九佛特大橋跨東干渠鋼棧橋設計與施工

王智雄

(廣州市公路工程公司,廣東 廣州 510500)

1 工程概況

廣州東干渠從九佛特大橋45＃和46＃墩之間穿越,渠兩岸之間距離約13 m。目前九佛特大橋已交出25＃～45＃墩約500 m地塊,根據現場調查,施工設備只能通過淺水灣農莊門前水泥路村道進入施工范圍。為滿足往后施工及運輸需要,需把九佛特大橋全線拉通,而東干渠在45＃和46＃墩處將路線隔斷,需在東干渠位置架設一座鋼棧橋。考慮到目前淺水灣農莊征地滯后,交地時間不確定,根據進度需要,急切需要修通便道以滿足已交出地塊的施工。因此,將鋼棧橋布置在線外,棧橋長15 m,分一跨跨越東干渠,與東干渠基本正交,橋臺采用砼擴大基礎,基礎位置在渠岸外側,不破壞東干渠岸堤,基礎設計高度比岸堤高程略高,設計高程為22.500 m。棧橋平面位置見圖1。

圖1 鋼棧橋平面位置

九佛特大橋范圍地表為4～12 m厚素填土、粉質黏土、粉細砂、砂質黏土覆蓋,45＃、46＃墩處地基為粉質黏土,無不良地質情況,工程地質條件較好。

2 設計方案

鋼棧橋采用一跨布置,總長15 m,與東干渠基本正交。采用下承式結構,兩側各布置一組貝雷桁架,每組貝雷桁架由3排貝雷片組成,采用45 cm花窗相連,設置行車凈寬4 m,橋臺基礎澆筑7 m×1.2 m×1.5 m(長、寬、高)C15砼基礎,貝雷梁放在砼基礎上,其上依次為貝雷桁架、I32b工字鋼分配梁、[25a槽鋼反扣。其中I32b工字鋼分配梁搭設在貝雷桁架下弦桿上,分配梁最大間距為80 cm；[25a槽鋼反扣在I32b工字鋼分配梁上,間隔5 cm(見圖2、圖3)。

圖2 鋼線橋設計示意圖(單位：c m)

圖3 鋼棧橋橋臺處斷面圖(單位：cm)

3 受力計算

鋼棧橋寬4 m,標準跨徑15 m。棧橋結構自下而上分別為砼基礎墩身、321軍用貝雷桁架組、I32b工字鋼分配橫梁(最大間距0.8 m)、[25a槽鋼反扣橋面。單片貝雷片參數如下：慣性矩I＝250 497.2 cm4,彈性模量E＝2×105MPa,抵抗矩W＝3 578.5 cm3,容許彎矩[M]＝788.2 kN·m,容許剪力[Q]＝245.2 kN。

3.1 荷載分布情況

3.1.1 上部結構恒載

按15 m標準跨計算。

(1)[25a槽鋼反扣橋面。縱向共設置13條,則：

G1＝13×27.4 kg/m×15 m＝5 343 kg＝53.43 kN

(2)I32b工字鋼分配橫梁。橫橋向設置工字鋼18根,按每根6 m長計,則：

G2＝18根×42.0 kg/m×6 m＝4 536 kg＝45.36 kN

(3)貝雷桁架組。每片貝雷架重287 kg(含花窗、貝雷銷等),則：

G3＝287 kg×6排×15 m/(3 m)＝8 610 kg＝86.1kN

3.1.2 車輛、人員活載

(1)車輛荷載按12 m3砼罐車(總重50 t)計算,荷載布置見圖4。該橋限載50 t。得：

G4＝50 t×10＝500 kN

圖4 12 m3砼罐車荷載布置示意圖(單位：m)

