大跨径桥梁施工便桥暨猫道的施工关键技术

左 卿，叶 静

(贵州路桥集团有限公司)

1 前 言

改革开放以来，我国社会主义现代化建设和各项事业取得了世人瞩目的成就，公路交通的大发展和西部地区的大开发为公路桥梁建设带来了良好的机遇，我国大跨径桥梁的建设进入了一个最辉煌的时期，在中华大地上建设了一大批结构新颖、技术复杂、设计和施工难度大、现代化品位和科技含量高的大跨径斜拉桥、悬索桥、拱桥、连续刚构桥，积累了丰富的桥梁设计和施工经验。特别是2012年国务院下发了《关于进一步促进贵州经济社会又好又快发展的若干意见》(国发〔2012〕2 号文)以来，贵州经济社会发展迎来了崭新的明天。随着贵州省“6 横7 纵8 联”高速公路网、“县县通高速”及“高速公路建设三年大会战”的实施，贵州高速公路建设步伐如火如荼，大跨径桥梁犹如雨后春笋，相继建成了镇胜高速北盘江大桥、坝凌河大桥、汕昆高速马岭河大桥，瓮安县江界河大桥、贵遵公路乌江特大桥等，桥梁工程往往成为高速公路的控制性工程，为解决大跨径桥梁工程施工中人、机、料的运输，架设施工便桥显得尤其重要。对于跨越江河及深谷的桥梁，修建盘山公路作为施工便道难度较大，且成本较高，此时，施工便桥暨猫道应运而生，猫道适用于高山峡谷之间，能够合理利用地形，架设科学合理、安全便捷的施工便桥，缩短材料的运输时间，提供人行通道和施工作业平台，为大跨径桥梁施工创造有利条件。

2 猫道的基本构造

猫道一般由承重索、扶手索、猫道缆风索、扶手网、面层钢丝网、锚固体系即锚碇等组成。猫道一般采用单跨结构，也可以采用多跨连续跨越，宽度一般为3 ～5 m，设计跨径视桥梁跨径而定，两端需锚固在桥墩承台、墩身或其他锚碇上，需计算确定承重索的直径、根数以及锚碇结构等。

猫道面层一般采用一层粗面网和一层细面网构成，粗面网一般采用直径φ5.0 cm 的焊接钢板网，以增加面层刚度，其上第二层细面网一般采用直径φ1.0 cm 的钢丝网，以防小工件坠落。面上每0.5 m 设置横向防滑木条，与承重索、粗面网之间采用铁丝捆扎，每2 m 设置横向槽钢;扶手索与边承重索间竖向设置扶手角钢以及扶手钢板网。横向槽钢与竖向扶手角钢之间采用U 型螺栓连接。

为增强猫道抗风能力，应设置横向缆风索将主索与地面锚固体固定，增强猫道的稳定性，缆风索采用的索径及强度等需计算确定。

3 等高支点的索力分析

3.1 等高支点的猫道布置

等高支点要求猫道两端锚碇处于同一高程，对于大跨径桥梁结构，常常采用连续刚构、悬索桥、斜拉桥或钢管混凝土拱桥等桥型，桥梁结构一般设计有大体积混凝土桥台、桥墩承台等，可借助桥梁墩台结构或悬索桥及斜拉桥的锚碇结构作为猫道的锚碇。猫道结构如图1 所示。

图1 猫道结构示意图

3.2 拟采用索的技术参数

猫道主索分为承重索和扶手索，根据桥面设计宽度，一般承重索宜为6 ～10 根，扶手索宜为2 ～4 根。根据猫道上拟承担的荷载情况初步选定索的直径、钢丝绳的股数等，查表计算出钢丝绳的总破断拉力等参数。技术参数主要有:直径φ、主索根数n，单根索面积A，延米重量q，标准抗拉强度设计值σ，弹性模量E，单根钢丝绳总破断拉力T。若选用的承重索与扶手索直径不一，相关参数应分别选取计算。

3.3 承重索主要设计荷载分析

根据猫道的主要功能为布置输送管进行混凝土泵送，其荷载按线性分布，即恒载、活载均沿着承重索的跨径分布，大小根据有关参数计算确定。

(1)恒载

猫道上的恒载主要为承重索及扶手索自重与桥面结构之和。设承重索单位重q1，扶手索单位重q2，其单位为N/m。钢板网及钢丝网(底层与面层)单位重q3，扶手钢丝网单位重q4，横向槽钢单位重q5，扶手角钢单位重q6，防滑木条单位重q7，输送管及管内混凝土或其他荷载单位重q8。

