鋼架輔助平臺(tái)在跨江電纜橋施工中的應(yīng)用

摘要：大跨度跨江電纜橋架的施工包括水下橋墩灌注樁施工以及電纜橋架的吊裝作業(yè)，通過在水面搭建鋼架平臺(tái)作為施工輔助措施，而不采用封航圍堰措施，不僅可以降低成本，而且避免基礎(chǔ)施工引起的河流堵塞等問題。完成橋墩基礎(chǔ)施工后，在鋼架平臺(tái)的輔助支撐作用下，通過“移動(dòng)遞進(jìn)式的組裝工藝”巧妙地利用橋架下弦面為施工基面，安全有效地完成橋架的低空整體組裝作業(yè)。結(jié)合整體雙機(jī)抬吊的方法，在平臺(tái)上起吊跨度達(dá)120米的電纜橋。

關(guān)鍵詞：跨江電纜橋;鋼架輔助平臺(tái);圍堰;移動(dòng)遞進(jìn)組裝;橋架底面轉(zhuǎn)換;雙機(jī)抬吊 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TU74 文章編號(hào)：1009-2374（2015）02-0056-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0126

高壓電纜的敷設(shè)方式除了常用的電纜溝（隧道）外，還有跨河電纜橋敷設(shè)。如橋梁基礎(chǔ)位于河中，橋墩基礎(chǔ)施工和橋架組裝作業(yè)都需在河流上方進(jìn)行。基礎(chǔ)施工時(shí)不得影響河流航運(yùn)及水利安全，夏季雨量較大，如采用圍堰施工易造成河流堵塞引發(fā)洪澇。且橋架組裝和起吊重量較高，圍堰的施工基面不穩(wěn)定，易坍塌下沉，施工風(fēng)險(xiǎn)和難度極大。采用鋼架平臺(tái)作為輔助措施，可解決上述問題。

1 大跨度跨江電纜橋架施工的難點(diǎn)分析

以120m跨度跨江電纜橋施工為例，跨越河道水位較高流速較大，在夏季多雨期間，樁基礎(chǔ)所在位置的水位較高。如封航圍堰施工會(huì)對(duì)航道造成嚴(yán)重的堵塞，易引發(fā)嚴(yán)重洪澇災(zāi)害。另外，由于河道底部淤泥較深以及受河流影響，圍堰的堤壩易坍塌下沉，嚴(yán)重影響橋墩基礎(chǔ)施工及后期橋架吊裝作業(yè)。

2 鋼架輔助施工平臺(tái)的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用分析

2.1 運(yùn)用鋼架平臺(tái)輔助電纜橋施工的優(yōu)越性分析

通過在橋墩所在位置搭建兩個(gè)鋼架平臺(tái)作為輔助措施，可解決圍堰施工引發(fā)的河流堵塞等問題，其優(yōu)越性如下：（1）水流可從平臺(tái)下方流通，這對(duì)河道的影響極小，不會(huì)造成水流堵塞。施工平臺(tái)之間，預(yù)留約15m寬的江面方便船只通過，降低施工對(duì)水利的影響;（2）平臺(tái)由鋼管樁、工字梁及鋼板構(gòu)成，結(jié)構(gòu)可靠穩(wěn)定，不易下沉，可在平臺(tái)上進(jìn)行低空組裝和起吊，降低施工風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 運(yùn)用鋼架平臺(tái)輔助電纜橋施工的經(jīng)濟(jì)分析

在河道上采取圍堰措施，以上述電纜橋?yàn)槔瑖唛L(zhǎng)約80m、寬約12.5m、深約8m，圍堰方量為80×12.5×8=8000m3。按400元/m3的圍堰單價(jià)計(jì)算，則措施費(fèi)為約360萬(wàn)元。在橋梁的兩個(gè)河中橋墩處搭建鋼架平臺(tái)，平臺(tái)總長(zhǎng)約為40m、寬13m，共計(jì)平臺(tái)面積為520m2。按照4808元/m2的鋼平臺(tái)單價(jià)計(jì)算，共計(jì)約250萬(wàn)的措施費(fèi)。因此，采用鋼架平臺(tái)作為輔助措施，施工成本節(jié)約了110萬(wàn)元，成本較低。

