关于型钢便桥在跨河渡槽施工中的应用

朱洪兵 双凤龙 黄孝刚 陈永红 何继锐

（云南建投第一水利水电建设有限公司，云南 昆明 650217）

1 概述

渡槽位于平坝县高峰镇栗木村以南约100 米处，渡槽全长765 米，离地平均高约20 米。该段渡槽共59 个排架柱，60 跨槽身，单跨12m。渡槽由3.5×2.65mU 型槽身(渡槽设计流量Q=4.144m3/s,加大流量4.635m3/s，渡槽内壁糙率≤0.014，人群荷载≤3.0kPa)、矩形排加柱(包括联系梁)、承台、灌注桩组成。跨麻线河渡槽位于39#～42#排架之间(40#和41#排架柱因设计变更取消)，主要由河岸两侧桩承台、排架柱(包括联系梁和台帽)、跨河折梁(跨麻线河槽身支撑构件)和3 榀单跨12m/跨槽身组成，折梁高14m。

承台顶至河水正常水位高约2.8m,水深约2.0m，淤泥深约2.5m～5.2m。该河道下游原有一座溢流坝，河道深常年积水，枯水期流量约2.0m3/S，河面宽度29.13m(枯期测量数据)，河水被周边村庄抽引用作灌溉。

由于渡槽槽身采用了预制吊装施工方法不作过多考虑，而折梁高达14m 混凝土结构构件施工且横跨麻线河，其施工作业平台(混凝土浇筑及模板支撑)便成为折梁施工的重点及难点。

2 折梁施工作业平台方案

根据麻线河实际条件、折梁施工需要结合施工工期要求，初步提出两个方案，分别为填河造堰结合明渠导流方案及架桥方案。概述分别如下：

2.1 明渠导流、土石围堰法填筑折梁施工作业平台

填河造堰结合明渠导流：在围堰填筑前，在围堰上游15m处开挖顶面40m 明渠一条，渠道开挖边坡坡比1：1，开挖深度5m。渠身边坡采用挖掘机修整平顺，根据实际开挖揭露出的地质条件采取简单护坡措施，至围堰下游15m 处导入原河床。

围堰初选均质土石围堰，采用挖掘机进占法，先行抛填块石至河中，达到抛石挤淤、块石护脚、临时戗堤的目的。在块石戗堤的基础上，进行围堰填筑，确保堰顶宽6m(上下游面各预留1m 施工便道)。堰顶与原河堤高差-20cm～-30cm。堰顶完成后，沉降一周，浇筑C20 地坪砼(便于模板支架施工)，砼面与河堤顶平齐。

施工方案简图如下：

2.2 架桥法作为折梁施工作业平台

架桥方案主要考虑充分利用麻线河两岸已完成施工的工程桩、承台等作为桥墩，直接架设钢架桥作为折梁施工的作业平台。根据目前市场条件，初步拟定两种方案，分别为架设贝雷桥及现场自制便桥。

2.3 方案分析、选择

(1)明渠导流、填河造堰

优点：施工工序简单、成熟，现场具备较为成熟的人员设备条件；

缺点：施工工期较长，根据现场条件预估需25 天；造价高。①块石料需从60km 外料场购运、填筑土料需从38km 以外土料场开采运至现场、渡槽施工完成后还需进行明渠回填、围堰拆除并弃渣至渣场，综合施工成本为三种方案最高；增加工程占地，不利于环境及投资控制；临时围堰抗洪能力较差，存在施工安全风险。

(2)贝雷桥方

技术成熟，安装施工较快(常规30m 跨度可设置为单跨，预计工期10 天)；桥梁可重复利用。

桥梁自厂家订制到材料运至现场周期较长，预计需15 天；施工成本较高，预计成本约为45 万；

(3)自制便桥

优点：就地取材，型钢为现场已有施工原材料，便桥结构简单；工期有保障，预计7 天可完成安装；成本造价较低，预计总费用约为25 万元；所有材料在本次使用完成后均可在降低荷载条件下重复利用或进行部分成本回收，降低造价。

