一種快速低價臨時便橋的修建方法

徐基立，王邵銳，張江濤

（1.重慶交通建設（集團）有限公司，重慶 401147;2.重慶交通大學土木建筑學院，重慶 400074）

一種快速低價臨時便橋的修建方法

徐基立1，王邵銳2，張江濤2

（1.重慶交通建設（集團）有限公司，重慶 401147;2.重慶交通大學土木建筑學院，重慶 400074）

提出一種快速低價的臨時便橋的修建辦法，即采用鋼筋籠填石墩作為橋梁下部結構，可就地取材，無須處理基底，承載力要求低，對基底變形適應性強;提出箍筋設計的簡化計算方法，探討了鋼筋籠填石墩的合理形狀。

臨時便橋;鋼筋籠填石墩;工作原理

在遇公路橋梁大修改造或自然災害后的救急搶險情況下，均有快速修建臨時便橋的需求。采用傳統方法修建橋梁，其基礎和下部結構通常需要較長的時間，難以滿足經濟快速修建臨時便橋的需要，為此，筆者提出一種快速低價的臨時便橋的修建辦法，能就地取材，無須處理基底，承載力要求低，對基底變形適應性強，活載產生的墩底應力增量較小，與以往的臨時便橋相比，能更快速、高效地建成滿足承載能力的橋梁，保證交通運輸的暢通。

1 快速低價臨時便橋的結構方案

在重慶市某縣城內大橋的封閉改造施工中，需修建快速低價的臨時便橋，根據河床斷面，該臨時便橋布置為4跨（圖1），共設4個鋼筋籠填石墩和一個石砌橋臺，與兩岸便道相連。鋼筋籠填石墩采用3 m直徑的圓形鋼筋籠內填塊石堆砌而成（圖2）。每個鋼筋籠填石墩腳用大塊石堆砌以防沖刷（圖3）［1-2］。

圖1 便橋總體布置（單位:cm）Fig.1 Profile of the temporary bridge

圖4 便橋斷面Fig.4 Section of the temporary bridge

2 鋼筋籠填石墩構造及工作原理

2.1 鋼筋籠填石墩構造

該便橋鋼筋籠填石墩采用3 m直徑等截面圓形鋼筋籠，內填塊石，墩頂鋪20 cm厚混凝土面板。鋼筋籠豎直鋼筋間距30 cm，橫向箍筋間距25 cm。

2.2 擴大基礎－低承載能力要求

鋼筋籠填石墩的原理與擴大基礎類似，一般采用上小下大的圓臺型，墩底直接作用在承載基地上，通過大截面尺寸的墩底將荷載有效的分散，使得墩底對承載力的要求較低。根據基底受壓平均應力計算公式:

式中:N為從上部傳遞到基底的荷載，包括活荷載和填石墩自重，kN;A為基底底面面積，m2。

由于鋼筋籠填石墩基底面面積A較大，能有效分散上部傳遞的荷載，基底承受的平均應力相對較小。因此，對基底承載能力要求較低，適用性較強，能夠直接應用于未經處理的河床上。

幾種不同尺寸的鋼筋籠填石墩在結構自重作用下產生的墩底應力（其中塊石容重取為20 kN/m3;鋼筋籠填石墩高5 m;墩頂面直徑2 m;鋼筋籠填石墩空隙率取為30%）見表1。

表1 結構自重產生的墩底應力Tab.1 Parameters of seepage property for sandstone

從表1可知，采用鋼筋籠填石墩對基底承載力的要求較低:墩高為5 m時，墩底截面尺寸為4～6 m對應結構自重產生的墩底應力為72.92～40.19 kPa;墩高為7 m時，墩底截面尺寸為4～6 m對應結構自重產生的墩底應力為102.08～84.26 kPa。據查資料，一般砂卵石土的承載能力為400～600 kPa，能夠滿足鋼筋籠填石墩對基底承載力的要求。

2.3 基底變形的自調節、自適應性

鋼筋籠填石墩中，鋼筋籠僅在周圍形成套箍對內部填石起約束作用，而在底部，填石不受鋼筋籠的約束。在向鋼筋籠填石的過程中，鋼筋籠填石墩底部的填石可以根據基底的形狀及變形自適應的調節其堆積方式，使得鋼筋籠填石墩對基底的變形適應性較強。

使用過程中，基底的變形會造成鋼筋籠填石墩底部不均勻沉降，但是，鋼筋籠填石墩內填石為松散結構，下部的不均勻沉降可以通過相互嵌擠填石的內部自我調整來適應，基底的不均勻變形傳至墩頂混凝土面板將是一種微小的均勻下沉，對簡支靜定的上部結構不會產生附加內力，影響較小。

2.4 活載產生的墩底應力增量

該臨時便橋僅為人行橋，考慮人群荷載為3.5 kN/m2，便橋主梁寬度 1.5 m，鋼筋籠填石墩左右各為6 m跨徑的主梁。考慮每跨主梁的人群荷載平均分配給左右相鄰墩。一個鋼筋籠填石墩所承受的活荷載為1.5 ×6 ×3.5=31.5（kN）。

不同墩底尺寸的鋼筋籠填石墩在活荷載作用下產生的墩底應力（表2）。

表2 活荷載產生的墩底應力Tab.2 Stress sheet on the pier bottom due to live load

由表可見，墩高5 m，墩壁坡度為1.25∶1 ～2.5∶1時，活荷載產生的墩底應力僅占總荷載產生的墩底應力的百分比為1.9% ～3.4%，所占比重均小于5%，這一比例對工程設計來說，通常可以視為可接受的誤差范圍。換言之，在這樣的恒活載比例下，若鋼筋籠填石墩能夠安全承受結構自重，則一般可以作為臨時便橋安全使用。

