无土质覆盖层水上钢便桥抗水毁研究

摘要：本论文主要对汛期水流速度大，江底无土质覆盖层，水上钢便桥抗水毁研究，总结出了比较经济、便捷的施工方案，可为类似的工程提供借鉴。

关键词：无土质覆盖层；钢便桥；抗水毁

Abstract: This paper mainly on flood season water flow speed, the river without soil cover, water steel temporary bridge anti washout study, summed up the comparison of economy, convenient construction scheme, for similar engineering reference.

Key words: without soil cover layer; steel bridge; resistance to water damage

中图分类号：U445文献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）07-0020-02

1 桥位地质概况

桥址处于山区峡谷，水量随季节变化大，河水流速快，河底为岩石，无土质覆盖层。

2便桥整体结构

钢便桥总宽4m，桥梁全长100m，共10跨，跨径10m，便桥结构自下而上分别为：φ630×10mm钢管桩、Ⅰ20b型工字钢斜撑（2根交叉），2I45b型打孖工字钢、I56a型工字钢（2组，每组四排，间距0.36m）、10mm花纹钢板。构件用材均为Q235钢材，钢便桥横截面见图1（单位:cm）。

图1 便桥结构图

3便桥防水毁方案

钢便桥所处位置河水流速快，对桩基的冲刷产生的不利作用大，为确保便桥能抵抗更大的洪水冲击，采取如下措施：

3.1水中钢管桩底部埋设混凝土管涵（Φ1500，C25），砼管涵内浇注混凝土；

3.2 便桥搭设时请钻孔队伍从钢管桩旁（混凝土管涵内）钻孔（孔钻入河底深3m），植入I14型钢，在孔内灌满混凝土；每个墩上游2个孔，下游1个孔。

3.3时常观测便桥钢管桩的冲刷情况，对于冲刷过大的位置采用抛砂袋、片石等方法进行维护。

4抗水毁理论计算

建模计算水压力时，考虑最不利情况：钢管桩采用Φ63cm，长度取河床最低位置到钢便桥桥面的距离8.6m，按照最高洪水位来计算便桥受力情况；考虑构件自重；水的容重取1t，（有记载的）最高洪水位169.45m，漫过桥面7.45m，水流速度取大暴雨流速5m/s。

4.1计算荷载

流水压力：

桥墩上的流水压力计算公式如下：

其中：—水的重力密度()

—桥墩阻水面积（m2）

—桥墩形状系数，圆形桥墩

—设计流速，本桥以5计

g—重力加速度，取值9.81m/s2；

钢管桩阻水面积：A钢管桩=A1+A2=6.6×0.63+2×1.5=7.158m2，计算得：

Fw钢管桩=0.8×7.158×1×52÷2÷9.81=7.296t， 取7.3t；

合力作用点为设计水位线以下0.3倍水深处，考虑最不利情况，本文流水压力作用点设置在钢管桩顶部；

I56a型工字钢阻水面积：AI56a=0.56×10=5.6m，计算得：

FwI56a=0.8×5.6×1×52÷2÷9.81=5.708t， 取5.71t；

I56a型工字钢的流水压力以均布荷载的方式全长布置：

qI56a=5.71÷10=0.571t/m。

荷载组合：自重+流水压力

4.2计算模型

根据以上计算，利用有限元分析软件Mdias建立流水压力作用下钢便桥的计算模型，各构件流水压力的布载方式见图2。

图2 流水压力的布载图

4.3I14抗剪验算

钢管桩水流作用下的桩底上游水平剪力为5.08t，下游为5.07t，见图3。上游砼管涵有两根I14,下游一根I14,考虑不利情况，验算下游砼管涵中I14抗剪切能力。

图3 水流作用下钢管桩桩底剪力

4.4抗倾覆计算

抗倾覆这里按保守计算，只考虑孔钻埋入河底深3m的I14型钢，每个墩上游2根，通过经验公式计算单桩竖向抗拔承载力特征值，新广东规程推荐公式如下：

Rta= Up∑λiξsiqsiali+0.9Gp

式中：Rta—单桩竖向抗拔承载力特征值；

Up—管桩桩身外周长，这里按钻孔直径16cm算；

λi—抗拔摩阻力折减系数，岩石取0.7；

ξsi—管桩第i层岩土侧阻力修正中系数值，一般取1.0；

qsia—管桩第i层岩土侧阻力特征值，风化砂岩取值100kPa；

li—管桩穿越第i层的厚度，入岩3m；

Gp—管桩自重，水位以下部分扣除水的浮力；取值0.1t。

单根： Rta=3.14×0.16×0.7×1.0×10×3+0.9×0.1=10.64t

M抗=10.64×2×4.35=92.6t/m

M倾=7.3×8.6/2+5.71×8.6=80.5t/m

抗倾覆系数K：

K= M抗/ M倾=92.6/80.5=1.15＞1 满足要求；

5结论

通过计算武江钢便桥各种汽车荷载工况、流水压力和抗倾覆能力的计算，便桥各构件满足力学要求，便桥整体稳定。现在已经经过2年，渡过2个汛期，未出现任何异常。

参考文献

[1]JTG D60—2004公路桥涵设计通用规范. 北京 中华人民共和国交通部 2004年

[2]GB50017—2003 钢结构设计规范. 北京 中华人民共和国建设部 2003年

[3]周水兴、何兆益、邹毅松等 路桥施工计算手册. 北京 人民交通出版社 2001年

[4]JTG/T F50—2011 公路桥涵施工技术规范. 北京 中华人民共和国交通部 2011年

作者简介：李慧玲工程师本科学历从事公路与桥梁施工管理工作。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。