關于型鋼便橋在跨河渡槽施工中的應用

朱洪兵 雙鳳龍 黃孝剛 陳永紅 何繼銳

（云南建投第一水利水電建設有限公司，云南 昆明 650217）

1 概述

渡槽位于平壩縣高峰鎮栗木村以南約100 米處，渡槽全長765 米，離地平均高約20 米。該段渡槽共59 個排架柱，60 跨槽身，單跨12m。渡槽由3.5×2.65mU 型槽身(渡槽設計流量Q=4.144m3/s,加大流量4.635m3/s，渡槽內壁糙率≤0.014，人群荷載≤3.0kPa)、矩形排加柱(包括聯系梁)、承臺、灌注樁組成。跨麻線河渡槽位于39#～42#排架之間(40#和41#排架柱因設計變更取消)，主要由河岸兩側樁承臺、排架柱(包括聯系梁和臺帽)、跨河折梁(跨麻線河槽身支撐構件)和3 榀單跨12m/跨槽身組成，折梁高14m。

承臺頂至河水正常水位高約2.8m,水深約2.0m，淤泥深約2.5m～5.2m。該河道下游原有一座溢流壩，河道深常年積水，枯水期流量約2.0m3/S，河面寬度29.13m(枯期測量數據)，河水被周邊村莊抽引用作灌溉。

由于渡槽槽身采用了預制吊裝施工方法不作過多考慮，而折梁高達14m 混凝土結構構件施工且橫跨麻線河，其施工作業平臺(混凝土澆筑及模板支撐)便成為折梁施工的重點及難點。

2 折梁施工作業平臺方案

根據麻線河實際條件、折梁施工需要結合施工工期要求，初步提出兩個方案，分別為填河造堰結合明渠導流方案及架橋方案。概述分別如下：

2.1 明渠導流、土石圍堰法填筑折梁施工作業平臺

填河造堰結合明渠導流：在圍堰填筑前，在圍堰上游15m處開挖頂面40m 明渠一條，渠道開挖邊坡坡比1：1，開挖深度5m。渠身邊坡采用挖掘機修整平順，根據實際開挖揭露出的地質條件采取簡單護坡措施，至圍堰下游15m 處導入原河床。

圍堰初選均質土石圍堰，采用挖掘機進占法，先行拋填塊石至河中，達到拋石擠淤、塊石護腳、臨時戧堤的目的。在塊石戧堤的基礎上，進行圍堰填筑，確保堰頂寬6m(上下游面各預留1m 施工便道)。堰頂與原河堤高差-20cm～-30cm。堰頂完成后，沉降一周，澆筑C20 地坪砼(便于模板支架施工)，砼面與河堤頂平齊。

施工方案簡圖如下：

2.2 架橋法作為折梁施工作業平臺

架橋方案主要考慮充分利用麻線河兩岸已完成施工的工程樁、承臺等作為橋墩，直接架設鋼架橋作為折梁施工的作業平臺。根據目前市場條件，初步擬定兩種方案，分別為架設貝雷橋及現場自制便橋。

2.3 方案分析、選擇

(1)明渠導流、填河造堰

優點：施工工序簡單、成熟，現場具備較為成熟的人員設備條件；

缺點：施工工期較長，根據現場條件預估需25 天；造價高。①塊石料需從60km 外料場購運、填筑土料需從38km 以外土料場開采運至現場、渡槽施工完成后還需進行明渠回填、圍堰拆除并棄渣至渣場，綜合施工成本為三種方案最高；增加工程占地，不利于環境及投資控制；臨時圍堰抗洪能力較差，存在施工安全風險。

(2)貝雷橋方

技術成熟，安裝施工較快(常規30m 跨度可設置為單跨，預計工期10 天)；橋梁可重復利用。

橋梁自廠家訂制到材料運至現場周期較長，預計需15 天；施工成本較高，預計成本約為45 萬；

(3)自制便橋

優點：就地取材，型鋼為現場已有施工原材料，便橋結構簡單；工期有保障，預計7 天可完成安裝；成本造價較低，預計總費用約為25 萬元；所有材料在本次使用完成后均可在降低荷載條件下重復利用或進行部分成本回收，降低造價。

