大型水利枢纽工程施工栈桥设计与施工

2023-11-11汪良军

广西水利水电 2023年5期

汪良军

（广东水电二局股份有限公司，广州 511340）

0 引言

广东省韩江高陂水利枢纽工程采用了两期及四段施工的导流方式，总体的施工顺序为：一期左岸船闸→左岸重力坝→10.5 孔泄水闸→二期右岸厂房→剩余7.5孔泄水闸→右岸重力坝→鱼道→排漂孔，混凝土工程量约80 万m3，先左岸后右岸的施工顺序进行施工安排。为了解决左右岸交通联通和施工材料的运输任务，以施工速度快，易于修建拆除，便于周转，后期不影响主体工程为出发点，设计钢栈桥方案。

1 施工栈桥的布置

施工栈桥的线路选定在下游下闸首处，（详见图1）具体布置为：利用进入下游施工栈桥（设计汽车荷载：公路-Ⅱ级，采用120 t 的荷载复核）作为线路的一部分，施工栈桥通过下闸首，经过二期二段纵向混凝土围堰，落于二期一段围堰上，全长2763 m，设计高程在下闸首部分桥面是43.2 m，桥底高程41.41 m，和下闸首一致，然后按一定坡度，放缓至二期一段围堰的顶高程40.5 m）。施工栈桥是以贝雷架、钢管、工字钢等为主要材料组装的，桥面宽度设计为8 m（下闸首段长18 m，宽5.7 m），最大跨径16 m，标准跨度12 m，共20个桥墩。

图1 施工栈桥纵剖面图

桥面采用波纹板，厚10 mm，材质Q235。波纹板支撑在I28 a 的工字钢横梁。工字钢横梁间距375 mm，材质Q235。横梁与321不加强型贝雷架通过U 型卡连接。桥面宽8 m 段采用5 组10 片贝雷架。贝雷架支撑在I56b 工字钢上，材质Q235。每隔12 m 设一个桥墩，每个桥墩设计使用2 排共6 根Φ630、壁厚10 mm 的钢管柱，钢管柱横向间距3 m，纵向间距跨中位置1.2 m，伸缩缝段位置2.2 m，钢管柱之间采用16槽钢做柱间支撑，单斜构造，倾角45°（详见图2）。钢管柱与承台通过预埋钢板相连。承台厚2 m，长8 m，跨中位置宽2.6 m，伸缩缝段位置5.2 m，最低位置高程19.0 m。桥梁基础采用灌注桩，灌注桩在跨中位置直径1.2 m，伸缩缝位置1.4 m，灌注桩型式为嵌岩桩，入岩不小于2D。

图2 桥墩横断面图

2 栈桥主要结构设计计算

2.1 车辆载荷

桥面的荷载按照满载12 m3的混凝土罐车作为计算荷载。1 台12 m3的混凝土罐车车辆荷载的立面及平面如下（参考车型：海诺集团生产HNJ 5253GJB），见图3、图4。

图3 荷载平面图

图4 荷载立面图

其中：P1=9 t；P2=P3=25.5 t；冲击系数μ=1.2，偏载系数0.54。

2.2 贝雷架设计计算

根据实际连接情况，贝雷架的整体性较好，其上的钢板，槽钢，工字钢的可视作均布荷载，贝雷架视作简支梁。

（1）跨径最大16 m 时。由恒荷载产生的弯矩M1=（q板+q槽+qI28b+q贝）×l2/8=541.12 kN·m

最大剪力Q1=（q板+q槽+qI28b+q贝）×l/2=135.28 kN。

钢栈桥是单车道，最不利工况是两车同时行驶到桥中，汽车荷载在贝雷架上产生最大的弯矩M2=600×16/4=2400 kN·m，引起的剪力最大值Q2=549 kN。

M=M2+M1=2 941.12kN·m＜[M] ×10=6 307.2 kN·m，满足要求。

Q=Q1+Q2=684.28＜[Q]×8=1984，满足要求。

f1+f2=FL3/48+5ql4/384=19.61 mm＜[l/400] =40 mm，满足要求。

（2）当跨度为12 m 时贝雷架的验算。由恒荷载产生的弯矩M1=（q板+q槽+qI28b+q贝）×l2/8=399.24 kN·m。

最大剪力Q1=（q板+q槽+qI28b+q贝）×l/2=133.08 kN。

由于是双车道，考虑最不利荷载情况，由汽车活荷载产生的弯矩M2=2×600×12/4=3600 kN·m，引起的剪力最大值Q2=1098 kN。

M=M2+M1=3 999.24 kN·m＜[M]×10=7884 kN·m，满足要求。

Q=Q1+Q2=1214＜[Q]×10=2480，满足要求。

f1+f2=FL3/48EI+5ql4/384EI=14.68 mm＜[l/400]=30 mm，满足要求。

（3）采用横向分布系数的复核。偏安全地认为汽车的轴重是60 t，根据相关规范的规定及论文的论述，钢栈桥的横向分布系数采用杠杆原理计算，经计算中梁分布系数η为0.606。

M=μηPL/4=1 308.96 kN·m＜1576 kN·m，满足承载力要求。

2.3 下承梁设计计算

I56 b是支撑在钢柱上的两跨连续梁，贝雷架间用90 cm 和115 cm 的标准加固杆件，贝雷架整体受力，可视作汽车荷载、槽钢、工字钢、铁板的荷载通过贝雷架均匀的传递给工字钢。计算简图见图5。

图5 计算简图

利用结构计算软件，跨中最大弯矩M=187.92 kN·m。

f=M/rdW=187.92/1.05×2 446.5=73.2 N/mm2＜[f]=210 N/mm2，满足要求。

最大剪力Q=372.6 kN。

σ=Q×Sx/（Ix×t）=372.6×1 447.2/（68 503×2.1）=37.42＜[σ]=115，满足要求。

2.4 钢管设计计算

本项目钢管采用Q235 钢，钢管最大壁厚为10 mm，设计强度为215 N/mm2，采用无缝钢管，钢管直径为630 mm，钢管搭设高度为24 m，轴向恒载标准值为657.07 kN，容许稳定性安全系数为1.001，容许强度安全系数为1.00。由于钢管槽口的加工误差和汽车冲击荷载的影响，取荷载的偏心距Ex：15.0 cm偏心距Ey：15.0 cm。

（1）稳定验算。绕X轴弯曲：绕X轴最不利位置稳定应力按照《钢结构规范》公式（5.2.5-1）

最大及最小稳定性安全系数均为1.81。

绕Y轴弯曲：绕Y轴最不利位置稳定应力按照《钢结构规范》公式（5.2.5-2）

最大及最小稳定性安全系数均为1.32。

（2）强度验算。计算荷载考虑为683.18 kN。最小强度安全系数情况下，对应的截面到钢管顶部的距离为22 m。最大及最小强度安全系数均为1.96。

最不利位置强度应力按《钢结构规范》公式（5.2.1）

结论：构件稳定，强度均满足要求。