(2)人群、機具荷載。按1.5 kN/m2計,得：

G5＝1.5 kN/m2×4 m×15 m＝90 kN

3.2 各部位受力計算

3.2.1 貝雷梁內力計算

按照跨度l＝15 m簡支梁計算。荷載組合情況(考慮1.2倍均布恒載系數和1.4倍汽車動載系數)如下：

簡化為均布荷載：

q＝1 048/(6×15)＝11.6 kN/m

跨中最大彎矩為：

貝雷桁架撓度f＝彈性撓度f1＋非彈性撓度f2。f1為：

根據《裝配式公路鋼橋多用途使用手冊》,桁架節數n為奇數時,非彈性撓度按下式計算：

式中：對于單層桁架,d＝0.355 6 cm。

貝雷桁架縱梁在恒載及活載作用下的強度和剛度均滿足要求。

3.2.2 橋面板[25a槽鋼驗算

橋面板由[25a槽鋼反扣組成,按簡支梁計算,跨度取0.8 m(I32b分配梁間距為0.8 m)。荷載情況如下：12 m3砼罐車重載,軸距1.8 m,單軸重20 t,半邊輪組重10 t；單個輪胎寬度為20 cm,單側一組輪胎寬度為60 cm,單側輪組面與3片槽鋼接觸；輪組作用在跨中彎矩最大,輪組作用在臨近支點處剪力最大。截面特性為：Iy＝175.9 cm4,Wy＝61.40 cm3。

跨中最大彎矩為：

[25a槽鋼的強度和剛度滿足要求。

3.2.3 I32b工字鋼分配橫梁驗算

按l＝4 m簡支梁計算。后軸軸距為1.8 m,I32b分配橫梁設置間距為0.8 m。I32b工字鋼參數如下：E＝2.1×105MPa,Ix＝11 620 cm4,Wx＝726 cm3。由于軸距1.8 m接近棧橋寬的一半,經比較,荷載對稱時與半邊輪組作用跨中半邊輪組作用于便橋邊時效應基本相等(見圖5)。彎矩見圖6,最大彎矩Mmax＝100 kN·m。

圖5 半邊輪組作用示意圖

圖6 彎矩圖(單位：kN·m)

強度為：

I32b工字鋼的強度和剛度均滿足要求。

3.2.4 地基土承載力驗算

規范要求：

P/A＝σ≤σ0

式中：P為荷載及基礎自重,P＝86.25×6＋7×1.2×1.5×24.5＝826.2 kN；A為基礎作用于地基上有效面積,A＝7×1.2＝8.4 m2；σ為土基受到的壓應力。

實測地基承載力大于98 k Pa即可。

4 施工方法

4.1 施工要點

(1)橋臺采用擴大基礎,采用明挖法施工、挖掘機開挖。因其位于東干渠岸邊,開挖中注意不能破壞河堤。按照設計尺寸開挖好基坑后澆筑砼基礎,注意控制砼基礎的標高比河岸略高即可,保證貝雷桁架上的荷載全部由基礎承擔,不作用在河壩上。

(2)貝雷桁架先在岸上拼裝,貝雷片按單排單層組拼好,然后用25 t吊車吊裝就位,并將3排貝雷桁架按要求用45 cm花窗連接起來,每2排貝雷頂部也用45 cm花窗相連,起到加強的作用,增強穩定性。

(3)按單跨(15 m)3排貝雷梁作為一組采用25 t吊車進行架設。在下部結構頂橫梁上進行測量放樣,定出貝雷架準確位置。貝雷每3排為一組,先安裝一組貝雷,準確就位后橫向焊接限位擋塊,再安裝另一組貝雷。采用25 t吊車安裝I32b工字鋼分配橫梁,間距不超過80 cm,并用騎馬螺栓與貝雷架固定好。橋面縱向鋪設[25a槽鋼,間距5 cm,槽鋼與I32b橫梁采用焊接。

4.2 施工注意事項

(1)嚴格按照施工圖紙放樣施工。

(2)注意檢查貝雷各種桿件的完好性,變形的桿件不予使用。

(3)注意檢查銷子、螺栓、橫聯桿件的松緊情況,發現松動及時擰緊,確保整體穩定性。

(4)定期觀測沉降情況,如發現沉降值較大,采取措施進行加固。

(5)定期檢查貝雷梁的受力情況和運營情況,如發現主梁扭曲、移位、工字鋼松動等,及時處理和加強。

(6)橋頭兩端設限速牌和限重牌,限速10 km/h,限重50 t。

5 結語

九佛特大橋跨東干渠鋼棧橋得到了成功應用,棧橋自始至終安全可控,為全線便道的貫通發揮了重要作用,為行人、機械設備的通行和材料的運輸提供了便利。