缺點：便橋安裝施工質量控制較難，目前暫無系列標準、規范；

綜上表格分析，在本次跨麻線河渡槽折梁混凝土澆筑施工中，考慮工期保障方面、經濟合理性等方面綜合分析，選取了自制型鋼便橋方案進行施工。

3 型鋼便橋模型建立及應力驗算

3.1 模型建立

根據現場實際條件，結合施工需要，參考類似工程相關經驗，綜合以下因素：

利用麻線河左右兩岸工程樁及承臺作為支座，型鋼便橋縱向鋼梁連接兩岸支座，形成主要受力平臺。

縱向鋼梁中心距，依據折梁模板支架立桿橫向間距確定。

位于縱向鋼梁底部的橫向鋼梁和斜拉鋼繩，共同承擔了縱向鋼梁上部荷載。

縱向鋼梁接頭處均設置橫向鋼梁。

⑤斜拉鋼繩繞過橫向鋼梁，分別向麻線河兩岸經過排架柱頂部，與相鄰承臺相連。

可初步完成便橋設計方案。

3.2 應力驗算

①軟件選用

本次計算，采用結構內力分析采用清華大學土木系《結構力學求解器》版本號2.0.0。

②受力模型

本次受力建模主要考慮計算單根縱向鋼梁內力計算，計算過程中，按如下原則確定受辦模型參數：

縱向鋼梁與承臺采用鉸支座形式聯接。

單根縱向鋼梁各結點間采用固定端形式聯接。

兩承臺凈距離31.59，模型按31.6m 計算。

斜拉鋼繩與縱向鋼梁采用鉸支座形式聯接。

單根立桿(包括立桿自重、縱向橫桿和橫向橫桿自重)產生荷載轉化為集中荷載，荷載位置根據立桿布置點確定。

單根縱向鋼梁型號初步選定為I25a，本身自重按1.05 系數，均布荷載參與計算。

具體受力模型詳見《拆線拱內力分析簡圖》。

③內力計算結果

桿端1 桿端1 桿端1 桿端2 桿端2 桿端2單元碼 軸力 剪力 彎矩 軸力 剪力 彎矩1 32319.9039 0 0 32319.9039 0 0 2 -89017.5053 0 0 -89017.5053 0 0 3 -70723.8158 34487.5914 0 -70723.8158 27557.6334 70214.0112 4 -26671.8346 -5129.06939 70214.0112 -26671.8346 -18829.0493 15332.8173

5 16570.9272 15762.9756 15332.8173 16570.9272 -22304.4773 19865.47 6 46248.6354 20536.0173 19865.47 46248.6354 -15905.7206 25896.9448 7 46248.6354 25653.9266 25896.9448 46248.6354 -20536.0173 19865.47 8 16570.9272 22304.4773 19865.47 16570.9272 -15762.9756 15332.8173 9 -26671.8346 18829.0493 15332.8173 -26671.8346 5129.06939 70214.0112 10 -70723.8158 -27557.6334 70214.0112 -70723.8158 -34487.5914 0 11 -89017.5053 0 0 -89017.5053 0 0 12 32319.9039 0 0 32319.9039 0 0 13 -12808.1842 0 0 -12808.1842 0 0 14 50508.4326 0 0 50508.4326 0 0 15 52803.0962 0 0 52803.0962 0 0 16 33168.212 0 0 33168.212 0 0 17 6395.69226 0 0 6395.69226 0 0 18 -21797.3136 0 0 -21797.3136 0 0 19 -50499.7925 0 0 -50499.7925 0 0 20 -50499.7925 0 0 -50499.7925 0 0 21 -21797.3136 0 0 -21797.3136 0 0 22 6395.69226 0 0 6395.69226 0 0 23 33168.212 0 0 33168.212 0 0 24 52803.0962 0 0 52803.0962 0 0 25 50508.4326 0 0 50508.4326 0 0 26 -12808.1842 0 0 -12808.1842 0 0 max 52803.0962 34487.5914 70214.0112 52803.0962 27557.6334 70214.0112 min -89017.5053 -27557.6334 0 -89017.5053 -34487.5914 0

3.3 結論

根據內力分析結果，代入強度、剛度及穩定性進行驗算，滿足規范要求。

備注：由于篇幅原因，計算過程不作詳細敘述。

4 詳細節點設置

4.1 縱向鋼梁支座處節點

縱向鋼梁支座處(縱向鋼梁與承臺結合部位)，采用錨筋預埋于承臺，圓鋼形狀與“馬凳筋”類似，肢腳與承臺底筋焊接，并置于承臺底筋之下。

4.2 縱向鋼梁聯接節點

縱向鋼梁長度36m，型鋼標準件長度9m，考慮接頭位置、制作問題等，將縱向鋼梁接頭位置錯開，錯距4.5m。縱向鋼梁接頭處，設置對接鋼板，對接鋼板與鋼梁與縱向鋼梁焊接。相鄰縱向鋼梁通過高強螺栓聯接。