2.3 鋼架輔助平臺(tái)設(shè)計(jì)

2.3.1 平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。鋼架平臺(tái)必須滿足樁基礎(chǔ)施工和橋架吊裝的受力要求，同時(shí)預(yù)留約15m寬的河道中心寬度，方便船只通航以及減少河道擁堵。其中一處的平臺(tái)長(zhǎng)25m、寬12.5m，平臺(tái)面距離河底約4m，如圖1所示：

圖1 鋼架平臺(tái)平面示意圖

平臺(tái)的支撐采用21根樁徑Φ530mm、壁厚為10mm材質(zhì)為Q235A鋼的鋼管樁。鋼管樁埋在淤泥層的長(zhǎng)度11m，入巖層0.5m以上，保證樁底有足夠的持力層。承受吊機(jī)載荷的地方，鋼管樁間隔5m，其余部位間隔不大于7m。

平臺(tái)主橫梁采用I36b型工字鋼，并與鋼管樁焊接。縱梁采用44根I32b型工字鋼以0.6m的間隔平均布置，每根縱梁長(zhǎng)12m。平臺(tái)面鋪1cm厚鋼板，如下圖2平臺(tái)的立面CAD制圖所示：

圖2 平臺(tái)立面CAD效果圖

2.3.2 平臺(tái)主橫梁強(qiáng)度計(jì)算。平臺(tái)承受荷載主要包括平臺(tái)自重荷載q及車輛荷載P。為簡(jiǎn)便計(jì)算，橋梁自重按均布荷載計(jì)算，車輛荷載按集中荷載考慮。以單片工字鋼受力情況考慮q、P值，如下圖3所示：

圖3 主橫梁受力簡(jiǎn)圖

（1）q值計(jì)算：?jiǎn)纹琁36b工字鋼每米重73.84kg，次梁工字鋼每米重57.71kg。每根鋼管樁間距為5m，單根5m長(zhǎng)的主梁自重為369.2kg;如上圖平臺(tái)結(jié)構(gòu)所示，每根主梁上有8根次梁，平臺(tái)共有橫向的7根主梁，則落在單根主梁上的縱梁自重為：

（1）

主橫梁?jiǎn)纹ぷ咒撟灾貫椋?/p>

（2）

（2）P值計(jì)算：需吊裝的單節(jié)電纜橋架重達(dá)46噸，用70噸吊車進(jìn)行吊裝，吊車自重約45噸。考慮不平衡因素，吊件載荷為46×1.1×1.2=61噸。因采用雙機(jī)抬吊工藝，每個(gè)平臺(tái)承受的橋架載荷為總橋架的二分之一即30.5噸。吊車的其中兩個(gè)支點(diǎn)位于左側(cè)一起作用在5根主橫梁上，不均衡系數(shù)取0.9，則單根橫梁上的P值為：

q=（450+350）kN/2/0.9/5=83.9kN " " " " " （3）

結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算：

工字鋼跨徑L=5m，工字鋼容許彎曲應(yīng)力，容許剪應(yīng)力。

計(jì)算最大彎矩及剪力：

最大彎矩：

（4）

最大剪力：

（5）

強(qiáng)度驗(yàn)算：

正應(yīng)力驗(yàn)算：

（6）

（W為36b工字鋼凈截面彈性抵抗矩，查表得為919cm3。）

剪力驗(yàn)算：

由于工字鋼在受剪力時(shí)大部分由腹板承載，且腹板的剪力較均勻，剪力可近似按τ=V/（h*t）計(jì)算，h為腹板高度，t為腹板厚度，可查到36b工字鋼。

（7）

（3）梁體撓度驗(yàn)算：工字鋼梁容許撓度，則主橫梁梁體變形為：

f=[5qL4/384+FL3/48]/EI=[5×4.04×5004/384+75.5×5003/48]/206×105×68512.5×8=0.294cm " "（8）

，滿足要求。

2.3.3 平臺(tái)鋼管樁強(qiáng)度驗(yàn)算。鋼平臺(tái)自重約40t，吊機(jī)及橋架載荷總重按75.5t計(jì)算，N=40+75.5=115.5t=1155kN，10mmΦ530鋼管樁21根，單根樁受力N1=1155/21=55kN，鋼管樁長(zhǎng)L=14.5m。

