温泉流溪河大桥主桥临时钢栈桥设计和施工

2016-06-08朱云雄

公路与汽运 2016年3期

关键词：施工技术桥梁设计

朱云雄

（广州市公路工程公司，广东广州 510075）

温泉流溪河大桥主桥临时钢栈桥设计和施工

朱云雄

（广州市公路工程公司，广东广州 510075）

摘要：针对温泉流溪河大桥主桥水文和地质情况，阐述了临时施工通道钢栈桥的架设方案和设计，对其强度、刚度和稳定性等受力性能进行了验算，介绍了其施工技术。

关键词：桥梁；钢栈桥；受力计算；设计；施工技术

1　工程概况

大广（大庆—广州）高速公路广东连平（赣粤界）至从化公路S29合同段温泉流溪河大桥位于从化市温泉镇境内。左幅为7×25 m +（45+70+45）m +23×25 m +2×20 m，总计35跨；右幅为7×25 m +（45+70+45）m +22×25 m，总计32跨。主桥为（45+70+45）m连续箱梁，采用悬臂浇筑施工。引桥为25和20 m小箱梁，结构简支，桥面连续，桥面宽16.3 m。主桥8#和9#墩跨越Ⅱ级水源保护区流溪河，位于卫东电站和人工湖电站之间，上下游两电站均无船闸，不通航，水流方向与线位相交约70°。

2　钢栈桥搭设方案及设计

2.1总体搭设方案

因8#和9#桥墩都在水中，施工前需先施工水上通道以供机械、材料进入施工区域。鉴于主桥施工范围处于流溪河水源保护区内，结合广州市航道局和广州市水务局的要求，水上通道不允许采用填筑施工便道的方案，因而采用搭设贝雷桁架钢栈桥作为主桥水上施工通道。

流溪河特大桥河槽中主墩（8#和9#）拟搭设钢栈桥施工，由两岸岸边向主河槽搭建。考虑到后续上部结构的施工、材料的供应及调运，边跨和次边跨采用现浇支架施工，钢栈桥设置在线路的侧边。

2.2搭设方案设计

2.2.1钢栈桥长度设计

根据设计图纸，该桥设计水位50.23 m，常水位41.421 m，测时水位41.832 m，主河槽一般冲刷线标高39.75 m，主河槽局部冲刷线标高37.41 m。从安全及现场地形等综合考虑，桥位处设计钢板桩施工水位44.0 m；承台底标高，左线8#墩为41.915 m、左线9#墩为40.171 m、右线8#墩为39.979 m、右线9#墩为39.769 m；钢板桩顶标高按44.5 m设置；钢板桩底面标高为32.5 m。现场统一钢管桩长度，初定长度为18 m，具体按照设计高程及贯入度控制，根据试打确定实际长度。

2.2.2钢栈桥的结构设计

如图1所示，施工栈桥设计跨度为12 m，桥面宽度设计为6 m，采用ϕ630 mm壁厚8 mm钢管桩基础，每排桥墩3根钢管桩。每排桥墩的钢管上部采用［25a号槽钢横向连接，以加强基础的整体性。桩顶横梁采用双肢I32b工字钢。栈桥上部构造纵梁采用6排贝雷桁架，分3组，每组采用标准900 mm花窗连接，组间采用标准1 200 mm花窗连接，以加强整体受力及稳定性。分配横梁采用I25a型工字钢，间距为60 cm，分配横梁上的桥面铺设采用［25a号槽钢纵向反扣满铺组成桥面系，并加设钢管护栏。

图1　钢栈桥断面图（单位：mm）

3　钢栈桥受力计算

3.1荷载计算

（1）恒载计算。该栈桥的恒载计算值见表1。

表1　栈桥恒载计算值

（2）活载计算。栈桥主要用于钢筋车、各种机械运输设备及弃渣车等通行，荷载按公路-Ⅰ级进行验算。

（3）容许应力。考虑施工时的偶然荷载，在荷载组合时恒载安全系数按1.2计取，活载的冲击系数取为1.4；又根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》，临时结构容许应力可提高1.3（组合Ⅰ）。钢材基本容许应力值见表2。对该栈桥进行结构验算：容许弯曲应力取1.3×210=273 MPa，容许剪应力取1.3×120=156 MPa，即该栈桥所用钢材的标准容许弯曲应力［σ］=273 MPa，标准容许剪应力［τ］=156 MPa。

表2　钢材基本容许应力　MPa

3.2结构计算

根据从上到下的原则依次计算，采用公路-Ⅰ级汽车荷载计算，由车道荷载和车辆荷载组成。车道荷载由均布荷载和集中荷载组成，均布荷载值为10.5 k N/m，集中荷载与计算跨径有关，参照《公路桥涵设计通用规范》取值，车辆荷载为一辆总重为550 k N的标准车。