4.3 鋼梁交匯處節點

沿縱向鋼梁軸線方向，每4.5m 處設置一道橫向鋼梁。在縱向鋼梁與橫向鋼梁交匯處，采用高強螺栓聯接固定鋼梁。防止橫向鋼梁在橫向和縱向發生位移。

4.4 縱向鋼梁整體性

縱向鋼梁的整體性主要考慮到鋼梁的側向失穩，本工程采用加勁鋼梁來增加縱向鋼梁的整體性，具體措施為：在相鄰的橫向加鋼梁之間增加兩道勁鋼梁。加勁鋼梁兩端均焊接有加勁板，加勁板通過高強螺栓與焊接于縱向鋼梁兩側的加勁板聯接。

5 型鋼便橋施工

5.1 錨筋安裝

承臺鋼筋混凝土澆筑前，進行錨筋安裝。錨筋內邊緣距型鋼外邊緣2 ～5mm，便于型鋼安裝。錨筋肢腳伸入承臺底筋，置于底筋之下，并起彎，彎起長度不小于200，與底筋焊接。錨筋安裝好后，采用拉筋與承臺鋼筋焊接固定，防止承臺混凝土澆筑過程中發生位移。

5.2 縱向鋼梁安裝

本工程中，縱向鋼梁共設置四根，每根縱向鋼梁均長36m，單根縱向鋼梁均由4 根工字鋼對接而成。對接鋼板在制作期間，已經焊接于型鋼兩端。安裝時，僅需采用高強螺栓聯接。

縱向鋼梁兩端頭，由人工配合汽車吊先行安裝，并進行臨時支撐及加固。。其余節鋼梁由人工進行逐節接裝，由對岸的吊車進行適當牽引，然后于由人工配合吊車進行安裝。

縱向鋼梁安裝完成后，采用木方和木楔將錨筋與鋼梁空隙填滿，防止鋼梁根部發生側向位移。

5.2.1 橫向鋼梁安裝

橫向鋼梁長度約4.5m，由人工搬運至安裝部位，人工安裝。橫向鋼梁安裝完成后，及時進行鋼梁交匯處高強螺栓擰緊。

5.2.2 加勁鋼梁安裝

加勁梁安裝方法同橫向鋼梁。

5.2.3 斜拉鋼繩安裝

斜拉鋼繩纏繞橫向鋼梁端頭三至五圈后，鋼繩兩端形成交叉(不能打結)后，繞過麻線河兩岸排架柱臺帽頂部，纏繞于相鄰的承臺。

5.2.4 堆載試驗

便橋安裝完成后，逐一進行螺栓檢驗，查看是否擰緊。根據施工方案和設計圖紙，計算施工期間荷載。堆載試驗按2 倍施工期總荷載進行加載。加載8 小時內，每1 小時測量一次縱向鋼梁撓度。加載24 小時內，每2 ～3 小時測量一次縱向鋼梁撓度。加載48 小時內，每3 ～5 小時測量一次縱向鋼梁撓度。加載72 小時內，每5 ～8 小時測量一次縱向鋼梁撓度。72 小時加載完成后，根據縱向鋼梁撓度變化值，調整斜拉鋼繩長度。使縱向鋼梁具有一點的起拱值。

6 結語

通過型鋼便橋在該工程跨麻線河渡槽施工中的成功應用及實施，雖然在實施過程中發現了諸多的缺點，諸如：鋼梁聯接處的螺栓孔，定位定形尺寸要求高，必須在專業工廠加工制作；縱向鋼梁單節最大長度9m，對于部分地區受地形條件限制運輸困難；型鋼便橋每次使用后，部分構件因變形過大需進行校正，施工現場無專業校正機械，變形校正困難等等，但完美解決了30m 跨度跨河結構物混凝土澆筑施工所帶來的模板支撐平臺、施工作業平臺問題，并有效的減小工程占地繼而影響環境及工程投資等方面問題，規避了臨時土石圍堰安全風險，實際的減少工程施工成本并確保了施工工期目標的順利實現，可在類似工程建設需要方面予以推廣使用。