52）/（10×77×10-6）=80.97MPa<[σ]=170MPa，抗彎滿足要求。

③驗算抗彎剛度按三跨連續(xù)梁計算，則抗彎剛度：f=（ql4）/（150EI）=（27.71×103×1.54）/（150×2.1×1011×488×10-8）=0.91mm＜l/400=1500/400=3.75mm，滿足要求。

④驗算抗剪強度最大剪力Q=gl/2=27.71×1.5/2=20.78kN。

最大剪應力τ=QSx/（Ixd）=20.78×103×44.2×10-6/（488×10-8×0.005）=37.64MPa＜[τ]=0.6[σ]=102MPa，抗剪滿足要求。

3.3.2 貝雷梁頂分配梁I25b計算

（1）貝雷梁橫向最大間距1.3m，因此取I25b的計算跨徑l2=1.3m。

（2）履帶吊帶長范圍內(nèi)總有3根I25b承受其荷載，對于每根I25b，履帶自重換算成線荷載：1.2×（50+15）×10/1.52/3=171.05kN/m（帶寬=0.76×2m＞l2=1.2m）

①25b#工字鋼的力學性能。

25b#工字鋼容許抗彎應力[σ]=170MPa彈性模量E=2.1×105MPa。

截面抵抗矩：W=423cm3截面慣性矩：I=5280cm4。

半截面靜距：Sx=246.3cm3腰厚d=10mm每延米重量42kg/m。

②驗算抗彎強度。

按三跨連續(xù)梁計算，σ=（gl22）/（10W）=（171.05×103×1.32）/（10×423×10-6）=68.34MPa＜[σ]=170MPa，抗彎滿足要求。

③驗算抗彎剛度。

圖6 25b#工字鋼計算模型

按三跨連續(xù)梁進行計算，抗彎剛度：f=（ql24）/（150EI）=（171.05×103×1.34）/（150×2.1×1011×5280×10-8）=0.3mm＜l/400=1300/400=3.25mm，滿足要求。

④驗算抗剪強度最大剪力Q=gl/2=171.05×1.3/2=111.18kN。

最大剪應力τ=QSx/（Ixd）=111.18×103×246.3×10-6/（5280×10-8×0.01）=51.86MPa＜[τ]=0.6[σ]=102MPa

3.3.3 貝雷梁計算

當履帶吊行走至跨中時，貝雷梁彎矩最大，故僅對跨中斷面進行檢算。

（1）鋼管樁縱向間距為12m，履帶吊履帶長度為4.69m，因此貝雷梁受力按履帶吊自重、吊重和貝雷梁自重疊加考慮，計算跨徑取l3=12m。

（2）履帶吊帶寬范圍內(nèi)總有4片貝雷梁承受其荷載，對于每片貝雷梁，履帶自重換算成線荷載：

1.2 ×（50+15）×10/4/4.69=41.58kN/m（帶長=4.69m＜l3=12m）。

（3）貝雷梁自重換算成線荷載：1.0×287/3×10/1000=1.0kN/m。

①321貝雷梁力學性能。

截面慣性矩：Ix=250500cm4彈性模量：E=2.1×105MPa。

[M]=788.2kN·m 理論重量：287kg/片。

②驗算抗彎強度b=4.67m，l=12m。

按三跨連續(xù)梁和簡支梁疊加進行計算，則最大彎矩：

Mmax=gl2/10+qbl（2-b/l）/8=1.0×122/10+41.58×4.69×12×（2-4.69/12）/8=485.11kN·m＜[M]=788.2kN·m，抗彎滿足要求。

③驗算抗彎剛度。

圖7 貝雷梁計算模型

按三跨連續(xù)梁和簡支梁疊加進行計算，則：

最大撓度：

④驗算抗剪強度。

最大剪力 Q=gl/2+qb/2=1.0×12/2+41.58×4.69/2=103.51kN＜[Q]=245.2kN。

3.3.4 樁頂分配梁36b計算

當履帶吊行走至鋼管樁正上方時，36b#工字鋼受力最大，故僅對鋼管樁斷面進行檢算。

（1）鋼管樁橫向間距為3.33m，計算跨徑取l4=3.33m。

（2）在3.33m跨徑范圍內(nèi)，履帶自重換算成線荷載：

1.2 ×（50+15）×10/3.33/1.52=154.10kN/m

（3）在3.33m跨徑范圍內(nèi)，總是承受3片貝雷梁自重，貝雷梁自重換算成集中荷載：

F=1.0×18×287×10/1000=51.66kN

①36b#工字鋼力學性能。

36b#工字鋼容許抗彎應力[σ]=170MPa彈性模量E=2.1×105MPa。

截面抵抗矩：W=919cm3截面慣性矩：I=16530cm4。

半截面靜距：Sx=541.2cm3腰厚d=12mm每延米重量65.5kg/m。

②驗算抗彎強度。

圖8 36b#工字鋼計算模型

a=1.78m，b=1.52m，l=3.33m。

按簡支梁進行計算，則最大彎矩：

Mmax=qbl（2-b/l）/8+Fa=154.10×1.52×3.33×（2-1.52/3.33）/8+51.66×1.78=242.45kN·m。

彎曲強度：σ=M/W=242.45×103/3/（919×10-6）=87.94MPa＜[σ]=170MPa，抗彎滿足要求。

③驗算抗彎剛度。

按簡支梁進行計算，則最大撓度：

f=qbl3（8-4b2/l2+b3/l3）/（384El）+Fa（3l2-4a2）/（24EI）

=154.10×103×1.52×3.333×（8-4×1.522/3.332+1.523/3.333）/（384×2.1×105×106×16530×10-8）/3+51.66×103×1.78×（3×3.332-4×1.782）/（24×2.1×105×106×16530×10-8）/3=2.33mm＜l/400=3330/400=8.325mm，滿足要求。

④驗算抗剪強度。

最大剪力Q=qb/2+F

=154.01×1.52/2+51.66=168.71kN

最大剪應力τ=QSx/（Ixd）=168.71×103×541.2×10-6/（16530×10-8×0.012）/3=15.34MPa＜[τ]=0.6[σ]=102MPa。

3.3.5 鋼管樁529受力計算

每根鋼管樁承受工字鋼傳遞來的荷載=2Q=2×168.71=337.42kN

由于步距為2.5m，長細比λ=l/i=250/18.442=13.556，查《路橋施工計算手冊》附表3-26得φ=0.9。

因此 ，[N]=φA [σ]=0.9×130.942×10-4×170×106=2003.41kN ＞N=337.42kN，滿足要求。

鋼管樁周長C=π×0.529

鋼管樁進入含泥中粗砂深度=N/（C×qk）=337.42/（π×0.529×40）=5.08m。

考慮地質(zhì)的多變性、施工偏差以及安全系數(shù)，設計入土深度15m符合要求。

綜上所述，本棧橋方案結(jié)構(gòu)受力，穩(wěn)定性能滿足目前使用要求，具有一定安全儲備。

4 結(jié)語

孫渡特大橋貝雷梁鋼棧橋方案設計合理，施工速度快，保證了大橋在施工階段的機械、物資、混凝土運輸及人員通道，為大橋主體工程的開展贏得了寶貴時間，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟效益。本棧橋的施工為今后類似工程施工積累了經(jīng)驗，具有借鑒意義。