缺点：便桥安装施工质量控制较难，目前暂无系列标准、规范；

综上表格分析，在本次跨麻线河渡槽折梁混凝土浇筑施工中，考虑工期保障方面、经济合理性等方面综合分析，选取了自制型钢便桥方案进行施工。

3 型钢便桥模型建立及应力验算

3.1 模型建立

根据现场实际条件，结合施工需要，参考类似工程相关经验，综合以下因素：

利用麻线河左右两岸工程桩及承台作为支座，型钢便桥纵向钢梁连接两岸支座，形成主要受力平台。

纵向钢梁中心距，依据折梁模板支架立杆横向间距确定。

位于纵向钢梁底部的横向钢梁和斜拉钢绳，共同承担了纵向钢梁上部荷载。

纵向钢梁接头处均设置横向钢梁。

⑤斜拉钢绳绕过横向钢梁，分别向麻线河两岸经过排架柱顶部，与相邻承台相连。

可初步完成便桥设计方案。

3.2 应力验算

①软件选用

本次计算，采用结构内力分析采用清华大学土木系《结构力学求解器》版本号2.0.0。

②受力模型

本次受力建模主要考虑计算单根纵向钢梁内力计算，计算过程中，按如下原则确定受办模型参数：

纵向钢梁与承台采用铰支座形式联接。

单根纵向钢梁各结点间采用固定端形式联接。

两承台净距离31.59，模型按31.6m 计算。

斜拉钢绳与纵向钢梁采用铰支座形式联接。

单根立杆(包括立杆自重、纵向横杆和横向横杆自重)产生荷载转化为集中荷载，荷载位置根据立杆布置点确定。

单根纵向钢梁型号初步选定为I25a，本身自重按1.05 系数，均布荷载参与计算。

具体受力模型详见《拆线拱内力分析简图》。

③内力计算结果

杆端1 杆端1 杆端1 杆端2 杆端2 杆端2单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩1 32319.9039 0 0 32319.9039 0 0 2 -89017.5053 0 0 -89017.5053 0 0 3 -70723.8158 34487.5914 0 -70723.8158 27557.6334 70214.0112 4 -26671.8346 -5129.06939 70214.0112 -26671.8346 -18829.0493 15332.8173

5 16570.9272 15762.9756 15332.8173 16570.9272 -22304.4773 19865.47 6 46248.6354 20536.0173 19865.47 46248.6354 -15905.7206 25896.9448 7 46248.6354 25653.9266 25896.9448 46248.6354 -20536.0173 19865.47 8 16570.9272 22304.4773 19865.47 16570.9272 -15762.9756 15332.8173 9 -26671.8346 18829.0493 15332.8173 -26671.8346 5129.06939 70214.0112 10 -70723.8158 -27557.6334 70214.0112 -70723.8158 -34487.5914 0 11 -89017.5053 0 0 -89017.5053 0 0 12 32319.9039 0 0 32319.9039 0 0 13 -12808.1842 0 0 -12808.1842 0 0 14 50508.4326 0 0 50508.4326 0 0 15 52803.0962 0 0 52803.0962 0 0 16 33168.212 0 0 33168.212 0 0 17 6395.69226 0 0 6395.69226 0 0 18 -21797.3136 0 0 -21797.3136 0 0 19 -50499.7925 0 0 -50499.7925 0 0 20 -50499.7925 0 0 -50499.7925 0 0 21 -21797.3136 0 0 -21797.3136 0 0 22 6395.69226 0 0 6395.69226 0 0 23 33168.212 0 0 33168.212 0 0 24 52803.0962 0 0 52803.0962 0 0 25 50508.4326 0 0 50508.4326 0 0 26 -12808.1842 0 0 -12808.1842 0 0 max 52803.0962 34487.5914 70214.0112 52803.0962 27557.6334 70214.0112 min -89017.5053 -27557.6334 0 -89017.5053 -34487.5914 0

3.3 结论

根据内力分析结果，代入强度、刚度及稳定性进行验算，满足规范要求。

备注：由于篇幅原因，计算过程不作详细叙述。

4 详细节点设置

4.1 纵向钢梁支座处节点

纵向钢梁支座处(纵向钢梁与承台结合部位)，采用锚筋预埋于承台，圆钢形状与“马凳筋”类似，肢脚与承台底筋焊接，并置于承台底筋之下。

4.2 纵向钢梁联接节点

纵向钢梁长度36m，型钢标准件长度9m，考虑接头位置、制作问题等，将纵向钢梁接头位置错开，错距4.5m。纵向钢梁接头处，设置对接钢板，对接钢板与钢梁与纵向钢梁焊接。相邻纵向钢梁通过高强螺栓联接。

