跨海河地区钢便桥设计与施工技术

魏占坡

摘要：以跨永定新河钢便桥施工为例，详细阐述了钢便桥的设计和施工过程，验证了跨海河地区软基地区钢便桥施工的可行性，对同类工程有一定的参考作用。

Abstract： Taking the construction of the temporary steel bridge across Yongding Xinhe River as an example， the design and construction process of the temporary steel bridge are described in detail， which verifies the feasibility of the construction of the temporary steel bridge in the soft foundation area of the cross Haihe River area， and has a certain reference role for similar projects.

关键词：钢便桥;设计;施工

1  工程概况

新建津保铁路大北环线是天津铁路枢纽货运环线的主骨架，两端分别连接京沪、津霸、津山和蓟港铁路。线路全长47.5km。其中永定新河特大桥是全线控制性工程。

津保铁路永定新河特大桥在铁路里程BHDK23+103.79（188#墩）至铁路里程BHDK23+365.39（196#墩）跨越永定新河，永定新河汛期平均水位标高约为+2.2m，设计流量200m3/s，设计流速0.43m/s。永定新河特大桥线路中心线与永定新河水道交角77°，189#～195#墩为水中墩。现以跨越永定新河钢便桥施工为例，介绍钢便桥的设计与施工。

2  钢便桥设计方案

钢便桥是跨越河流施工的便道，建设中所有的运输车辆及人员通行的“便道”。施工位置临近海河堆积平原，地基承载力较低，便桥布置在桥址右侧，与桥轴线平行，中心线距桥中线约15m。便桥净宽为5.5m，设计荷载65吨，可以满足12m3混凝土搅拌车和55T履带吊的通行。

2.1 钢便桥结构说明

钢便桥设计净宽5.5m，从桥台向河中间方向跨径组合依次为6+17×12m，共210m。桥顶面高程为+7.5m。钢便桥在大、小里程方向各设置一个桥台，桥台及桩基础均采用？准529×8mm钢管桩。桩基础为单排桩形式，每4根？准529×8mm钢管桩为一排。因永定新河为海河堆积地区，淤泥质土较厚，淤泥质承载力仅为65kPa，所以钢管桩入土深度需根据现场实际地质承载力进行受力验算确定，钢管桩顶采用700*700*10mm钢板，上垫梁采用双拼I25b工字钢。主梁采用单层双排共4片贝雷梁，贝雷梁上横向I25b工字钢，间距350mm，桥面系纵向为I10工字钢，间距10cm，顶面设置5mm花纹钢板。桥面两侧设？准48mm@1200mm钢管防护栏杆。设计图如图1。

活载取值：

履带吊轨距4.3m，接地长度4.6m，履带的宽度76cm，钢便桥根据此參数进行计算。履带吊进行吊装作业，取总吊重10t。因此，线性荷载集度为（550+100）/4.6=141.3kN/m，计入冲击系数1.2及偏载系数1.15后，其线荷载为195kN/m。

单辆载重12m3砼运输车荷载为3个集中荷载分别是84kN、168kN和168kN，纵向轮距为400cm，横向轮距为135cm，计入冲击系数1.2及偏载系数1.15后，其集中荷载分别为116kN、232kN和232kN。

2.2 主要工况验算

钢便桥施工及运行时有两种不利工况：①钢便桥进行施工时，履带吊在钢便桥最前沿打钢管桩施工;②混凝土运输车12m3混凝土满载运输。

2.3 钢面板计算

2.3.1 结构型式

本平台面板为5mm厚花纹A3钢板，焊接在沿便桥I10工字钢纵梁上，I10工字钢间距150mm，净距50mm。

2.3.2 荷载

履带吊机履带宽度（760mm）及12m3混凝土砼运输车轮胎宽度（前轮宽300mm，中后轮宽600mm）荷载作用在I10工字钢上，5mm面板及I10工字钢不作检算。

2.4 I25b工字梁横梁计算

2.4.1 结构型式

横梁采用I25b工字钢，工字钢横梁安装在净跨距2700mm的单层双排贝雷梁上，按照2700mm跨径简支梁计算。最大受力位置出现在履带吊转向区域打钢管桩时。

2.4.2 55t履带吊集中荷载

55t履带吊进行振动打桩施工时，计入冲击系数1.2及偏载系数1.15后，总重（550+100）×1.2×1.15=897kN，履带长度4.6m，考虑震动拔桩时履带按前点2m范围受力，单条履带的作用范围：6（2.3/0.35）根I25b工字钢跨中位置，那集中荷载为：897÷2÷6=74.8kN。