3.2.1桥面板计算

该桥为临时工程结构，不考虑由［25a号槽钢纵向反扣满铺组成的桥面系钢板的强度和变形验算。

3.2.2分配横梁计算

分配横梁采用I25a型工字钢，间距为60 cm。按多跨连续梁计算，最不利布载的计算简图见图2， MIDAS/Civil有限元计算结果见图3。

图2　车辆荷载立面、平面布置（单位：长度为mm，荷载为k N）

图3　最不利荷载组合下分配横梁应力图（单位：MPa）

由图3可知：在最不利荷载作用下，分配横梁的应力均远小于容许应力（273 MPa），满足规范要求。

3.2.3主梁贝雷架计算

主梁部分为3组2排单层贝雷架，贝雷架最大跨径为12 m，按公路-Ⅰ级车道荷载进行验算。在验算时将上部恒载及活载简化为均匀分配给6片单层贝雷架。MIDAS/Civil有限元计算模型见图4，最不利布载下的计算结果见图5。

图4　贝雷片有限元计算模型

图5　最不利荷载组合下贝雷片应力包络图（单位：MPa）

由图5可知：在最不利荷载作用下，主梁贝雷架的最大拉应力为118 MPa，最大压应力为-171MPa，均小于容许应力（273 MPa），满足规范要求。

3.2.4下横梁计算

下部构造为ϕ630 mm壁厚8 mm钢管桩基础，每排桥墩采用3根钢管桩，桩顶横梁采用双肢I32b工字钢。简化计算时偏安全地不考虑墩柱间横向联系，MIDAS/Civil有限元计算模型见6，最不利布载下的计算结果见图7。

图6　下横梁及钢管桩基础计算模型

图7　最不利荷载组合下下横梁应力图（单位：MPa）

由图7可知：在最不利荷载作用下，下横梁的最大拉应力为32 MPa，最大压应力为-32 MPa，均远小于容许应力（273 MPa），满足规范要求。

3.2.5钢管桩基础稳定性计算

根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》，压弯构件的整体稳定性计算结果为：

钢管桩的整体稳定性满足规范要求。

根据《钢结构设计规范》，以径厚比验算局部稳定性，钢管桩的局部稳定性验算结果为：

钢管桩的局部稳定性满足规范要求。

3.3验算结论

综上所述，经计算，钢栈桥整体构件的强度、刚度及稳定性都满足施工要求。

4　钢栈桥施工方案

依据现有材料设备和以往施工经验，结合现场水文地质情况，采用45 t履带吊，吊装DZ90振动锤逐孔振沉钢管桩、逐孔架设上部结构的施工方法搭设栈桥，履带吊以搭设好的每一跨钢栈桥作为工作平台进行下一跨施工。

4.1钢管桩的加工及运输

ϕ630 mmδ8 mm钢管桩均由天津定型生产厂家采用Q235钢板制作，采用螺纹焊接技术。钢管桩构件运输最大长度12.0 m，构件单重为1.49 t，利用12 m平板拖挂车从生产厂家运至施工现场。

4.2钢管桩沉桩方法

钢管桩下沉采用悬打法，采用45 t履带吊，吊装DZ90振动锤施打钢管桩。沉桩工序为振动锤上液压夹竖直吊起钢管桩放置于桩位→测量确定桩位与桩的垂直度是否满足要求→开动振动锤振动→铺设贝雷梁及桥面板→履带吊前移，插打下一跨钢管桩。施工中不断检测桩位与桩的垂直度，发现偏差及时纠正。为了防止桩基周围土体扰动造成沉桩困难，每根桩下沉中途不可有较长时间的停顿。

4.3钢栈桥上部结构安装

4.3.1贝雷桁架拼装及贝雷桁架纵梁架设

栈桥上部结构采用25 t吊车架设。贝雷桁架先在岸上拼装，贝雷拼装按组进行，每组贝雷为横向3排，长12 m。结合25 t吊车的起重能力，按单跨（12 m）2排贝雷梁作为一组进行架设。施工工序为贝雷桁架拼装→在顶横梁上测量放样确定贝雷架准确位置→将拼装好的一组贝雷主桁片装车并运至吊车后面→安装第一组贝雷，准确就位后横向焊接限位挡块→安装第二组贝雷→用贝雷片剪刀撑与第一组贝雷连接。

4.3.2I25a分配横梁及桥面［25a槽钢的安装

采用25 t吊车吊装I25a型钢分配横梁，间距为60 cm，并用骑马螺栓固定。桥面纵向满铺［25a槽钢，槽钢与I25a横梁采用焊接，桥面上按50 cm间距用ϕ8圆钢设置防滑钢筋（与桥面［25a点焊）。最后安装护栏并进行刷油处理。