4.3 钢梁交汇处节点

沿纵向钢梁轴线方向，每4.5m 处设置一道横向钢梁。在纵向钢梁与横向钢梁交汇处，采用高强螺栓联接固定钢梁。防止横向钢梁在横向和纵向发生位移。

4.4 纵向钢梁整体性

纵向钢梁的整体性主要考虑到钢梁的侧向失稳，本工程采用加劲钢梁来增加纵向钢梁的整体性，具体措施为：在相邻的横向加钢梁之间增加两道劲钢梁。加劲钢梁两端均焊接有加劲板，加劲板通过高强螺栓与焊接于纵向钢梁两侧的加劲板联接。

5 型钢便桥施工

5.1 锚筋安装

承台钢筋混凝土浇筑前，进行锚筋安装。锚筋内边缘距型钢外边缘2 ～5mm，便于型钢安装。锚筋肢脚伸入承台底筋，置于底筋之下，并起弯，弯起长度不小于200，与底筋焊接。锚筋安装好后，采用拉筋与承台钢筋焊接固定，防止承台混凝土浇筑过程中发生位移。

5.2 纵向钢梁安装

本工程中，纵向钢梁共设置四根，每根纵向钢梁均长36m，单根纵向钢梁均由4 根工字钢对接而成。对接钢板在制作期间，已经焊接于型钢两端。安装时，仅需采用高强螺栓联接。

纵向钢梁两端头，由人工配合汽车吊先行安装，并进行临时支撑及加固。。其余节钢梁由人工进行逐节接装，由对岸的吊车进行适当牵引，然后于由人工配合吊车进行安装。

纵向钢梁安装完成后，采用木方和木楔将锚筋与钢梁空隙填满，防止钢梁根部发生侧向位移。

5.2.1 横向钢梁安装

横向钢梁长度约4.5m，由人工搬运至安装部位，人工安装。横向钢梁安装完成后，及时进行钢梁交汇处高强螺栓拧紧。

5.2.2 加劲钢梁安装

加劲梁安装方法同横向钢梁。

5.2.3 斜拉钢绳安装

斜拉钢绳缠绕横向钢梁端头三至五圈后，钢绳两端形成交叉(不能打结)后，绕过麻线河两岸排架柱台帽顶部，缠绕于相邻的承台。

5.2.4 堆载试验

便桥安装完成后，逐一进行螺栓检验，查看是否拧紧。根据施工方案和设计图纸，计算施工期间荷载。堆载试验按2 倍施工期总荷载进行加载。加载8 小时内，每1 小时测量一次纵向钢梁挠度。加载24 小时内，每2 ～3 小时测量一次纵向钢梁挠度。加载48 小时内，每3 ～5 小时测量一次纵向钢梁挠度。加载72 小时内，每5 ～8 小时测量一次纵向钢梁挠度。72 小时加载完成后，根据纵向钢梁挠度变化值，调整斜拉钢绳长度。使纵向钢梁具有一点的起拱值。

6 结语

通过型钢便桥在该工程跨麻线河渡槽施工中的成功应用及实施，虽然在实施过程中发现了诸多的缺点，诸如：钢梁联接处的螺栓孔，定位定形尺寸要求高，必须在专业工厂加工制作；纵向钢梁单节最大长度9m，对于部分地区受地形条件限制运输困难；型钢便桥每次使用后，部分构件因变形过大需进行校正，施工现场无专业校正机械，变形校正困难等等，但完美解决了30m 跨度跨河结构物混凝土浇筑施工所带来的模板支撑平台、施工作业平台问题，并有效的减小工程占地继而影响环境及工程投资等方面问题，规避了临时土石围堰安全风险，实际的减少工程施工成本并确保了施工工期目标的顺利实现，可在类似工程建设需要方面予以推广使用。