水电站常用的三类临时桥设计简介

2011-12-24毛穗丰赵占超游选成高立宝

水电站设计 2011年4期

毛穗丰，赵占超，游选成，高立宝

(中国水电顾问集团成都勘测设计研究院，四川成都 610072 )

1 前言

目前我国水电站建设常采用临时桥，主要有以下三类桥型，即贝雷桁架梁桥、贝雷桁架吊桥和索道桥。本文论述的水电站临时桥梁，除索道桥外，其余两种均为采用定型贝雷钢桁架作为受力主梁的桥型结构形式，其最突出的共同特点是施工建设快、使用年限短。交通部门常采用的公路钢梁桥或钢吊桥，由于工期较长、造价较高，不在本文讨论之列。

2 贝雷桁架梁桥

贝雷桁架梁桥即采用贝雷桁架架设而成的桥梁。经济跨度一般不超过50m，适用于跨越较窄河流，因此在中小型水电站建设中使用较多。对于河道宽、水浅的情况，可以在河流中间设置桥墩，做成连续结构的型式。贝雷桁架临时梁桥的贝雷桁架主要有两种型式：一种为321型或100型，321型为我国生产的战备公路钢桥桁架，100型为英国贝雷桁架，两者主梁均为米字形桁架。100型贝雷桁架为英制，321型公路钢桥桁架为公制，两种器材细部尺寸不能混用。我国常把国产的321型公路钢桥桁架也称作“贝雷桁架”[1]，考虑到这种习惯叫法，为简化，本文将此种结构型式的钢桁架统一称为“贝雷桁架”。321型贝雷桁架梁高为1.4m(上下销孔之间的距离)，长度为3m(见图1)。随着社会的发展，对贝雷桁架的承载能力要求也愈来愈高，后又研发了一种200型的贝雷桁架[2]，其梁高为2.134m(上下销孔之间的距离)，长度为3.048m(见图2)。200型与321型两种型式的上下弦杆完全相同，均采用2[10槽钢拼装而成；竖杆、斜杆一般均采用I8工字钢。

321型与200型这两种贝雷桁架均可通过桁架将多片贝雷桁架在纵桥向连接在一起，满足桥梁跨度及荷载要求。对于321型，横桥向单侧可设置为一片至三片，对于200型，横桥向单侧可设置为一片至四片。为保证桥梁的横向稳定，在横桥向一般需要设置横向斜撑。但当贝雷桁架片较多时(三片或

图1 321型贝雷桁架立面(mm) 图2 200型贝雷桁架立面(mm)

四片)，此时设置了水平、竖直支撑架，一般不存在横向稳定的问题，不再设置横向斜撑。当桥梁跨度或荷载更大时，321型贝雷桁架梁桥，还可以设置为两层，其总高约为3m，但200型由于单片梁高即达到了2.134m，一般不采用两层型式。

为适应我国工程建设中对临时桥更大跨度或更大荷载的需求，有厂家开发了450型钢桥桁架，一般不再称呼为贝雷桁架，其梁高4.5m(上下销孔之间的距离)。由9m长的上下弦杆拼装而成，中间采用三角形桁架连接上下弦杆，一般适合于跨度50m以上的简支梁桥，其最大跨度可达到81m，荷载可达公路—Ⅰ级，按跨中最大弯矩换算，即可承受单车约70t的荷载。

图3为一跨18m的简支贝雷桁架梁桥的布置。其纵梁采用321型贝雷桁架作为加劲梁，共布置6节，横桥向单侧为两片，上部设置水平支撑架，横向设置斜撑。横梁一般采用27号工字钢，纵桥向间距一般为3m，也可在中间再加一根，即纵桥向间距减小为1.5m。桥面板可采用定型桥面板，也可采用在横梁上铺纵梁再铺花纹钢板的型式。定型桥面板全部采用螺栓连接，施工进度快，整体性稍差；而后者整体性好，但现场焊接安装工作量大。

图3 18m跨321型贝雷桁架梁桥布置(mm)

当桥梁跨度更大或荷载更大时，可采用上承式型式，即桥面以下设置多榀贝雷桁架，其上横再铺设横梁，横梁上再铺纵向桥面板。如长河坝水电站枫林沟临时桥单跨达到53m，荷载为汽-80级，双车道，即采用的此种型式，其横断面见图4。

图4 长河坝水电站枫林沟临时桥横断面(mm)

以321型或200型钢贝雷桁架组合成受力主梁的小跨度临时简支梁桥或连续梁桥施工难度小、施工快捷方便，在桥梁下部结构如桥墩(台)修好后，上部贝雷桁架一般在一至两周内即可架设完毕。因此，特别适用于抢修恢复的应急交通桥，也适用于场地条件差、使用年限短、施工建设快的水电站施工临时桥。

