庫區淺砂卵石層地質鋼便橋施工技術

摘要：以九龍溪大橋水中墩鋼便橋施工為例，介紹庫區的鋼便橋采用鋼管、工字鋼及鋼板等進行簡易鋼便橋的搭設，既能節省工期又能節省投資。

關鍵詞：庫區 淺砂卵石層 鋼便橋

一、工程概況

九龍溪大橋位于福建省泉三高速公路三明市境內，大橋左線起點樁號為ZK214+307.7、終點樁號為ZK214+835.5，橋型布置為6×30米T梁連續剛構+（51+90+51）變截面箱梁連續剛構+5×30米T梁連續剛構，全長527.8m。右線起點樁號為YK214+299、終點樁號為YK214+860.5，橋型布置為（3×30+4×30）米連續T梁+（51+90+51）變截面箱梁連續剛構+5×30米T梁連續剛構，全長561.5m。下部結構主橋主墩及交界墩采用鋼筋砼空心薄壁墩、樁基礎；引橋橋墩為柱式墩、樁基礎；左線泉州臺及三明臺為座板式臺、樁基礎；右線泉州臺為U型臺、擴大基礎，三明臺為柱式臺、樁基礎。

橋址位于永安市霞鶴村東南部約500m處，斜跨九龍溪和城安線（三級路）。橋址屬丘陵間溝谷地貌，地形起伏很大，地面高程介于155.33~202.67m之間，最大相對高差近50m。九龍溪河寬約230m，下游的西門電站水庫蓄水，水深為9~11m，水庫常蓄水位為166m，河谷南岸山坡地形陡峭，自然坡度約30~40°，北岸則相對較緩，約20°左右。坡面植被發育，地表水不發育。地下水主要為風化帶網狀孔隙水及基巖裂隙水，水位埋藏較深，水量貧乏。橋區河谷屬侵蝕地貌，河床大部分地段基巖出露，局部地段表層分布有第四系沖積礫卵石層，層厚小于2m，兩岸坡地表層為蠶破積粘性土，厚度一般小于5m，局部厚度達14.8~17.6m；下伏地層巖性為二疊系童子巖組砂巖、粉砂巖，局部夾薄層狀煤層，二者相間出現，總體以粉砂巖為主，粉砂巖巖質較軟，屬軟質巖，砂巖硬度較大，屬硬質巖。

二、施工方案

根據現場地形條件，對比筑島、浮吊鋼圍堰、懸索吊藍及鋼便橋等施工方案，在綜合考慮施工成本增加及施工形象上，以鋼便橋方案為最佳選擇。便橋按單車道設計，橋面寬4.5m，為增強鋼便橋的整體及穩定性，在各水中墩墩位處，便橋與鉆孔作業平臺聯為一體，同時利用鉆孔平臺作為鋼便橋的加寬匯車道。根據該橋的水文、地質、水位等因素的影響，以及施工的需要，該便橋采用左線5#墩至右線10#墩之間設置施工便橋以便進行基礎墩柱的施工和材料的運輸。

三、鋼便橋設計

主墩和交界墩的樁基礎施工便橋及施工平臺采用鋼管和工字鋼搭設，支撐鋼管的直徑為φ273mm，便橋鋼管的縱向間距為6m，橫向間距為4m；主墩施工平臺面積為13×13m，交界墩施工平臺的面積為11.4×11.4m，平臺共布置11根鋼管；便橋和平臺的鋼管上橫向擱置28b工字鋼，縱向除護筒兩側為28b號工字鋼外其余均布置的25a工字鋼，間距為0.5m，25a工字鋼鋪上δ=6mm的鋼板，鋼板每隔1m左右橫向用Φ10鋼筋防滑。橫橋向鋼管間用7.5號角鋼平撐和斜撐加固。各鋼結構間均采用焊接連接牢固，便橋示意圖見圖1。便橋的凈空高度為2m。

圖1便橋示意圖

根據河床地質情況，橋位處地質主要為淺砂卵石層及粉砂巖層，砂卵石層雖較薄，但承載力高，不便鋼管樁的插打，粉砂巖層承載力又較低，為確保鋼管樁穿過砂卵石層及粉砂巖層打到承載力較高的砂巖層，達到增強單樁承載力和水庫泄洪時河床沖刷對鋼管樁的影響，鋼管樁樁尖做成鍥形，并在鋼管樁中間采用2塊梯形和1塊五邊形20mm厚的鋼板焊接成十字錐形與鋼管底部焊接成整體，焊縫長度20cm，樁尖處理示意圖見圖2。

圖2樁尖處理示意圖

四、理論計算

便橋承載力主要為汽車材料運輸荷載、鉆機沖擊施工荷載及便橋自重荷載以及剎車時的制動荷載等。根據多種不同條件的的荷載計算原則，本文取最不利條件下的工況進行計算，本文最不利工況主要鉆機在沖擊時的荷載以及汽車運輸材料緊急剎車時的水平推力，在此條件下我們分別對工字鋼及管樁等的受力進行驗算。

