貝雷架鋼便橋設(shè)計及關(guān)鍵施工技術(shù)

蔡桂標

（廣東省基礎(chǔ)工程集團有限公司 廣州 510620）

0 引言

廣州臨江大道東延線（一期）工程起點位于臨江大道～車陂路節(jié)點，止于深涌。為緩解黃埔大道交通壓力及提前發(fā)揮臨江大道東延線（一期）的交通功能，擬在河涌上新建便橋。考慮便橋的使用功能及現(xiàn)場通航的要求，充分利用貝雷架鋼便橋結(jié)構(gòu)簡單、易于施工、操作方便、使用安全、維護工作量小等優(yōu)點［1］，鋼便橋采用加強型單排單層321 裝配式結(jié)構(gòu)，橋梁跨徑組合為（30+30）m，橋面寬度12 m，雙向2 車道+3 m人行道。

1 鋼便橋設(shè)計

1.1 設(shè)計概況

該河涌鋼便橋平面位于直線上，兩橋臺軸線均與便道中心線正交，橋梁跨度組合為（30+30）m。

主橋跨度為（30+30）m，全橋橫向共設(shè)置26 片桁架，車行道下面22 片，人行道下面4 片。貝雷梁桁架構(gòu)件由桁架、桁架連接銷及保險銷、加強上下弦桿、弦桿螺栓、桁架螺栓組成［2］。單片桁架由上、下弦桿、豎桿及斜桿焊接而成，上、下弦桿的端部設(shè)有陰陽接頭，接頭上設(shè)有桁架連接銷孔。桁架的弦桿由2 根10 號槽鋼背靠背組合而成，豎桿均用8#工字鋼制成［3］。相鄰桁架之間用橫撐和斜撐連接，間距3 m 設(shè)置1 道，橫撐和斜撐采用［10 槽鋼，桁架下弦桿的上部設(shè)置橫梁連接，橫梁采用27#壓延工字鋼制成，間距1.5 m 設(shè)置1道。

橋面系由下往上依次由20b 工字鋼鋼、10 mm 厚橋面鋼板及現(xiàn)澆混凝土橋面板構(gòu)成。

1.2 主要材料

⑴貝雷梁弦桿、豎桿、斜桿、橫梁：16MN鋼；

⑵樁頂蓋梁：Q355C；

⑶間橫向斜撐：Q235B；

⑷橋面系20#槽鋼：Q235B；

⑸橋面系10 mm厚鋼板：Q235B。

1.3 設(shè)計荷載

根據(jù)《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范：JTG D60—2015》［4］，計算設(shè)計荷載如下：

1.3.1 恒載

加 強 型 貝 雷 梁 自 重：324×26×（30+30）∕3×9.8∕1 000+80×26×（30+30）∕3×2×9.8∕1 000=2 516.8 kN；

27 號 壓 延 工 字 鋼 橫 梁 自 重：43.4×12×41×9.8∕1 000=213.5 kN；

花窗：21×273×9.8∕1 000=57.3 kN；

20b 工字鋼橋面系自重：31.1×11×201×9.8∕1 000=687.6 kN；

橋 面系10 mm 厚鋼 板：11×60×0.01×7 850×9.8∕1 000=518.1 kN；

車行道橋面現(xiàn)澆混凝土：（0.09+0.17）∕2×8×60×26.5=1 653.6 kN；

人 行 道 水 泥 砂 漿：（0.035+0.07）∕2×60×24×2=151.2 kN；

欄桿：28×（30+30）×9.8∕1 000=16.8 kN；

防撞墻：0.31×26×（30+30）×2=967.2 kN；

恒載總重：2 516.8+213.5+57.3+687.6+518.1+1 653.6+151.2+16.8+967.2=6 782.1 kN；

恒載縱向每延米重：q=6 782.1∕（30+30）=113 kN∕m。

1.3.2 活載

⑴城A級車道荷載

均布荷載標準值qk=10.5 kN∕m

集中荷載標準值Pk=320 kN

按2車道加載。

⑵人群荷載根據(jù)《城市橋梁設(shè)計規(guī)范（2019 年版）：CJJ11—2011》：

其中，L為加載長度（m）；Wp為單邊人行道寬度（m）。

1.4 計算結(jié)果

采用Midas 建立計算模型。［5］恒載、活載按上文加載，用節(jié)點彈性支承模擬樁基，取m=30 000 kN∕m4，橋墩樁底剛度k=58 800 kN∕m。

