贝雷架钢便桥设计及关键施工技术

2022-06-02蔡桂标

广东土木与建筑 2022年5期

蔡桂标

（广东省基础工程集团有限公司广州 510620）

0 引言

广州临江大道东延线（一期）工程起点位于临江大道～车陂路节点，止于深涌。为缓解黄埔大道交通压力及提前发挥临江大道东延线（一期）的交通功能，拟在河涌上新建便桥。考虑便桥的使用功能及现场通航的要求，充分利用贝雷架钢便桥结构简单、易于施工、操作方便、使用安全、维护工作量小等优点［1］，钢便桥采用加强型单排单层321 装配式结构，桥梁跨径组合为（30+30）m，桥面宽度12 m，双向2 车道+3 m人行道。

1 钢便桥设计

1.1 设计概况

该河涌钢便桥平面位于直线上，两桥台轴线均与便道中心线正交，桥梁跨度组合为（30+30）m。

主桥跨度为（30+30）m，全桥横向共设置26 片桁架，车行道下面22 片，人行道下面4 片。贝雷梁桁架构件由桁架、桁架连接销及保险销、加强上下弦杆、弦杆螺栓、桁架螺栓组成［2］。单片桁架由上、下弦杆、竖杆及斜杆焊接而成，上、下弦杆的端部设有阴阳接头，接头上设有桁架连接销孔。桁架的弦杆由2 根10 号槽钢背靠背组合而成，竖杆均用8#工字钢制成［3］。相邻桁架之间用横撑和斜撑连接，间距3 m 设置1 道，横撑和斜撑采用［10 槽钢，桁架下弦杆的上部设置横梁连接，横梁采用27#压延工字钢制成，间距1.5 m 设置1道。

桥面系由下往上依次由20b 工字钢钢、10 mm 厚桥面钢板及现浇混凝土桥面板构成。

1.2 主要材料

⑴贝雷梁弦杆、竖杆、斜杆、横梁：16MN钢；

⑵桩顶盖梁：Q355C；

⑶间横向斜撑：Q235B；

⑷桥面系20#槽钢：Q235B；

⑸桥面系10 mm厚钢板：Q235B。

1.3 设计荷载

根据《公路桥涵设计通用规范：JTG D60—2015》［4］，计算设计荷载如下：

1.3.1 恒载

加强型贝雷梁自重：324×26×（30+30）∕3×9.8∕1 000+80×26×（30+30）∕3×2×9.8∕1 000=2 516.8 kN；

27 号压延工字钢横梁自重：43.4×12×41×9.8∕1 000=213.5 kN；

花窗：21×273×9.8∕1 000=57.3 kN；

20b 工字钢桥面系自重：31.1×11×201×9.8∕1 000=687.6 kN；

桥面系10 mm 厚钢板：11×60×0.01×7 850×9.8∕1 000=518.1 kN；

车行道桥面现浇混凝土：（0.09+0.17）∕2×8×60×26.5=1 653.6 kN；

人行道水泥砂浆：（0.035+0.07）∕2×60×24×2=151.2 kN；

栏杆：28×（30+30）×9.8∕1 000=16.8 kN；

防撞墙：0.31×26×（30+30）×2=967.2 kN；

恒载总重：2 516.8+213.5+57.3+687.6+518.1+1 653.6+151.2+16.8+967.2=6 782.1 kN；

恒载纵向每延米重：q=6 782.1∕（30+30）=113 kN∕m。

1.3.2 活载

⑴城A级车道荷载

均布荷载标准值qk=10.5 kN∕m

集中荷载标准值Pk=320 kN

按2车道加载。

⑵人群荷载根据《城市桥梁设计规范（2019 年版）：CJJ11—2011》：

其中，L为加载长度（m）；Wp为单边人行道宽度（m）。

1.4 计算结果

采用Midas 建立计算模型。［5］恒载、活载按上文加载，用节点弹性支承模拟桩基，取m=30 000 kN∕m4，桥墩桩底刚度k=58 800 kN∕m。

1.4.1 支反力

计算最大支反力为3 039.4 N。各支座处标准组合（汽车荷载考虑冲击作用）下各单向受压支座不会处于脱空状态［6］。

1.4.2 贝雷架内力验算

每片贝雷梁承受最大恒载弯矩：11 774∕26=453 kN·m

每片贝雷梁承受最大恒载剪力：1 696∕26=65.2 kN

每片中贝雷梁承受最大车辆活载弯矩：13 166∕22×1.2（不均匀系数）=718 kN·m

每片中贝雷梁承受最大车辆活载剪力：1 653.8∕22×1.2（不均匀系数）=90.2 kN

每片边贝雷梁承受最大人群活载弯矩：1 433.6∕4×1.2（不均匀系数）=430.1 kN·m

每片边贝雷梁承受最大人群活载剪力：172.3∕4×1.2（不均匀系数）=51.7 kN

1.2恒载+1.4×车道（已考虑0.45冲击系数）作用下每片中贝雷梁受最大弯矩：1.2×453+1.4×718=1 549 kN·m<1 687.5 kN·m（容许弯矩）［7］