3 箍筋設計的簡化計算方法

計算假設:鋼筋籠填石墩中，填石充滿整個鋼筋籠，且認為填石對鋼筋籠產生的壓力類似于水壓力;由于鋼筋籠內部用鋼絲網防止填石外漏，認為箍筋空隙間的壓力傳遞給鄰近的箍筋［3-4］。

鋼筋籠填石墩中，處于內摩擦角θ以上部分為不穩定部分，該部分處于非平衡狀態，會對鋼筋籠產生壓力。而穩定部分，處于自身平衡狀態不會對鋼筋籠產生壓力。計算時，偏安全的考慮兩部分均對鋼筋籠產生壓力，其計算圖如圖5。

圖5 鋼筋籠填石墩簡化計算Fig.5 Simplified calculation of the piers enrockment in the reinforcement cage

鋼筋籠填石墩箍筋為最不利箍筋，取該箍筋作為研究對象。該箍筋的影響范圍為h，即相鄰箍筋間距。單根箍筋受到的水平線荷載［5-8］:

式中:q為單根箍筋受到的水平線荷載，kN/m;H為鋼筋籠填石墩的高度，m;h為鋼筋籠箍筋豎向間距，m;γ為填石容重，kN/m。

對于單根箍筋，取一半為脫離體，如圖6。

則箍筋所受到的拉力F為:

則應采用的箍筋截面積為:

式中:k為安全系數;F為箍筋所受到的拉力，kN;A為一道箍筋截面積，m2;fsd為箍筋抗拉設計強度，MPa;q同上。

以上是已知箍筋間距h，估算出箍筋截面積A。同樣，可以通過已知箍筋截面積A，估算出箍筋間距h。

圖6 箍筋計算Fig.6 Calculation for stirrups

4 鋼筋籠填石墩優化形狀探討

如圖7，形狀1為下大上小的梯形斷面，抗傾覆，力矩為G1×a/2（G1為梯形墩自重與上部荷載之和）;形狀2為上下等大的矩形斷面，抗傾覆力矩為G2×a/2（G1為矩形墩自重與上部荷載之和）;形狀1材料用量較小，且對鋼筋籠壓力較小，迎水面較小;而形狀2材料用量相對較大，且對鋼筋籠壓力較大，迎水面較大。

圖7 鋼筋籠填石墩形狀Fig.7 Diagram of the shape of the piers enrockment in the reinforcement cage

從表3可知，形狀1、形狀2均有較強的抗傾覆能力。但形狀2對鋼筋籠產生較大壓力，而形狀1較小;且形狀2墩頂截面較大，材料用量大，造成浪費，對基底承載力要求高于形狀1。因此，形狀1下大上小的梯形斷面為較為理想的鋼筋籠填石墩形狀。

表3 鋼筋籠填石墩形狀對比Tab.3 Shape contrast of the piers enrockment in the reinforcement cage

5 結論

筆者提出一種快速低價臨時便橋的修建方法，通過分析，得出如下結論:

1）該方法能夠就地取材，無需處理基底，施工方便迅速，能夠低價快速的完成臨時便橋的架設。

2）鋼筋籠填石墩由于擴散作用，對基底承載能力要求較低;填石為松散結構，對基底變形適應性較強;活載對墩底應力的增量較小，設計時主要由恒載控制。

3）提出箍筋設計的簡化計算方法，已知箍筋間距h與箍筋截面積A任意一個參數，能夠估算出另一參數，對實際工程具有參考價值。通過對2種不同的鋼筋籠填石墩形狀的對比分析，認為下大上小的梯形形狀是較為理想的鋼筋籠填石墩形狀。

（References）:

［1］ 程曉春.臨時便橋的狀態評估及相應養護工作探討［J］.鐵道建筑，2009（3）:12-14.

CHENG Xiao-chun.Study on condition assessment and corresponding maintenance work of temporary bridge and［J］.Railway Engineering，2009（3）:12-14.

［2］ 李學軍，李云峰.交通保障臨時便橋研究與施工設計應用［J］.河北水利水電技術，2004（3）:21-22.

LI Xue-jun，LI Yun-feng.Research and application of construction and design on temporary bridge for traffic guarantee［J］.Hebei Water Resources and Hydropower Engineering，2004（3）:21-22.

［3］ 姚玲森.橋梁工程［M］.北京:人民交通出版社，1985.

［4］ 范立礎.橋梁工程:上冊［M］.北京:人民交通出版社.

［5］ JTG D 62—2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范［S］.北京:人民交通出版社，2004.

［6］ JTG D 60—2004公路橋涵設計通用規范［S］.北京:人民交通出版社，2004.

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［8］ 葉見曙.結構設計原理［M］.北京:人民交通出版社，1997.

Fast and Low-cost Construction Method of Temporary Bridge

XU Ji-li1，WANG Shao-rui2，ZHANG Jiang-tao2
（1.Chongqing Communications Construction Group Co.，Ltd.，Chongqing 401147，China;
2.School of Civil Engineering＆ Architecture，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China）

A was to build fast and low-cost temporary bridge was proposed.The piers enrockment in the reinforced cages were used as bridge infrastructure.With local materials which are unnecessary to process basement and low demand of capacity，the method could highly adjust to basal deformation.A simplified method of stirrups design was proposed;a reasonable type of the piers with enrockment in the reinforcement cage was discussed.

temporary bridge;piers enrockment in the reinforcement cage;working principle

U 443.22

A

1674-0696（2011）05-0931-03

10.3969/j.issn.1674-0696.2011.05.010

2011-05-16;

2011-05-20

徐基立（1970-），男，安徽懷寧人，高級工程師，主要從事道路橋梁施工技術的研究工作。E-mail:xujili@163.com。