長(zhǎng)細(xì)比計(jì)算：

鋼管樁橫截面積：

（9）

鋼管樁回轉(zhuǎn)半徑： " " （10）

則長(zhǎng)細(xì)比：

（11）

（2）鋼管樁按軸心受壓進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算：

由λ=78.85查表得Φ=0.789，則鋼樁工作壓應(yīng)力：

（12）

取安全系數(shù)K=2，因采用Q235A鋼管樁，取[σ]=235MPa。

則 " （13）

綜上所述，鋼管樁滿足吊裝作業(yè)時(shí)的承載力要求。

3 鋼架平臺(tái)上進(jìn)行橋架吊裝作業(yè)的應(yīng)用

3.1 在現(xiàn)有鋼架施工平臺(tái)上組裝橋架的技術(shù)難點(diǎn)

在平臺(tái)上只有長(zhǎng)約15m和寬7m的平臺(tái)面，無法在單個(gè)平臺(tái)上一次完成40m橋架的組裝。因此，需結(jié)合兩個(gè)平臺(tái)的輔助作用方可完成橋架的整體組裝。

3.2 采用常規(guī)分片高空組裝起吊工藝的弊端

施工常用的吊裝工藝是“分件組裝起吊”，該工藝存在三大弊端：（1）在懸空的主材上作業(yè)，極易失穩(wěn)發(fā)生墜落事故，作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)極大;（2）單根主材上作業(yè)時(shí)，主材受到自重而容易向下變形，施工質(zhì)量差;（3）起吊距離較長(zhǎng)，高空作業(yè)多，施工效率低。

3.3 改進(jìn)組裝起吊工藝

采用移動(dòng)遞進(jìn)式組裝橋架，轉(zhuǎn)變橋架為施工基面，有效擴(kuò)大施工作業(yè)面完成組裝作業(yè)。結(jié)合平臺(tái)的輔助支撐作用，采用雙機(jī)抬吊工藝完成橋架整體吊裝作業(yè)。

該電纜橋G11、G12平臺(tái)之間有長(zhǎng)約15m的空間沒有施工平臺(tái)，而橋架下弦底面兩節(jié)橋架主材連接在一起總長(zhǎng)達(dá)16m，大于G11、G12兩平臺(tái)間15m的距離。利用橋架主材及構(gòu)件相連接后具有的剛度和強(qiáng)度特性，通過“移動(dòng)遞進(jìn)式組裝”工藝，將上述16m長(zhǎng)的橋架下弦底面組裝好并起吊移動(dòng)遞進(jìn)橫跨在原G11、G12鋼架平臺(tái)上轉(zhuǎn)變?yōu)槭┕っ妗：侠淼貙11和G12兩個(gè)鋼架平臺(tái)連接在一起，彌補(bǔ)原鋼架平臺(tái)面的不足，擴(kuò)大了施工作業(yè)面積，如圖4所示。兩個(gè)平臺(tái)結(jié)合在一起可輔助完成每段長(zhǎng)40m的橋架組裝作業(yè)，最后利用平臺(tái)的支撐輔助作業(yè)，采用雙機(jī)抬吊的吊裝方法，完成橋架的整體起吊作業(yè)。

圖4 轉(zhuǎn)變橋架底面為“新施工平臺(tái)”工藝分析

4 結(jié)語(yǔ)

在大跨度跨江電纜橋施工中，應(yīng)用上述“鋼架施工輔助平臺(tái)”、“移動(dòng)遞進(jìn)式”組裝工藝、巧妙轉(zhuǎn)換橋架底面骨架為施工承托基面以及結(jié)合“整體雙機(jī)抬吊”等系統(tǒng)性創(chuàng)新工藝，不但降低施工成本、提高安全可靠性，還可避免圍堰施工引發(fā)的洪澇災(zāi)害、航道堵塞、施工基面坍塌等嚴(yán)重安全事故。

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作者簡(jiǎn)介：王志強(qiáng)（1985-），男，廣東省輸變電工程公司助理工程師，研究方向：電力建設(shè)施工項(xiàng)目管理。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）