1.2恒载+1.4×车道（已考虑0.45冲击系数）作用下每片中贝雷梁受最大剪力：1.2×65.2+1.4×90.2=204.5 kN<

245.2 kN（容许剪力）［7］

1.2恒载+1.4×人群作用下每片边贝雷梁受最大弯矩：1.2×453+1.4×430.1=1 146 kN·m<1 687.5 kN·m（容许弯矩）［7］

1.2恒载+1.4×人群作用下每片边贝雷梁受最大剪力：1.2×65.2+1.4×51.7=150.6 kN·m<245.2 kN（容许剪力）［7］

通过计算可得出，贝雷架受力满足要求且设计合理。

1.4.3 横梁内力验算

横梁按实际桩距建立横梁模型，用节点弹性支承模拟桩基，取m=30 000 kN∕m4，单桩桩底刚度k=14 700 kN∕m。上部荷载由汽车、贝雷架和桥面结构自重等组成［8］，将恒载与人群满布活载均布于作用单元，车行道内单车道作用反力分成横向车列横向2 车道最不利布置，承载能力组合内力结果如下。

横梁采用Q345材质的3拼63c工字钢：

最大正应力σ=FS∕（Ib）=1 915.6∕（3 298×3）×1 000=193.6 MPa＜270 MPa，受力满足要求。［9］

最大剪应力τ=M∕W=1 290.4∕（3×52.9）∕0.017∕10=47.8 MPa＜155 MPa，受力满足要求。［9］

通过计算可得出，3 拼工字钢横梁受力满足要求且设计合理。

2 关键施工技术

2.1 临时钢便桥施工

由于1 轴位于河涌中间位置，拟在西岸搭设临时便桥进行Z1 轴钢管施工及横梁安装。临时钢便桥由9 m（1×9）（便桥）+9 m×18 m（平台）组成，钢便桥如图1所示，钢平台的构造如图2所示。

图1 临时钢便桥构造Fig.1 Structural of Temporary Steel Bridge （mm）

图2 临时钢平台构造Fig.2 Temporary Steel Platform Construction Plan （mm）

钢管桩施工➝管桩拉杆及剪刀撑安装➝桩帽焊接➝钢横梁双拼I50a 型工字钢安装➝贝雷梁➝I20a型工字钢横向分配梁施工➝10 mm 桥面板铺装➝桥面φ14 螺纹防滑钢筋安装➝栏杆安装。

钢管桩施工采用50 t 履带吊+振动锤“钓鱼法”进行施工［10］，钢管桩及横梁安装完成后，在附近场地拼装贝雷架，采用履带吊进行安装。临时钢便桥现场施工如图3所示。

图3 临时钢便桥现场施工Fig.3 Site Construction of Temporary Steel Bridge

2.2 钢管桩施打

经验算，钢管桩单桩最大竖向力为1 106 kN，根据振动锤的性能参数，选用180 kW 振动锤进行钢管桩施工。

因钢管桩单根重量较大，为便于桩位定位及调整，先采用60 kW 振锤定位，经测量无误后，方可采用180 kW振锤进行振打。

在钢管的入土施打时应该采用双夹的方式将钢管的管壁进行固定，进行钢管的振沉。为确保钢管桩打入土层中，钢管桩底部焊接如图4 中的桩尖。桩尖构造如图4所示。

图4 桩尖构造Fig.4 Pile Tip Structure （mm）

在桩底振动沉入到有效持力标高层后，当下沉速率明显衰减、沉入较难且企稳、趋向收敛时，连续施振3 次，如持续时间和贯入度满足第一次持续时间不小于30 s，贯入深度小于3.0 cm；第二次持续时间不小于15 s，贯入深度小于1.5 cm；第三次持续时间不小于15 s，贯入深度小于1.2 cm，则该桩可以收振。钢管桩施工现场如图5所示。