2.4.3 砼运输车荷载

砼运输车前轮着地宽30cm（由两根横梁承受），中后轮着地宽60cm（由三根横梁承受）。则单根横梁在前轮或后轮作用下受集中力为：232÷2=116kN。

116kN>74.8kN，作用于2.7m跨径I25b工字钢跨中，此力值大于履带吊荷载，以砼运输车荷载进行验算。

2.4.4 力学验算

砼运输车作用于跨径2.7m简支梁，其荷载图示如图2。

M=1/4pl=0.25×116×2.7=78.3kN·m;Q=58kN;

W=423cm3

S=M/W=78.3/423=185MPa<[s]=203MPa，满足要求。

t=Vx*Sx/（Ix*Tw）=58*246300/52800000/10.0*1000=27 MPa<[τ]=119MPa，满足要求。

2.5 贝雷梁验算

主梁采用两组双排单层贝雷梁组成，间距为3.6m，安装在2根I25b工字钢横梁上。跨径为12m。根据钢便桥布置及使用情况，55t履带吊进行振动打桩施工时，计入冲击系数1.2及偏载系数1.15后，总重（550+100）×1.2*1.15=897kN。

2.5.1 荷载

结构自重：

桥面板：12×5.5×0.01×7850=5181kg=5.181t;

I25b横梁：32*42*5.5=7392kg=7.392t;

贝雷梁自重：16×270=4320kg=4.32t;

12m跨径贝雷梁上恒载总重：5.181+7.392+4.32=16.89t

其他构件按1.2系数考虑，贝雷梁恒载为16.89t×1.2=20.27t。

故单片贝雷梁恒载为20.27÷4÷12=4.22kN/m。

活动荷载：

①履带吊集中荷载。履带吊进行振动打桩施工时，计入冲击系数1.2及偏载系数1.15后，总重（550+100）×1.2*1.15=898kN，履带长度4.6m，单条履带作用于13根I25b工字鋼上，单根工字钢集中荷载为：898÷2÷13=34.54kN。按均布荷载计算，单片贝雷梁所受荷载为898÷4÷4.125=54.4kN/m。

②混凝土运输车荷载。12m3混凝土运输车前轮着地宽30cm，中后轮着地宽60cm。砼运输车轮胎集中荷载为单片贝雷梁所受荷载为116/4=29kN，232/4=58kN，232/4=58kN。

履带吊及砼运输车走行至贝雷梁跨中时，主梁贝雷梁弯矩最大，履带吊及砼运输车走行至主梁贝雷梁跨端时，主梁贝雷梁剪力最大，履带吊及砼运输车走行至墩顶时，钢管桩基础反力最大，履带吊荷载898kN大于混凝土砼运输车荷载580kN。

2.5.2 力学计算

履带吊走行至主梁跨端位置自重及活载作用下受力图示如图3。

履带吊跨越钢管桩墩顶位置自重及活载作用下受力图示如图4。

根据《装配式公路钢桥多用途使用手册》查表得，单排单层不加强贝雷片的容许弯矩788.2kN·m，容许剪力为245kN。

故：M总=633.5kN·m<788.2kN·m，合格。

Q总=211.2kN<245kN，合格。

2.6 2I25b墩顶横梁计算

根据以上计算可知，在最不利荷载作用下，单片贝雷梁剪力为211.2kN，钢管桩顶分配梁采用双拼I25b工字钢。

贝雷梁对双拼I25b工字钢的作用点位于桩顶支点位置，故验算双拼I25b工字钢的抗剪性能。单片贝雷剪力为211.2kN。

t= Q×Sx/（Ixt）=211.2×246.3/（5280×10）=98.5MPa<[τ]=119MPa，满足要求。

2.7 钢管桩计算

钢管桩入土深度按照摩擦桩进行验算，根据《路桥施工计算手册》公式得：

式中：k—安全系数;[P]——单桩轴向受压容许承载力（kN）;U——桩周长;l——桩在冲刷线以下有效长度（m），冲刷深度按照1m计算;A——桩底横截面面积;τp——桩壁土的平均极限摩阻力（kPa）;σR——桩尖处土的极限承载力（kPa）。