1.4.1 支反力

計算最大支反力為3 039.4 N。各支座處標準組合（汽車荷載考慮沖擊作用）下各單向受壓支座不會處于脫空狀態(tài)［6］。

1.4.2 貝雷架內(nèi)力驗算

每片貝雷梁承受最大恒載彎矩：11 774∕26=453 kN·m

每片貝雷梁承受最大恒載剪力：1 696∕26=65.2 kN

每片中貝雷梁承受最大車輛活載彎矩：13 166∕22×1.2（不均勻系數(shù)）=718 kN·m

每片中貝雷梁承受最大車輛活載剪力：1 653.8∕22×1.2（不均勻系數(shù)）=90.2 kN

每片邊貝雷梁承受最大人群活載彎矩：1 433.6∕4×1.2（不均勻系數(shù)）=430.1 kN·m

每片邊貝雷梁承受最大人群活載剪力：172.3∕4×1.2（不均勻系數(shù)）=51.7 kN

1.2恒載+1.4×車道（已考慮0.45沖擊系數(shù)）作用下每片中貝雷梁受最大彎矩：1.2×453+1.4×718=1 549 kN·m<1 687.5 kN·m（容許彎矩）［7］

1.2恒載+1.4×車道（已考慮0.45沖擊系數(shù)）作用下每片中貝雷梁受最大剪力：1.2×65.2+1.4×90.2=204.5 kN<

245.2 kN（容許剪力）［7］

1.2恒載+1.4×人群作用下每片邊貝雷梁受最大彎矩：1.2×453+1.4×430.1=1 146 kN·m<1 687.5 kN·m（容許彎矩）［7］

1.2恒載+1.4×人群作用下每片邊貝雷梁受最大剪力：1.2×65.2+1.4×51.7=150.6 kN·m<245.2 kN（容許剪力）［7］

通過計算可得出，貝雷架受力滿足要求且設(shè)計合理。

1.4.3 橫梁內(nèi)力驗算

橫梁按實際樁距建立橫梁模型，用節(jié)點彈性支承模擬樁基，取m=30 000 kN∕m4，單樁樁底剛度k=14 700 kN∕m。上部荷載由汽車、貝雷架和橋面結(jié)構(gòu)自重等組成［8］，將恒載與人群滿布活載均布于作用單元，車行道內(nèi)單車道作用反力分成橫向車列橫向2 車道最不利布置，承載能力組合內(nèi)力結(jié)果如下。

橫梁采用Q345材質(zhì)的3拼63c工字鋼：

最 大 正 應 力σ=FS∕（Ib）=1 915.6∕（3 298×3）×1 000=193.6 MPa＜270 MPa，受力滿足要求。［9］

最大剪應力τ=M∕W=1 290.4∕（3×52.9）∕0.017∕10=47.8 MPa＜155 MPa，受力滿足要求。［9］

通過計算可得出，3 拼工字鋼橫梁受力滿足要求且設(shè)計合理。

2 關(guān)鍵施工技術(shù)

2.1 臨時鋼便橋施工

由于1 軸位于河涌中間位置，擬在西岸搭設(shè)臨時便橋進行Z1 軸鋼管施工及橫梁安裝。臨時鋼便橋由9 m（1×9）（便橋）+9 m×18 m（平臺）組成，鋼便橋如圖1所示，鋼平臺的構(gòu)造如圖2所示。

圖1 臨時鋼便橋構(gòu)造Fig.1 Structural of Temporary Steel Bridge （mm）

圖2 臨時鋼平臺構(gòu)造Fig.2 Temporary Steel Platform Construction Plan （mm）

鋼管樁施工?管樁拉桿及剪刀撐安裝?樁帽焊接?鋼橫梁雙拼I50a 型工字鋼安裝?貝雷梁?I20a型工字鋼橫向分配梁施工?10 mm 橋面板鋪裝?橋面φ14 螺紋防滑鋼筋安裝?欄桿安裝。