3 贝雷桁架吊桥

贝雷桁架除用于架设普通的简支梁桥和连续梁桥外，还可以用作吊桥加劲梁，通常采用贝雷桁架作加劲梁的吊桥即称为贝雷桁架吊桥[1]。贝雷桁架吊桥跨度一般在100m以上，贝雷桁架梁结构型式同梁桥相近，只是每隔3m或3.048m(一节贝雷桁架长)增设一根吊杆。当桥梁设计荷载较小时，一般采用321型钢贝雷桁架作加劲梁，单侧采用一片即可；当设计荷载较大时，可单侧采用两片；当设计荷载更大时，宜采用200型钢贝雷桁架作加劲梁，并根据设计荷载可采用一片或两片。如两河口水电站白马吊桥，设计荷载为3×30t(车距不小于40m)，其主跨为105m，主梁采用321型钢贝雷桁架，单侧单片，横梁采用I27，纵桥向间距为1.5m，纵梁为I10焊接成的定型结构，桥面板采用8mm的扁豆型花纹钢板(见图5)。而黄金坪水电站上游临时吊桥，设计荷载为汽-40级，其主跨为126m，主梁采用200型钢贝雷桁架，单侧单片，横梁采用横置的H400(H型钢)，纵桥向间距为1.5m，无纵梁，采用定型桥面板结构(见图6)。

贝雷桁架吊桥与贝雷桁架梁桥的最大区别是，前者在贝雷桁架梁上设置了吊杆而后者没有设置吊杆，使两种结构型式受力有较大不同。贝雷桁架简支梁桥，通常以跨中最大正弯矩控制，贝雷桁架连续梁桥，一般以支点最大负弯矩控制，以此来确定贝雷桁架的片数。而贝雷桁架吊桥，其最大正弯矩一般出现在主跨1/4L处，且为上弦杆受压，下弦杆受拉，压力略大于拉力，根据1/4L处贝雷桁架所受的最大正弯矩来确定贝雷桁架的片数。

贝雷桁架吊桥一般跨度为80～300m，跨越能力强，施工快捷，对施工场地要求低，适合于高山峡谷区跨越较大河流的临时桥。贝雷桁架吊桥设计时需注意3点：一是两端支座纵桥向不能约束，要允许纵向变形，否则贝雷桁架所受的最大轴力将增大，且支座受拉易损坏；二是吊杆最好设计为竖直，横向外张对贝雷桁架产生横向水平分力，不利于贝雷桁架承载；三是桥面宜采用横梁加纵梁上铺钢板的方式，这样桥面的整体性更好，使贝雷桁架的受力更均匀。

图5 两河口水电站白马吊桥总体布置(图中尺寸：高程为m，其余为mm)

图6 黄金坪水电站上游临时吊桥总体布置(图中尺寸：高程为m，其余为mm)

4 索道桥

当桥梁跨度更大，特别是桥梁位于深沟峡谷而沟谷中设置桥墩难度很大时，可考虑采用索道桥的型式(见图7)。该种桥梁结构为采用多根钢丝绳平行排列，设置一定的垂度(垂度值一般取跨度的1/35～1/40)[3]，横向中间密布，上面再铺纵、横木板作为桥面承载部分，两侧稀疏(一般单侧6根)作为稳定索，同时也参与受力。索道桥的行车道总宽一般为4.5m(单车道)，两侧各设置0.75m宽的人行道。若有桥梁横向稳定要求索道桥横梁长度一般为13m，当桥梁跨度更大时可适当增加横梁长度，桥梁的宽跨比相应增加，提高桥梁整体稳定性(见图8)。

索道桥设计的关键首先是应确定钢丝绳的根数，其次是确定锚固的方式。钢丝绳的根数是根据桥梁的跨度以及设计荷载计算确定，一般要求其抗拉安全系数不小于3。但由于索道桥为柔性桥梁，钢丝绳的根数不一定仅从其受拉承载能力来确定，还必须根据钢丝绳的最大跨中挠度来确定。索道桥锚固的方式可根据两岸地形、地质情况来选择重力式或锚索式。水电站一般位于山区，两岸岩石条件一般均较好，所以锚索式采用的比较多。

图7 索道桥布置示意

索道桥一般跨度为100～300m，跨越能力强，施工快捷，对施工场地条件要求低，尤其适合高山峡谷岩石河岸的较大河流。索道桥设计时需注意几点：一是横向偏载对索道桥稳定、安全影响较大，宜设计为单车道。双车道索道桥横向偏载太大，桥面倾斜大[4]，安全难以得到保障，施工安装调试要求高，且不经济。如大渡河龙头石水电站场内交通设计有一座双车道的索道桥，运行时横向偏载很大，投入使用后只能当单车道桥梁使用。二是钢横梁纵桥向排列一般为跨中密而向两侧间距渐增，一般从5～10m，其目的主要是加强跨中横向稳定，使得桥梁整体更稳定。三是该种桥型为大柔性结构，桥梁的整体稳定是一个很突出的问题，因此，桥梁跨度大时应加大横梁长度，且跨度在120m以上时还需设置风缆索及拉索。