根据以上计算，12m跨径贝雷梁桥主跨支点处反力荷载为285.3kN，此竖向荷载均由钢管桩桩基承担，设4排钢管支墩，单墩按285.3kN竖向承载设计。

根据永定新河特大桥地质报告，洪水水面6.4m，现水位2.7m，设计桥面标高7.5m，局部冲刷线-4m，设计钢管桩桩长20m，埋深12.5m。

P=1.66×0.5×（6.5×20+2.0×40+4.0×45）

=323.7kN>285.3+20×102.8/100=305.86kN。

3  施工方法

采用钓鱼法搭建便桥，通过55T履带吊配合ZD60型振动锤由岸边开始向河中逐孔进行施工，施工时先打设钢管桩，再安装桩顶分配梁、主梁，最后铺设桥面系，安装防护栏杆。

3.1 下部结构施工

钢管桩构件统一在场内加工，进场后按标准进行抽检，复验。根据钢管桩使用的先后顺序分类堆存。

钢便桥从岸边开始，采用“钓鱼法”施工，用履带吊配合ZD60型振桩锤施打钢管桩。履带吊停放在钢便桥桥台，吊装悬臂导向支架，利用导向支架精确打入钢管桩，测量桩位偏差±5cm，桩的垂直度≤1%。开动振桩锤下沉到位。桩顶焊接钢板，铺设贝雷梁及桥面板后，再将履带吊前移，进行插打下一组钢管桩。按此方法，逐孔施工。施工过程中用设计桩长和桩贯入度双向指标进行双控，对于淤泥质土较厚处，加深桩基贯入长度，保证钢便桥桩基稳定性。

每个墩位处钢管桩施工完成后，立即进行钢管桩间平联、剪刀撑、桩顶垫梁施工。

现场实测桩间平联长度，同步进行剪刀撑、加劲板等构件加工、焊接的施工。

将钢管桩施工所需半成品吊装至施工墩位处。用履带吊悬吊平联，到位后焊接。将贯入深度较大的桩基进行现场焊接，焊缝饱满并加焊8块10*30cm加劲板，保证钢管桩竖向稳定。

钢管桩施打就位后，立即将与已沉放完毕的钢管桩连成整体。

3.2便桥上部结构安装

在钢管桩顶垫梁上测量放样，定出贝雷梁位置。按设计拼接贝雷梁，一组拼装好后用履带吊分组起吊安装，贝雷梁牢固安防在桩顶横梁上，然后进行下一组贝雷梁吊装，直至完成整跨贝雷梁的安装。

桥面系横向为I25b工字钢，间距35cm;顶面为5mm钢板面板。材料汽运至施工现场，吊装就位，工字钢与贝雷片间使用凹形钢板连接，工字钢、槽钢、钢板间采用焊接。（图5）

4  施工要点

①便桥由永定新河南堤向大里程方向延伸，采用“钓鱼法”——边打桩边架梁的方法施工。②当遇到沉桩容易及软弱基础时，加大贯入深度，直至钢管桩难以沉入时停止，防止软弱基础钢管桩贯入深度不足，使钢便桥失稳，造成危害。③为适应便桥钢构件温度变化，便桥每隔45m设一道温度缝，即温度缝处便桥所有钢构件均需断开，贝雷梁的阴阳头断开，但阳头仍套在阴头内。④钢便桥严格按设计要求组织施工。钢管桩制作，必须符合设计及规范要求，钢管桩沉桩偏位控制在±5cm，以保证结构受力可靠，便桥施工每跨的各种构件安装可靠后，才能上重载。⑤每排钢管桩施打完毕，应立即进行桩间连接，钢联撑焊接质量可靠，以保证桩的稳定性。

5  结束语

钢便桥施工在永定新河特大桥跨越永定河施工中得到了成功运用。该施工工艺不但操作简单，而且提高了施工速度，节约了成本，打通了跨永定新河南北运输的要道。通过永定新特大桥钢便桥施工，顺利解决了永定新河水中墩施工的难题。由于施工后的钢便桥稳固牢靠，通行效果良好，且一次施工到位，得到了参建各方的一致好评。通过对永定新河钢板桥施工的经验总结，也为施工类似工程提供了宝贵经验。

参考文献：

[1]吴旭.凯里市滨河路9号钢便桥设计与施工[J].交通世界，2016（Z2）.

[2]徐关尧，田静，李和，朱杰.观音湖圣莲岛贝雷式钢便桥的设计与使用[J].国防交通工程与技术，2012（06）.

[3]钱涛.中兴路北延下穿南京长江三桥高速公路组合钢便桥设计与施工[J].铁道标准设计，2011（11）.