鋼管樁施工采用50 t 履帶吊+振動錘“釣魚法”進行施工［10］，鋼管樁及橫梁安裝完成后，在附近場地拼裝貝雷架，采用履帶吊進行安裝。臨時鋼便橋現(xiàn)場施工如圖3所示。

圖3 臨時鋼便橋現(xiàn)場施工Fig.3 Site Construction of Temporary Steel Bridge

2.2 鋼管樁施打

經(jīng)驗算，鋼管樁單樁最大豎向力為1 106 kN，根據(jù)振動錘的性能參數(shù)，選用180 kW 振動錘進行鋼管樁施工。

因鋼管樁單根重量較大，為便于樁位定位及調(diào)整，先采用60 kW 振錘定位，經(jīng)測量無誤后，方可采用180 kW振錘進行振打。

在鋼管的入土施打時應該采用雙夾的方式將鋼管的管壁進行固定，進行鋼管的振沉。為確保鋼管樁打入土層中，鋼管樁底部焊接如圖4 中的樁尖。樁尖構(gòu)造如圖4所示。

圖4 樁尖構(gòu)造Fig.4 Pile Tip Structure （mm）

在樁底振動沉入到有效持力標高層后，當下沉速率明顯衰減、沉入較難且企穩(wěn)、趨向收斂時，連續(xù)施振3 次，如持續(xù)時間和貫入度滿足第一次持續(xù)時間不小于30 s，貫入深度小于3.0 cm；第二次持續(xù)時間不小于15 s，貫入深度小于1.5 cm；第三次持續(xù)時間不小于15 s，貫入深度小于1.2 cm，則該樁可以收振。鋼管樁施工現(xiàn)場如圖5所示。

圖5 鋼管樁施工現(xiàn)場Fig.5 Site Construction of Steel Pipe Pile

2.3 貝雷架安裝

根據(jù)貝雷梁跨度大、河涌船吊起重能力有限制的實際情況，西岸考慮作為吊裝作業(yè)的場地。起吊最大跨為30 m 的雙拼貝雷片，重量約6.5 t，考慮起重機站位，吊點距離約23 m，為了確保安全，貝雷架安裝采用150 t汽車吊。貝雷架吊裝立面如圖6所示。

圖6 貝雷架吊裝立面Fig.6 Elevations of Bereys （mm）

為避免1 軸墩頂貝雷架的負彎矩過大，在1 軸墩頂橫梁處4 片貝雷架采用上弦桿插入小型栓銷，使固定但可轉(zhuǎn)動。

3 結(jié)論與建議

采用貝雷架鋼便橋的設(shè)計方案，充分發(fā)揮了貝雷架鋼便橋結(jié)構(gòu)簡單、易于施工、操作方便等優(yōu)點，施工方案充分考慮現(xiàn)場實際情況，確?，F(xiàn)場施工作業(yè)的安全。目前該便橋已建成，便橋航拍如圖7所示。

圖7 鋼便橋建成航拍Fig.7 Built Aerial of Temporary Steel Bridge

由于1 軸鋼管樁為雙排樁，在使用過程鋼管樁及橫向連接鋼管可能對堆積垃圾對上游排水泄洪造成影響，因此建議管養(yǎng)單位采取以下措施：

⑴日常巡檢采用清潔小船對橫梁及鋼管樁附近的垃圾進行及時清理，確保橫向連接鋼管及鋼管樁上清潔無垃圾，消除垃圾造成的側(cè)向力的影響。

⑵如遇汛期，水流較大、且Z1 軸鋼管樁周邊堆積垃圾，清潔小船無法清除垃圾時，采用長臂挖機站位在人行道上，用長臂挖機清理鋼管樁及橫向鋼管上的垃圾。

同時應由有相應資質(zhì)的檢測單位對鋼便橋結(jié)構(gòu)進行定期檢測，管養(yǎng)單位定期進行檢修，確保鋼便橋的正常使用。