恒载总计q恒= q1+ q2+ q3+ q4+ q5+ q6+ q7+ q8，单位为N/m。实际情况还有其他活载的应根据实际情况全部计入。

(2)活载

活载主要为人群荷载，按照每2 m 1 人，每人70 ～80 kg计算，动载系数为1.3，计算q活，单位为N/m。

则猫道承重索设计荷载q=q恒+q活，单位N/m。

3.4 承重索受力特点分析

式中:H 为索的水平分力;q 为索沿弧长方向的荷载集度(含恒载、活载)，为已知常数;f 为矢高;l 为计算跨径。

由此可见，在荷载作用下，索的变形曲线为双曲线，某点的位移与该点的水平位置x、计算跨径l、矢跨比f 有关，与荷载大小无关。

3.5 承重索强度验算

设O 点处的水平倾角为α0，则，承重索最大张力为Fmax，将上式代入即可求出承重索最大张力。取承重索安全系数为K，则其中T为单根钢丝绳的最大破断拉力(单位为N)，n 为钢丝绳的根数，Fmax为索的最大张力，求出安全系数K，根据规范要求K应大于3.5。当K≥3.5，则承重索抗拉强度满足设计要求;当K ﹤3.5，安全系数不能满足要求时，需调整主索的根数n或主索的钢丝绳断面面积即重新选择钢丝绳，重复上述方法，验算索的强度，直到安全系数满足要求。

3.6 索长的计算

则即无应力时索长计算:s0=s－Δs。

一般地，主索工作长度取为sw=10 m，则承重索下料长度(即索长)为s下料=s0+sw=s－Δs+sw。

4 锚碇的抗拔抗滑分析

一般地，猫道承重索所受拉力往往需要通过锚碇与地基的摩擦力进行平衡，实际工作中，由于锚碇体积大，施工成本高，因此，猫道锚碇常常采用墩台结构或悬索桥主缆的永久性锚碇。对于设计有锚碇的桥梁结构而言，猫道的荷载作用下承重索产生的拉力与桥梁结构主缆的拉力相比是微小的，此时锚碇的抗拔抗滑可以不用计算。但是对于其他桥梁结构，需要计算锚碇的受力情况，必要是需验算锚碇体内的应力对桥梁结构的影响。锚碇计算图示如下:

图2 锚碇结构示意图

(1)抗滑分析

根据锚碇与主索之间的夹角情况，主索与水平分力之间的夹角为α，则各向分力为:

FX=F×cosα，Fy=F×sinα;

设锚碇与岩体间的摩擦系数为μ，锚碇自重为G，则锚碇与岩体之间的水平摩擦力F摩擦=G ×μ，则锚碇的抗滑系数根据规范取抗滑安全系数为(K0)，当K滑=，则抗滑能力满足要求;反之，则不满足要求。

(2)抗拔分析

当猫道主索张力的竖向分力与锚碇自重的方向相反时，需要验算锚碇抗拔能力;当竖向分力与锚碇自重方向相同时，锚碇抗拔能力满足要求，勿需验算。锚碇的抗拔系数K拔，根据规范取抗滑安全系数为(K0)，当(K0)，则抗滑能力满足要求;反之，则不满足要求。

此外，当选定锚碇填充材料，取合理的抗滑安全系数后，可采用反算形式计算出锚碇体所需最小体积，根据计算的锚碇最小体积合理设计锚碇结构尺寸，或根据计算锚碇体积情况确定选择桥墩结构作为锚碇的安全储备情况及安全风险评估。

5 结 论

大跨径桥梁桥址区地形地貌往往较为复杂，桥梁跨越情况千变万化，施工难度之大是普通桥梁难以相比拟的。猫道因自身的跨越能力、施工难度小等优势，逐渐成为大跨径桥梁施工的生命通道，因此如何科学合理、安全可靠地设计出这一通道是桥梁施工的关键。此外，猫道施工快捷，只需在锚碇(或墩台结构)适当位置预埋构件后即可采用人工进行主索安装，能快速成桥，为大跨径桥梁施工提供操作平台及运输通道，是大跨径、高难度桥梁施工的生命线。

［1］周水兴.路桥施工计算手册［M］.北京:人民交通出版社，2001:1－825.

［2］钢结构设计规范(GB50017－2003)［S］.

［3］建筑施工扣件式钢管模板支架技术规程(DB33/1035－2006)［S］.

［4］建筑结构荷载规范(GB50009－2012)［S］.

［5］公路桥涵施工技术规范(JTG F50－2011)［S］.

［6］王书增.新编钢结构数据速查手册［M］.北京:中国电力出版社，2009.