1、支撐鉆機工字鋼受力

荷載作用在25a工字鋼的最大荷載為鉆機傳遞的荷載，鉆機自重18t，考慮1.25倍沖擊系數，1.3倍的安全系數.在護筒兩側簡支由兩根并排25號工字鋼，每根承受鉆機傳遞的荷載為18×1.25×1.3/4=7.3(t)。

根據沖擊鉆機的幾何尺寸，25a工字鋼的受力為：25a工字鋼自重q=38.08Kg/m

RA=7.3×1.5/6.5+0.5×38.08×6.5/1000=1.81(t)

RB=7.3×5/6.5+0.5×38.08×6.5/1000=5.74(t)

Mmax=7.3×1.5×5/6.5+1/8×38.08×6.52/1000=8.62(t.m)

25a工字鋼的最大彎曲應力為：

δ= Mmax/WX=8.62×107/401.4×103=214.7Mpa＜[δ]=145×1.5=217.5 (Mpa)（臨時結構容許應力允許提高）。

2、平臺28b工字鋼受力驗算

作用在28b工字鋼受力荷載有：

Ⅰ. δ=6mm鋼板重q1=0.15t/m

Ⅱ.25a工字鋼重q2=38.08×27根×6.5m/2/13=0.26t/m

Ⅲ.鉆機施工時集中力p1=5.74×2=11.48t

Ⅳ.吊車起吊鋼筋籠時產生的集中力p2=(27+21)/（4×2）=6t

b.受力簡圖為:

工字鋼按四等跨連續梁內力計算.

荷載P1、、P2、q1、q2對28b工字鋼各截面產生的內力列表如下：

荷載MAB 、MDE MAB、MCDMBMCQAQB左QB右QC左QC右

P1=11.486.314.33-6.01-3.993.89-7.596.35-5.125.12

P2=63.302.26-3.14-2.092.03-3.973.32-2.682.68

q1=0.150.120.06-0.17-0.110.19-0.300.26-0.230.23

q2=0.260.210.1-0.29-0.190.33-0.510.45-0.390.39

合計9.946.75-9.61-6.386.44-12.3710.38-8.428.42

根據計算工字鋼的最大彎距為:

Mmax=9.94(t.m)

δ= Mmax/W=9.94×107/（2×534×103）=93.1Mpa＜[δ]=145Mpa ，

符合要求

3、鋼管承載力計算:

鋼管承受的最在荷載為28b工字鋼傳遞的軸向壓為：P=12.37+10.38=22.75t

鋼管樁按一端自由，一端固結的等載面壓桿考慮受力簡圖為:

桿件長度按最大水深計，L=12.5m

桿件長細比λ=L/I=12.5/0.1128=110.8＜[λ]=150，滿足要求。

按長細桿計算，利用歐拉公式臨界荷載Pcr=π2×EI/4L2=3.142×2.1×105×7653.29×104/（4×12500×12500）=253.8KN=25.4t

P＜[Pcr]，滿足要求。

4、便橋水平方向推力驗算:

便橋上通行最重車輛為8m3砼運輸車，滿載時車重約30t，制動時因慣性產生的推力按車重的40%計故H=30×40%=12t

鋼管的水平支撐為4根7.5#角鋼，角鋼的有效焊縫長度為6.5cm，焊縫高度為1cm。

δ=N/(hu×∑lf)=(12×104)/(0.7×10×65×4)=65.9 Mpa＜[τ]=85Mpa

滿足要求。

五、施工工藝

便橋及施工平臺施工首先進行測量放線，在水上用線索放出便橋的走向，用花桿等測出每根鋼管樁的處的水深及砂卵石層厚度，并根據地質剖面圖計算出每根鋼管樁的大概長度，在加工廠將每根鋼管樁按設計加工好并進行編號，利用拼裝打樁船吊振動錘將鋼管打入河床，逐孔搭設，依次推進，振動錘的最大振動力不小于23t，鋼管柱以振動錘振動時不再入土即視為單樁承載力符合要求。鋼管打入河床時必須保持垂直，橫橋向鋼管間用7.5號角鋼平撐和斜撐加固，如遇鋼管無法打入河床，必須在鋼管兩側加樁，保證鋼管的穩定。管樁施工完成后即可進行工字鋼和鋼板的施工焊接工作，橋面鋪設完成后便橋即全部施工完成。

六、結束語

九龍溪大橋鋼便橋全長235m，該便橋于2006年12搭設完成，歷經2年，經歷了2個洪水期水庫泄洪的考驗，未出現任何問題，安全順利的完成的九龍溪大橋的施工。大橋施工完成后，便橋材料回收（工字鋼回收達到100%）達到80%，既節省了材料又節約了工期，為后期解決庫區淺砂卵石層施工提供了一個經濟合理的施工方案。

參考文獻：

1、張之強，公路施工手冊-橋涵人民交通出版社，2000、3

2、賈艷敏、高力，結構設計原理人民交通出版社，2004、8

3、林元培，橋梁設計工程師手冊人民交通出版社，2007、7